Витрати енергії й особливості штампування на молоті та кривошипному гарячоштампувальному пресі Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

2002 р.

Вип. №12

УДК 721.73.06

Гутько ЮЛ.1, Рей М.Р.2, Сосенко В.Ю.

з

ВИТРАТИ ЕНЕРГП И ОСОБЛИВОСТ1 ШТАМПУВАННЯ НА МОЛОТ1 ТА КРИВОШИПНОМУ ГАРЯЧОШТАМПУВАЛЬНОМУ ПРЕС1

Зроблено поргвняний аналгз витрат енергп при штампувант однотипових поковок на молот/ и кривошипному гарячоштампувалъному преа и деяких тших показни-юв.

Енергетична ефектившсть технолопчно! машини оцшюеться коефщентом корисно! дп (ККД), який визначаеться по вщношенню корисно! роботи до витрачено! снсргп. ККД молот1в (г|), працюючих на стнсненому повпр1, визначаеться вщношенням роботи пластично! деформа-цп А,, до снсргп А„. що мютиться у палив!, яке спалюеться у котл\ теплово! електростанцп:

Визначений за формулою (1) ККД молота, що працюють на стисненому повпр1, пор1в-нюеться з ККД молота, яю працюють на вологш або псрсгртй пар!, яка також виробляеться спалюванням палива у котлг

В останнш час ковальсько-прссов1 машини приводяться до дп електричним приводом, !х ККД визначаеться вщношенням роботи пластично! дсформацп А,, до снсргп' А,,, витрачено! на електричному привод!:

Не дивлячись на т! обставини, що в тепершнш час пара, як енергоносш, не використову-еться для приводу ударних машин, ККД молота, що працюють на стислому повггр!, визначений по залежносп (1), дуже часто пор!внюеться з ККД кривошипних гарячоштампувальних прешв (КГШП), який визначають по залежносп (2), що неправом!рно. В першому випадку визначений ККД установки, що включае: котел - паропровщ - турбогенератор - трансформатори - електромережа - електродвигун компресора - компресор - повггропровщ - молот; в другому: електродвигун - передавальний мехашзм - головний виконавчий мехашзм преса.

Для визначення ККД установки молот-компресор залежнють (2) визначимо як

(1)

(2)

Лмк ^ 7—' ' ' ' )

де () - шдикаторш витрати повпря;

Е^ - витрати електроенергп на стиснення 1 м3 повпря у компресор! (за паспортом компресора);

г\тр - ККД трубопроводу за Л.1.Живовим [1]:

(3)

кт = 0,59-Ю-3 м1;

Ь - довжина трубопроводу. Якщо роботу пластично! деформацн пред став ити таким чином:

1 СНУ, канд. техн. наук, доц.

2 СНУ, студент

3 СНУ, студент

Ад= —, (4)

Л рх

де Ау - енерпя удару молота;

г\рх - ККД робочого ходу молота, згщно з джерелом [2], дор1внюе:

1 + к

к + 2/(1-8)' ^

де к - коефщент кратносп шабота, що визначаеться як

к = М/ , /т

М - маса шабота; т - маса падаючих частин; 8 - коефщент вщскоку. А дал1 запровадити коефщент ефективносп використання повпря в цилшдр1 молота як

Ем=Лу/а> (6)

який показуе, величину ефективно! снсргп удару молота, що може бути отримана при використанш 1 м3 повпря.

3 урахуванням р1внянь (4) й (6) ККД установки молот-компресор набуде вигляду:

Ем

(7)

^к

За даними дослщниюв пароповпряних молстлв. виробництво ефективно! снсргп удару на 1 м3 повпря складае:

- А.1. 31мш, Ем =100 кДж/м3 [3];

-1.В. Климов, Ем =133... 159 кДж/м3 [4];

- А.1. Карабш, Ем = 200 кДж/м3 [5];

- Р.1. Рей, С.С. Монятовський, Ем = 110... 143 кДж/м3 [2].

Поршнев1 компресори серп ВМ, виробляючи стисле повпря тиском 0,9 МПа, при проду-ктивносп 0,86...2,08 м3/с, мають витрати слсктроснсргп на стиснення 1 м3 повпря у середньому 365 кДж, тобто Км = 365 кДж/м3.

Коли довжина трубопроводу дор1внюе 20 м, то ККД буде дор1внювати г\тр = 0,95 . При коефщеш! вщскоку 8 = 0,25 й коефщеш! кратносп шаботу штампувального молота к = = 20, ККД робочого ходу молота складае величину црх = 0,93 .

ГПсля шдставлення перел1чених ф1зичних величин у вираз (7), з урахуванням значения коефщента Ем за даними вказаних дослщниюв, ККД установки молот-компресор буде мати значения:

- при використанш даних А.1. 31мша [3] - ЦМК = 0,26 ;

- при використанш даних 1.В. Климова [4] - г\мк = 0,34...0,41;

- при використанш даних А.1. Карабша [5] - цмк = 0,51;

- при використанш даних Р.1. Рея, С.С. Монятовського [2] - г\мк = 0,28...0,36 .

Цикловий ККД [2] кривошипних гарячоштампувальних прсав (КГШП), за даними вщо-мих дослщниюв, знаходиться на р1вш:

Л.1. Живов - 0,2 [1];

С.М. Ланський - 0,28...0,35 [6];

М.М. Фейгин - 0,24...0,29 [7].

3 наведених величин ККД можна зробити висновок, що ККД установки молот-компресор знаходиться на р1вш або перевищуе цикловий ККД КГШП.

Отож треба було б рахувати, що енергетичш витрати на виробництво однотипових поковок на штампувальних молотах, яю працюють на стисненому повпри, й на КГШП приблизно однаковп Проте, такий висновок був би правдивий за умови, що роботи пластично! деформацп, при виробництв! тако! само! поковки на молот! й прес1, мають одне ! теж значения, однак це не вщповщае дшсносп.

В робот! Ю.М. Бочарова, А.М. Бочарова, Т.Я. Недоповза та ш. [8] дослщжений вплив швидкосп деформування на питоме зусилля штампування. Доведено, що при зростанш почат-кових швидкостей деформування вщ 0,3 м/с до 7,0 м/с питоме зусилля штампування зменшить-ся на 43-^45 %. У тш самш робот! [8] вказано, що шип дослщники [9], при такому ж збшыпенш

початково! швидкосп деформування, виявили зниження питомого зусилля штампування на 45

о/ /о.

Якщо врахувати, що ККД е вщношення роботи деформування до витрачено! електродви-гуном енергп, то виявиться, що р!вн!сть ККД не визначае р!вшсть витрат електроенергп на виробництво одн!е!! то! ж поковки.

За умов р!вняння ККД КГТТТП й установки молот-компресор, для виробництва поковки електродвигун компресора буде витрачати електроенергп на 45 % менш, шж електродвигун приводу КГШП.

Енерпю А,,. витрачену на виробництво поковки на молот!, запишемо як

4и= % , (8)

/ 1 \мк

де - робота пластичного деформування при штампуванш на молот!,

й таким же чином визначимо витрати енергп А„ при штампуванн! на КГТТТП

(9)

де А()п - робота пластичного деформування при штампуванн! на КГТТТП;

г\пр - цикловий ККД КГШП. 3 р!внянь (8) ! (9) знайдемо сшввщношення витрат енерг!! при штампуванн! одше! й то!

само! поковки на КГТТТП й молот!:

— - (10)

"Р «л

Лдм П»

дм I пр

Якщо врахувати, що ККД установки молот-компресор Цмк й цикловий ККД КГТТТП зна-

ходяться приблизно на одному р!вш, а робота пластично! деформацп пропорцшна питомому зусиллю штампування, то з врахуванням даних, наведених в [8-9], одержимо:

4^=1,75... 1,84,, (П)

а це означае, що при р1внянш ККД витрати електроенерг!! на двигун! приводу КГТТТП у 1,75...1,8 рази бшып, шж на двигуш компресора молотово! установки при штампуванш одше! й то! само! поковки.

Вибираючи обладнання для штампування, слад також урахувати, що маса КГТТТП у 2...3 рази бшып маси штампувального молота (з шаботом); у 1,5...2,0 рази бшып категор1я ремонтно! складносп. Багато дослщниюв визначають б1льш низьку спи клеть штамп1в на КГТТТП пор1вняно з молотом.

В робот! [8] визначено з доевщу Новосиб!рського ¡нструментального заводу, що стшклеть штамшв на пароповггряних штампувальних молотах при штампуванн! гайкового ключа у 4...5 раз1в вище стшкосп штамп1в КГШП. За допомогою дослав, проведених у ЭНИКМАШ! [8], встановлено пол1пшення формуемост! з шдвищенням швидкост! деформування вщ 0,3 м/с до 45 м/с. Найбшыне полшшення формуемост! виникае при швидкост! 5... 15 м/с. Полшшення формуемост! ¡з зростанням швидкост! деформування дослщники [8] пояснюють покращенням теплового балансу поковки, що штампують, д1ею шерцшних сил й зменшенням впливу контактного тертя.

До переваг КГШП слщ вщнести: належнють верхнього й нижнього виштовхувачив, що дозволяе зменшити штампувальш ухили на поковках й шдвищити коефщент корисного вико-ристання металу. КГШП легше автоматизувати. U,i якосп могуть бути виршальними в умовах K'pynHOCcpiиного виробництва компактних поковок, яю не мають високих ребер й тонких полотен. В шших умовах слщ пор1внювати тсхшко-сконо\пчш показники цих установок. За нашим поглядом, переваги КГШП пор1вняно з штампувальними молотами, особливо з енергетичних показниюв, у багатьох випадках необгрунтовано завищеш.

Висновки

1. ККД установки молот-компресор знаходиться на pißHi, або перевищуе цикловий ККД КГШП.

2. Витрати електроенергп на електродвигуш привода КГШП у 1,75... 1,80 рази вище, шж на еле-ктродвигуш компресора молотово!' установки при штампуванш одше! й toï само! поковки.

3. Маса КГШП у 2...3 рази бшыпе маси молот1в з шаботом за р1вних технолопчних можливос-тях й у 1,5...2,1 рази мае вищу категорда ремонтно! складносп з мехашчно!' частини.

4. Наявнють виштовхувач1в у КГШП дозволяе пщвищити коефщент використання металу, КГШП легше автоматизувати.

5. Формування на штампувальних молотах вище, шж на КГШП, що дозволяе виробляти поковки на молотах з бшып тонкими полотнами й стшками, бшып високими ребрами.

6. Виршуючи питания вибору КГШП або штампувального молоту слщ старанно пор1вняти yci техшко-економ1чш показники, бо переваги КГШП необгрунтовано завищеш у багатьох випадках.

FlepeniK посиланъ

1. Живое Л.И., Овчинников А.Г. Кузнечно-штамповочное оборудование. - К.: Вища шк., 1985. -279 с.

2. Рей Р.И., Монятовский С.С. Коэффициент полезного действия установки молот-компрессор. // Вюник СУДУ. - Луганськ: СУДУ, 1997. - № 1 (5). - С. 211-212.

3. Зимин А.И. Машины и автоматы кузнечно-штамповочного производства. Молоты. - М.: Машгиз, 1953.-460 с.

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

5. Карабин А.И. Энергетика паровоздушных молотов. - М.: Машгиз, 1955. - 316 с.

6. Кузнечно-штамповочное оборудование / Банкетов А.И., Бочаров Ю.А., Ланской E.H. и др. -М.: Машиностроение, 1982. - 576 с.

7. Фейгин М.М. Кривошипные машины. - Омск: Политехнический институт, 1974. - 344 с.

8. Штамповочное оборудование ударного действия / Бочаров Ю.Н., Бочаров А.Н., Недоповз Т.Я. и др. - М.: НИИМАШ, 1971. - 84 с.

9. Bühler H., Ecker W. Einsch lag und Mehrschlagumformung mit Ujesenkschmiede Lämmern // In-dystrie Anzeiger, 1969. - № 6. - S. 67-71.

Гутько FOpifl 1ванович. Канд. техн. наук, доцент кафедри "Обладнання для обробки метал ¡в тиском" Схщноукрашського нацюнального ушверситету îm. Володимира Даля, закшчив Схщ-ноукрашський державний ушверситет у 1989 рощ. Основш напрямки наукових дослщжень -теоретичш основи та методи розрахунку робочого процесу у цилшдрах кувальних молот1в та удосконалення ковальсько-пресового обладнання.

Рей Мирослава Ромашвна. Студент кафедри "Обладнання для обробки метал ¡в тиском" Схщноукрашського нацюнального ушверситету îm. Володимира Даля.

Сосенко Вадим Юршович. Студент кафедри "Обладнання для обробки метал ¡в тиском" Схщноукрашського нацюнального ушверситету îm. Володимира Даля.

Статья поступила 29.03.2002