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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел

VI.

АВТОМАТИЗАЦИЯПРОЕКТИРОВАНИЯКШМ

любого цикла работы пресса с номинальным. При превышении эквивалентным

током номинального (двигатель перегружен) следует назначить типоразмер двига-

теля большей мощности или увеличить момент инерции маховика. В противном

случае (двигатель недогружен) необходимо выбрать типоразмер двигателя мень-

шей мощности или уменьшить момент инерции маховика. Увеличение момента

инерции маховика приводит к меньшим отклонениям частоты вращения двигателя

от номинальной, при которых КПД и коэффициент мощности двигателя макси-

мальны. Таким образом, уменьшение нагрузки двигателя при увеличении момента

инерции имеет место за счет повышения КПД и коэффициента мощности двигате-

ля.

Однако такое изменение нагрузки двигателя при варьировании моментом

инерции маховика не может быть значительным. Поэтому при большой разнице

эквивалентного и номинального токов (15...30 % и выше) следует изменять мощ-

ность двигателя, а при небольшой - момент инерции маховика. Окончание процес-

са подбора мощности двигателя и момента инерции маховика определяется

достижением требуемой точности совпадения эквивалентного и номинального то-

ков.

Подбор момента инерции маховика может быть ускорен применением интер-

поляции и экстраполяции данных, полученных на предыдущих шагах.

На рис. 24.22, а показаны полученные моделированием результаты расче-

та эквивалентного и номинального токов одного цикла работы пресса в режиме

одиночных ходов. График деформирующей силы принят типовым, время цикла -

равным 10 с (режим одиночных ходов, пауза 6 с), а требуемая точность совпаде-

ния эквивалентного /^^в и номинального /„^^ токов - равной 0,1 %.

Согласно полученным результатам, при этих условиях эквивалентный ток в

конце цикла больше номинального на 67,9 %, тогда как после подбора двигателя

и маховика - на 0,059 % (рис. 24.22, б).

Для принятых условий номинальная нагрузка двигателя имеет место при

мощности двигателя 15 кВт и моменте инерции маховика 52,21 кгм^.

Расчет баланса энергозатрат и КПД пресса. В моделях элементов, обла-

дающих диссипативными свойствами, вычисляются входная и выходная энер-

гии и (или) ее потери при работе элемента, а в моделях элементов, обладающих

способностью накапливать энергию, - накопленная энергия. Значения входной,

выходной и накопленной энергии, а также ее потери определяются в процессе

моделирования по итогам выполненной части и сами являются переменными

величинами. Вычисленные величины могут быть выведены как расчетные пере-

менные с помощью универсальных индикаторов. Их значения имеют характер

нарастающего итога в течение моделирования. При определении потерь энергии

их следует относить к одному циклу работы пресса, т. е. находить разницу вы-

водимых величин для начала и конца выбранного цикла.

При моделировании работы пресса при различных следующих одна за дру-

гой операциях (многопереходная штамповка) определение потерь энергии сле-

дует относить к составному циклу работы пресса. Баланс затрат энергии при-

веден в табл. 24.7.

540

Рис. 24.22. Результаты расчета эквивалентного и номинального фазных токов двига-

теля главного привода пресса К460 до (а) и после (б) подбора двигателя и маховика

РАЗДЕЛ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КШМ

Таблица 24.7. Баланс затрат энергии

для

режима одиночных (числитель)

и автоматических (знаменатель) ходов

Элемент

Электрическая сеть

Двигатель асинхронный

Клиноременная передача

Маховик

Фрикционные пары муфты

Тормоз

Подшипники приводного вала

Быстроходная зубчатая передача

Подшипник тихоходной зубчатой

передачи

Тихоходная зубчатая передача

Подшипниковая опора коленчатого

вала

Кривошипная головка шатуна

Ползунная головка шатуна

Направляющие вытяжного ползуна

Технологическая сила

Кулачковый механизм привода при-

жимного ползуна

Подшипник ролика кулачкового меха-

низма привода прижимного ползуна

Направляющие ползуна ролика

ку-

лачкового механизма

Подшипниковая опора коромысла

Шарниры механизма привода при-

жимного ползуна (см. рис. 24.14):

Направляющие прижимного ползуна

Невязка баланса

Потери

энергии,

Дж

57128,7/50 775,9

11343,5/10456,1

1569,9/2383,5

6,7/9,74

2618,7/-

2594,4/-

290,6;

317,2/288,6;

310,8

92,7/79,8

392,1/372,1

1190,8/1062,1

62,8/62,7

76,7/76,8

5,8/5,8

680,8/680,8

35 228,3/35 228,3

0,6/0,8

46,3/46,3

71,1/70,8

3,6/3,6

0,07/0,04

1,1/1,0

1,5/1,5

0,3/0,2

29,2/29,2

503,9/-454,7

Потери энергии, %

100/100

19,8/20,6

2,75/4,69

0,01/0,02

4,58/-

4,54/-

0,51;

0,56/0,57;

0,61

0,16/0,16

0,68/0,73

2,08/2,09

0,11/0,12

0,13/0,15

0,01/0,01

1,19/1,34

61,66/69,38

0,001/0,001

0,08/0,09

0,12/0,14

0,006/0,007

0,0001/0,0001

0,002/0,002

0,003/0,003

0,0005/0,0004

0,12/0,058

0,88/-0,90

542

Глава

Проектирование кузнечно-илтамповочныхмашин

-^деф? КД^

80 Ри,%

Рис. 24.23. График работо-

способности главного при-

вода пресса К460

Анализ полученных результатов позволяет сде-

лать следующие выводы.

КПД пресса составляет 61,66% для режима

одиночных ходов и 69,38 % для режима автомати-

ческих ходов.

Близость к нулю потерь (накопления) энергии

маховика в цикле означает, что режим работы при-

вода пресса в цикле установившийся.

Наибольшие потери энергии имеют место в элек-

тродвигателе и составляют 19,8 и 20,6 % для режима

одиночных и автоматических ходов соответственно.

График работоспособности кривошипного пресса. Моделирование работы

кривошипного пресса позволяет решать задачу определения времени цикла для

операций различной энергоемкости из условия номинальной нагрузки двигателя

главного привода. Однако предварительно должна быть выбрана мощность двига-

теля и момент инерции маховика.

Продолжительность цикла определяется моментом совпадения значений эк-

вивалентного и номинального токов двигателя. В табл. 24.8 приведены результа-

ты определения времени цикла и коэффициента использования ходов пресса К460

для технологических операций различной энергоемкости при номинальной на-

грузке двигателя привода, а на рис. 24.23 - построенный по данным таблицы гра-

фик работоспособности привода пресса. Расчеты выполнены для двигателя

4А13284УЗ (мощность 7,5 кВт, частота вращения 1440 об/мин) и маховика с мо-

ментом инерции 47 кгм^. Энергоемкость операции изменяли пропорциональным

уменьшением значений силы и перемещения на графике нагружения.

Таблица

24.8.

Продолжительность цикла и коэффициент использования

ходов пресса модели К460 для операций различной энергоемкости

Энергоемкость

операции, Дж

35 228,3

28 543,9

22 554,2

17269,2

18 124,6

Продолжительность

цикла, с

21,06

12,29

7,23

4,0

Коэффициент использования

ходов, %

19,0

32,5

55,3

100

Автоматические ходы

При выполнении энергетических расчетов кривошипных прессов путем ма-

тематического моделирования учитываются все энергозатраты, имеющие место в

представленных в модели элементах пресса; потери энергии, связанные с упругим

деформированием элементов, например станины, с разгоном и торможением ма-

ховых масс; достоверно определяется КПД пресса. Учет энергозатрат осуществля-

ется как при рабочем ходе, так и во время холостых ходов и пауз в работе пресса.

543

Раздел

VI.

ЛВТОМЛТИЗЛЦИЯПРОЕКТИРОВАНИЯКШМ

Энергетические расчеты могут быть выполнены и для составных циклов,

например при многооперационной штамповке. Изложенные подходы остаются

в силе и в случае оснащения пресса вспомогательными устройствами, приводи-

мыми от двигателя главного привода, например подачами; а для кривошипных

автоматов любой сложности - при условии достаточной полноты их представ-

ления в математической модели.

24.2.

Электровинтовые прессы

Расчет работоспособности пресса

Рассмотрим электровинтовой пресс Ф1730 с номинальным усилием 1,6 МН,

полным ходом ползуна 0,4 м, числом ходов 15 в минуту, конструктивная схема

которого показана на рис. 14.1. Для выполнения расчетов воспользуемся моде-

лью пресса, топология которого приведена на рис. 24.24. Соответствие элемен-

тов конструктивной схемы элементам топологии показано в табл. 24.9.

В качестве модели двигателя привлечена модель асинхронного двига-

теля 4АС180М8УЗ (15,0 кВт; 750 об/мин). Для приведения его синхронной

частоты вращения к частоте вращения дугостаторного двигателя пресса Ф1730

Таблш{а

24.9.

Соответствие элементов кинематической схемы элементам

топологии для пресса модели Ф1730

Позиция

на

рис.

14.1

4,5

Элемент

Станина

Ползун

в направляющих

Винтовая пара

Подшипник упорный

двусторонний

Тормоз

Двигатель

асинхронный

Маховик

Источник питания

Технологическая сила

Обозначение элемента(ов)

на топологии

СТАНИНА

ПЛЕЧ0

1,НАПРАВЛЛ,

ПЛЕЧО 2, НАПРАВЛ.2

ВИНТОВАЯ ПАРА

ПОДШИПНИК УПОРНЫЙ 1,

ПОДШИПНИК УПОРНЫЙ 2

ТОРМОЗ

DV+ЗП

МАХОВИК 25

VI,

ХОД ВНИЗ,

V2,

ХОД ВВЕРХ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

НАГРУЗКА

Имя привлечен-

ной модели

BALKA2+NPR +

+ BALKA2+NPR

VNTPR

PDU

TORMOZ

DVA+RDN

У+ТРАПЕЦ.

ИСТОЧНИК

СИГНАЛА

TNGK

544

г л ава 24. Проектирование кузнечно-штамповочных машин

Ф1730 СНВ VNT 2в.7.4 1

^и^^^^и^^^^^^^и

Рис. 24.24. Топология винтового электровинтового пресса Ф1730

(300 об/мин) в топологию включена модель зубчатой передачи ЗП (модель RDN),

которая отсутствует в составе пресса. Продолжительность времени включения

двигателя при ходе вниз задают элементом ХОД ВНИЗ. Ее выбирают из усло-

вия получения требуемой энергии удара. Продолжительность времени вклю-

чения двигателя при ходе вверх задают элементом ХОД ВВЕРХ. Она и

параметры модели тормоза выбираются из условия остановки ползуна при хо-

де вверх в заданном положении.

На рис. 24.25 показаны результаты моделирования одного цикла работы та-

кого пресса для номинальной энергии L^

6,5 кДж. Время цикла для ударов

с различной энергией определяется для номинального режима работы двигателя

главного привода, а продолжительность цикла - моментом совпадения значений

эквивалентного и номинального токов двигателя (рис. 24.26).

545

д^щЯ

й| СИЛА

ДЕФОРМИРОВАНИЯ

?|МОМЕНТ

ТОРМОЗА МАКСИМ.

11 МОМЕНТ

ТОРМОЗА

ФАКТИЧ.

ВХОДНАЯ

ЭНЕРГИЯ ДВИГАТЕЛЯ

iiПОТЕРИ ЭНЕРГИИ

ДВИГАТЕЛЕ

!| РАБОТА

ДЕФОРМИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГН.МОМЕНТ

«КПД ДВИГАТЕЛЯ

пКОЭФФ. МОЩНОСТИ (COS Г1)

Si УГЛОВАЯ

СКОРОСТЬ ВИНТА

!'КОД ПОЛЗУНА

|| СИГНАЛ

УПРАВЛ.ТОРМОЗОМ

?Ь5000

0-5000

й!о

Но

Si о

11-500

=10

SiO

й-50

Ц-0.5

11-96

СИГНАЛ УПРАВЛ.ТОРМОЗОМ

: / -4

КОЭФФ. МОЩНОСТИ (COS FI) , КОЭФФ. МОЩНОСТИ (COS

F1)

ЭЛЕКТРОМАГН МОМЕНТ

/•

[ВХОДНАЯ

ЭНЕРГИЯ ДВИГАТЕЛЯ -^

_._ ^ ^,

1^И

lEiffiie

u^^i^JlfeiOSOilSi^

дваа

Рис. 24.25. Результаты моделирования одного цикла работы пресса Ф1730

^Д-Д^^^^ьтогжено^^

Рис. 24.26. Результаты расчета эквивалентного и номинального фазных токов

двигателя главного привода пресса Ф1730

Глава

24.

Проектирование кузнечно-штамповочныхмашин

В табл. 24.10 приведены результаты определения времени цикла и коэффи-

циента использования ходов электровинтового пресса Ф1730 при различной

энергии удара, а на рис. 24.27 - построенный по данным этой таблицы график

его работоспособности.

Таблица 24.10. Продолжительность

цикла

коэффициент использования

ходов пресса модели Ф1730

для операций различной энергоемкости

'^деф5

КД^

Энергоемкость

операции,

Дж

6503

5192

4102

3114

2337

1846

Продолжи-

тельность

цикла, с

4,47

4,32

4,12

3,81

3,42

3,04

Коэффициент

использова-

ния

ходов,

Автомати-

ческие ходы

Ри,

Рис. 24.27. График

работоспособности

главного привода

пресса Ф1730

Баланс энергозатрат и КПД

Расчет аналогичен расчету баланса энергозатрат и КПД кривошипного прес-

са К460. Согласно данным таблицы

24.11,

КПД пресса Ф1730 составил 7,35 %,

наибольшие потери имеют место в двигателе (66,4 %), в винтовой паре они со-

ставляют 25,9 %.

Таблица

24.11.

Энергетический баланс работы пресса модели Ф1730

Элемент

Электрическая сеть

Двигатель асинхронный

Упорный подшипник

Винтовая пара

Направляющая

Технологическая сила

Невязка баланса

Расход

Дж

49737,7

33 024,6

231,2

1289,1

10315,8

659,9

939,0

3656,9

278,8

энергии

100

66,4

0,46

2,59

25,9

1,32

1,89

7,35

0,56

547

Раздел

VL АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

КШМ

24.3.

Приводные пневматические молоты

Рассмотрим молот МБ412 с массой падающих частей 150 кг и числом уда-

ров 180 в минуту, конструктивная схема которого показана на рис. 20.1. Для вы-

полнения расчета воспользуемся моделью молота, топология которого приве-

дена на рис. 24.28. Соответствие элементов конструктивной схемы элементам

топологии дано в табл. 24.12.

Таблица

24.12.

Соответствие элементов конструктивной схемы

элементам топологии для молота модели МБ412

Позиция

на

рис.

20.1

(см.

рис.

20.5)

Элемент

Двигатель асинхронный

Ременная передача

Зубчатая передача

Подшипниковая опора кри-

вошипа

Кривошип

Кривошипная головка

шатуна

Шатун

Поршневая головка шатуна

Компрессорный цилиндр

Рабочий цилиндр

Воздухораспределительное

устройство:

верхний кран

нижний кран

обратный клапан

Технологическая сила

Обозначение элемента

на топологии

4А16084УЗ

КЛ.-РЕМ. ПЕРЕДАЧА

ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА

ПОДШ. ОПОРА КРИВО-

ШИПА

КРИВОШИП

КРИВОШ. ГОЛОВКА

ШАТУНА

ШАТУН

ПОРШНЕВАЯ ГОЛОВКА

ШАТУНА

КОМПРЕССОРНЫЙ ЦИЛИНДР

РАБОЧИЙ ЦИЛИНДР

ТРВ

ТРИ

ОБРАТНЫЙ КЛАПАН

ТЕХОЛОГИЧЕСКАЯ

НАГРУЗКА

Имя при-

влеченной

модели

DVA

KLRMP

RDN

SHARN2

BALKA2

SHARN2

BALKA2

SHARN2

CLPN

TRPN

KLOBPN

TNGK

548

'Ж-.СИЛА ДЕФОРМИРОВАНИЯ

АТМИ

ЗСР 10») АТМе^Ш КР)

ФУНДАМЕНТ ШАБОТА ^

ж ДЕМПЕР е НИЖНЕЙ полости компр цип

•ж ж 'ДАВЛ в ВЕРХНЕЙ ПОЛООТИ КОМПР ЦИЛ

ж мал е НИЖНЕЙ полости

КОМПР

ЦИЛ

ПОРШНЕВ^^Я ГРПОВКА ШАТУНА

ж ДАап е ВЕР/,ней nonocTti

РАЕ-ОЧЕГО ЦИП

ж А^ап в нижней полости

РЛБОЧЕГР

ЦИЛ

ПОИАЗ ПОЛЯТР

веер'*'НЕЙпол,комприил,

Ж ПОТЕРИ

ТЕПЛА

ЧЕР53 CtEHirV КОМПР ЦЙЛ

('ривош ГОЛОВКА

ШАТУНА.

ЭНЕРГИЯ

демгАтепй

Ж ТЕМПЕРАТУТ'й НАР ЛОВ, КОМПР ЦИП

4AJ60S4V3 _ ^ '^^^ ПЕРЕДАЧА ЗУБЧАТАЯ ПбРЕДАЧЛ -| Г'^Т "g

Рис. 24.28. Топология приводного пневматического молота МБ412