Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса и постановка задачи исследования 14
1.1. Обзор и основные направления развития конструкции винтовых прессов и систем их управления 14
1.2. Анализ конструкций и тенденция развития винтовых прессов с муфтовым приводом 33
1.3. Состояние теории и методов расчета и проектирования винто вых прессов с муфтовым приводом и систем их управления.. 43
1.4. Выводы, цель и задачи исследования 48
ГЛАВА 2. Разработка и создание винтового пресса с муфтовым приводом с электромеханической кулачково-рычажной системой управления 51
2.1. Разработка конструкции опытно промышленного образца ВМП электромеханической кулачково-рычажной системой управления 51
2.2. Разработка конструкции пневмомеханического привода возвратного хода 57
2.3. Разработка конструкции кулачково-рьиажной системы управления муфтой 59
2.4. Разработка конструкции рабочего профиля кулачка ВМП
электромеханической кулачково-рычажной системой управления 64
2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. Теоретическое исследование винтового пресса с муфтовым приводом с электро-механической системой управления 72
3.1. Разработка и исследование системы управления муфтой 72
3.2. Исследование ВМП с использованием программного комплекса ПА9 анализа динамических систем 82
3.3. Расчет параметров движения рабочих частей и динамические модели в период машинного цикла 86
3.4. Выводы по главе 96
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование винтового пресса с муфтовым приводом с электромеханической системой управления 98
4.1. Методика экспериментального исследования винтового пресса с муфтовым приводом с электромеханической кулачково-рычажной системой управления 98
4.2. Экспериментальное исследование винтового пресса модели Ф1738М с электромеханической кулачково-рычажной системой управления и механизмом возврата ползуна с вращательным мо ментом воздействия на подвижные части пресса 101
4.3. Сопоставление результатов теоретического и экспериментального исследований винтовых прессов с электромеханической системой управления 109
4.4. Выводы по главе 110
ГЛАВА 5. Разработка методики проектного расчета и предложения по совершенствованию конструкции рассматриваемых винтовых прессов 113
5.1. Разработка методики проектного расчета 113
5.1.1. Определение параметров винтового соединения 115
5.1.2. Разработка кулачкового механизма преобразования момента в силу 116
5.1.3. Определение параметров механизма возвратного хода ползуна с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса 120
5.1.4. Расчет маховика муфты, винтового пресса с муфтовым приводом 121
5.2. Предложения по совершенствованию конструкций винтовых прессов с муфтовым приводом 123
5.3. Результаты экономической эффективности от освоения винтовых прессов с электромеханической системой управления 125
5.4. Выводы по главе 125
Основные выводы по работе 127
Литература
- Анализ конструкций и тенденция развития винтовых прессов с муфтовым приводом
- Разработка конструкции пневмомеханического привода возвратного хода
- Исследование ВМП с использованием программного комплекса ПА9 анализа динамических систем
- Экспериментальное исследование винтового пресса модели Ф1738М с электромеханической кулачково-рычажной системой управления и механизмом возврата ползуна с вращательным мо ментом воздействия на подвижные части пресса
Введение к работе
В настоящее время у машиностроительных предприятий, особенно в отраслях ВПК, для развития и расширения базы производства недостаточно основных средств для приобретения новых технологических оборудовании предназначенных для горячего объемного и холодного деформирования металла. Поэтому актуальным становится вопрос восстановления ранее вышедших из строя по разным причинам, в основном из-за неисправностей обмоток статора, винтовых прессов с дугостаторным приводом, производства Чимкентского завода КПО им. М.И. Калинина, а также винтовых прессов с кругостаторным приводом фирмы "Weingarten" (ФРГ) находящихся на балансе предприятии.
Перед машиностроителями из-за жесткой конкуренции на мировом рынке по реализации «изделий» стоят конкретные задачи: значительно повысить технический уровень и качество изготавливаемой продукции, повысить гарантированную надежность, долговечность эксплуатации «изделий» в любых климатических условиях мира, а это невозможно без создания нового и дальнейшей модернизации имеющегося КПО и соответствующих технологических процессов горячей объемной штамповки. В промышленности достаточно широко используются винтовые прессы для объемной штамповки, являющейся одним из прогрессивных видов обработки металлов. Применение винтовых прессов особенно эффективно при изготовлении поковок повышенной точности с тонким полотном и оребрением. Винтовые прессы в авиационной и ракетно-космической промышленности в основном используются для получения высокоточных поковок из конструкционных, нержавеющих, труднодеформируемых, жаропрочных сталей на хромо-никелевой основе, Ti-ых и А1-ых сплавов, обеспечивают общее снижение трудоемкости, как в штамповочных, так и в механических цехах, улучшают условия и увеличивают производительность труда, повышают коэффициент использования металла.
8 Широкое использование винтовых прессов в промышленности сдерживается отсутствием высокоэффективного привода, удовлетворяющего современным требованиям прессостроения.
В последние годы в промышленности используются винтовые прессы с муфтовым приводом, основной отличительной особенностью которых является наличие маховика для аккумулирования кинетической энергии и использование фрикционной муфты включения для управления прессом.
Винтовые прессы с муфтовым приводом имеют существенно меньшую установочную мощность привода и большую величину эффективной энергии, необходимой для выполнения полезной работы деформирования, что обеспечивает широкие технологические возможности пресса. Прессы имеют более высокий КПД, надежны в работе, просты в наладке и эксплуатации [1,3].
Изложенное выше объясняет проявляемый в нашей стране и за рубежом интерес к новым конструкциям винтовых муфтовых прессов (ВМП), обладающих существенными преимуществами по сравнению с винтовыми прессами с традиционными приводами. Однако конструктивные особенности известных ВМП создают ряд проблем при их эксплуатации, связанных с работой системы управления муфтой на вторичном энергоносителе - сжатых воздухе или жидкости: -отсутствуют достаточно эффективные системы отключения муфты во время хода деформирования ВМП; -недостаточно надежен и эффективен привод возвратного хода подвижных частей пресса.
В научно-технической литературе отсутствуют систематизированный анализ, научно обоснованные рекомендации и методики проектирования ВМП с различными системами управления отключением муфты и рекомендации по разработке и эксплуатации привода возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса. Кроме того, недостаточно изучены динамические процессы работы ВМП при
9 отключении муфты при ходе деформирования. Поэтому актуальным является проведение изучения и анализа работы находящихся в промышленной эксплуатации ВМП, а также разработка и создание простых и надежных новых конструкций ВМП и научно обоснованной методики их проектирования.
Вопрос создания нового привода стоит особенно остро в связи с началом освоения отечественной промышленностью винтовых прессов с муфтовым приводом для операции штамповки в открытых и закрытых штампах с разъемными матрицами, штамповки кручением, штамповки с активными силами трения, сферодвижной штамповки и других, требующих повышенной энергии хода деформирования. Разработка, создание и освоение в производстве, теоретическое и экспериментальное исследование винтового пресса с муфтовым приводом с экологически чистой электромеханической, кулачково-рычажной системой управления с отключением муфты по ходу деформирования, без использования сжатого воздуха или жидкости, с системой возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части на основе пресса модели Ф1738М силой 6,3 МН для энерго- и материалосберегающих технологических процессов является одной из актуальных задач.
Целью настоящей работы является разработка новой конструкции ВМП с электромеханической кулачково-рычажной системой управления отключением муфты по ходу деформирования и механизма возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса; создании математической модели ВМП новой конструкции; раскрытие динамики взаимодействия технологической нагрузки и узлов ВМП на всех этапах машинного цикла; получение значений основных кинематических, динамических и энергосиловых параметров пресса; определение и исследование факторов, влияющих на выходные параметры ВМП разработанной конструкции; разработка научно обоснованной методики проектирования ВМП с электромеханической кулачково-рычажной системой
10 управления отключением муфты и механизма возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-на основе анализа достижений отечественного и зарубежного прессостроения определить с технические и экономические направления развития конструкций винтовых прессов с муфтовым приводом;
-разработать конструкцию винтового пресса с муфтовым приводом с экологически чистой системой управления, работающую без вторичного энергоносителя - сжатых воздуха и жидкости;
-разработать механизм возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса;
-провести теоретический анализ работы пресса на основных этапах машинного цикла с использованием разработанного на кафедре МТ6 в МГТУ им. Н.Э. Баумана программного комплекса ПА9 анализа динамических систем;
-разработать размерный ряд и методику проектирования винтовых прессов с муфтовым приводом;
-уточнить классификацию приводов винтовых прессов с муфтовым приводом;
-осуществить промышленное освоение винтового пресса с муфтовым приводом, исследовать его работу в производственных условиях при серийном изготовлении поковок.
Исследования и промышленная эксплуатация созданного винтового пресса с муфтовым приводом с экологически чистой электромеханической кулачково-рычажной системой управления, работающего без использования вторичного энергоносителя - сжатых воздуха или жидкости, механизмом возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные
части пресса модели Ф1738М, установленного в кузнечно- прессовом цехе ОАО «МПО им. И. Румянцева», показал свою полную работоспособность и позволила выявить особенности работы оборудования.
В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием разработанного на кафедре МТ6 в МГТУ им. Н.Э. Баумана программного комплекса ПА9 анализа динамических систем, адаптированного к моделированию КПМ. Экспериментальные исследования осуществлены при испытании винтового пресса с муфтовым приводом с электромеханической системой управления модели Ф1738М силой 6,3 МН.
В результате работы создана математическая модель ВМП с электромеханической системой управления отключением муфты по ходу деформирования; установлено взаимовлияние величин параметров винтового пресса с муфтовым приводом с параметрами электромеханической кулачково-рычажной системы управления муфтой; установлено взаимовлияние параметров механизма возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса с параметрами пресса; установлены зависимости между значениями основных кинематических параметров пресса и величиной времени отключения муфты ВМП; на основе проведенных исследований разработана научно обоснованная методика проектирования ВМП с электромеханической кулачково-рычажной системой управления муфтой.
По итогам работы создан экологически чистый винтовой пресс с муфтовым приводом с электромеханической кулачково-рычажной системой управления с отключением муфты по ходу деформирования, системой возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части на основе пресса модели Ф1738М силой 6,3 МН.
Созданный винтовой пресс с муфтовым приводом и электромеханической кулачково-рычажной системой управления ВМП
12 модели Ф1738М силой 6,3 МН принят 17.04.2001 году в промышленную эксплуатацию на ОАО "МПО им. Румянцева" и эксплуатируется по настоящее время.
Автор защищает новую конструкцию винтового пресса с муфтовым приводом с электромеханической кулачково-рычажной системой управления муфтой, системой возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части:
-научно обоснованные технические решения по повышению эффективности работы винтового пресса с муфтовым приводом; создание и промышленное освоение винтового пресса с электромеханической кулачково-рычажной системой управления муфтой и механизма возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса;
-совокупность теоретических зависимостей, положенных в основу определения параметров электромеханической кулачково-рычажной системы управления муфтой и механизма возвратного хода;
-динамические модели винтового пресса с муфтовым приводом с электромеханической кулачково-рычажной системой управления муфтой и механизма возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса;
-результаты промышленного освоения винтового пресса с муфтовым приводом и исследования его работы в производственных условиях;
-размерный ряд и методику проектирования винтового пресса с муфтовым приводом;
-уточненную классификацию приводов винтовых прессов в части электромеханической кулачково-рычажной системы управления муфтой.
Работа выполнена на кафедре МТ-6 «Технологии обработки давлением» МГТУ им. Н.Э. Баумана и в ОАО "МПО им. И. Румянцева".
В заключение автор выражает глубокую благодарность ныне
Сафонову А.В.
13 покойному научному руководителю Лауреату Государственной премии РФ, академику АПК, доктору технических наук, профессору
научному консультанту Лауреату Государственной премии РФ, член-корр. РАН, доктору технических наук, профессору Дмитриеву A.M., а также коллективу кафедры МТ-6 и сотрудникам предприятий ООО НПФ «Тяжпресс» г. Воронеж, ОАО "МПО им. И. Румянцева" г. Москва, за оказанную помощь при проведении данной работы.
Н ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Обзор и основные направления развития конструкции винтовых прессов и систем их управления
Постоянное развитие технологических процессов полугорячей и горячей объемной обработки металлов давлением и повышение ее эффективности невозможно без совершенствования существующих и создания новых кузнечно-прессовых оборудовании, имеющих более высокие экономические показатели [1,2, 3, 4, 5].
По мере совершенствования технологических процессов горячей объемной штамповки и их усложнения, и исходя из широкого использования в конструкциях авиационно-космической техники деталей из труднодеформируемых сталей и сплавов, все более остро проявляется потребность использования винтовых прессов (ВП) в производстве. В последние годы ВП становятся основным штамповочным оборудованием, чему во многом способствуют специфические свойства, присущие винтовым прессам [1,6].
Винтовые прессы не имеют фиксированного нижнего положения ползуна, который перемещается вниз до момента торможения деформируемой поковкой и останавливается упорами верхнего и нижнего инструмента. Это обуславливает следующие преимущества винтовых прессов:
-отпадает необходимость в механизмах или устройствах для регулирования штамповои высоты, а также необходимость в наладке и подналадке пресса при разогреве штампов, в период интенсивной работы;
-повышается точность штамповки, т.к. колебания температуры заготовки и незначительные изменения ее объема и связанные с ними
15 колебания силы деформирования поковки и, следовательно, упругая деформация пресса не влияют на величину конечного размера штампуемой поковки по высоте;
-исключено заклинивание пресса в процессе выполнения технологических операции, даже при увеличенных обьемах заготовок и их низких температурах.
-по сравнению с кривошипными горяче-штамповочными прессами, в винтовых прессах время силового контакта инструмента с горячей поковкой очень мало, что благоприятно сказывается на повышении стойкости инструмента.
Скорость ползуна у винтовых прессов значительно меньше, чем у штамповочных молотов, но она остается в пределах зоны, оптимальной для горячей объемной штамповки различных металлов и сплавов, в том числе и труднодеформируемых, и способствует хорошему заполнению как низких, так и высоких полостей гравюры штампа. Винтовые прессы являются самым дешевым штамповочным оборудованием, просты в конструктивном исполнении и не требуют высококвалифицированного обслуживающего персонала [7].
Хотя винтовые прессы имеют существенные преимущества по сравнению с другими видами оборудования: кривошипными горяче-штамповочными прессами, гидравлическими прессами и молотами, их промышленное освоение сдерживается рядом объективных причин. После разделения СССР на несколько независимых государств, в России нет предприятий по выпуску ВП, а также и в странах СНГ, в тоже время при восстановлении выпуска их, наиболее важными являются отсутствие простого по конструкции и надежного привода, удовлетворяющего современным требованиям прессостроения; высокий эффективный КПД пресса, низкая установочная мощность привода, высокая эффективная энергия хода деформирования.
В настоящее время винтовые прессы выпускаются более чем 30 фирмами мира. Анализ патентных и литературных источников показывает многообразие конструкций винтовых прессов, предназначенных для выполнения различных технологических операций обработки давлением. На (рис. 1.1) приведена классификация винтовых прессов по их технологическому назначению и конструктивному исполнению [8,9].
Винтовые прессы
технологическое
назначение
Штамповка в открытых и закрытых штампах
Штамповка в закрытых штампах с разьемнымп матрицами
Штамповка
кручением
Чеканка,
гибка,
калибровка
Листовая штамповка
Прессование металлопорошков, огнеупоров
исполнение
Станина
конструктивное
Ползун
Винтовой механизм
Рис. 1.1. Классификация винтовых прессов
Несмотря на большое многообразие конструкций винтовых прессов, вызванных требованиями технологического процесса, все выпускаемые винтовые прессы можно разделить на две основные группы с учетом кинематического состояния элементов главного исполнительного механизма: винта и гайки.
17 К первой группе относятся винтовые прессы с винтом, совершающим винтовое движение и кинематически связанным с гайкой, неподвижно установленной в станине пресса (рис. 1.2 а). Ко второй группе относятся винтовые прессы с винтом, совершающим вращательное движение и кинематически связанным с гайкой, неподвижно установленной в ползуне, имеющим возвратно-поступательное движение (рис. 1.2 б).
а б
Рис. 1.2. Схемы винтовых прессов: а- с винтовым движением винта; б- с вращательным движением винта
Независимо от конструктивной схемы и группы кинематического состояния элементов главного исполнительного механизма ВП, имеется большое разнообразие типов их приводов.
Классификация основных типов приводов эксплуатирующихся в промышленности винтовых прессов и дополнения к классификации [9] приводов винтовых прессов, связанные с новыми конструктивными разработками ВП с муфтовым приводом с электромеханической системой управления, приведена на (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Классификация приводов винтовых прессов
Наибольшее развитие получили винтовые фрикционные прессы, имеющие фрикционный передаточный механизм. Среди них наиболее распространены прессы с двухдисковым фрикционным передаточным механизмом.
Одним из старейших и наиболее опытных производителей винтовых прессов является фирма SMS Hasenclever Maschinenfabrik (Германия). С 1950 по 2006 год ею были выпущены 2058 винтовых прессов. Фирма производит фрикционные винтовые прессы типа FPRN с номинальной силой до 80 МН (рис. 1.4) [10].
Основными потребителями закупленных в середине 80-ых годов около двух десятков фрикционных винтовых прессов фирмы SMS Hasenclever Maschinenfabrik модели FPRN 315 с номинальной силой 10 МН, являются кузнечно-прессовые цеха предприятий авиационно-космической промышленности, изготавливающих особо ответственные поковки из
19 различных нержавеющих, жаропрочных, труднодеформируемых сталей, а также из Ti-ых и А1-ых сплавов.
Рис. 1.4. Привод фрикционного винтового пресса модели FPRN
Начиная с 80-х годов в Китае производят фрикционные винтовые и гидровинтовые прессы номинальной силой от 16 до 25 МН.
В настоящее время изготавливают полностью укомплектованные серийные фрикционные винтовые прессы номинальной силой от 400 кН до 25 МН, а также в небольшом количестве и гидровинтовые прессы силой до 16 МН. Главные производители - три завода по изготовлению кузнечно-прессовых машин, находящиеся в Циндао, Ляолян и Эчжоу. Годовые объемы производства фрикционных прессов: силой до 4 МН - 200 шт.; силой от 6,3 до16МН-15-20шт. [11].
Крупнейшими производителями винтовых фрикционных прессов являются также фирмы Franz Berrenberg GmbH &Со. (ФРГ), Eumuco AG fur Maschinen van ФРГ (рис. 1.5), Weingarten, ФРГ [12], Osterwalder (Швейцария), итальянские фирмы Vaccari и Ficep. Конструктивные схемы
20 этих машин аналогичны схеме прессов типа FPRN фирмы SMS Hasenclever [12].
Рис. 1.5. Фрикционный винтовой пресс модели RSSP
Некоторые отличия в зависимости от технологического назначения просматриваются лишь в исполнении отдельных механизмов и устройств. Трехдисковые фрикционные винтовые прессы выпускались фирмой SMS Hasenclever Maschinenfabrik Германия, (рис. 1.6), для выполнения технологических операций листовой штамповки, а двухдисковые с номинальной силой до 1000 кН - для горячей объемной штамповки. В настоящее время трехдисковые фрикционные винтовые прессы в производстве не нашли широкого применения из-за отсутствия явных технологических преимуществ перед двухдисковыми фрикционными винтовыми прессами.
Рис. 1.6. Фрикционный трехдисковый винтовой пресс
Несмотря на то, что винтовые фрикционные прессы просты в эксплуатации, достаточно быстроходны, надежны, имеют устройства для дозирования энергии, программное управление и предохранители от перегрузки, могут встраиваться в автоматизированные комплексы и системы, они имеют достаточно серьезные недостатки. К основным недостаткам можно отнести: как низкий эффективный КПД, ограниченную эффективную энергию деформирования, достаточно высокую мощность электропривода, наличие гидростанции для привода нижнего выталкивателя, малый срок службы (6-8 месяцев) приводных ремней главного электродвигателя и бандажей, изготовленных из специальной кожи- (известны случаи появления
22 трещин, а затем и разрушения боковых дисков привода), удлиненный ход разгона подвижных частей для накопления заданной эффективной энергии. Например, у фрикционного пресса FPRN-315 фирмы Hasenclever ход разгона ползуна доходит до 520 мм [13].
Широкое применение нашли винтовые прессы с прямым электрическими приводами. Одним из главных производителей этих прессов является фирма Muller-Weingarten AG, которая выпускает винтовые прессы
Рис. 1.7. Винтовой пресс с электрическим кругостаторным приводом
с прямым электрическим приводом с начала шестидесятых годов и постоянно их совершенствует, (рис. 1.7).
Для горячештамповочных работ выпускаются прессы типа PSS с номинальной силой 4-23 МН и PZS с номинальной силой 44-125 МН,
23 имеющие увеличенные направляющие ползуна и большой запас энергии [14, 15].
Прессы серии PSS, (рис. 1.7), имеют прямой кругостаторный электрический привод, в котором статор главного двигателя размещен соосно с винтом, а ротор является частью маховика, жестко закрепленного в верхней части винта.
Тяжелые прессы серии PZS приводятся несколькими двигателями, сообщающими посредством шестерен вращательное движение маховику, снабженному зубчатым венцом, (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Винтовой пресс с электрическим мотор-редукторным приводом
Следует отметить, что созданная и используемая фирмой конструкция прямого кругостаторного электрического привода винтовых прессов получила широкое распространение, прессы с таким приводом десятки лет производит западногерманская фирма Lasco Umformtechnik Gm ЬН, по заказам продолжает выпуск винтовых прессов с прямым электрическим
24 приводом серии SPR номинальной силы 4-80 МН и винтовых прессов с прямым электрическим приводом и клиновым исполнительным механизмом номинальной силы 5-31,5 МН серии SKP, (рис. 1.9), [16,17,18].
Рис. 1.9. Винтовой пресс с электрическим кругостаторным приводом и клиновым исполнительным механизмом
Винтовые прессы с клиновым исполнительным механизмом типа SKP широкого распространения не получили, т. к. они имеют те же недостатки, что и клиновые горячештамповочные прессы.
Основное преимущество винтовых прессов с прямым электрическим приводом в том, что они, практически, не имеют изнашивающихся элементов привода.
Винтовые прессы с прямым электрическим дугостаторным приводом типа Ф17... изготавливались ранее Чимкентским производственным объединением по выпуску кузнечно-прессового оборудования им. М. И. Калинина (ЧПО КПО), силой 0,4...10 МН. Отличительная особенность конструкции электровинтовых прессов-выполнение статора электропривода в виде двух дуг. Ротор в дугостаторном приводе является маховиком пресса. По остальным параметрам электровинтовые прессы модели Ф 17... не имеют принципиальных отличий по сравнению с другими прессами [22,23].
Несмотря на отмеченные достоинства винтовых прессов с электрическим приводом, эксплуатация данных прессов крайне не эффективна из-за отсутствия аккумулятора энергии, большой установочной мощности привода, повторно-пускового режима работы электродвигателя и пиковых нагрузок в электросети в начале хода ползуна вниз и вверх.
Большие значения установочной мощности электродвигателя объясняются тем, что подвижные части накапливают эффективную энергию только на ходе разгона вниз, время которого ограничено движением ползуна от крайнего верхнего положения до момента подхода к заготовке и временем, необходимым для переключения электродвигателя на реверс. Возвратный ход и технологические паузы для накопления энергии не используются. Работа электродвигателя в повторно-пусковом режиме с пониженными значениями coscp снижает эффективный КПД пресса до 13 - 20% [1,19].
Работа привода в неустановившимся режиме приводит к большим тепловым потерям энергии, а также большой ход разгона ползуна снижает надежность их работы приводит к большим энергетическим затратам при их эксплуатации и усложняет обслуживание.
Как отмечалась выше, непродолжительное время хода разгона ползуна вниз ограничивает возможность накопления подвижными частями пресса достаточной эффективной кинетической энергии к концу хода разгона несмотря на большую установочную мощность привода и достаточно большой ход перемещения ползуна, что существенно снижает
26 технологические возможности пресса с данным приводом [20, 21]. Пиковый характер нагружения электросети, при ходе разгона подвижных частей пресса вниз и при возвратном ходе вверх, приводит к существенным перепадам напряжения в электросети цеха и соответственно отрицательно влияет на работу других оборудований, расположенных непосредственно в кузнечно-штамповочном цехе, а особенно на точность механической обработки деталей на оборудованиях с числовым программным управлением (ЧПУ), расположенных в корпусах вблизи с корпусами кузнечно-штамповочных цехов, питающихся от одной электрической подстанции.
Впервые винтовые прессы с гидравлическими приводами были разработаны в 1914 году Е.Бьером (патент Австрии N 74033) с воздействием силой на винт (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Винтовой пресс с приводом от цилиндра воздействием силой на винт.
27 При подаче жидкости высокого давления по магистрали 1 в поршневую полость 2 цилиндра 3, происходит движение поршня 4 со штоком 5 вниз, который производит воздействие на винт 6, с жестко закрепленным маховиком 7, который, в свою очередь, совершает винтовое движение, и при этом ползун 8, расположенный в станине 9, производит ход разгона. Затем после деформирования поковки накопленной кинетической энергией подвижных частей, при подаче гидравлической жидкости по магистрали 10 в штоковую 11 полость цилиндра 3, происходит возврат ползуна в исходное положение.
Позднее в 1916 году был разработан Г. Конкурандой (патент Австрии N74529) винтовой пресс с воздействием на винт от цилиндра моментом (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Винтовой пресс с приводом от цилиндра воздействием
моментом При подаче жидкости высокого давления в поршневую полость 1 гидроцилиндра 2, поршень 3, шток 4 с рычагом 5 перемещается влево силой,
28 создаваемой гидроцилиндром 2; за счет эксцентрично-шарнирного крепления рычага 5, образуется крутящий момент на винте 6 жестко соединенном с маховиком 7.
При вращении винта 6, ползун 8 (движется по направляющим станины 9) совершает движение вниз, и происходит процесс деформирования поковки запасенной кинетической энергией подвижных частей пресса. При подаче жидкости высокого давления в штоковую полость 10 гидроцилиндра 2, ползун возвращается в исходное положение.
Винтовые прессы с приводом от гидроцилиндра воздействием силой и с приводом от гидроцилиндра воздействием моментом не получили широкого распространения и использования их в производстве, из-за несовершенства конструкции, низкой надежности привода и низкого КПД оборудований.
Винтовые прессы с гидравлическим приводом производятся в основном фирмой SMS Hasenclever Maschinenfabrik Gm ЬН (ФРГ): типа HSPRZ с номинальной силой от 31,5 до 140 МН.
Рис. 1.12. Конструктивная схема привода гидравлического мотор редукторного винтового пресса
29 Привод маховика, выполненного в виде венца зубчатого колеса 1 и ступицы 2 (с предохранительным узлом 3 ) жестко соединенного с винтом 4, осуществляется от реверсивных гидромоторов 5 через шестерни 6, установленные на их валах (рис. 1.12), [24, 25,26].
Пресс снабжен уравновешивателями 7, установленными на боковых нишах стоек 8.
С целью повышения производительности винтовых прессов и снижении потерь энергии при возвратном ходе разрабатываются конструкции, позволяющие получать за один двойной ход две поковки [27].
Предлагаются два конструктивных варианта исполнения прессов: соосное расположение двух ползунов 3, 4 по концам одного винта 2, (рис. 1.13) [27] и параллельное расположение двух винтов 1, связанных между собой зубчатым зацеплением маховиков 2 и 3 и с ползунами 4 и 5, (рис. 1.14) [27].
Рис. 1.13 Винтовой пресс с соосным Рис. 1.14 Винтовой пресс с параллель-
расположением ползунов ным расположением двух ползунов
Гидравлический привод от насосно-аккумуляторной станции (НАС) позволяет винтовому прессу с соосным расположением ползунов, (рис. 1.13)
производить изготовление поковок за каждый ход ползуна. При подаче жидкости в полость цилиндров 1 нижнего ползуна 3 происходит вращение винта 2 и движение ползунов 3, 4 вверх и деформирование поковки 5 верхним ползуном 4, при подаче жидкости в полость цилиндров 6 верхнего ползуна 4 происходит ход ползунов 3, 4 вниз и деформирование поковки 7 нижним ползуном 3.
Аналогично, работает пресс на (рис. 1.14). При подаче жидкости в полость цилиндров 6 происходит движение ползуна 5 вниз и деформирование им поковки 7, при этом ползун 4 перемещается вверх за счет зубчатого зацепления маховиков 2 и 3. При подаче жидкости в полость цилиндров 8 происходит движение ползуна 4 вниз и деформирование им поковки 9, при этом ползун 5 перемещается вверх, также за счет зубчатого зацепления маховиков 2 и 3. Зубчатая передача маховиков 2 и 3 осуществляет синхронизацию перемещения ползунов 4 и 5 и расход энергии каждого ползуна на ходе деформирования. Преимущества данных прессов могут быть реализованы только при автоматическом режиме работы оборудования.
Наличие мощной гидравлической станции и сложной системы гидроаппаратуры, занимающей значительные производственные площади цеха и необходимость наличия высококвалифицированных специалистов по обслуживанию винтовых прессов с гидравлическим мотор-редукторным приводом типа HSPRZ и винтовых прессов с соосным расположением ползунов, а также с параллельным расположением ползунов, не нашли широкого распространения в производстве.
В СССР разработки и исследования винтовых прессов с гидравлическим приводом проводились по принципиально новой схеме, предложенной А.И. Зиминым [4, 5, 28, 29-35]. Особенностью конструкции и работы пресса является выполнение гидроцилиндра непосредственно в винте, а деформирование поковки осуществляется силой давления жидкости и кинетической энергией подвижных частей пресса. Винтовой цилиндр
31 осуществляет также перемещение подвижных частей к поковке, накопление заданной величины кинетической энергии, деформирование и возвратный ход.
Данная конструкция винтового пресса с гидравлическим приводом по предложению А.И. Зимина получила название гидровинтовой пресс-молот (ГВПМ) [28-35].
Принципиальная схема гидровинтового пресса с насосно-акку-муляторным приводом [28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 и др.] представлена на (рис. 1.15). Рабочий ход ползуна совершается под действием жидкости высокого давления, поступающей в нижнюю полость цилиндра-винта 1 через шток-поршень 2 от аккумулятора и насоса с индивидуальным электродвигателем. Для этого трехпозиционный управляющий золотник 5 должен быть сдвинут влево, а наполнительный клапан 3 закрыт. Из верхней штоковой полости цилиндра-винта жидкость сливается через открытый золотник 4, при этом происходит деформирование поковки.
В силу указанных особенностей рассматриваемого привода при правильном выборе заготовки рабочий ход на начальном участке совершается только за счёт потенциальной энергии жидкости высокого давления, а на пиковом участке недостающая мощность пополняется за счет кинетической энергии, накопленной подвижными частями пресса [29,30,35, 36].
Обратный ход ползуна вверх осуществляется под действием жидкости высокого давления, подаваемой в штоковую полость цилиндра-винта 1 через сдвинутый вправо трехпозиционный управляющий золотник 5. Из-под поршня жидкость вытесняется через открытый наполнительный клапан в бак.
Предусмотренные в схеме обратный и разгрузочно-предохранительный клапана выполняют свои обычные функции [37, 65, 71, 72, 74, 76].
КнапслнитгМмвму іаяу
a/nrytry/trmofit
-І
С.
Рис. 1.15. Принципиальная схема гидровинтового пресс-молота
Промышленная эксплуатация ГВПМ при изготовлении поковок с тонким полотном, как аэродинамические и газовые рули, показала, что это кузнечно-прессовое оборудование, имеющее стабильные выходные энергетические характеристики, с возможностью дозирования энергии удара [38, 39, 40, 41]. Штамповка профиля турбинных лопаток производилось с минимальным допуском под операцию "Шлифовка" [42, 43, 44, 45, 46].
Несмотря на преимущества ГВПМ, при изготовлении поковок из
жаропрочных и титановых сплавов, эти прессы пока не нашли широкого
применения. Выпускаемая отечественной промышленностью
гидроаппаратура недостаточно надежна при эксплуатации особенно для машин динамического действия, а также привод пресса занимает значительную производственную площадь кузнечно-штамповочного цеха.
33 Эксплуатация прессов требует наличия высококвалифицированных специалистов по обслуживанию оборудования, особенно гидрооборудования.
1.2. Анализ конструкций и тенденция развития винтовых прессов с муфтовым приводом
Конструктивное отличие современных конструкций винтовых прессов заключается в типе привода подвижных частей, в то время как принцип работы винтовых прессов и их основа (станина, винт, гайка, ползун), то есть конструктивная схема, за многие годы их использования в кузнечном производстве практически не изменились [47, 65, 71, 72, 74, 76].
Задачу создания нового типа привода, обладающего более высокими качествами, удовлетворяющими производство, впервые решила фирма G. Siempelkamp Gm ЬН & Со. (ФРГ) созданием в 1977 году винтового пресса типа NPS с муфтовым приводом.
Винтовой пресс с муфтовым приводом типа NPS, (рис. 1.16), состоит из ползуна 1 с гайкой 2, винта 3 с упором на пяту 4, маховика 5 с поршнем 6
Рис. 1.16. Конструктивная схема винтового пресса типа NPS
и цилиндром 7. Ход ползуна вверх осуществляется от двух гидравлических цилиндров 8 расположенных в нишах стоек, пресс снабжен гидравлическим выталкивателем 9.
Аналогично кривошипным прессам маховик 5 постоянно вращается в одном направлении и соединяется с винтом 3 посредством управляемой фрикционной муфты 10 только на время хода ползуна 1 вниз.
Включение муфты для совершения первоначального хода приближения и рабочего хода деформирования производится путем подачи сжатого воздуха в цилиндр 7, расположенной над маховиком, посредством перемещения поршня 6, включается ведомый диск 10, жестко соединенный с винтом 3 и ползуном 1 пресса. После включения муфты, винт разгоняется до скорости вращения маховика. Ввиду незначительного момента инерции винта и связанных с ним ползуна и гайки их разгон осуществляется на небольшом пути ползуна, не превышающем 10-15% величины его полного хода [1] . Поэтому ход ползуна может быть меньше до 30%» от хода ползуна винтовых прессов с традиционным приводом [1,3]. После разгона винта его скорость на ходе приближения остается практически постоянной, а на ходе деформирования до отключения муфты скорость винта и соединенного с ним маховика падает незначительно, обычно не более 12,5% [3, 35, 50]. До завершения хода деформирования муфта отключается, и винт отсоединяется от маховика, а процесс деформирования поковки завершается накопленной кинетической энергией ползуна, винта и ведомого диска. Ползун под действием силы возвратных гидроцилиндров возвращается в исходное верхнее положение.
До 1985 года прессы с номинальной силой 4-12,5 МН выпускались с пневматической муфтой включения, а в новых прессах, начиная с номинальной силы 8 МН и выше применяются муфтовые приводы, где для совершения рабочего хода ползуна, включение или выключение муфты производится через гидравлическую систему управления [1,3].
Винтовые прессы с муфтовым приводом, где включение и отключение муфты производится путем подачи в цилиндр сжатого воздуха или жидкости высокого давления, из-за наличия эффекта сжимаемости вышеуказанных сред и невозможности мгновенного повышения давления при значительном обьеме цилиндра и соответственно замедленного по времени включения или выключения муфты происходит интенсивный износ накладок ведомого диска, что является одним из главных сдерживающих факторов широкого внедрения прессов в производство.
Фирма Ештшсо разработала винтовые прессы с муфтовым приводом модели PF силой 4-80 МН (рис. 1.17), [1, 3].
Рис. 1.17. Конструкция муфтового привода прессов типа PF
При вращающемся маховике 1, при подаче сжатого воздуха от сети через пневмоклапан 5 происходит перемещение поршня 3 в цилиндре 4, включая муфту через ведомый диск 2, который жестко соединен с винтом 6, а винт совершает вращательное движение и соответственно ползун движется вниз, совершая ход приближения и пластическое деформирование заготовки, затем ползун возвращается в исходное положение от 2-х гидроцилиндров, расположенных в нишах боковых стоек винтового пресса.
Первые винтовые пресса с муфтовым приводом изготовленные фирмами G. Siempelkamp Gm ЬН & Со. (ФРГ), серии NPS, SMS Hasenclever, серии SPK и Eumuco, серии РК, показали, что наличие аккумулятора энергии в виде постоянно вращающегося маховика от электродвигателя позволяет значительно повысить эффективную энергию, необходимую для выполнения хода деформирования поковок по сравнению с традиционными винтовыми прессами, с фрикционными и электрическими приводами. Недостатками винтовых прессов с пневматическим муфтовым приводом являются: повышенный износ накладок дисков муфты, это связано с тем, что отключение муфты в процессе деформирования происходит при передаче силового момента с продолжительным по времени отключением и применение вторичного вида энергоносителя: сжатого воздуха или жидкости высокого давления. При применении сжатого воздуха требуются компрессорные станции с пневмопроводами и пневмоаппаратурой (распределительные клапана на включение муфты и отключение тормоза, системы очистки сжатого воздуха, системы регулировки давления, системы создания масляного тумана и дросселя). При применении жидкости высокого давления необходимы гидравлические станции, которые занимают значительную часть производственной площади, непосредственно у винтового пресса. Появляется возможность попадания минерального масла, вследствие утечек, на рабочие поверхности муфты винтовых прессов с муфтовым приводом с пневматической или гидравлической системой включения и отключения муфты. В связи с перечисленными недостатками, до настоящего времени эти прессы не получили достаточно широкого применения.
Система отключения муфты является основным элементом винтового пресса с муфтовым приводом, так как оказывает существенное влияние как на работу пресса, так и на выполнение технологического процесса [48]. Быстродействие и точность системы управления при отключении муфты позволяет уменьшить износ фрикционных накладок муфты и перегрузку
37 пресса. Ввиду непродолжительности времени деформирования, время отключения муфты не должно превышать 10 мс, а система управления должна обеспечивать автоматическое отключение маховика по одному из параметров технологического процесса: ходу деформирования, силе деформирования или работе деформирования. Возможна комплексная система управления по нескольким параметрам.
В связи с отмеченными выше требованиями, а также ввиду разнообразных технологических операций разработаны различные системы отключения муфт.
На (рис. 1.18) приведена классификация систем управления отключением муфт винтовых прессов [8, 9].
Система отключения муфты с управлением по силе деформирования может быть использована для технологических процессов, где график изменения силы по времени или по ходу деформирования должен иметь монотонно возрастающий характер до максимального значения в конце хода деформирования.
Система управления отключением муфты
Способ отключения
муфты по величине
Хода деформирования
Силы деформирования
Работы деформирования
Системы отключения муфты на ходе деформирования
Источник сигнала
отключения муфты
С с
8.
о я с х
> с
2.1
1>
Рис. 1.18. Классификация систем управления отключением муфт
Наиболее распространенным и целесообразным видом технологических операций, осуществляемых на винтовых прессах, являются операции обьемной штамповки, при выполнении которых сила возрастает монотонно по ходу деформирования до максимальной величины: осадка, штамповка в открытых и закрытых штампах, формовка, гибка, правка, чеканка и др. Указанные технологические процессы позволяют определить величину силы на ползуне пресса для срабатывания системы управления и отключения муфты. Величина такой силы может быть задана близкой к величине максимальной силы с учетом эффективной энергии ведомых частей пресса (ползун, винт, элементы муфты, жестко связанные с винтом).
Для технологических операций, как прямое и обратное выдавливание, вытяжка, система отключения муфты с управлением по силе деформирования не вполне пригодна для осуществления данных процессов, или для их выполнения возможна значительная перегрузка пресса по силе. Это объясняется тем, что операции выдавливания не всегда имеют четко выраженное возрастание силы в конце хода деформирования, а для операций типа вытяжки характерно уменьшения силы в конце хода деформирования. Для выполнения указанных технологических процессов на винтовых прессах с муфтовым приводом необходимо применять систему отключения муфты с управлением по ходу деформирования [49].
Система управления отключением муфты должна обеспечивать помимо отключения муфты по заданной силе или работе деформирования или по ходу деформирования, а также отключение муфты при аварийной остановке рабочих частей пресса.
В конструкциях винтовых прессов с муфтовым приводом отключение муфты по ходу деформирования происходит по традиционной схеме, т. е. от конечного выключателя, расположенного на стойке пресса, и, в зависимости от энергоемкости конкретной деформируемой поковки, возможны различные варианты отключения муфты, как до начала контакта заготовки с гравюрой
39 ковочного штампа, так и на различных стадиях деформирования заготовки в процессе движения ползуна вниз.
Конструкция муфтового привода винтового пресса с управлением по силе показана на (рис. 1.19), [50, 51, 52]. Управляемая фрикционная муфта состоит из ведущего фрикционного диска 1, связанного шлицевым соединением с маховиком 2. На диске 1 закреплены фрикционные накладки 3 и 4, а также фрикционная накладка 5 закреплена на маховике 2. Со шлицевой втулкой 6 связаны ведомые фрикционные диски 7 и 8. Диски 1, 7 и 8 подпружинены пружинами таким образом, чтобы при отключенной муфте фрикционные накладки 3, 4 и 5 не соприкасались с дисками 7 и 8.
На маховике 2 установлен пневмоцилиндр 9, поршень 10 которого шлицевым соединением связан с маховиком 2 и подпружинен через шпильки 11 пружинами 12. С поршнем 10 посредством серег 13 связан дополнительный фрикционный диск 14 с фрикционной накладкой 15. Серьги 13 связаны с поршнем муфты пресса 10 и с дополнительным фрикци-
Рис. 1.19. Фрикционная муфта управления по силе деформирования
40 онным диском 14 посредством шарниров 16, (рис. 1.20).
При превышении силы деформирования, в процессе штамповки
поковок, возникает разность скоростей муфты и ведомого диска, происходит разворот серег 26 и отключение муфты.
Рис. 1.20. Механизм отключения муфты: а - при включенной муфте; б - при отключенной муфте
Недостаток этой схемы управления отключением муфты в том, что необходима регулировка силы деформирования для каждого наименования поковок необходимым давлением в цилиндре муфты, по реле давления в пневмосети, которая в производстве нестабильна из-за разного секундного потребления сжатого воздуха другим кузнечно-прессовым оборудованием установленным в кузнечном цехе, а это является трудно регулируемым процессом, даже незначительные колебания температуры исходных заготовок приводит к нестабильности высотных (вертикальных) размеров поковок даже при возможном стабильном давлении в пневмосети.
Для выполнения технологических процессов, как было описано ранее: прямое и обратное выдавливание, вытяжка, -разработана конструкция муфтового привода винтового пресса с управлением по работе деформирования показана на (рис. 1.21), [53].
Для совершения хода ползуна вниз, для деформирования поковки в муфту через пневмораспределитель производят подвод сжатого воздуха: в пневмоцилиндр 1, осуществляя через подводящую втулку 2 и трубопроводы 3, при этом поршень 4, перемещаясь преодолевая силу пружин 5, через коленный механизм 6 передает нагрузку на нажимной диск 7, который в свою очередь перемещаясь включает ведомый диск 8, жестко соединенный с винтом 9 пресса.
В корпусе пневмоцилиндра 1 соосно винту 9 и маховику 10 установлен дополнительный маховик 11 с возможностью вращения относительно корпуса пневмоцилиндра 1. В процессе деформирования поковки происходит уменьшение скорости вращения маховика 10 относительно дополнительного маховика 11, рычажная система воздействуя на толкатель 12 отключает
42 муфту от винта, а возврат ползуна в исходное положение происходит путем подачи сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндров, расположенных в нишах боковых стоек пресса [54,55].
И в данном случае, как и при системе отключения муфты по работе деформирования, имеются те же недостатки что и при винтовом прессе с фрикционной муфтой, отключаемой по силе деформирования: интенсивный износ фрикционных накладок ведомого диска, а также конструктивная сложность муфты, требование высококвалифицированного персонала, как кузнецов штамповщиков, так и обслуживающих слесарей по ремонту кузнечно-прессового оборудования [55].
Несмотря на указанные выше недостатки, наличие маховика-аккумулятора энергии позволяет повысить эффективную энергию и КПД у винтовых прессов с муфтовым приводом, по сравнению с маховичными винтовыми прессами. Зарубежные винтовые прессы с муфтовым приводом с системой пневматического или гидравлического включения муфты конструктивно сложны и их конструктивные особенности создают ряд проблем при их эксплуатации, связанных с работой системы управления муфтой на вторичном энергоносителе-сжатых воздухе или жидкости и отсутствием достаточно эффективных систем отключения муфты во время хода деформирования ВМП. Также отсутствует надежный эффективный привод возвратного хода подвижных частей пресса с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса.
В целом при каждом изменении номенклатуры поковок необходимо производить технологическую наладку и периодическую подналадку пресса в процессе штамповки и это одна из причин, почему винтовые прессы с муфтовым приводом зарубежного изготовления в производстве не получили широкого распространения и применения в производстве.
Разработка принципиально нового винтового пресса с муфтовым приводом с электромеханической системой управления, исключающим указанные недостатки известных конструкций: снижение проскальзывания
43 фрикционных дисков муфты, снижение износа накладок, упрощение процесса наладки и подналадки в процессе штамповки, исключение использования вторичного энергоносителя, кроме того наличие надежного эффективного привода возвратного хода подвижных частей пресса с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса отвечает современным требованиям производства.
Можно констатировать, что винтовые прессы с муфтовым приводом с
электромеханической системой управления, на данном этапе развития
конструкции винтовых прессов, являются самым высокопроизводительным
и высокотехнологичным кузнечно-прессовым оборудованием,
использующим один вид энергии, экологически чистым, с повышенной степенью технической безопасности, малой стоимостью, конструктивной простотой и низкими затратами в эксплуатации. Все это подтверждает необходимость и перспективность разработки научно обоснованной методики проектирования ВМП, создания на этой основе всей гаммы размерного ряда винтовых муфтовых прессов с электромеханической системой управления и широкого внедрения их в производство.
1.3. Состояние теории, методов расчета и проектирования винтовых прессов с муфтовым приводом и систем их управления
Изучение литературных источников, относящихся к теории и методам аналитического расчета винтовых прессов, их приводов и систем управления показало, что теоретические исследования посвящены в основном винтовым прессам с традиционными (дугостаторными, кругостаторными, гидравлическими и фрикционными) типами приводов, а методы расчета винтовых прессов развивались одновременно с развитием методов аналитического расчета других типов КПМ.
Основы аналитического расчета большинства КПМ разработаны в основном трудами отечественных ученых и инженеров [38, 57].
Благодаря их положительным качествам по сравнению с другими видами кузнечно-прессового оборудования, потребность использования ВП в высокотехнологичных машиностроительных предприятиях все более возрастает. Это заставляет ученых всех стран проводить теоретические и экспериментальные исследования с целью совершенствования их конструкций и повышения надежности при эксплуатации.
Развитие винтовых прессов от прессов с ручным приводом до современных машин с фрикционным, гидравлическим, и электрическим приводами прошло долгий многовековой путь.
В разработку, исследования и промышленное освоение винтовых прессов и их приводов существенный вклад внесли отечественные ученые: проф. А.И. Зимин, М.В. Сторожев, Ю.А. Бочаров, Л.И. Живов, А.В. Сафонов, Ю.А. Зимин, а также Ф.А. Серавин, А.Г. Голован, В.М. Морогов, Ю.Д. Морозов, С.С. Гужин, Н.М. Ларионов, И.Ф. Яковенко, М.Т. Брежнев, Ю.М. Артемов, В.П. Перевертов, М.Ф. Новиков, В.Д. Обдул, Ю.А. Мороз, А.В. Власов, Н.Е. Проскуряков, Л.И. Рыженков, Н.Н. Антипов, В.А. Поникаров, Л.М. Цой, Ю.А. Фофлин, И.А. Церна, A.M. Павлов, С.С. Тавакалян, А.П. Носов, М.К. Шолохова, М.С. Блинник, И.В. Бовыкин, В.Е. Стоколов, М.Е. Маркушин, Д.М. Каминский, В.П. Сапов и другие.
Профессор А.И. Зимин в 1931 году впервые разработал расчет винтовых прессов с двухдисковым и трехдисковым фрикционным приводом, который сыграл большое значение в серийном освоении первых отечественных винтовых прессов [58]. А.И. Зимин рассматривал расчетную схему пресса, в которой направление силы сцепления обода маховика с диском принималось по вектору скорости относительного проскальзывания, а зависимость между окружной скоростью маховика и диска считалась линейной.
Позднее с учетом работ, выполненных О.А. Георгом (1931 г.), А.А. Барташевичем (1938 г.), Ф.И. Ветровым (1938 г.), А.Д. Прокофьевым (1950 г.), А.И. Зимин [58] разработал уточненную теорию винтовых фрикционных
45 прессов, где рассматривал зависимость между окружной скоростью маховика и диска параболической. В развитие теории винтовых прессов с фрикционным приводом внесли вклад М.В. Сторожев [59], В.М. Залесский [60], Ф.А. Серавин [61, 62].
Расчет винтовых прессов с фрикционным приводом рекомендуется проводить на основе теории А.И. Зимина [58] с учетом рекомендаций М.В. Сторожева [59], который рекомендовал считать совпадающими направление силы сцепления и окружного ускорения обода маховика и повысить на 10-12% угловую скорость дисков по сравнению с расчетной, чтобы увеличить быстроходность пресса.
Разработки и исследования винтовых прессов с гидравлическим приводом (ГВГТМ - гидровинтовых пресс-молотов) проводились по принципиально новой схеме, предложенной А.И. Зиминым [63]. Особенностью конструкции и работы пресса является выполнение гидроцилиндра непосредственно в винте, а деформирование поковки осуществляется силой давления жидкости и накопленной кинетической энергией подвижных частей пресса.
Под руководством А.И. Зимина и Ю.А. Бочарова проводились разработки, теоретические и экспериментальные исследования новых конструкций отечественных ГВГТМ и зарубежных винтовых прессов с гидравлическим приводом, а также исследования технологических возможностей данного оборудования.
Выполнен ряд исследовательских работ, посвященных разработке теории и совершенствованию методов аналитического расчета вновь созданных конструкций универсальных винтовых прессов и их приводов: В.М. Мороговым [64, 65], A.M. Ларионовым [36, 66], С.С. Гужиным [67], А.В. Сафоновым [68], М.Т. Брежневым [69], Ю.А. Фофлиным [70], И.Ф. Яковенко [71] Ю.Д. Морозовым [72], С.Н. Беляевым [73], И.В. Бовыкиным [74], В.П. Перевертовым [75], В.А. Твердохлебом [50].
Теоретические вопросы динамики винтовых прессов при выполнении технологических операций рассмотрены в трудах А.В. Сафонова, Ю.А. Бочарова, Ю.А. Зимина, М.С. Блинника, Л.И. Живова, М.И. Шолоховой, И.Ф. Яковенко, А.В. Власова и др.
Особенности динамики гидровинтовых пресс-молотов подробно рассмотрены в трудах Ю.А. Зимина [76]. На основании общих положений механики проведены исследования упругих колебаний винтового цилиндра ГВПМ, станины и жидкости в винтовом цилиндре. Разработаны основы теории винтовых упругих колебаний винтового цилиндра-плунжера. Исследование динамики винтового пресса А.В. Власовым [77] позволили раскрыть механизм взаимодействия элементов винтового рабочего механизма винтовых прессов. Полученные в результате исследований математические выражения связали угловые, линейные и местные деформации и перемещения в эквивалентом сечении винтовых рабочих механизмах прессов.
Проблемы эффективности использования винтовых прессов рассмотрены в работах В.А. Поникарова [78], который на основе изучения трудов отечественных и зарубежных ученых с помощью метода экспертных оценок разработал систему технико-экономических параметров, определяющих эффективность использования винтовых прессов в производстве.
Большой интерес представляют теоретические и экспериментальные исследования винтовых прессов, выполненные за рубежом.
Статические и динамические исследования пружинения, опрокидывания и сдвига в винтовых прессах выполнены в Ганноверском университете [79]. Исследования винтовых прессов проводились при статическом и динамическом центральном и эксцентричном нагружении. Там же были проведены исследования по точности винтовых прессов при статическом, динамическом нагружении и при эксцентричном нагружении ползуна [80]. Установлено, что опрокидывание пресса при динамическом
47 нагружении больше, чем при статическом, что объясняется влиянием инерционных сил элементов пресса и большей упругой деформацией станины.
В Нуашонгском технологическом институте (КНР) [81] исследовали зависимость между силой, энергией и КПД винтового пресса. Теоретические исследования показали, что кривые, характеризующие силу-энергию близки к прямым или вогнутым линиям, которые изменяются в зависимости от выполняемой операции, а также тем, что слой смазки между направляющими при статическом нагружении выдавливается из зазора, а при динамическом напряжении частично остается и снижает общую жесткость пресса. При нагружении пресса жесткими ударами (чеканка) опрокидывание и горизонтальное смещение пресса было на 10-15% меньше, чем при нагружении пресса плавно возрастающей нагрузкой (осадка), что объясняется инерцией массы станины.
Аналогичные данные получены специалистами фирм Weingarten и Hasenclever (ФРГ).
Метод расчета фрикционной муфты приводится в работе [82]. Муфта используется для дозирования энергии и для предохранения. Установлено, что развиваемая прессом сила зависит от разности между кинетической энергией, накопленной маховиком, и энергией, потребной для процесса деформации, а также от жесткости пресса. Разработана силовая характеристика, с помощью которой можно выбрать оптимальные условия, при которых поковка будет изготовлена с определенной затратой энергии.
Разработки винтовых прессов с муфтовым приводом и исследования, проведенные А.В. Сафоновым [68], и работы выполненные под руководством А.В. Сафонова, В.А. Твердохлебом [50], С.С. Тавакаляном [85] и В.И. Кононовым [86], Н.Е. Проскуряковым [83]., убедительно доказали преимущество винтовых прессов по расширенным технологическим возможностям (штамповка в открытых и закрытых штампах и в разъемных матрицах), по экономическим показателям, повышенная эффективная
48 энергия деформирования при малом потреблении электро-энергии, относительно малая стоимость, -показали целесообразность и необходимость дальнейшего совершенствования конструкции винтовых прессов с муфтовым приводом.
1.4. Выводы, цель и задачи исследования
1. Анализ развития конструкций винтовых прессов показал, что за последние годы все более широкое распространение получают винтовые прессы с муфтовым приводом, позволяющим существенно улучшить эксплуатационные показатели работы пресса: увеличение эффективной энергия деформирования, уменьшение потребления электро-энергии, расширение технологических возможностей и уменьшение затрат на эксплуатацию.
2. Установлено, что системы включения винтовых прессов с муфтовым
приводом для включения и отключения муфты используют дополнительный
энергоноситель - сжатый воздух или гидравлическую жидкость, а также
установлена целесообразность использования одного вида энергоносителя,
т.е. электрической энергии.
Установлено, что винтовые прессы с муфтовым приводом разрабатываются с системой управления по перемещению ползуна пресса, силе и работе деформирования в зависимости от конструктивного исполнения системы включения и вида технологических операции, а также установлена целесообразность применения системы управления, как универсальной, по перемещению ползуна.
Анализ современного развития систем включения и отключения муфт приводов винтовых муфтовых прессов показывает необходимость разработки винтовых прессов с муфтовым приводом с электромеханической кулачково-рычажной системой управления, что в наибольшей степени
49 удовлетворяет требованиям производства, обеспечивает повышенную экологическую и техническую безопасность их работы, высокий КПД, повышенную эффективность и надежность работы, обеспечивает высокую производительность, простоту конструкции и обслуживания.
5. Анализ состояния теории и методов аналитического расчета
винтовых прессов и их приводов позволил установить, что они разработаны в
основном для универсальных винтовых маховиковых прессов, не могут в
полной мере быть использованы при разработке конструкций и
теоретическом исследовании винтовых прессов с муфтовым приводом с
электромеханической системой управления, нет теоретических исследований
и методов аналитического расчета муфтовых приводов с
электромеханической кулачково-рычажной системой управления.
6. Установлена необходимость выполнения теоретических
исследований винтового пресса с муфтовым приводом с различными
электромеханическими системами управления, разработки динамической и
математической модели механизмов системы управления, что позволит
существенно повысить КПД привода и выходную эффективную энергию,
при снижении мощности потребляемой электрической энергии, а также
расширить технологические возможности пресса.
На основе этих выводов сформулированы цель работы и ряд задач, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.
Цель работы состоит в разработке новой конструкции ВМП с электромеханической системой управления отключением муфты по ходу деформирования и механизма возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса; создании математической модели разработанной конструкции, раскрытии динамики взаимодействия технологической нагрузки и узлов ВМП на всех этапах машинного цикла; определении и исследовании факторов влияющих на выходные параметры ВМП разработанной конструкции, разработке научно обоснованной
50 методики проектирования ВМП с электромеханической системой управления опытно-промышленного образца винтового пресса.
Задачи работы:
- на основе анализа достижений отечественного и зарубежного
прессостроения определить технические и экономические направления
развития конструкций винтовых прессов с муфтовым приводом;
разработать конструкцию винтового пресса с муфтовым приводом с экологически чистой системой управления, работающую без вторичного энергоносителя - сжатого воздуха или жидкости;
разработать механизм возвратного хода с вращательным моментом воздействия на подвижные части пресса;
провести теоретический анализ работы пресса на основных этапах машинного цикла с использованием разработанного на кафедре МТ6 в МГТУ им. Н.Э. Баумана программного комплекса ПА9 анализа динамических систем;
- разработать размерный ряд и методику проектирования винтовых прессов с муфтовым приводом;
- уточнить классификацию приводов винтовых прессов с муфтовым
приводом;
- осуществить промышленное освоение винтового пресса с
муфтовым приводом, исследовать его работу в производственных условиях
при серийном изготовлении поковок в производственных условиях.
Анализ конструкций и тенденция развития винтовых прессов с муфтовым приводом
Аналогично кривошипным прессам маховик 5 постоянно вращается в одном направлении и соединяется с винтом 3 посредством управляемой фрикционной муфты 10 только на время хода ползуна 1 вниз.
Включение муфты для совершения первоначального хода приближения и рабочего хода деформирования производится путем подачи сжатого воздуха в цилиндр 7, расположенной над маховиком, посредством перемещения поршня 6, включается ведомый диск 10, жестко соединенный с винтом 3 и ползуном 1 пресса. После включения муфты, винт разгоняется до скорости вращения маховика. Ввиду незначительного момента инерции винта и связанных с ним ползуна и гайки их разгон осуществляется на небольшом пути ползуна, не превышающем 10-15% величины его полного хода [1] . Поэтому ход ползуна может быть меньше до 30%» от хода ползуна винтовых прессов с традиционным приводом [1,3]. После разгона винта его скорость на ходе приближения остается практически постоянной, а на ходе деформирования до отключения муфты скорость винта и соединенного с ним маховика падает незначительно, обычно не более 12,5% [3, 35, 50]. До завершения хода деформирования муфта отключается, и винт отсоединяется от маховика, а процесс деформирования поковки завершается накопленной кинетической энергией ползуна, винта и ведомого диска. Ползун под действием силы возвратных гидроцилиндров возвращается в исходное верхнее положение.
До 1985 года прессы с номинальной силой 4-12,5 МН выпускались с пневматической муфтой включения, а в новых прессах, начиная с номинальной силы 8 МН и выше применяются муфтовые приводы, где для совершения рабочего хода ползуна, включение или выключение муфты производится через гидравлическую систему управления [1,3].
Винтовые прессы с муфтовым приводом, где включение и отключение муфты производится путем подачи в цилиндр сжатого воздуха или жидкости высокого давления, из-за наличия эффекта сжимаемости вышеуказанных сред и невозможности мгновенного повышения давления при значительном обьеме цилиндра и соответственно замедленного по времени включения или выключения муфты происходит интенсивный износ накладок ведомого диска, что является одним из главных сдерживающих факторов широкого внедрения прессов в производство.
Фирма Ештшсо разработала винтовые прессы с муфтовым приводом модели PF силой 4-80 МН (рис. 1.17), [1, 3].
При вращающемся маховике 1, при подаче сжатого воздуха от сети через пневмоклапан 5 происходит перемещение поршня 3 в цилиндре 4, включая муфту через ведомый диск 2, который жестко соединен с винтом 6, а винт совершает вращательное движение и соответственно ползун движется вниз, совершая ход приближения и пластическое деформирование заготовки, затем ползун возвращается в исходное положение от 2-х гидроцилиндров, расположенных в нишах боковых стоек винтового пресса.
Первые винтовые пресса с муфтовым приводом изготовленные фирмами G. Siempelkamp Gm ЬН & Со. (ФРГ), серии NPS, SMS Hasenclever, серии SPK и Eumuco, серии РК, показали, что наличие аккумулятора энергии в виде постоянно вращающегося маховика от электродвигателя позволяет значительно повысить эффективную энергию, необходимую для выполнения хода деформирования поковок по сравнению с традиционными винтовыми прессами, с фрикционными и электрическими приводами. Недостатками винтовых прессов с пневматическим муфтовым приводом являются: повышенный износ накладок дисков муфты, это связано с тем, что отключение муфты в процессе деформирования происходит при передаче силового момента с продолжительным по времени отключением и применение вторичного вида энергоносителя: сжатого воздуха или жидкости высокого давления. При применении сжатого воздуха требуются компрессорные станции с пневмопроводами и пневмоаппаратурой (распределительные клапана на включение муфты и отключение тормоза, системы очистки сжатого воздуха, системы регулировки давления, системы создания масляного тумана и дросселя). При применении жидкости высокого давления необходимы гидравлические станции, которые занимают значительную часть производственной площади, непосредственно у винтового пресса. Появляется возможность попадания минерального масла, вследствие утечек, на рабочие поверхности муфты винтовых прессов с муфтовым приводом с пневматической или гидравлической системой включения и отключения муфты. В связи с перечисленными недостатками, до настоящего времени эти прессы не получили достаточно широкого применения.
Система отключения муфты является основным элементом винтового пресса с муфтовым приводом, так как оказывает существенное влияние как на работу пресса, так и на выполнение технологического процесса [48]. Быстродействие и точность системы управления при отключении муфты позволяет уменьшить износ фрикционных накладок муфты и перегрузку пресса. Ввиду непродолжительности времени деформирования, время отключения муфты не должно превышать 10 мс, а система управления должна обеспечивать автоматическое отключение маховика по одному из параметров технологического процесса: ходу деформирования, силе деформирования или работе деформирования. Возможна комплексная система управления по нескольким параметрам.
В связи с отмеченными выше требованиями, а также ввиду разнообразных технологических операций разработаны различные системы отключения муфт. На (рис. 1.18) приведена классификация систем управления отключением муфт винтовых прессов [8, 9].
Система отключения муфты с управлением по силе деформирования может быть использована для технологических процессов, где график изменения силы по времени или по ходу деформирования должен иметь монотонно возрастающий характер до максимального значения в конце хода деформирования.
Разработка конструкции пневмомеханического привода возвратного хода
При опускании ползуна сжатый воздух из 2-х пневмоцилиндров 10 вытесняется в ресиверы 1 (рис. 2.2), повышая давление воздуха в системе. Обратный клапан установленный в пневмосистеме зарядки отсекает и исключает возврат сжатого воздуха в цеховую пневмосистему.
Тормозной барабан тормоза 15 (рис. 2.4) соединен с эвольвентнои спиралью 16 и винтом 8. Пневмомеханический привод возвратного хода с эвольвентнои спиралью позволяет осуществлять возвратный ход от крутящего момента, воздействующего непосредственно на винт при постоянном заполнении пневмоцилиндров сжатым воздухом [4]. Пневмоцилиндры соединены с ресиверами и расположены на корпусе 7 (рис. 2.4) с некоторым смещением относительно горизонтальной оси, чем создается постоянно действующий момент для подъема подвижных частей пресса, и не требуют постоянной подкачки сжатого воздуха, т.к. расхода сжатого воздуха отсутствует.
Возможны разнообразные системы включения муфты различными механизмами преобразования крутящего момента электродвигателя управления в силу нажима ведомых дисков, как с кулачково-рычажными механизмами с системой рычагов и толкателей, так и с винтовыми механизмами, осуществляющими передачу силы на нажимные диски.
К настоящему времени есть лишь только экспериментальные разработки механической части винтового механизма системы включения муфты. Для использования этой части при проектировании опытно-промышленного винтового пресса модели Ф 1738М нет достаточных теоретических, экспериментальных и тем более эксплуатационных данных по надежности системы, долговечности, ремонтопригодности и влиянию продолжительности времени включения муфты и тормоза на износ накладок муфты. Поэтому, имея возможность уменьшения масс ведомых частей муфты пресса, используя двухступенчатое включение муфты за счет 2-х взаимосопряженных эвольвентных частей кулачка, соответственно со значительно меньшим временем включения и отключения муфты по сравнению с КГШП, и из чисто практических соображений по надежности, долговечности эксплуатации, ремонтопригодности, меньшего износа накладок, а также включая стабильность дозирования энергии деформирования, разработка кулачково-рычажной системы включения муфты винтового пресса является целесообразной.
Механическая часть системы управления включает механизм преобразования крутящего момента, который преобразует крутящий момент, развиваемый электродвигателем в силу, воздействующую на нажимные диски муфты, осуществляя их включение или отключение.
Электромеханическая система управления муфтой с кулачковым механизмом преобразования момента в силу (рис. 2.5) состоит из электродвигателя управления 1, связанного ременной передачей 2 со шкивом 6, установленным на валу 8, кулачка 7, трех рычагов 4, установленных на осях 5 в крышке 9 муфты. Вал 8 имеет возможность вращения в крышке 9 маховика.
Рычаги 4 одним концом упираются в торец нажимного диска муфты, а другим концом через ролики 3, прижимаются к рабочей поверхности кулачка. При вращении маховика принудительно вращается кулачок 7, момент от которого передается через шкив 6 и ременную передачу 2 на вал электродвигателя управления.
Для передачи муфтой заданного крутящего момента к нажимному диску необходимо приложить силу Рн, достаточную для преодоления силы возвратных пружин 10 и развития заданной силы м муфты: Р„=Р„+Р„. (2.1) Момент на валу электродвигателя управления 1, необходимый для создания силы Рн с учетом коэффициентов передач: Ц - клиноременной передачи 2, К - кулачкового механизма 7 и - рычажной системы 4, определится следующим образом: Р.. у , ..Т . (2.2) М„ = н h K-l 1 л ч Коэффициенты передач системы управления выбираются таким образом, чтобы момент Му необходимый для преодоления силы п, при р перемещении нажимного диска и для развития заданной силы г м сжатия дисков муфты, не превышал допустимый момент электродвигателя 1 управления, при котором возможна его работа с продолжительностью включения (ПВ 100%) без перегрева.
Исследование ВМП с использованием программного комплекса ПА9 анализа динамических систем
При исследовании пресса применялся разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана программный комплекс ПА9 анализа динамических систем. Основные функции комплекса - синтез математической модели системы в виде обыкновенных дифференциальных уравнений и интегрирование этих уравнений с использованием заданного метода интегрирования. Синтез математической модели пресса с системой адаптивного управления регулированием штамповои высоты осуществляется из математических моделей элементов по описанию его расчетной схемы.
С учетом наличия соответствующих математических моделей в библиотеке моделей элементов комплекса ПА9 пресс был расчленен на т-л-=т .- L-+n,.-IL+j.-PL+j—P±+T -- +/, -- -+/. Р элементы. При расчленении выявлены количество и характер функциональных связей между элементами.
При разработке математической модели винтового пресса, с учетом рекомендаций [94, 95] приняты следующие допущения: массы и моменты инерции сосредоточены в точке, силы механического трения в пяте, направляющих и винтовой паре приняты постоянными на всем этапе машинного цикла.
Винтовой пресс в математической модели представлен следующими фрагментами: главный привод, система управления, механизм возвратного хода, главный исполнительный механизм, система включения. На (рис. 3.3) представлен фрагмент «Система управления» математической модели винтового пресса с муфтовым приводом.
Математическая модель системы управления (рис. 3.3) состоит из простейших динамических элементов механических систем библиотеки программного комплекса ПА9: асинхронного электродвигателя, ременной передачи, рычагов, шарниров, упоров (ограничителей) и индикаторов для идентификации соответствующей расчетной величины на графиках. Элементы фрагмента связаны с главным приводом и системой включения пресса.
Полученные результаты моделирования с обозначением параметров показаны на (рис. 3.3). На диаграмме (рис. 3.4) приведен фрагмент одного машинного цикла последовательных одиночных ходов пресса. На диаграмме графики параметров имеют следующие обозначения и пределы построения графиков (указаны в скобках): 1 - перемещение ползуна, м (0,5 - 0,5); 2 - сила деформирования, Н (0 - 2000000); 3 - угловая скорость главного электродвигателя, 1/с (0 - 200); 4 - угловая скорость электродвигателя управления, 1/с (0 - 200); 5 - угловая скорость маховика, 1/с (20 - 20); 6 -угловая скорость винта, 1/с (20 - 20); 7 -угол поворота винта, 1/с (10 -10); 8 -момент трения тормоза, Нм (100000 - 0); 9 - электромагнитный момент главного электродвигателя, Нм (0 -1000); 10 - электромагнитный момент
Фрагмент «Система управления» математической модели винтового пресса с муфтовым приводом электродвигателя управления, Нм (0 - 1000); II - эквивалентный ток электродвигателя управления, А (100 - 0); 12 - номинальный фазный ток электродвигателя управления, А (100 - 0); 13-сигнал включения электродвигателя управления; 14 - сигнал включения тормоза.
Результаты анализа работы пресса показывают, что с момента подачи сигнала на включение электродвигателя управления время перемещения нажимного диска t = 0,0155 с. Время включения муфты с момента смыкания дисков муфты до полного отсутствия проскальзывания t - 0,23 с.
Перемещение ползуна при включении муфты Sm= 0,059 м, что составляет 14,75 % от максимального хода ползуна 0,4 м. Время перемещения нажимного диска муфты при отключении муфты tH j = 0,031 с.
Время отключения муфты tM0 = 0,036 с. Ход деформирования до отключения муфты 5 = 0,14 м и после отключения муфты S$2 = 0,044 м. До окончания хода деформирования имеется большой запас по времени для отключения муфты: 0,2 с.
Время хода ползуна вниз tu = 0,9 с, вверх te 1,28 с, хода торможения вверх tm= 0,17 с. Время машинного цикла 2,18 с, что обеспечивает производительность пресса при достаточной мощности главного электродвигателя 27,5 ход/мин. При установленной мощности главного электродвигателя 33,5 кВт эквивалентный ток становится равным номинальному фазному току за 3,6 с, что обеспечивает производительность пресса 16,7 ход/мин.
При расчете параметров движения рабочих частей пресса на этапах машинного цикла в зависимости от состояния при включении муфты принимаются двухмассовые или одномассовые расчетные модели.
Работа винтового пресса с муфтовым приводом независимо от системы управления имеет восемь характерных периодов машинного цикла (рис. 3.4). Эти периоды следующие:
I - включение муфты; II - ход приближения; III; IV; V - ход деформирования; VI - разгон ведущих частей пресса; VII - ход разгона вверх ведомых частей; VIII - ход торможения.
Маховик вращается со скоростью й)а холостого движения. На I периоде при включении муфты осуществляется разгон винта и ползуна. Во время периода II происходит ход приближения. Скорость перемещения ползуна практически сохраняется постоянной. Ход деформирования заготовки состоит из III, IV и V периодов.
Экспериментальное исследование винтового пресса модели Ф1738М с электромеханической кулачково-рычажной системой управления и механизмом возврата ползуна с вращательным мо ментом воздействия на подвижные части пресса
Испытание пресса под нагрузкой, получение опытных значений энергосиловых параметров пресса, определение точности дозирования кинетической энергии пресса в режиме "Одиночный ход".
Испытание системы управления на точность и стабильность отключения муфты проводится на гладких бойках осадкой цилиндрических образцов. При проведении испытании на нижний боек устанавливаются по 3 цилиндрических образца размерами 050 и Н=75 мм (рис. 4.1).
Ползун занимает начальное крайнее верхнее положение, определяемое положением конечного выключателя. Конечный выключатель отключения электродвигателя управления настраивается на величину, обеспечивающую отключение муфты в момент касания верхним штампом торца осаживаемых образцов. Проводится не менее трех одиночных ходов ползуна (ударов), осаживающего заранее изготовленные заготовки (крешера) 050 мм, высотой 75 мм, из пластичного А1-го материала АК6. Замеряются размеры высоты осаженных заготовок с целью проверки точности дозирования энергии.
Конечный выключатель отключения электродвигателя управления настраивается на величину, обеспечивающую отключение муфты при работе деформирования с максимально допустимой энергией. Замеряются высоты осаженных заготовок с целью проверки максимальной величины работы деформирования.
Конечный выключатель отключения электродвигателя управления настраивается на величину, обеспечивающую отключение муфты при деформировании с энергией, превышающей максимально допустимую, что приводит к останову ползуна и проскальзыванию дисков маховика (рис. 4.2).
Проводится проверка срабатывания отключения главного электродвигателя при проскальзывании дисков маховика.
При нагружении пресса с энергией, превышающей максимально допустимую, произошел останов ползуна в процессе деформирования поковки в нижнем положении, проскальзывание дисков маховика, и отключение главного электродвигателя пресса и электродвигателя управления. Это подтвердило то, что нет необходимости разработки специализированных предохранительных устройств для защиты от возможной перегрузки винтовых прессов с муфтовым приводом.
Установлено значение максимальной силы, развиваемой прессом при выполнении технологической операции, определена величина работы деформирования. На образцах проведены исследования стабильности дозирования энергии, необходимой для совершения работы деформирования. Образцы осаживали в торец в холодном состоянии на гладких бойках (рис. 4.1). Деформирование осуществляли при полном расходовании энергии ползуна и винта после отключения муфты. Степень деформации составляла 42 % без разрушения металла. Разность размеров по высоте осаженных заготовок трех партий находилась в пределах ±(0,12,...0,15) мм. [100].
Результаты экспериментов показали, что наибольшая работа деформирования винтового пресса с муфтовым приводом составляет 170 кНм, при этом суммарная мощность двух электродвигателей составляет 44,5 квт. Характеристики винтовых прессов с электрическим дугостаторным приводом модели Ф1738 и восстановленным муфтовым прессом Ф1738М номинальной силой 6300 кН приведены в табл. 2. Система дозирования энергии удара удовлетворяет требованиям производства. Серийные поковки типа "Корпус", "Втулка" и "Патрубок", изготовленные на винтовом прессе с муфтовым приводом из нержавеющих, жаропрочных, труднодеформируемых сталей, Ti-ых и А1-ых сплавов, показали возможность получения поковок с жесткими допусками и полную работоспособность пресса, при интенсивной эксплуатации: ежедневно с полной загрузкой 1,5-2 смены.
Сравнительные характеристики винтовых прессов с электрическим дугостаторным приводом модели Ф1738 и восстановленным муфтовым приводом пресса Ф1738М номинальной силой бЗООкН приведены в табл. 2.
