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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел III. ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

Ф Ф Ф Ф Ф

ф Ф Ф Ф Ф

г л ава 14.

Электровинтовые и гидровинтовые прессы

Пресс снабжен пневмомеханическим ниж-

ним выталкивателем, состоящим из собст-

венно толкателя 4 (рис. 14.2) с подкладной

пружиной б, нижней поперечины 7, связан-

ной тягами 3 с ползуном 5 пресса, и замка,

содержащего пневмоцилиндр 2, ползушку 7

и рабочую пружину 8.

Система смазки у пресса комбиниро-

ванная: жидкая для смазывания подшипни-

ков привода и главного исполнительного

механизма и пластичная для смазывания

направляющих ползуна и резьбы гайки.

Жидкая смазка подается от поршневого на-

соса с пневмоцилиндром, пластичная - от

ручного насоса.

Рассмотрим работу пресса. В исходном

положении ползун находится в КВП и глав-

ный исполнительный механизм заторможен.

Штамповщик закладывает заготовку в

штамп и нажимает на кнопку или педаль

управления. При этом срабатывает золотник

распределителя 1 (рис. 14.3); сжатый воздух

из левой полости цилиндра 3 тормоза выпус-

кается через глушитель 70 в атмосферу и по-

дается в правую полость. Тогда колодки 2

тормоза расходятся, освобождая обод тор-

мозного барабана маховика, и главный ис-

полнительный механизм растормаживается.

От хода рычага 4 правой колодки срабатыва-

ет бесконтактный конечный выключатель

(БКВ),

электродвигатель пресса включается

и следует разгон ползуна при ходе вниз.

При недоходе ползуна до заготовки на

30...50 мм флажок 7 (рис. 14.4) взаимодейст-

вует с БКВ 8, установленным на правой

стойке станины, и электродвигатель выклю-

чается. Дальнейшее движение главного ис-

полнительного механизма происходит под

действием силы тяжести. В процессе удара

от флажка 2 срабатывает другой БКВ 7 на

левой стойке и дает сигнал на обратное вра-

щение ротора электродвигателя для хода

Рис. 14.2. Схема пневмомеханичес-

кого нижнего выталкивателя

12 11

Рис. 14.3. Схема управления элек-

тровинтовым прессом

351

Раздел

III,

ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

ползуна вверх. При недоходе ползуна до КВП от

флажка 5 срабатывает БКВ 6, от действия которого

выключается электродвигатель. Одновременно сра-

батывает золотник распределителя 1 (см. рис. 14.3)

и перебрасывает подачу сжатого воздуха в левую

полость цилиндра 3 тормоза, а из правой производит

выпуск - начинается процесс торможения и главный

исполнительный механизм останавливается в КВП.

Цикл одиночного хода пресса закончен.

Система управления прессом обеспечивает

также работу непрерывными ходами. Для этого не-

обходимо задействовать БКВ 4 (см. рис. 14.4). Тог-

да при достижении ползуном КВП и окончании

процесса торможения флажок 3 через БКВ 4 вклю-

чает электродвигатель на прямое вращение и рас-

тормаживает главный исполнительный механизм, в

результате следует немедленный ход ползуна вниз.

Непрерывное возвратно-поступательное движение

ползуна продолжается до нажатия на кнопку «Стоп»

на пульте управления прессом. При оснащении

пресса устройствами автоматизации включение на

ход ползуна вниз в цикле непрерывного движения

осуществляется соответствующим датчиком, установленным на рабочем органе

автоматизирующего устройства, причем БКВ 4 в этом случае заблокирован.

Наладочные ходы ползуна пресса получаются при кратковременном пре-

рывистом нажатии на соответствующие кнопки на пульте управления.

Отштампованная заготовка из полости штампа выталкивается следующим

образом. При ходе ползуна вниз перед ударом золотник распределителя 6

(см.

рис. 14.3) выпускает воздух из цилиндра 9 и под действием рабочей пружи-

ны 7 ползушка 8 смещается влево, занимая такое положение, когда сквозное от-

верстие в поперечине 1 (см. рис. 14.2) оказывается перекрытым. Поэтому при

последующем подъеме ползушка набегает на толкатель 4 (см. рис. 14.2), подни-

мает его и тем самым выталкивает заготовку из штампа. В конце хода вверх пол-

зуна и, следовательно, поперечины срабатывает распределитель 6 (см. рис. 14.3).

В результате сжатый воздух подается в цилиндр 9. Ползушка смещается вправо,

открывая отверстие в поперечине: толкатель 4 (см. рис. 14.2) под действием

силы тяжести падает вниз на пружину 6 в исходное положение, освобождая по-

лость штампа для новой исходной заготовки.

Реле давления 11 (см. рис. 14.3) необходимо для того, чтобы при чрезмер-

ном падении давления воздуха в сети отключать пресс. Предохранительный

клапан 12 работает в блоке с регулятором давления и в случае отказа последнего

также отключает пресс.

Рис.

14.4. Расположение бес

контактных конечных выклю-

чателей

на

станине пресса

352

г л ава 14. Электровинтовые и гидровинтовые прессы

Как известно, кинетическая энергия подвижных частей винтового пресса за-

висит от угловой скорости маховика. Разгон маховика до номинальной скорости

обеспечивает удар с номинальной энергией. При уменьшении угловой скорости

уменьшается и кинетическая энергия. Из принципа действия винтовых прессов

следует, что с увеличением хода ползуна вниз маховик разгоняется сильнее, с

уменьшением хода его угловая скорость падает. Таким образом, уровень кине-

тической энергии можно регулировать, изменяя положение флажков 5 и 7

(см.

рис. 14.4) на ползуне пресса. Чем раньше воздействует флажок 5 на БКВ 6,

тем меньше подъем ползуна вверх и, следовательно, меньше его ускорение при

ходе вниз. В свою очередь, чем раньше воздействует флажок 7 на БКВ 8, тем

быстрее отключается электродвигатель и уменьшается скорость маховика.

14.2.

Параметры привода электровинтового пресса

с дуговым статором

Угловая скорость статора асинхронного электродвигателя

ЮЗ,

= УР/(2Я«,), (14.1)

где

- частота переменного тока;

- угол дуги статора;

п^

- число пар полюсов.

Эта угловая скорость не может быть слишком большой

(сОэл =

12... 16 рад/с),

иначе потребуется редуктор в качестве промежуточного механизма, понижаю-

щего угловую скорость электродвигателя.

С учетом номинального скольжения ^^^^ = 0,12...0,2 определяем номиналь-

ную угловую скорость маховика:

С0ном = С0зл(1-^номХ (14.2)

или, выражая через номинальную скорость v^^^ ползуна,

^ном=2ЯУ„,,//2, (14.3)

где h - шаг резьбы винта.

На основании (14.1)-(14.3) устанавливаем необходимое число пар полюсов

л 2

'^ ^ном

По заданному значению кинетической энергии L^ определяем приведенный

момент инерции подвижных частей

353

Раздел

III.

ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

Считают, что до 90 % всей массы подвижных частей сосредоточено в инер-

ционном ободе маховика. Если в первом приближении обод принять в виде коль-

ца, то момент инерции маховика

где D - наружный диаметр обода, D

= D^^

- 2А;

D^^

- внутренний диаметр стато-

ра;

- зазор, необходимый для компенсации теплового расширения и удлинения

от электромагнитных центробежных сил,

3...4,5

мм; d - внутренний диаметр

обода; В - высота обода; р - плотность материала обода (сталь или чугун).

Время хода ползуна вниз

где

- время разгона маховика электродвигателем на пути ~ 0,9Я^, для равно-

ускоренного движения

^1,8Я^/у„о^;

v^^^ =

ho^^^^/2n; /2 - время движения

подвижных частей при выключенном электродвигателе под действием силы тя-

жести G для равномерного движения с постоянной скоростью v^^^, достигнутой

в конце первого периода хода вниз, ^2 ~ ^ЛН^jv^^^; ^р^ - время рабочего хода

(удара),/р.х-0,1...0,15 с.

Таким образом, время хода ползуна вниз

?„«1,9Я„/у„„„+0,1...0,15.

При заданном стандартном числе ходов п ползуна в минуту время хода вверх

t,^60ln-t,.

Как правило,

t^ =

2t^.

При ходе ползуна вверх электродвигатель развивает средний крутящий мо-

мент

Мз

= м„р.з + м^ + м,р.з,

где

Мпр в

- средний приведенный момент, необходимый для разгона инерцион-

ной массы подвижных частей при ходе вверх; М^^^, - суммарный момент, необ-

ходимый для преодоления сопротивления сил трения при ходе вверх.

На пути разгона

~ 0,8Д„ на раскручивание маховика при ходе вверх затра-

чивается работа

где а'- угол поворота маховика на этом пути, a'

2nS/h = l,6nH^/h.

Работа А преобразуется в кинетическую энергию

подвижных частей прес-

са. При угловой скорости маховика

cOg

~ 0,8со^^

354

Глава 14.

Электровинтовые и гидровинтовые прессы

Из уравнения баланса A=L^ получаем

M„^,,

J(olh/{3,2nHJ.

В электровинтовом прессе в отличие от двухдискового фрикционного нет

потерь на проскальзывание диска по маховику, отсутствуют потери, вызванные

нажатием диска на маховик, и нет пяты винта в ползуне, но маховик опирается

на упорный подшипник качения. Отсюда

Л^тр.в =

где \х^ - коэффициент трения в гайке корпуса ползуна; г^^ - средний радиус

резьбы; |Lij,a4 - коэффициент трения качения;

- средний диаметр дорожки ка-

чения; d' - диаметр тела качения (шарика или ролика).

Поскольку при подъеме ползуна наблюдаются наиболее тяжелые условия

работы электродвигателя, его среднюю выходную мощность необходимо опре-

делять по крутящему моменту М^ для хода вверх, угловой скорости

cOg

с учетом

электрических потерь мощности в роторе-маховике и запаса мощности к= 1,25:

'' 2(1-._)

где5отн = 0Д5...0,17.

14.3.

Гидровинтовой пресс

Стремление повысить энергоемкость и КПД винтовых прессов привело уче-

ных и конструкторов к идее использования электрогидравлического привода,

который по сравнению с электрическим и электромеханическим характеризует-

ся большой скоростью подвижных частей в момент удара (до 1,5 м/с), повы-

шенной энергоемкостью на единицу массы подвижных частей, упрощенной

схемой и конструкцией устройств для регулирования скорости подвижных час-

тей в момент удара, а значит, эффективной энергии, более высоким КПД, а также

возможностью изготовления поковок из жаропрочных и труднодеформируемых

сплавов, т. е. более высокой стойкостью штамповой оснастки.

На

рис.

14.5 показан гидровинтовой штамповочный пресс с номинальным усили-

ем 25 МН, изготовленный на Воронежском заводе тяжелых механических прессов.

Станина рамной конструкции сборная, состоит из массивных поперечин -

верхней 5 и нижней 1 и двух стоек 2, стянутых четырьмя шпильками 14. Рабочие

цилиндры 11 поршневого типа расположены и прикреплены к стойкам. Штоки 12

поршней соединены с кронштейнами 13 массивного ползуна 4, который пред-

ставляет литую стальную призму и движется по регулируемым направляющим,

355

Раздел IIL ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 14.5. Схема гидровинтового штамповочного пресса

356

г л аеа 14, Электровинтовые и гидровинтовые прессы

длина которых в 1,5 раза больше расстояния между стойками. Направляющие 3

обеспечивают высокую точность положения ползуна и при жесткой конструк-

ции станины предопределяют необходимую точность размеров штампованных

поковок. Две передние направляющие жестко закреплены на стойках и являются

нерегулируемыми. Задние направляющие имеют раздельную регулировку с ис-

пользованием клиньев, установленных на стойках.

К нижнему торцу ползуна прикреплена подштамповая плита с Т-образными

пазами для установки и крепления верхнего штампа (см. рис. 14.5). В центральном

гнезде ползуна шарнирно нижним концом закреплен винт 8, который имеет неса-

мотормозящую пятизаходную резьбу с наружным диаметром 630 мм; профиль

поперечного сечения резьбы имеет вид неравнобокой трапеции. Винт при пере-

мещении вращается в гайке 10, которая установлена в гидростатических подшип-

никах. Гайка может быть неподвижной, а может вращаться как в направлении

вращения винта, так и в противоположном. Для этого предусмотрена зубчатая

передача 7 между маховиками винта и гайки. Вращение гайки в противополож-

ную сторону по отношению к винту, по мнению конструкторов, должно разгру-

зить фундаментные болты от восприятия поворотного момента при деформи-

ровании заготовки. Винт и гайка оснащены маховиками 6\\9, что увеличивает их

моменты инерции и обеспечивает большее накопление кинетической энергии

вращательного движения (накапливает «энергонасыщенность» пресса на единицу

массы подвижных частей). В маховике винта установлен фрикционный предохра-

нитель пресса от перегрузки по предельному крутящему моменту.

Пресс снабжен верхним и нижним выталкивателями, расположенными со-

ответственно в ползуне и нижней поперечине. Привод пресса электрогидравли-

ческий аккумуляторный. Как и для мощных гидравлических прессов, привод

гидровинтового пресса установлен в отдельном помещении и представляет на-

сосно-аккумуляторную станцию: три насоса УН 200/125, два гидропневматичес-

ких аккумулятора с четырьмя воздушными баллонами. Рабочей жидкостью

служит водная эмульсия. Управление гидроприводом обеспечивает возможность

трехступенчатого изменения числа ходов в минуту: 5, 10, 15.

Чтобы рассчитать на прочность детали пресса, необходимо определить ко-

личество накапливаемой кинетической энергии к моменту удара:

L^=J(x)^l2

mv^l2, (14.4)

где т - масса поступательно движущихся частей пресса.

Скорости углового и поступательного движений зависят от давления жид-

кости в рабочем цилиндре и от прямого холостого хода (хода приближения). Эти

зависимости устанавливают в результате решения уравнений движения и балан-

са работ:

P-7V(cosa + |Lisina) =mj\

PdS-\iN d(^= mjdS-i-J ^ф,

Insina dt

357

Раздел III. ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ

где Р - равнодействующая сил, приложенных к ползуну пресса со стороны ра-

бочего цилиндра; N- нормальная сила, приложенная на контактной поверхности

резьбы винта и гайки; а - угол подъема резьбы винта; dS - перемещение ползу-

на, соответствующее бесконечно малому углу поворота винта, dS

(h/2K)d(p.

В общем случае значение равнодействующей силы Р не является постоян-

ной. Однако в предварительных расчетах для определения скорости и ускорения

можно принимать ее в процессе прямого холостого хода постоянной. Тогда

^ 4п'Б /

т-\

^ J

cosa + |isina

где

= (|Li sin a + cos a) sin a;A

(sin a - |i cos a) cos a.

В этом случае скорости углового и поступательного движений ползуна оп-

ределяют по формулам

0^={2K/h)^f2jS; v

^[2JS. (14.5)

Из формулы (14.5) следует, что скорости углового и поступательного дви-

жений зависят от давления жидкости и длины прямого холостого хода (хода

приближения). Для более точных расчетов необходимо воспользоваться методи-

кой определения скорости подвижной поперечины гидравлического пресса.

Подстановка значений

со

и v из (14.5) в (14.4) позволит определить эффективную

(в данном случае кинетическую) энергию удара.

358

Раздел IV. МОЛОТЫ

Глава 15. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОЛОТАХ

15.1.

Принцип действия и классификация

Общим для всех молотов является характер действия их в период рабочего

хода, основанного на преобразовании кинетической энергии подвижных частей

привода, исполнительного механизма и даже станины посредством удара в энер-

гию пластического деформирования обрабатываемого металла.

Молоты классифицируют по следующим признакам, раскрывающим прин-

цип действия, устройство и применение их как машин-орудий: по виду привода,

технологическому назначению, конструктивному исполнению.

Вид привода. Это характеристика двигательного и передаточного механизмов

молота. Она определена особенностями системы, служащей для преобразования

подводимой внешней энергии в энергию поступательного перемещения подвижных

частей. Для привода подвижных частей молотов используют энергию: водяного

пара, сжатого воздуха или газа, горючих смесей и взрывчатых веществ, вращатель-

ного движения, жидкости высокого давления и электричества. В соответствии с

этим различают молоты: паровоздушные, высокоскоростные (газовые, взрывные,

пневматические) и приводные (механические, гидравлические и электрические).

Паровоздушный молот (рис. 15.1, а). Это типичная паровая машина с рабо-

чим цилиндром, в нижнюю и верхнюю полости которого попеременно впускают

или выпускают пар (сжатый воздух). Тем самым обеспечивают возвратно-посту-

пательное движение вверх-вниз поршня, образующего с цилиндром двигательный

механизм, штока (передаточный механизм) и бабы (исполнительный орган) с верх-

ним бойком или штампом. Поршень, шток и бабу принято объединять в одном

конструктивном узле подвижных или падающих частей.

Источник водяного пара (котельная) или сжатого воздуха (компрессорная

станция) обеспечивает групповое питание молотов.

359