Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел III. ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

инерции. Однако одновременно при сбросе давления в рабочей полости цилинд-

ра 27 пружина 24 включает тормоз: запас кинетической энергии быстро погаша-

ется и ползун останавливается в КВП.

Если положение кулачной планки 10 должным образом не отрегулировано

и выключение привода запаздывает, то избыток кинетической энергии погаша-

ется при ударе ползуна по резиновым амортизаторам 13 (см. рис. 13.1).

Для поддержания давления в гидросистеме предназначены предохранитель-

ные клапаны 13 и 14 с переливными золотниками (см. рис. 13.2). Как только

давление в напорной магистрали левой полости цилиндра /

превысит установ-

ленное значение, срабатывает клапан 13 и избыток жидкости переливается в слив-

ной бак. Давление в напорной магистрали правой полости цилиндра 17 регули-

рует клапан 14. Правильность регулировки давления в напорных магистралях

контролируется манометром 75.

Перед самой остановкой ползуна в КВП кулачная планка

нажимает на KB 9,

который подготавливает схему управления к следующему ходу ползуна.

В аварийных случаях (отключение электроэнергии, поломка гидросистемы),

когда исчезает давление жидкости, ведущие диски автоматически (под действи-

ем пружины 16) отводятся от маховика, винт (действием пружины 24) заторма-

живается и ползун останавливается в любом положении.

Основные параметры и размеры винтовых фрикционных прессов с Р^^^ =

= 400 кН... 100 МП регламентирует ГОСТ 713. В качестве основного параметра

также принимают эффективную энергию L^ подвижных частей пресса в конце

рабочего хода, равную

1,25...5000

кДж для прессов с нормальным числом ходов

ползуна в минуту {п

= 5

...36) и в

1,5...

1,6 раза меньше - для прессов с увеличен-

ным числом ходов (п

8...42).

Выполнение технологических операций с малым рабочим ходом, например

чеканки, калибровки и т. п., на прессах с нормальным числом ходов допускается

только при уменьшенном не менее чем вдвое ходе ползуна.

13.2.

Динамический расчет двухдискового пресса

При винтовом движении обода маховика поступательное S и угловое ф пе-

ремещения его точек подчинены следующему соотношению:

/гф/27С, или dS

(/г/2тс)

^ф,

где h - шаг резьбы винта.

Скоростные характеристики движения:

(х) =

пп/30 - угловая скорость махо-

вика, рад/мин; п - частота вращения маховика, мин" ; v^^^

(oR^^ - окружная

скорость точек обода на радиусе R^^; v = ho)/2n - скорость поступательного дви-

жения тех же точек.

340

Глава 13. Винтовые фрикционные прессы

Ход ползуна вниз. Движение рабочих частей пресса

вниз совершается под действием двух внешних сил. Это,

прежде всего, активная сила сцепления /^сц.н? создающая

крутящий момент на маховике

M^^

= /^сц.н^мах (рис. 13.3).

Модуль силы

Р^,ц н

определяется силой Р^^ нажатия ве-

дущего диска на маховик и условиями трения между

ними, а направление совпадает с вектором относитель-

ной скорости проскальзывания диска по маховику. Сле-

довательно,

Сила тяжести G рабочих частей пресса создает до-

полнительный крутящий момент MQ, определяемый из

баланса работ:

GdS

= MQ d(p;

М^

Gh/ln. Рис. 13.3. Схема сил,

действующих в пере-

Элементарная работа суммарного активного момента даточном механизме

маховик - ползун, при

(M^^

M^)d(?=^iiiP,^R,^

Gh/2n)d((>

(13.1) ходе вниз

расходуется на создание кинетической энергии dL^ и на преодоление сил трения

dA^p

в сочленениях механизма:

^\<ьрщ

= dL^

+ dA

тр-

(13.2)

Элементарная кинетическая энергия системы

dL^ =

f 2 ,^2\

^СО

т— +

J—

2 2

= d\

т-

47с'

со

где т - масса подвижных частей главного исполнительного механизма; J - сум-

марный момент инерции маховика и винта.

Учитывая уравнения (13.1), (13.2) и то, что di^

o^dt, получаем

(Mj^+M(.)co = co

J-^m

2 Л

471'

Jco dA

dt dt

тр

(13.3)

Элементарная работа сил трения при повороте маховика на угол ^ф

dA,p =Z| ^'

Qi^'i "^^'•^'•^1'^^'

(13.4)

где

|Li^

- коэффициент трения в /-й паре;

- реакция на контактной поверхности

/-Й пары;

г^

- радиус подшипника в /-й паре;

7V^

- нормальная сила в направляю-

щих /-Й пары.

341

Раздел IIL

ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

Работа сил трения складывается из затрат энергии на относительное про-

скальзывание маховика по диску, по боковой цилиндрической и опорной по-

верхностям в резьбовом соединении винта с гайкой, в подпятнике винта в на-

правляющих ползуна.

Указанные потери постоянны на протяжении всего хода вниз (вверх). Сле-

довательно, выражение в круглых скобках под знаком суммы в (13.4) является

постоянным по величине суммарным моментом трения

М^р

„. Поэтому работа

сил трения за угловое перемещение ф при ходе ползуна вниз Н^ до удара

A^,,=

M^,,2nHjh,

(13.5)

где Н^ - ход ползуна пресса вниз до начала рабочего хода.

Тогда из выражений (13.3) и (13.5) следует, что

4п\

^ = М„ + М^-М,р.„=М„р.„, (13.6)

т. е. движение механизма совершается под действием приведенного к винту мо-

мента

М^р

н,

величина которого для данного механизма зависит только от силы

нажатия

P^^^

диска на маховик.

Угловое ускорение маховика при ходе вниз

^= ""Т; . ^ (13.7)

dt J

mhy(4n^)

т. е. движение равноускоренное.

Интегрируя (13.7) при начальном условии: / =

О,

со

О,

получаем

со=

^^^^—t.

~mh'l{A%')

Окружная скорость маховика

^пон

•^о.мах ^^ мах ^

2 I/ л 2\ мах^ *

mh /{An )

Скорость поступательного движения ползуна вниз

h hM

v = co—=—р f- -^t. (13.8)

2n 2я[У + т/г7(47г')]

Интегрируя (13.8) при начальном условии: / =

5'=

О,

определяем ход пол-

зуна

S= г ^^Т/ 2 1^"-

(^^-^^

47l[j +т/г

7(471^

342

ава 13.

Винтовые фрикционные прессы

Уравнение (13.9) позволяет выразить окруж-

ную скорость маховика в функции хода ползуна: voi

(13.10)

Окружная скорость в точке контакта ве-

дущего диска с маховиком

('-0+^),

(13.11)

где Гц-радиус точки контакта в начале хода вниз,

Го

= аЯ„ = (0,3...1,0)Я„.

Рис. 13.4. Изменение скорости

различных механизмов винтового

Из уравнений (13.10) и (13.11) следует, что пресса при ходе вниз

окружная скорость

v^ д

изменяется по линей-

ному закону, а

Vp^^^^

- по параболическому. При этом в зависимости от нагрузки

парабола может либо располагаться ниже прямой

д, либо иметь с ней точку

касания, либо пересекать прямую (рис. 13.4). Согласно работам А.И. Зимина,

расчет двухдисковых прессов следует вести из условия, что парабола изменяет-

ся в соответствии с кривой О^ЕВ (см. рис. 13.4).

В этом случае нагрузка

Р^,

„, а следовательно, и М^^^ должны иметь опреде-

ленные значения. Это вытекает из условия, что точка касания кривых скоростей,

где

Vo^aJ^

Voд,

располагается в точке Е с абсциссой

О^Е^

= 00^=г^. Тогда

на основании уравнений (13.10) и (13.11) при 5=г^

аН^ устанавливаем за-

висимость

Tm^\j

mh^l{An^)\haH„

пр.н

Сила нажатия Р^, необходимая для выполнения требуемого режима движения,

л^пр.н

+ л/,р.„-ел/(2я)

р =

н.н

м.

Как следует из (13.9), время полного хода вниз (5 = Я„)

nh \ а

К началу рабочего хода кинетическая энергия подвижных частей

343

Раздел

III.

ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

=J +

-\-m

2 2 4507?

мах

47г'у

Незадолго до начала рабочего хода диск отводится от маховика и подвиж-

ные части свободно перемещаются до удара. Накопленная кинетическая энергия

расходуется при ударе на пластическое деформирование обрабатываемого ме-

талла, упругое деформирование деталей станины и главного исполнительного

механизма, на преодоление трения в сочленениях и перемещение станины в на-

правлении удара. Энергия упругой деформации станины и винта в разгрузочной

фазе удара при выполнении операций объемной штамповки возвращается под-

вижным частям в виде начальной энергии отражения, способствуя подъему вин-

та с несамотормозящей резьбой (угол наклона резьбы больше угла трения).

Ход ползуна вверх. Движение вверх также совершается под действием

двух внешних сил: активной силы сцепления Р^ц

= Ц^н.в? создающей крутящий

момент на маховике М^

\xP^^R^, и силы тяжести, вызывающей противодейст-

вующий подъему момент М^

Ск/(2к).

Уравнение баланса моментов аналогично (13.6), за исключением знака

у момента М(^:

-\-т

4п\

-^ = Мз - М^ - М,р

3 =

М„р,

Энергетические параметры. Отмечено сходство в работе маховичных при-

водов винтовых фрикционных и кривошипных прессов. Ведущие части - шкив,

вал и диски винтового пресса - выполняют функцию первичного аккумулятора

кинетической энергии аналогично маховику кривошипного пресса, а фрикцион-

ный передаточный механизм - аналогично фрикционной муфте включения.

Очевидно, что после переключения ведущих частей на обратный ход диски при-

тормаживают, отдавая часть своей энергии на разгон ведомого маховика. Через

клиноременную передачу это торможение воспринимает и двигатель. Замедле-

ние вращения его ротора ограничено допустимым скольжением. При подъеме

вверх наблюдается аналогичная картина.

После завершения двойного хода длительностью t^^^ двигатель восстанав-

ливает угловую скорость дисков, отключенных от маховика, в течение времени t^.

Сумма указанных отрезков времени составляет длительность технологического

цикла /ц =

/дв X

^х-

Поскольку время рабочего хода мало, в первом приближении

можно записать

^ц-^дв.х/Рп. (13.12)

где

^дв X

определяют по стандартному номинальному числу ходов п в минуту,

а/?и - согласно данным табл. 3.3.

344

г л

ава 13.

Винтовые фрикционные прессы

Средняя

за

цикл мощность асинхронного электродвигателя

короткозамкну-

тым ротором

N,,=Ajt^.

(13.13)

В течение цикла работа затрачивается

на

достижение заданной кинетичес-

кой энергии маховика

за

вычетом активной работы подвижных частей GH^:

на преодоление силы тяжести:

A,^GH„,

(13.14)

а также

на

преодоление вредных сопротивлений

холостое вращение дисков.

Последние затраты Ю.А. Бочаров предлагает учитывать среднецикловым

кпд

Лмех

0,50...0,56.

Следовательно,

Л=Л+Л/Лмех- (13.15)

Как указано

4.5,

при

расчете мощности пресса необходимо предусмот-

реть

ее

запас, введя коэффициент

к=

1,2... 1,6

зависимости

от

фактически

ис-

пользуемого числа ходов ползуна, которое

данном случае определяется

выражением

п^^^^

п/р^.

Чем

больше ^факт?

тем

меньше номинальное скольже-

ние

^Hoj^

электродвигателя

больше к. Тогда средняя мощность

за

цикл

Л^ср=^^э/(Лмех^ц)-

Номинальная мощность

N^^^

TV^p-

13.3.

Винтовые прессы с муфтой включения

Для привода винтовых фрикционных прессов, выполненных

по

схемам

Ml,

М2,

МЗ,

характерен линейный контакт

сцеплении ведущих (диски, ролики)

ведомых (маховики) частей. Конечно,

реальных условиях вследствие упругого

сжатия фрикционных элементов (лента, накладки) контакт происходит хотя

и по

площади,

но

очень малой. Поэтому контактные давления

при

этом достигают

критических величин,

что

приводит

интенсивному износу фрикционных эле-

ментов. Вертикальное скольжение маховика

по

диску делает износ неравномер-

ным вследствие смещения полюса проскальзывания.

целях устранения подоб-

ных негативных явлений Л.И. Живов

сотрудниками предложили использовать

фрикционную муфту для соединения ведущих

ведомых частей пресса.

Известны

две

конструктивные схемы винтовых прессов

муфтой включе-

ния. Различия между ними состоят

способе накопления кинетической энергии

в приводе

расхода

ее

период рабочего хода

на

деформирование заготовки.

345

Раздел

III.

ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 13.5. Схемы муфт включения с одним и двумя маховиками

{а,

б)

и циклограмма работы винтового пресса

{в)

В схеме, приведенной на рис. 13.5, а, весь запас кинетической энергии акку-

мулирован в маховике 6, установленном на радиальных и упорных подшипниках.

Первые предназначены для фиксации оси маховика по оси пресса, вторые - для

вращения на верхней траверсе 8 станины. На хвостовике винта 10 смонтирована

ступица муфты 7 с ведомым диском и фрикционными накладками (по аналогии с

консольной фрикционной муфтой, приведенной на рис. 5.12). Муфта включается

нажатием на кнопку «Пуск». Через нее крутящий момент от маховика передается

на винт. Гайка 9 свинчивается с винта, и ползун 1 движется вниз.

После удара верхнего штампа 77 по заготовке 12 происходит резкое тормо-

жение ползуна с гайкой, а следовательно, винта с ведомым диском муфты. Тор-

мозной момент через фрикционную связь действует на маховик. В результате

притормаживает ротор электродвигателя 5: между ротором и статором нарастает

скольжение. Но, как отмечалось в § 13.2, скольжение не может превысить крити-

ческого значения. Поэтому муфта должна быть моментально выключена в про-

цессе самого удара по команде соответствующего датчика угловой скорости или

силы на ползуне. Отсюда становятся понятными очень жесткие требования к сис-

теме управления и механизму включения муфты (обычно гидравлической).

346

г л ава 13, Винтовые фрикционные прессы

Навинчивание гайки на винт для ее подъема исключено в связи с неревер-

сивностью электродвигателя. Возвратный ход ползуна проводят при выключен-

ной муфте посредством силовых цилиндров 3 впуском рабочей жидкости под

поршень 4, штоки 2 которых тянут ползун вверх. Эти цилиндры можно исполь-

зовать в качестве тормозных при подходе к КВП.

Заметим, что впуск рабочей жидкости в подпоршневое пространство ускоряет

разгон маховика, увеличивая его энергию L^ и уменьшая время хода ползуна вниз.

В схеме, изображенной на рис. 13.5, б, предусмотрены две маховые массы:

ведущий 1 и ведомый рабочий 2 маховики с приведенными моментами инерции

и ^2

соответственно.

Привод первого маховика осуществляется от электродвигателя 4 через кли-

ноременную передачу в течение всего времени работы пресса, второго - на

большей части хода вниз также от электродвигателя 4 при включенной муфте 3,

а в конце хода при выключенной муфте маховик вращается как свободное тело

по инерции; при ходе вверх привод маховика осуществляется только от гидро-

привода. Последовательность действия приводов обеспечивает конечный вы-

ключатель в системе управления.

Движение масс показано на циклограмме (рис. 13.5, в). Электродвигатель 4

раскручивает маховик до начальной угловой скорости, соответствующей син-

хронной частоте вращения (о\

(о^

(точка а). После нажатия на кнопку «Пуск»

срабатывает муфта 3, сцепляющая маховики 7 и 2. При этом скорость

cOj

падает,

0)2

возрастает до тех пор, пока они не станут равными в точке Ь. Далее до точ-

ки с маховики вращаются как одна целая масса Jj +

с некоторым ускорением

за счет работы электродвигателя и силы тяжести от ползуна. В результате ско-

рость

cOj

возрастает, а

СО2

падает до со 2 - (^2-

Ползун начинает ход вниз от точки О (кривая SJ с ускорением до точки с.

Затем с некоторым замедлением он подходит к точке d, соответствующей со-

прикосновению верхнего штампа с заготовкой и началу рабочего хода длитель-

ностью /р

х-

С этого момента кинетическая энергия маховика 2

L^=J,(coiy/2

за вычетом потерь на трение и упругое деформирование деталей пресса расхо-

дуется на пластическое деформирование заготовки. В точке е при нормальном

ведении процесса штамповки скорости ползуна v =

и маховика

сОз

= 0. Если

запас энергии не исчерпан

(со 2

> 0), то для ее поглощения предусмотрены встро-

енные в штамп амортизаторы.

Как отмечалось ранее, нельзя выполнить возвратный ход ползуна вверх из-

за невозможности реверса вращения электродвигателя 4. Для этого предназна-

чен независимый гидропривод. По команде конечного включателя происходит

переключение золотников распределителя (подобно показанному на рис. 11.11):

347

Раздел III. ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

рабочая жидкость высокого давления поступает под поршни гидроцилиндров

(см.

позиции 4 и 3 из, рис. 13.5, а). Ползун начинает подниматься, раскручивая

маховик 2 против направления движения часовой стрелки (паразитное врапдение

с потерей части энергии). При достижении ползуном точки g на кривой S^ (см.

рис.

13.5, в) системой управления дается команда на дросселирование стока из

подпоршневой полости (см. рис. 13.5, а). Ползун резко тормозит и окончательно

останавливается при ударе по амортизаторам (см. 13 на рис. 13.1) в КВП. Махо-

вик 1 в это время разгоняется электродвигателем 4 (рис 13.5, б) до начальной

угловой скорости cof.

При работе на одиночных ходах производятся вспомогательные операции

в течение /g^n и длительность цикла составляет

^ц ~ ^н ^в ^всп

или

первом приближении

^ц==^дв.х/(2;?и).

так как привод работает в течение половины времени двойного хода. Здесь /„, t^-

продолжительность хода вниз и вверх соответственно.

Согласно формуле (13.13), средняя мощность цикла электродвигателя 4 при

отсутствии потерь на преодоление силы тяжести (см. (13.14)) составит

где Н^

S^^^

- полный ход ползуна от КВП до КПП и обратно.

Средний КПД такого цикла существенно больше в связи с отсутствием по-

терь энергии на проскальзывание:

г\^^^

0,7...0,8.

При конструировании прессов такого типа возникает вопрос о соотношении

моментов инерции Jj и/2 маховиков. Целесообразны следующие пределы:

^мах=^/,/Л=4...7.

При

к^^^

4 возможно опасное возрастание скольжения, а при

к^^^

7 за-

труднен разгон соединенных маховиков 1 и 2 (см. рис. 13.5, б) до заданной час-

тоты вращения за время включенной муфты.

Глава 14. ЭЛЕКТРОВИНТОВЫЕ И ГИДРОВИНТОВЫЕ

ПРЕССЫ

14.1.

Электровинтовой пресс с дуговым статором

Первый опытный электровинтовой пресс был сконструирован и изготов-

лен в СССР в 1932 г. по предложению проф. А.Т. Голована. Этот пресс обла-

348

Глава 14. Электровинтовые и гидровинтовые прессы

дал всеми признаками современных электровинтовых прессов, имел достаточ-

но высокий КПД, но из-за несовершенства конструкции очень сильно нагре-

вался электродвигатель. Поэтому широкое внедрение таких прессов в промыш-

ленность задержалось до тех пор, пока в 1960-х годах не были созданы

надежные электродвигатели.

Особенность отечественных электровинтовых прессов заключается в непо-

средственном электрическом приводе главного исполнительного механизма без

промежуточных механических или гидравлических передач.

Рассмотрим в качестве примера устройство и принцип действия электровин-

тового пресса с дуговым статором. Этот пресс - машина закрытого типа. У малых

машин (рис. 14.1) станина / цельнолитая, у средних и крупных

{P^^Q^

> 1,6 МЫ) -

составная, состоящая из литого основания со стойками и верхней траверсы. Для

повышения жесткости цельнолитая станина стянута двумя стяжными болтами 2

(шпильками); необходимость таких болтов для составных станин очевидна.

Гайка 4 винтовой пары установлена на ползуне 3. Посредством продольного и

поперечного клиньев положение гайки можно регулировать относительно оси пол-

зуна. Винт 5 упирается кольцевым буртом в средней части в упорный подшипник

скольжения 6, размещенный на нижней плоскости верхней траверсы пресса. При

рабочем ходе усилие штамповки передается по цепочке деталей: верхний штамп -

ползун - гайка - винт и его бурт - упорный подшипник - траверса станины и ее

стойки и замыкается на столе пресса, где установлен нижний штамп.

Сверху на концевой части винта на шлицах закреплен маховик-ротор 11,

положение которого относительно оси пресса фиксирует цилиндрический под-

шипник скольжения 7, установленный в корпусе 9 привода; нижним торцом

обода маховик опирается на упорный подшипник качения.

С регулируемым зазором относительно поверхности инерционного обода

маховика в корпусе привода размещен статор 10. Применяют два типа стато-

ров:

круговой (замкнутый кругостатор) и дуговой (разомкнутый дугостатор). В

отечественных конструкциях электровинтовых прессов используют дуговые

статоры (отсюда и название пресса). В пазах статоров уложена обмотка, через

которую пропускают электрический ток промышленной частоты. Два симметрично

расположенных справа и слева от маховика-ротора дуговых статора обеспечивают

взаимное уравновешивание электродинамических сил. Таким образом, статоры

маховик-ротор образуют асинхронный электродвигатель специального исполне-

ния. Возникающее в статорах электромагнитное поле действием электродинами-

ческих сил вращает маховик-ротор.

Тормоз 8 пресса двухколодочный, причем в качестве тормозного барабана

служит меньший обод маховика-ротора, расположенный под инерционным

ободом. Колодки установлены на корпусе привода и управляются от электро-

пневматической системы. Для охлаждения предназначен вентилятор 72, обду-

вающий статоры. Ползун - литая (или сварная) прямая призма - смонтирован в

направляющих станины.

349