CC BY
48
3. Зимин Ю.А. Научные основы повышения технического уровня и создание кузнечно-прессового оборудования для точной горячей штамповки крупных габаритных поковок: дис. ... д-ра техн. наук. М., 1991, 500 с.
Y.V. Kolotov
MODERNIZATION OF THE NON ANVIL BLOCK HAMMER WITH THE HYDRAULIC COMMUNICATION MECHANISM
The analysis of causes of rupture of rubber-metal shock-absorber providing contact the top ram - a lateral rod in non anvil block hammer with the hydraulic communication mechanism. The new structure of the hydraulic communication mechanism in which the junction of contact of rod and the top ram without the shock-absorber between them works.
Key words: a hammer, anvil block, the shock-absorber, a rod, deformation.
Получено 16.12.10
УДК 621924
Ю.В. Колотов, канд. техн. наук, доц., 8(499)730 9378, [email protected] (Россия, Москва, МГТУ «Станкин»)
ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДЕМПФЕРА В ГИДРАВЛИЧЕСКОМ МЕХАНИЗМЕ СВЯЗИ БЕСШАБОТНОГО МОЛОТА
Приведён пример замены резинометаллического амортизатора, имеющего низкую работоспособность и установленного между нижней бабой и центральным штоком гидравлического механизма связи в конструкции бесшаботного молота с гидравлическим механизмом связи на гидравлический демпфер.
Ключевые слова: бесшаботный молот, амортизатор, поковка, штамповка.
БШМГС широко применяют в машиностроении. На них штамповали поковки для медицинского инструмента, коленчатых валов, монорельс и т.п. [1].
Из опыта эксплуатации БШМГС в России известно, что при ударах возникают колебания основания и фундамента конструкции, которые неблагоприятно влияют на окружающую среду и обслуживающий персонал
[2, 3].
Одной из причин возникновения колебаний может быть переменное давление жидкости рж, возникающее при отскоке баб после удара. Его значение в гидравлических полостях связи при отскоке можно представить выражением
ap0S0 + G2(1 + К|д) Кгс(К|д^01 + &02) • . ПЛ
рж =----------------— +-------------------sin w2t, (1)
S2(1 + K„) S2 W2 2 ’ W
где а - коэффициент расширения воздуха в приводе при разгоне при его начальном значении р0; Б0, Б2 - площади поршня (плунжера) воздушного привода и центрального штока (поршня) гидросвязи, соответственно; К отношение: массы верхней бабы М1 к массе нижней М2. БШМГС разных моделей исполняют с Кц=1; 0,25 или 0,2 [4,5]; Кгс - жёсткость гидромеханической системы молота; и01, и02 - скорости отскока М1 и М2 соответственно; '2 - частота собственных колебаний ударных масс при
М1М 2 . 251 „
отскоке ^2 = —— , где М1п =-------—; ] = —-; ¿1 - площадь боково-
\М1п М1 + 71М 2 ¿2
го штока; 02 - вес массы М2; ? - время.
Силу, с которой конструкция действует на фундамент, можно определить по выражению
Р= (2й+&) рж. (2)
Первый член правой части выражения (1) отражает значение постоянной составляющей давления жидкости в ГМС. Её величина зависит от сил привода ар0Б0 и тяжести G2, а также от соотношения масс Кц. Она создаёт постоянную силу на основании молота, которая не вызывает колебаний фундамента. Сила на основании молота тем меньше, чем больше площадь центрального штока Б2, что характерно для молотов с разными по весу ударными массами.
Второй член уравнения (1) характеризует динамическую составляющую давления жидкости в гидравлических полостях связи, которая вызывает колебания фундамента и окружающей его среды. Вибрации основания тем больше, чем жёстче гидромеханическая система связи Кгс, зависящая от жёсткости штоков и жидкости, её модуля упругости и объёма полостей гидросвязи, от площади центрального штока.
Амплитуда колебаний конструкции возрастает с ростом скоростей отскока ударных масс и01 и и02, , которые становятся больше с увеличением жёсткости удара. Например, увеличение скоростей отскока ударных масс можно наблюдать при нанесении «холодных», завершающих ударов по поковке с коэффициентом восстановления скорости е< 0,8 [6]
Уменьшить колебания фундамента молота можно, прежде всего, за счёт снижения скоростей отскока ударных масс при ударах с высоким коэффициентом полезного действия (КПД). Это значит, что нужно наносить такие удары по заготовке, у которых большая часть эффективной энергии уйдёт на деформирование материала, а избыточная энергия, не затраченная на работу формообразования поковки, будет минимальна. Коэффициент восстановления скорости при таких «мягких» ударах е< 0,5.
С целью снижения давления жидкости в гидросвязи между нижней бабой и её центральным штоком устанавливают упругие амортизаторы. На БШМГС типа БМ-150 [4] применяют резинометаллические амортиза-
торы, которые представляют собой плоские стальные пластины, разделённые друг от друга такими же по форме резиновыми пластинами. Амортизатор снижает силу удара бабы по штоку, благодаря чему шток сжимает жидкость гидросвязи с меньшей силой. Часть энергии отскока нижней бабы переходит при этом в тепло его элементов. С ростом их температуры резина нагревается, стареет и амортизатор разрушается [2].
Для повышения работоспособности узла гидросвязи без амортизатора между нижней бабой и центральным штоком гидросвязи, в БШМГС модели МШ (молот штамповочный) встроили в конструкцию центрального штока гидравлический демпфер. Его принципиальная схема описана в работе [1] и приведена совместно с конструкцией гидравлического демпфера центрального штока гидросвязи на рис. 1.
На рис. 1 обозначено: 1, 15 - пневмогидравлический компенсатор; 2, 3, 4, 11, 12 - гидравлические полости связи; 5 - гидравлическая полость привода; 6 - поршень центральный; 7, 21 - штоки; 8 - клапан демпфера; 9 - поршень демпфера; 10,16, 25, 26, 29 - отверстия; 13 - поршень компенсатора; 17 - трубопровод; 18 - нижняя баба; 19 - стойки станины; 20 - направляющие; 23 - ресивер; 24 - пневматические полости; 27 - пневматическая полость привода; 28 - плунжер; 30 - клапан; 31 - штамп.
Принцип работы гидравлического демпфера привода нижней бабы 18 заключается в следующем. В конце разгона при движении нижней бабы вверх поршень 6 входит в полость А, являющуюся частью полости 5. Она расположена выше отверстия 29, соединяющего полость 5 при разгоне через клапан 30 со сливом. В замкнутом объёме полости А происходят торможение и останов поршня 6 силой давления за счёт вытеснения жидкости из полости А в полость 5 через кольцевой зазор между наружной поверхностью поршня 6 и внутренней цилиндрической поверхностью полости А. С момента торможения поршня 6 шток 7 с поршнем 9 движутся вверх по инерции до соударения частей штампа 31. Ввиду разности хода поршней 6 и 9 между ними образуется полость Б, которая заполняется жидкостью, перетекающей из полости А во внутрь поршня 6 через отверстия 10. Они открыты, т.к. клапан 8 перемещён силами давления и тяжести в нижнее положение (рис. 1, б).
Происходит соударение штампов 31. Нижняя баба отскакивает и перемещает вниз шток 7 с поршнем 9. Давление жидкости в полости Б прижимает клапан 8 к нижней плоскости поверхности поршня 9, перекрывая течение жидкости из неё в полость А через отверстия 10. В дальнейшем, за счёт энергии отражения нижней бабы происходит вытеснение жидкости из полости Б поршня 6 в полость А через зазор, который образуется между цилиндрическими поверхностями: внутренней поршня 6 и
наружной поршня 9. Величина зазора между поршнями 6 и 9 рассчитывается из условия постоянства давления жидкости в полости Б поршня 6.
а б
Рис. 1. Принципиальные схемы БШМГСмод. МШ (а) и гидравлического демпфера (б)
Поршень 6 удерживается, в момент работы гидравлического демпфера в крайнем верхнем положении, давлением жидкости в полости 4. Оно возникает в гидросвязи вследствие движения вниз боковых штоков 21 под действием энергии привода и сил тяжести верхних рабочих частей с момента торможения поршня 6. Его величина равна произведению силы давления воздуха в полости 14 на отношение площадей поршня 13 к площади штока 12 компенсаторов 1 и 15.
Благодаря работе гидравлического демпфера в БШМГС модели МШ трансформируется энергия отражения нижней бабы 18 частично или полностью в тепло жидкости привода и в нагрев металлических элементов конструкции. Эта часть энергии отражения нижней бабы рассеивается в них безвозвратно.
Вследствие применения гидравлического демпфера в конструкции модели МШ снижается скорость движения вниз поршня 6, обозначенная в выражении (1) как и02. Торможение нижней бабы при отскоке, уменьшает динамическую составляющую давления жидкости в полостях гидросвязи и силу, с которой это давление в соответствии с выражением (2) вызывает колебания окружающей среды.
При жёстких ударах сложно погасить полностью энергию отражения нижней бабы гидравлическим демпфером, встроенным в конструкцию центрального штока связи. Гашение остальной энергии отскока нижней бабы произойдёт за счёт работы, совершаемой поршнем 6 на пути его движения в крайнее нижнее положение на преодоление силы сопротивления давления жидкости в полостях связи. Величина этого давления равна силе давления штока 12 компенсаторов 1 и 15 на жидкость гидросвязи.
Применение гидравлического демпфера обеспечивает работоспособность узла контакта «нижняя баба - центральный шток» гидросвязи на БШМГС модели МШ без дополнительных резинометаллических амортизаторов, являющихся слабым местом конструкции, например, БШМГС модели БМ-150. На БШМГС типа МШ-6,3 было нанесено несколько тысяч ударов штампа о штамп с номинальной энергией, после которых не замечено видимого увеличения пятна контакта «нижняя баба - центральный шток».
Снижение энергии отражения нижней бабы на разгрузочной фазе удара способствует предотвращению повторных, не предусмотренных технологией соударений верхней и нижней частей штампа [5].
Список литературы
1. Колотов Ю.В. Совершенствование бесшаботных молотов с гидравлической связью масс и их технологическое назначение // Кузнечноштамповочное производство и обработка давлением. 2010. №1.
2. Кирдеев Ю.П. Разработка теории и методов обеспечения несущей способности базовых деталей мощных молотов: дис. ...д-ра техн. наук. М., 1989 г.
3. Алексеев В. А., Кошелев В.П. Приводы и энергетика кузнечнопрессовых машин ударного действия // Совершенствование, проблемы и перспективы развития кузнечно-прессового машиностроения и кузнечноштамповочных производств: сб. докладов и материалов Х Конгресса «Кузнец 2010». Рязань 2010. С. 134-148.
4. Зимин Ю.А., Колотов Ю.В. Бесшаботные молоты // Машиностроение: энциклопедия. 2005. С. 422-428.
5. Рекламный буклет «Штамповочные молоты» фирмы «Ласко» (Германия).
6. А.с. 890632 (СССР). Бесшаботный высокоскоростной молот/ В.И.Гудков, Ю.В. Колотов. Опубл. в Б.И.1981, №12.
Y.V. Kolotov
APPLICATION OF THE HYDRAULIC DAMPER IN THE HYDRAULIC COMMUNICATION MECHANISM OF THE NON ANVIL BLOCK HAMMER
An example of rubber-metal shock-absorber with low working capacity and established between the bottom ram and the central rod of the hydraulic communication mechanism in the structure of non anvil block hammer with the hydraulic communication mechanism on a hydraulic damper.
Key words: non anvil block hammer, the shock-absorber, forging, stamping.
Получено 16.12.10
