Энергетический расчет штамповочных молотов

ВНУ им. В. Даля

Энергетический расчет штамповочных молотов

(ход вниз в цикле холостых качаний)

Р.И. Рей, д-р техн. наук;

Ю.И. Гутько, д-р техн. наук

ВВЕДЕНИЕ

Штамповочные молоты являются одним из основных типов кузнечно-прессовых машин. Штамповочные молоты имеют широкое применение в кузнечно-прессовых, кузнечных, кузнечно-штамповочных цехах. Кроме того, эти молоты применяются в цехах холодной штамповки для изготовления деталей штамповкой из листового материала. Изложенного достаточно, чтобы сделать вывод о большом научном и практическом значении повышения технико-экономичных показателей штамповочных молотов.

Энергетический расчет хода падающих частей вверх выполняется совместным решением системы уравнений методом численного интегрирования [1]

(1)

где - положение поршня, характеризующее объем нижней полости,

;

- перемещение падающих частей от крайнего нижнего положения;

- полный ход падающих частей;

- коэффициент нижнего вредного объема;

- высота цилиндра,

;

- коэффициент верхнего вредного объема;

- кольцевая площадь поршня;

- площадь поршня;

- сумма постоянных сил, действующих на падающие части;

- ход, скорость и ускорение поршня;

- давление в нижней и верхней полостях цилиндра;

- температура в нижней и верхней полостях цилиндра;

- температура в магистрали;

- секундные расходы при наполнении и опоражнивании нижней и верхней полостей цилиндра;

- секундный расход в магистрали;

- масса падающих частей;

К - показатель адиабаты;

R - газовая постоянная.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Разработать методику расчета хода вниз в цикле холостых качаний на основе системы уравнений (1).

РЕЗУЛЬТАТЫ

При расчете хода вверх принимаем:

1. Исходное положение падающих частей и начало отсчета перемещения падающих частей - крайнее нижнее положение.

2. Положительное направление перемещения падающих частей, скорости и ускорения - вверх.

При расчете хода вниз принимается:

1. Исходное положение падающих частей - крайнее верхнее положение.

2. Начало отсчета перемещения падающих частей - крайнее нижнее положение.

3. Положительное направление перемещения падающих частей, скорости и ускорения - вверх. При расчете хода вниз величина будет уменьшаться от до заданного значения; приращения будут отрицательны. Отрицательными будут также значения скорости падающих частей и разгоняющих ускорений при ходе вниз.

Возможность сохранения при расчете хода падающих частей, вниз положительных направлений скорости и ускорения вытекает из анализа сил, действующих на падающие части.

В системе уравнений (7) сумма постоянных сил Q находится по формуле

, (2)

где - сила тяжести падающих частей, которая направлена вниз;

- суммарная сила трения, направлена вниз;

- сила атмосферного давления, направлена вверх.

При ходе падающих частей вниз силы и сохраняют свое направление; сила меняет направление на противоположное, т.к. сила трения всегда направлена против движения. Таким образом, величина при ходе падающих частей вниз имеет другое значение. Однако в машинном расчете величина вводится с исходными данными и остается постоянной на всем протяжении хода.

Силы давления энергоносителя и имеют одинаковое направление как при ходе вверх, так и при ходе вниз. Величина этих сил зависит только от давления в полостях цилиндра, определяемым по формулам для , .

В этих формулах первое слагаемое в квадратных скобках определяет изменение давления вследствие изменения количества энергоносителя в полостях цилиндра и зависит от секундного расхода . Выше указывалось, что секундный расход зависит от положения падающих частей (независимо от направления их движения) и от отношения давлений в полости и в трубопроводе. Второе слагаемое в квадратных скобках определяет изменение давления в полости вследствие расширения или сжатия, т.е. вследствие движения падающих частей. Это слагаемое зависит от направления движения падающих частей.

Рассмотрим формулу для определения приращения давления в нижней полости цилиндра . При движении падающих частей вверх слагаемое способствует уменьшению давления в полости тем больше, чем выше скорость падающих частей, так как при ходе вверх нижняя полость расширяется. При ходе вниз это слагаемое способствует увеличению давления в нижней полости, так как полость сжимается. В данном случае формула записана применительно к ходу падающих частей вверх; однако, как указывалось выше, при ходе падающих частей вниз значения скорости будут отрицательными, и знак перед вторым слагаемым в квадратных скобках формулы поменяется на противоположный.

С другой стороны, первое слагаемое в квадратных скобках в формуле способствует увеличению давления нижней полости (при наполнении), а следовательно, и увеличению положительного ускорения падающих частей, если положительным выбрать направление вверх. Но мы предполагаем, что при ходе вниз положительные ускорения - тормозящие, а увеличение давления в нижней полости как раз и приводит к торможению падающих частей при ходе вниз. Следовательно, при расчете хода падающих частей вниз формула может применяться без изменений, т.е. нижняя полость условно считается полостью расширения.

Аналогично изложенному для определения приращения давления в верхней полости при расчете хода падающих частей вниз без изменения применяется формула для определения в системе уравнений (1), т.е. верхняя полость условно считается полостью сжатия.

Таким образом, при выбранных условиях расчета (начало отсчета перемещения падающих частей и положительное направление перемещения, скорости и ускорения) для энергетического расчета хода падающих частей вниз можно без изменения применить систему уравнений (1). Это обстоятельство имеет большое практическое значение, т.к. позволяет для расчета хода падающих частей вниз почти без изменения использовать блок-схему и рабочую программу для расчета хода падающих частей вверх. Отличие состоит только в условиях окончания расчета.

Ввод исходных данных и порядок просчета формул системы уравнений (1) при расчете хода падающих частей вниз не меняются. После определения температур в полостях цилиндра по формулам проверяется положение падающих частей, т.е. величина сравнивается с величиной либо другой величиной, определяющей окончание хода. Если падающие части достигли заданной точки, например, к.н.п., то расчет прекращается. Если падающие части не достигли крайнего нижнего положения, т.е. , то проверяется скорость падающих частей (с учетом того, что значение скорости при ходе вниз отрицательно). Если , то это значит, что при данных условиях падающие части не могут достичь крайнее нижнее положение, и расчет прекращается. Если , то это значит, что падающие части еще не достигли крайнего нижнего положения, и расчет продолжается.

Известно, что при движении падающих частей вниз в цикле холостых качаний должен быть обеспечен их недоход до крайнего нижнего положения [19], [10]. В результате расчета хода вниз фактический недоход падающих частей до крайнего нижнего положения можно оценить по конечному значению положения падающих частей . Недоход будет равен

. (3)

При расчете хода падающих частей вниз, как и при расчете хода вверх, на печать могут выводиться либо результаты последнего перехода численного интегрирования (на котором прекратился расчет), либо результаты каждого перехода численного интегрирования.

Разработанная методика расчета хода вниз в цикле холостых качаний применена при проектировании распределительной системы штамповочных молотов в кузнечно-прессовом цехе ЗАО «Лугцентрокуз» (г. Луганск).

ВЫВОДЫ

Разработанная методика энергетического расчета хода вниз в цикле холостых качаний учитывает факторы, которые непосредственно влияют на движение падающих частей: фактическая площадь проходных сечений золотниковой втулки, объемы полостей цилиндра, расход энергоносителя, режимы истечения энергоносителя, давление энергоносителя в полостях цилиндра, скорость падающих частей. Разработанная методика применяется при проектном и проверочном расчете штамповочных молотов.

SUMMARY

In the paper, the procedure of power computation of die - forging hammers for idle swinging cycle is presented. The developed procedure is applied during design and checking computations of die - forging hammers.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гутько Ю.И. Моделирование рабочего процесса в цилиндре ковочного молота // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ : Вид-во СНУ, 2001.-C.168 -171.

2. Климов И.В. Основы теории и теплового расчета паровоздушных молотов. - М.: Машиностроение, 1970.- 160 с.

3. Зимин А.И. Машины и автоматы кузнечно-штамповочного производства. - М.: Машгиз, 1953.-459 с.