Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Защита КГШП от разрушения 8
1.1. Недоход ползуна и его влияние на величину максимальной силы на шток 8
1.2. Регулирование закрытой высоты пресса 10
1.3. Взаимное влияние конструктивных и технологических факторов на регулирование штамповой высоты и надежность работы КГШП 35
1.4. Конструкция и расчет уравновешивателей 52
1.5. Оптимизация силовых параметров тяжелых КГШП 63
Глава 2. Способы и конструкторские решения по повышению надежности КГШП 76
Выводы 90
Глава 3. Обеспечение безопасности работы КГШП 91
3.1. Моделирование и расчет номинального недохода ползуна КГШП 91
3.2. Упрощенный расчет недоходг ползуна 95
3.3. Анализ достигнутых результатов в сравнении с достижениями ведущих фирм мира 101
Выводы 105
Глава 4. Расчет и проектирование КГШП с повышенной надежностью 106
4.1. Оптимизация параметров уравновешивателя ползуна... 106
4.2. Методика испытаний пневматических уравновешивателей 126
4.3. Расчет уравновешивателя пресса К4548 135
4.4. Перспективы снижения материалоемкости прессов 137
4.5. Создание равнопрочных узлов КГШП 141
Выводы 148
Общие результаты и выводы 150
Список литературы 154
Приложения 167
- Регулирование закрытой высоты пресса
- Способы и конструкторские решения по повышению надежности КГШП
- Упрощенный расчет недоходг ползуна
- Методика испытаний пневматических уравновешивателей
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение требуемой точности и увеличение габаритных размеров поковок, производимых методами горячей штамповки, предъявляют повышенные требования к жесткости кривошипных горячештамповочных прессов (КГШП). С ростом мощности прессов возрастает реализуемая динамическая энергия, которая в случае частичного или полного разрушения конструкции выходит из-под контроля и вызывает аварийные и катастрофические ситуации для оборудования и обслуживающего персонала. Поэтому все прессы, в целях безопасности, необходимо оснащать поглотителями энергии. Применяемые до настоящего
,времени устройства служили, в основном, для контроля и прекращения аварийного цикла штамповки, но не исключали разрушение защитных элементов конструкции. Установленные на некоторых прессах гасители 'нергии проектировались на базе экспериментальной доводки на стендах, как іравило, в виде масштабных моделей и не учитывали взаимодействия ехнологических режимов, параметров механизмов с узлами пресса. [есколько лет тому назад, при выполнении ЗАО «Тяжмехпресс» заказов втомобильных фирм Южной Кореи и Китая на поставку прессов большой (ощности, автором решалась задача по созданию достоверной методики асчета и обоснования безопасных пределов изменения закрытой высоты ?ивошипных горячештамповочных прессов с учетом технологических юбований к поковкам. Потребовалось также разработка новых конструкций ревматических и механических поглотителей энергии, оснастить прессы |выми уравновешивателями и механизмами регулировки закрытой высоты проверить их работоспособность. Положительное решение этой проблемы повысило авторитет прессостроения на международном рынке.
Работа выполнялась в соответствии с Государственным контрактом № 41.051.1.1.2776 от 31.01.01 и основным научным направлением факультета
АРМ ВГТУ "Проблемы современной технологии машиностроения" (ГБ 96.15 № гос. per. 01960005763).
Целью работы является разработка и обоснование методики расчета уравновешивателеи пресса, обеспечивающей работоспособность и ! безопасность при эксплуатации тяжелых кривошипных горячештамповочных прессов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: анализ причин и обоснование вариантов применения конструкторских решений для предотвращения аварий; разработка конструкции узлов и методов их расчета, обеспечивающих повышение надежности защиты элементов КГШП от разрушения; моделирование влияния закрытой высоты штампового пространства пресса на точность получаемых поковок; обоснование требуемого уровня надежности средств защиты КГШП от разрушения; разработка новых конструкций уравновешивателеи и обоснование их использования в различных типоразмерах КГШП.
Методы исследования. В работе использовались теоретические положения теории пластичности, система автоматизированного проектирования (САПР), метод конечных элементов (МКЭ), теория подобия, вопросы теории прочности, надежности, математической логики.
Научная новизна включает: метод оценки уровня безопасности (надежности функционирования) уравновешивателеи прессов, отличающийся тем, что в качестве критерия принята функция нагружения и геометрические параметры силовой системы ! КГШП; модель формирования закрытой высоты штампового пространства, отличающаяся тем, что в качестве начальных условий приняты граничные технологические требования к поковке, а оптимизация размера штампового пространства выполняется методом последовательных приближений до достижения требуемой точности штампуемой поковки; модель взаимодействия силовых элементов конструкции КГШП с уравновешивателем в аварийных ситуациях (обрыв штока), отличающаяся тем, что в ней учитываются газодинамические процессы, протекающие в полостях уравновешивателя; новую конструкцию уравновешивателя, обеспечивающую при аварии своевременное снижение величины нагрузок в механизмах пресса, без разрушения элементов конструкции узлов.
Практическая значимость заключается в том, что: использование результатов работы позволило: обеспечить экономию материалов и энергетических ресурсов за счет возможности оптимизации геометрических размеров высоты штампового пространства; создать конструкцию уравновешивателя нового типа, снизить вероятность тяжелых последствий аварийных ситуаций при эксплуатации тяжелых КГШП, устранить возможность разрушения оборудования и сооружений, угрозу здоровью и жизни обслуживающего персонала. Все это повысило конкурентоспособность на рынке тяжелых КГШП за счет повышения точности штампуемых на КГШП поковок без увеличения жесткости пресса, что наиболее важно при создании современного оборудования.
Апробация работы. Результаты работы прошли обсуждение на российских и международных конференциях: на 1-й международной конференции стран СНГ "Специалисты - науке, технологиям и профессиональному образованию" (Москва, 2001), на Всероссийской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудование в. машиностроении и металлургии" (Липецк, 2002), на 13 международной конференции "Jcifuas-ІЗ" (Испания, 2002), на 2-й международной конференции RaDMI 2002 (Югославия, 2002), международной конференции "Нетрадиционные методы обработки" (Воронеж, 2002), Всероссийской конференции "Производство специальной техники" (Воронеж, 2003).
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при разработке и создании тяжелых КПШ1 номинальной силой до 125 МН. Производственная эксплуатация этих прессов, без аварийных ситуаций, в течение длительного срока на предприятиях России, Южной Кореи, Китая и других стран подтвердили эффективность и целесообразность предложенных автором решений.
С разработанным уравновешивателем и регулировкой штамповой высоты пресса выпущены КГШП, защищенные патентом на промышленный образец и патентом РФ.
Публикации по работе. По теме диссертации получено авторское свидетельство и патент, положительное решение на выдачу патента на конструкцию уравновешивателя, опубликовано 9 статей, в том числе в отраслевом журнале "Кузнечно-штамповочное производство". Личный вклад соискателя составляет: в /4/ - разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций силовых узлов с учетом технологических требований к поковкам; в /6/ - анализ опыта эксплуатации автоматизированных КГШП и надежности работы средств защиты оборудования; в 191 - методика оценки надежности работы силовой системы КГШП.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 166 страницах машинописного текста. Она включает в себя введение, 4 главы, общие результаты и выводы, список использованной литературы из 133 наименований, приложение на 7 страницах, содержит 56 рисунков, 10 таблиц.
Регулирование закрытой высоты пресса
Механизмы регулирования закрытой высоты применяют во всех кривошипных прессах за исключением некоторых типов ножниц, многопозиционных автоматов, где для удобства наладки эти механизмы встраивают в инструмент на каждой позиции штамповки.
Механизмы регулирования закрытой высоты могут выполнять две основные функции: компенсировать упругие деформации машины и износ инструмента, обеспечивать возможность установки на один пресс инструмента, имеющего различную закрытую высоту. Одновременно две функции выполняются только в листоштамповочных прессах, где жесткость собственно инструмента практически не влияет на жесткость системы пресс - инструмент. В прессах для горячей объемной штамповки (КГШП) эти механизмы выполняют только первую функцию.
Традиционный метод регулирования закрытой высоты широко применяемый до середины 70-х годов - применение клинового механизма в столе пресса. Привод клиновых механизмов осуществляется винтовым механизмом как вручную (рис. 1.2), так и при помощи электромеханического привода (рис. 1.3). В этом случае вращение от электродвигателя через редуктор передается на винтовой механизм перемещения регулировочного клин Результаты экспериментальных исследований условий работы клинового механизма регулировки для конструктивного исполнения по рис. 1.2, отображенною расчетной схемой на рис. 1.4.а, приведены на рис- 1.5 и трансформируются в следующие результаты. Рсд - сила, необходимая для удерживания клина от перемещения, Рв - сила нагружения пресса. Для конструктивного исполнения клинового механизма регулировки по рис. 1.3, отображенному расчетной схемой рис 1.4.6, результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 1.6,1.7 и 1.8.
По результатам анализа приведенных данных можно констатировать следующее: 1. Любой самотормозящийся клиновой механизм при наличии смазки в условиях кратковременного нагружения становится не самотормозящимся и требует соответствующего силового замыкания. 2. При обеспечении необходимых условий эксплуатации при периодичной очистке клиновых механизмов от окалины и подачи смазки, эти механизмы могут обеспечить условия подрегулировки штамповой высоты в необходимый момент. 3. Однако, по результатам обследования работы данных клиновых механизмов в условиях их эксплуатации в кузнечных цехах, где в результате забивания окалиной зазоров между клином и его посадочными местами в столах прессов они стопорятся "намертво", был сделан однозначный вывод о необходимости их переноса в ползун, на уровень выше уровня образования окалины.
По утверждению фирмы, уплотнения в нижней части боковых стелок установочной плиты и в зоне размещения выталкивателя полностью предохраняют узел от загрязнения окалиной и технологической смазкой.
Для вывода пресса из состояния распора жидкость под высоким давлением (700 бар) подается двумя гидропневматическими насосами в зоны между сопряженными поверхностями промежуточного клина 2, который после этого легко перемещается посредством гидроцилиндра. Для регулировки закрытой высоты используется третий гидропневматический насос, создающий давление в 70 бар. Гидрозажимы удерживают в фиксированном положении весь блок при работе пресса.
Все клиновые регулировочные устройства, расположенные, в столе пресса, имеют общие недостатки: - затруднена автоматизация процесса штамповки, так как перемещение нижней половины штампа относительно станины требует переналадки по высоте захватов средств автоматизации, для которых станина является установочной базой. - требуются большие затраты времени, так как для осуществления регулировки необходимо сначала освободить крепление штампа или клиньев стола, а после выполнения регулировки - снова затянуть крепежные болты. - нестабильность технических параметров и условий работы из-за загрязнения опорных поверхностей окалиной и технологической смазкой, применяемой при штамповке. В результате этого надежность их работы и стабильность регулировки в процессе эксплуатации снижается. Для восстановления первоначальных параметров необходимо дважды в год, а иногда и ежемесячно /99/, производить трудоемкую профилактическую разборку и очистку клиньев.
Известна конструкция клинового механизма регулирования тяжелого КГШП усилием 160 МН фирмы Sumitomo (рис. 1.10), в которой привод осуществляется при помощи гидравлического цилиндра, а сам клиновой механизм располагается в ползуне пресса /99/. Дальнейшего распространения в прессах меньшего усилия эта конструкция не получила.
Учитывая все недостатки механизмов с клиновой регулировкой, большинством прессостроительных фирм в новых моделях КГШП механизм регулирования закрытой высоты перенесен в зону над штамповым пространством, где регулирование осуществляется перемещением ползуна пресса вследствие разворота эксцентриковой втулки.
Способы и конструкторские решения по повышению надежности КГШП
При изготовлении крупногабаритных поковок возрастает штамповое пространство, увеличиваются моменты сил при штамповке, и снижается надежность прессов. Разработано новое (патент /52/) устройство для контроля высоты пространства и управления механизмом регулирования штампового пространства.
Устройство содержит корпус 1, вал 2 которого кинематически связан посредством зубчатой передачи 3 с механизмом регулирования высоты штампового пространства, механизм импульсного отсчета величины регулирования с зубчатым колесом 4, установленным на валу 2, и датчиками 5 и 6, механизм ограничения величины регулирования с экраном 7 в виде пластины и датчиками 8 и 9 крайних положений. Вал 2 выполнен с винтовой нарезкой 10.
Механизм перемещения экрана 7 выполнен в виде закрепленной в корпусе 1 направляющей планки 11 и сочлененной с винтовой нарезкой 10 вала 2 гайки 12 с роликом 13. Экран 7 установлен на гайке 12, а ролик 13 связан с ней с возможностью перемещения вдоль винтовой нарезки 10 по направляющей планке 11. Длина экрана 7 равна сумме расстояния между осями датчиков 8 и 9 и хода экрана, соответствующего крайним положениям регулирования.
Зубчатое колесо 4 снабжено равнорасположенными по окружности пазами 14. Датчики 5 и 6 размещены по окружности с радиусом R, равным расстоянию от центра пазов 14 до оси вращения зубчатого колеса 4, и реги- стрируют поочередно положение упомянутых пазов 14, причем в один из моментов времени положение одного паза регистрируется одновременно двумя датчиками 5 и 6. Последние электрически связаны через блок 15 контроля исправности датчиков 5 и 6 с системой Л 6 управления.механизма регулирования высоты штампового пространства и через блок 17 счета импульсов - с устройством 18 индикации.
Датчики 8 и 9 электрически связаны через блок 19 анализа крайних положений с системой 16 управления механизма регулирования высоты штампового пространства. Для случая использования промежуточной кинематической связи (например, червячного редуктора) 20 (рис. 2.2) между зубчатым колесом 4 и экраном 21 ограничения регулирования последний выполнен в виде диска, снабженного по меньшей мере одним пазом 22, положение которого регистрируется датчиками 8 и 9 крайних положений, которые электрически связаны через блок 19 анализа крайних положений с системой 16 управления меха низма регулирования высоты штампового пространства, а зубчатое колесо 4 механизма импульсного отсчета снабжено равнорасположенными пазами 14, положение которых поочередно регистрируют датчики 5 и 6 механизма импульсного отсчета, причем в один из моментов времени датчики 5 и 6 регистрируют положение двух из упомянутых пазов и при этом положение одного паза регистрируется одним датчиком.
Исполнительным элементом системы 16 управления является двигатель 23 механизма регулирования высоты штампового пространства. Устройство работает следующим образом. Вращение от механизма регулирования штампового пространства (не показан) через зубчатую передачу 3 и зубчатое колесо 4 передается валу 2. При вращении зубчатого колеса 4 датчики 5 и 6 поочередно регистрируют положение пазов 14, причем в один из моментов времени положение одного паза регистрируется одновременно двумя датчиками. При вращении зубчатого колеса 4 вправо сначала срабатывает датчик 5, а затем датчик 6. При вращении зубчатого колеса 4 влево датчики 5 и 6 срабатывают в обратном порядке. Блок 17 счета импульсов в зависимости от очередности поступления сигналов от датчиков 5 и 6 производит сложение или вычитание импульсов, соответственно на устройстве 18 индикации абсолютное значение высоты штампового пространства пресса увеличивается или уменьшается Счет импульсов ведется по последовательным сигналам одного из датчиков.
Получение от одного датчика двух сигналов подряд показывает неисправность другого датчика и блок 15 контроля исправности датчиков дает команду в систему 16 управления на отключение двигателя 23 механизма регулирования высоты штампового просіранства.
Передаточное отношение зубчатой передачи 3 выбрано таким, что прохождению двух пазов 14 мимо датчика 5 или 6, ведущего счет импульсов, соответствует определенная величина регулирования высоты штампового пространства пресса, равная цене деления шкалы устройства 18 индикации на пульте управления, например 0,1, 0,25 мм и т.п. Импульсы, возникающие при срабатывании датчиков, передаются в блок 17 счета импульсов и воспроизводятся на шкале устройства 18 индикации в виде абсолютного значения высоты штампового пространства пресса.
При вращении вала 2 вращению гайки 12 препятствует ролик 13, который катится по направляющей планке 11. Гайка 12 поступательно перемещается по винтовой нарезке 10 вала 2. Вместе с гайкой 12 перемещается экран 7. Вследствие того, что длина экрана 7 равна сумме расстояния между датчиками 8 и 9 и хода экрана 7, соответствующего крайним положениям ре гулирования, датчики 8 и 9 одновременно взаимодействуют с экраном 7, и-только при достижении одного из крайних положений штамповои высоты экран 7 выходит из взаимодействия с одним из датчиков. Этот датчик дает сигнал в систему 16 управления на отключение двигателя 23 механизма регулирования штамповои высоты.
После остановки двигателя 23 в крайнем положении регулирования его повторный запуск возможен только в противоположном направлении, со-ответствующем перемещению экрана 7 в сторону датчика, вышедшего из взаимодействия с экраном. Другую команду на включение двигателя не пропускает блок 19 анализа крайних положений.
В случае выхода из строя одного из датчиков 8, 9 его сигнал аналоги-. чен сигналу при его выходе из взаимодействия с экраном 7. Следовательно, запуск двигателя 23 возможен только в направлении, соответствующем перемещению экрана 7 в сторону вышедшего из строя датчика. Движение экрана 7 продолжается до выхода из взаимодействия с ним другого датчика, после чего блок 19 анализа получает сигналы сразу от двух датчиков с выхода из взаимодействия с экраном 7, что свидетельствует о неисправности датчика.
Дальнейший запуск двигателя 23 невозможен до устранения неисправности датчика. При использовании промежуточной кинематической связи 20 (например, червячного редуктора) между зубчатым колесом 4 и экраном ограничения регулирования устройство работает аналогично описанному. Отличие , состоит в том, что в один из моментов времени датчики 5 и 6 механизма импульсного отсчета регистрируют положение двух из дополнительных пазов 14 и при этом положение одного паза регистрируется одним датчиком. Кроме того, через промежуточную кинематическую связь 20 вращение передается диску 21, снабженному по меньшей мере одним пазом 22.
Упрощенный расчет недоходг ползуна
У тяжелых механических прессов наблюдаются аварии из-за обрыва штоков уравновешивателей ползуна, работающих в условиях воздействия больших импульсных нагрузок. Такие аварии могут надолго вывести из эксплуатации дорогое оборудование, нарушить его характеристики, требуют больших затрат на восстановление, представляют опасность для обслуживающего персонала. Конструктивно задача решается усилением защитной г крышки, установкой поглотителей энергии в виде упругих элементов. Однако подобные конструктивные решения только снижают вероятность негативных последствий аварии, но не устраняют такую возможность. Для этого потребовалось наметить схемы нагружений и найти величину силы, которую необходимо нейтрализовать в случае аварии. У кривошипів :t горячештампо-вочных прессов уравновешиватели имеют 2 цилиндра.
Для пресса КЕ8044 (пн=70 1/мин; R=165 мм; L=1170 мм) К2=1,033, что больше Т=0,7, поэтому требуется взять уравновешиватель с отсечкой воздуха, обеспечивающий переменную нагрузку по пути ползуна.
Для проектирования уравновешивателя необходимо найти объемы каждого цилиндра Vo и ресивера Vp, гарантирующие при аварии безопасное падение ползуна под действием масс заготовки, штампа самого ползуна, шатунов, кривошипов с учетом инерционных сил.
Если допустить, что пресс (или его прототип) имеется, то расчет объемов цилиндра и ресивера можно выполнить по алгоритму на рис. 4.2.
Алгоритм определения силы удара поршня о крышку при обрыве штока выполняется по схеме для пневматических уравновешивателей (рис. 4.1), охватывает все типы уравновешивателей: пневматические уравновешиватели с отдельным ресивером с отсечкой и без отсечки; пневматические уравновешиватели со встроенным ресивером с отсечкой и без отсечки и пневматические уравновешиватели постоянного сжатия без ресивера.
Принимая, что начальное положение поршня в момент обрыва штока уравновешивателя (наиболее опасный вариант), соответствует крайнему нижнему положению ползуна, введем следующие обозначения для расчетной схемы: Dy - .диаметр поршня уравновешивателя; dnrr - диаметр штока уравновешивателя; сЦ, - приведенный диаметр трубопровода или отверстий, соединяющих рабочую полость уравновешивателя с ресивером; D0TB - диаметр отверстий, соединяющих поршневую полость с атмосферой; Хн - приведенная высота начального объема штоковой полости уравновешивателя в момент обрыва штока; L - высота перекрытия (ход поршня после осечки); Храб -рабочий ход поршня; Хд - приведенная высота объема надпоршневой (обратной) полости; - МЗ " приведенная высота мертвого объема поршневой полости, соответствующая кедоходу поршня до крышки уравновешивателя при крайнем верхнем положении ползуна.
Рассматривая процесс движения поршня уравновешивателя после обрыва штока как переходный процесс его разгона и последующей остановки в результате упора в крышку, запишем общее дифференциальное уравнение движения его для каждого бесконечно малого промежутка времени.
Данный алгоритм реализован в программе, выполненной применительно к персональному компьютеру PC-XT. Программа предусматривает после ввода небольшого набора конструктивных параметров рассматриваемого уравновешивателя получить готовые, графики пути, скорости и ускорения поршня, давлений в штоковой и поршневой полости, усилия деформирования после удара в крышку уравновешивателя в функции времени. В качестве примера для расчета был выбран уравновешиватель пресса усилием 2500 тс модели КЕ8044.
Конструкцию уравновешивателя оценивали с учетом не только безопасности, но и с точки зрения дополнительных энергетических потерь которые, безусловно, возникают во время циркуляции воздуха в системе уравновешивателя. Основным критерием оценки является эксперимент, другими словами эти потери можно оценить (абсолютно точно) только при оцилло-графировании опытного образца в режиме выбега пресса. Но и при расчете уравновешивателя можно получить общую оценку эффективности конструкции. Для этого необходимо построить график изменения давления в штоковой полости и в ресивере. Разница в давлениях в одинаковые моменты времени (или разность площадей, ограничиваемых графиками) достаточно точно даст представление о потерях в системе уравновешивателя.
Методика испытаний пневматических уравновешивателей
На ЗАО Тяжпресс проводится целенаправленная работа по оптимизации массы прессов, что особенно важно для экспортных поставок, т.к. рост тарифов на транспорт, в частности железнодорожный, заметно влияет на финансовое положение производителей особенно при достаточно больших рас-стояниях до заказчиков. Снижение массы прессов ускоряет и облегчает мон-тажи, требует меньшего использования уникальных (а следовательно и дорогих) подъемно-транспортных механизмов. Однако уменьшение многократного запаса прочности, существовавшего ранее за счет изменений массы, требует от исполнителя более высокого качества работ. Например наличие дефектов в силовых базовых деталях прессов (литейных трещин, раковин, дефектов сварки к- др.) ранее компенсировалось излишними габаритами (массой), а при обоснованное уменьшении массы подобные дефекты начали вызывать поломки. Кроме того ЗАО Тяжпресс принципиально изменил подход к выполнению заказов. Если ранее заказчик покупал только пресс, выбирая его из стандартного размерного ряда, как правило, с большим запасом по силовым показателям, то теперь выбор или доработку пресса под требования заказчика берет на себя изготовитель, имеющий головное конструкторское бюро, где расчет энергии выполняют под конкретные типоразмеры деталей, предлагают наиболее выгодный уровень автоматизации пресса и типовую технологическую оснастку, совместимую с прессом и выпускаемую заводом. Например, при выполнении заказа Южно-Корейской фирмы Samsung в результате проработки задания для изготовления деталей типа шарниров автомобилей Kia, Deu вместо пресса КБ8544 был разработан практически новый пресс К0042 с оптимальным уровнем автоматизации, что позволило выиграть тендер и получить заказ на 4-5 прессов. Проведенные исследования позволили снизить металлоемкость конструкции на 20-25 %, энергоемкость до 15%.
С участием автора выполнены вариантные прогностные расчеты силовых узлов вновь создаваемого, модернизированного и имеющегося оборудования. Используется метод конечных элементов и программный комплекс "NISA", позволяющий учесть влияние элементов конструкций всего технологического сборочного узла. Одним из основных силовых узлов горячештам-повочных прессов является станина с рабочим валом, работающим в подшипниках скольжения (втулках), которые закрепляются в станине болтовым соединением и работают при действии рабочих усилий и сил затяжки болтов. Это изменяет геометрию втулки и может вызывать заклинивание вала. Попытка решить проблему за счет расширения зазоров оказалась не приемлемой, т.к. возникшие люфты снизили точность и надежность пресса. Задача расчета усложнялась из-за переменной геометрии сварной станины, имеющей ребра, перемычки, переменную толщину стенок. Так колонны станины содержат листовые стенки с толщиной от 40 до 70 мм, сквозные окна. Для прессов типа КГ8042-11К-009 расчетное усилие (Pi) при формировании деталей составляет 800 тонн на каждую колонну. С участием автора разработаны-" таблицы запаса прочности на узлы пресса и затяжку болтов втулок (в нашем случае Ki=l,3). Тогда усилие затяжки (Рз) болтов составляет Рз=Кі»Рі=1,3 800=1040 тонн.
В процессе отладки оборудования установлено, что в узле неравномерно распределена нагрузка на контактной (с валом пресса) поверхности втулки. Моделирование нагрузок показало, что закон их распределения имеет характер косинуса, а рабочий сектор в сечении составляет около 120. Примерно 65 % нагрузки воздействует на центральную зону контакта, оставшаяся часть в равных долях распределяется на концах втулки.
Для численных расчетов разработана математическая модель деформации станины и втулки при принятых в конструкции векторах действия сил, в том числе инерционных сил от вращения вала, резких торможений и разгонов, электромагнитных сил и др. Детали пресса принимались как упругие тела. В качестве граничных условий в модели принято: - верхняя станина симметрична в горизонтальной плоскости. Такое -допущение правомерно, т.к. имеющиеся незначительные отклонения геометрии станин не могут вызвать значительного изменения направления действия сил; - отсутствие перемещений наружных поверхностей опорных стоек колонны, что также объясняется местом моделирования процесса в упругой зоне перемещений; - все болты при затяжке создают в районе отверстий кольцевую распределенную нагрузку; - усилие пресса (Рі=800 т) передается от вала через втулку на корпус колонны и распределяется по закону косинуса по контактной поверхности втулки; - инерционные силы учтены в расчетах за счет обоснованного выбора. запаса прочности конструкции.
Численные расчеты, выполненные для пресса КГ 8042-11К-009, который в течение, многих лет дорабатывался по всем показателям, в том числе по снижению массы в лабораторном комплексе предприятия и по результатам промышленной эксплуатации в стране и за рубежом, показали, что имеется возможность радикально улучшить его параметры после теоретического анализа конструкции по предложенной модели. Так из расчетов видно, что в станине из стали 3 с временным сопротивлением ав=380МПа и условным пределом текучести о о,2=230 МПа/мм2 фактические напряжения в станине и втулке под действием рабочей нагрузки пресса и затяжки болтов не превышает 100 МПа. Следовательно запас предела прочности составляет не менее 3,8. Для предела текучести запас около 2,3.
При сборке деформация втулки, применяемой в прессе, от затяжки болтов вдоль оси нагружения составляет 0,186-0,188 мм, в опорной плоскости 0,049-0,05 мм. Это позволяет контролировать качество сборки, особенно при монтажах вне завода, сразу же выявлять недопустимые изменения сопротивления конструкции нагрузкам, что может вызываться внутренними (не обнаруженными ранее) дефектами, например, литья, качества сварки, перераспределением напряжений из-за геометрических погрешностей конструкции. Моделирование нагрузок и изменения геометрии втулок при суммарном действии рабочих нагрузок и затяжки болтов позволило установить, что упругие деформации втулки не превышают соответственно 0,133 мм и 0,04 мм. Создание при сборке зазоров в паре "вал - втулка" по приведенным расчетам гарантирует от заклинивания узла при работе пресса и от люфтов, вызы-вающих ударные нагрузки.
Похожие диссертации на Создание эффективной системы защиты от разрушения силовых элементов КГШП
