CC BY
63
УДК 621.979.98.001
ПРИВОД устройства смены штампов механического пресса
С АККУМУЛЯТОРОМ ЭНЕРГИИ В.С. Семеноженков, М.В. Семеноженков, В.А. Нилов
\/\/уу\л/
Г"п~
IIII
-10
Рассмотрена конструкция устройства смены штампов с аккумулятором механической энергии, содержащим упругие элементы. Разработана математическая модель работы устройства, необходимая для определения параметров конструкции, обеспечивающих режимы перемещения с минимальными вибрационными характеристиками
Ключевые слова: устройство, штамп, аккумулятор, энергия, математическая модель
Современные средства механизации кузнечноштамповочного производства, например, устройства смены штампов, обычно оснащаются приводом [1], включающим мотор редуктор.
При перемещении транспортной тележки в момент строгания с места двигателю необходимо преодолеть так называемый статический момент сопротивления движению. Выведение тележки из неподвижного положения требует усилий, зачастую многократно превосходящих силы, необходимые для ее перемещения в промежуточных положениях.
Поэтому пусковые моменты на двигателе значительно превышают номинальные значения, что приводит к снижению надежности привода устройства смены штампов. Также необходимо отметить низкое быстродействие привода известной конструкции.
В работе рассматривается конструкция привода, в которой потребность преодоления двигателем значительных сил, необходимых для выведения тележки из неподвижных положений, исключена.
В состав конструкции привода тележки 1 (рис.
1) входит: мотор-редуктор 2, приводящий в движение с помощью передачи 3 жестко соединенные с тележкой, перемещающиеся по направляющей 4. На корпусе укреплены упоры 5, 6, а на тележке 1 укреплены упоры 7 и 8, взаимодействующие с опорами 9, 10 пружины 11 аккумулятора механической энергии. Аккумулятор механической энергии включает также распорку 12 пружины 11 с опорами 13,
14, а также управляемый фиксатор 15 распорки 12, электрически связанный с соединенным с мотор-редуктором 2 блоком управления 16.
В положении, когда тележка находится в крайнем левом положении (рис. 1), она удерживается в неподвижном состоянии с помощью фиксатора (эту функцию может выполнять тормоз мотор-редуктора). В этот момент пружина 11 максимально растянута, опора 9 пружины контактирует с упором 7, а опора 10 с упором 6.
Для перемещения тележки 1 фиксатор освобождает ее и пружина 11 через опору 9 и упор 7 начинает разгон тележки, который будет продолжаться
Рис. 1. Крайнее левое положение тележки
до соприкосновения опоры 10 с упором 8. Мотор-редуктор 2 включается по команде блока управления 16 после освобождения тележки от фиксатора и выведения ее пружиной из неподвижного состояния. Далее тележка будет перемещаться с постоянной скоростью, а вместе с ней будет перемещаться пружина 11с опорами 9, 10 (рис. 2).
Семеноженков Владимир Степанович - Воронежский филиал МИИТ, д-р техн. наук, профессор, тел.(473)246-55-45 Семеноженков Максим Владимирович - ВГТУ, канд. техн. наук, ст. преп., тел. (473) 246-55-45
Нилов Владимир Александрович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 271-52-68
Рис. 2. Крайнее правое положение тележки
После соприкосновения опоры 9 с упором 5 пружина 11 через упор 8 и опору 10 будет растягиваться, и, тем самым, начнется торможение тележки Мотор-редуктор 2 по команде блока управления 16 выключается и в крайнем правом положении срабатывает фиксатор.
Если при движении тележки с блока управления 16 поступила команда на прекращение движения и осуществления движения в обратном направлении мотор-редуктор 2 отключается, включается управляемый фиксатор 15 и фиксирует распорку 12. При движении тележки слева направо опора 9 пружины будет удерживаться опорой 13 распорки 12, а опора 10 пружины освободится от опоры 14 распорки, и через упор 8 и опору 10 пружина 11 будет тормозить тележку. После завершения этого процесса тележка начнет движение в обратном направлении. По команде блока управления 16 включится мотор-
редуктор 2, который будет способствовать движению тележки 1. При достижении опорой 10 опоры 14 распорки 12 фиксатор 15 освободит распорку 12, и она вместе с тележкой 1, пружиной 11 и ее опорами 9, 10 будет перемещаться справа налево. Когда опора 10 пружины 11 достигнет упора 6, начнется растяжение пружины и торможение тележки. По команде блока управления 16 мотор-редуктор 2 выключится. При достижении тележкой 1 своего крайнего левого положения она остановится и сработает фиксатор, который будет удерживать ее в неподвижном состоянии. Аналогичным образом произойдет движение тележки в направлении справа налево.
Использование предлагаемого устройства позволяет исключить из работы мотор-редуктора пусковые режимы вывода конструкции из неподвижного состояния, т.к. напряжение на мотор подается в момент, когда механическая система находится в движении. Так как в предлагаемой конструкции при торможении кинетическая энергия тележки рекуперируется в потенциальную энергию пружины, то ее использование позволит снизить энергозатраты.
Также необходимо отметить, что использование предлагаемого устройства путем подбора соответствующей жесткости пружины аккумулятора позволяет повысить быстродействие привода.
При исследовании работы тележки были приняты следующие упрощающие допущения [2]:
- коэффициенты трения в кинематических парах считаются постоянными из-за отсутствия достоверных данных об их изменении при перемещении тележки и принимаются равными 0,15 ^ 0,25 для шарниров механизма и направляющих тележки;
- инерционные свойства системы характеризуются массами и моментами инерции, приведенными к определенным сечениям, соединенными безинер-ционными упругими или кинематическими связями;
Уравнения движения элементов устройства составлены в форме уравнений Лагранжа II рода
1 (^) - ^ ^ = д, (1)
ск дq ( дq у дq у 1
где Т, V - кинематическая и потенциальная энергия элементов конструкции;
qj, q' 1 - обобщенные координаты и скорости;
д^ - обобщенные силы непотенциального характера;
ф1 = $1 - угол поворота вала мотор-редуктора;
ф2 = $1 + $2 - угол поворота звездочки цепной передачи привода устройства;
х - ход тележки устройства смены штампов;
М1 - приведенный момент инерции звенев мотор-редуктора;
С2 - суммарная жесткость звеньев привода;
М2 - приведенный момент инерции звеньев цепной передачи;
М3 - масса тележки и штамповой оснвстки. Вводя обозначения X 0 = q 0; X 0 = ц 0; X; = $ г;
Х1 = 11 1; Х з = q 1; Х 2 = $ 2; X ^ = q 2; Х 4 = q 2; а2
= М 2 + М з; а1 = М1 + а2; ^12 = М 3,
получим систему дифференциальных уравнений :
P C . 1 | 2
' M1 M1 P
-X 4 +
X2
(2)
-(X i + X 2)2 -X i
X 3 = X1
I,
где X2 - скорость движения тележки; ускорение тележки;
X - скорость звездочки; X 2 - ускорение звездочки; X3 - перемещение тележки; X4 - угол поворота звездочки привода устройства смены штампов;
Р2 - момент на звездочке; Р3 - сила, действующая на тележку.
С начальными условиями t = 0; X1 = 0;
X1 =w ; X2 =w ; X3 = 0; X4 = 0
Разработанная математическая модель позволяет с использованием методов, приведенных в работах [3, 4], определять размеры деталей привода тележки устройства смены штампов, при которых параметры ее вибрации не будут превышать допускаемых значений.
Литература
1. Семенов Е.И., Кравченко Н.Ф. Робототехнические комплексы для листовой штамповки мелких деталей. - М.: Машиностроение. 1969. 288 с.
2. Семеноженков В.С. Моделирование динамики револьверной подачи листоштамповочного комплекса // Кузнечно-штамповочное производство. 1995. №3.С23- 25.
3. Семеноженков В.С. Анализ характеристик вибрации модуля робота штамповочного комплекса / В.С. Семеноженков // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2012.Т. 8. № 5. С. 135-139.
4. Новиков Е.А. Явные методы для жестких систем. Новосибирск. : Наука. 1997. 194 с.
b
a
2
Воронежский государственный технический университет
Воронежский филиал Московского государственного университета путей сообщения (ВФ МИИТ)
DRIVE OF CHANGER DEVICE OF PUNCHES OF THE MECHANICAL PRESS WITH ENERGY
ACCUMULATOR V.S. Semenozhenkov, M.V. Semenozhenkov, V.A. Nilov
The construction of the changer device of punches with accumulator of mechanical energy containing elastic elements has been considered. Mathematical model of operation of the device, which is necessary to determine the parameters of the constriction, has been developed. These options provides the modes of movement with minimal vibration characteristics Key words: device, punch, accumulator, energy, mathematical model
