Меню сайта

загрузка...

Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Кузнечно-штамповочное оборудование

Приводные молоты

Общие сведения

Машины, у которых двигательный и передаточный механизмы представляют единый привод, называют приводными. Индивидуальный электропривод достаточно широко распространен в конструкциях молотов, предназначенных для ковки и штамповки, если МПЧ сравнительно невелика. Он существенно упрощает подвод энергии, управление, позволяет повысить КПД и улучшить условия труда по сравнению с паровоздушным приводом, у которого энергоносителем является пар или сжатый воздух, подаваемый из котельной или от компрессорной станции. Молотам с индивидуальным электроприводом уделяют все большее внимание, совершенствуют существующие и разрабатывают новые конструкции и системы их управления.

В зависимости от типа передаточного механизма приводные молоты подразделяют на пневматические, механические (фрикционные с доской и гибкими связями) и гидравлические.

Пневматические молоты

Назначение и принцип действия. Пневматические молоты, выпускаемые отечественной промышленностью, предназначены для выполнения операций ковки на плоских или вырезных бойках. Некоторые иностранные фирмы освоили их выпуск для горячей штамповки.

Пневматические молоты быстроходны, позволяют регулировать эффективную энергию удара в процессе работы, обеспечивают сравнительно высокий КПД, просты по устройству и не требуют тщательного ухода. Их строят с массой падающих частей 30... 1000 кг. Скорость движения в момент удара должна

= 800 Дж для молота с МПЧ 50 кг и 28 кДж для молота с МПЧ 1000 кг. При этом для малых молотов число ударов в минуту п = 230, а для крупных - п = 100. Наибольшее распространение получили пневматические молоты с МПЧ до 400 кг. Масса шабота у них равна 12-кратной МПЧ.

Основные узлы пневматического молота (рис. 20.1) следующие: станина 3, отлитая заодно с рабочим 77 и компрессорным 2 цилиндрами; пустотелая баба 10, которая одновременно служит поршнем и штоком рабочего цилиндра; шабот 9; воздухораспределительные устройства 12 и привод. Последний состоит из электродвигателя 7, ременной 6 и зубчатой 5 передач, кривошипного вала 5, шатуна 4 и поршня 7 компрессорного цилиндра.

Энергоноситель в пневматическом молоте, как и в паровоздушном, - сжатый воздух, однако принципы действия этих молотов различны. В пневматическом молоте падающие части движутся под действием сжатого воздуха, который, подобно упругому элементу, сжимается и расширяется в замкнутых объемах нижних и верхних полостей компрессорного и рабочего цилиндров. Таким образом, воздух - энергоноситель. Он обеспечивает гибкую связь между падающими частями молота и поршнем компрессорного цилиндра. В процессе работы соответствующие полости компрессорного и рабочего цилиндров с помощью распределительных устройств соединены или разъединены в зависимости от выполняемого молотом хода (цикла).

Принцип действия, взаимное расположение поршней, а также давление воздуха в компрессорном и рабочем цилиндрах могут быть установлены из совместного рассмотрения круговой циклограммы (рис. 20.2, а), графиков хода S и скорости v (рис. 20.2, б, д), а также индикаторных диаграмм (рис. 20.2, в, г). Их строят на основе расчета или в результате испытания пневматических молотов.

Индикаторные диаграммы, построенные на основе расчета, называются предположительными, а по данным испытаний - действительными. В первом случае их используют при проектировании для оценки правильности выбора размерных параметров, во втором - для оценки состояния молота.

В исходном положении давление воздуха в верхних и нижних полостях компрессорного и рабочего цилиндров, которые соединены между собою и с атмосферой, равно 0,1 МПа (абсолютное давление); поршень компрессорного цилиндра находится в КВП, а рабочего - в КНП (бойки сомкнуты, как показано на рис. 20.1); кривошип вала расположен в КВП (точка А на циклограмме, рис. 20.2, а).

При вращении кривошипного вала по направлению движения часовой стрелки поршень компрессорного цилиндра опускается. В результате его полости отключаются от атмосферного давления и происходит сжатие воздуха в нижних полостях компрессорного и рабочего цилиндров, а в верхних - расширение (см. рис. 20.2, в). Поршень рабочего цилиндра остается неподвижным до тех пор (точка Б на циклограмме, рис. 20.2, а), пока равнодействующая давления в нижней его полости недостаточна для подъема.

(точка В на циклограмме)

в нижних полостях цилиндров начинает снижаться, а в верхних - возрастать (см. рис. 20.2, г).

(точка Г на циклограмме) поршень рабочего цилиндра перекрывает канал, соединяющий верхние полости цилиндров. С этого момента давление воздуха в верхней полости рабочего цилиндра начинает резко возрастать, так как объем ее невелик, а в нижней образуется вакуум - происходит торможение (см. рис. 20.2, г). В результате поршень рабочего цилиндра после мгновенной остановки в КВП (точка Д на циклограмме) начинает опускаться. Через некоторое время открывается обратный клапан (точка Е верхние полости соединяются между собой, и давление воздуха в них выравнивается. Давление в нижних полостях цилиндров возрастает, хотя поршень компрессорного цилиндра продолжает двигаться вверх. При угле поворота кривошипного вала (точка Ж на циклограмме) происходит удар бойка по заготовке.

Работой пневматических молотов отечественного производства управляют при помощи трех кранов: верхнего и нижнего, осуществляющих собственно управление и поворачивающихся от рукоятки или педали, и среднего, включающего и выключающего управления (рис. 20.3). Пневматические молоты позволяют осуществлять следующие циклы: холостые хода, удерживание

падающих частей на весу, автоматические и единичные удары, прижим поковки. Рассмотрим положения рукояток и кранов молота модели М415А при выполнении этих циклов (табл. 20.1).

Холостой ход. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов занимает среднее положение 7, а среднего - положение П. При этом нижняя полость компрессорного цилиндра через камеру К (сечения Г-Г и Е-Е) соединена с атмосферой; верхняя полость компрессорного цилиндра также соединена с атмосферой (сечение Б-Б). При движении поршня компрессорного цилиндра давление воздуха в цилиндрах постоянно и равно атмосферному, поршень рабочего цилиндра остается неподвижным в КНП.

Держание падающих частей на весу. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов занимает среднее положение 7, рукоятка управления среднего крана -положение /. При этом нижние полости рабочего и компрессорного цилиндров соединены; давление воздуха в них должно быть постоянным. Это возможно, если камеру К отсоединить от атмосферы (сечение Е-Е), а воздух из нижней полости компрессорного цилиндра после камеры К направить через обратный клапан в камеру Л и дальше по каналам нижнего крана (сечение В-В) в нижнюю полость рабочего цилиндра.

Автоматические удары. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов занимает положение 2, а среднего может быть в любом положении (I или II). В этом случае верхние и нижние полости цилиндров соединены между собой (сечения Б-Б и Г-Г). Камера К отсоединена от верхней и нижней полостей компрессорного цилиндра. Энергия удара зависит от степени открытия окон, определяемой углом поворота рукоятки. Чем больше угол поворота рукоятки управления к положению 2, тем сильнее открыты окна, а следовательно, меньше мятие воздуха и больше эффективная энергия удара.

Единичные удары. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов после удара из положения 2 возвращается в среднее положение I. Рукоятка управления среднего крана должна быть в положении I. Единичные удары представляют собой комбинацию циклов Автоматические удары и Держание падающих частей на весу.

Прижим поковки. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов повернута влево (положение 3), а среднего находится в положении I. Для осуществления этого цикла необходимо, чтобы давление воздуха в верхней полости рабочего цилиндра было постоянным, а нижняя полость была бы соединена с атмосферой. Воздух из нижней полости компрессорного цилиндра поступает в камеру К (сечение Г-Г), затем через обратный клапан - в камеру Л и через канал в верхнем кране (сечение А-А) - в верхнюю полость рабочего цилиндра.

В верхнем положении поршня компрессорного цилиндра обе его полости соединяются с атмосферой через отверстия в поршне и штоке и каналы в цилиндре (рис. 20.4, а). Соединение верхней и нижней полостей компрессорного цилиндра с атмосферой в КНП поршня показано на рис. 20.4, б.

Чтобы предотвратить удар поршня о верхнюю крышку, в конструкции предусмотрено образование воздушного буфера при его движении вверх. Буферное устройство представляет собой замкнутый воздушный объем А (рис. 20.5), который образуется после перекрытия им канала 7, связывающего верхние полости рабочего и компрессорного цилиндров. В этом устройстве предусмотрен клапан 2 для соединения верхних полостей обоих цилиндров при движении рабочего поршня вниз для открытия канала 7. Наличие обратного клапана обеспечивает более высокую скорость падающих частей при ударе.

Конструкции узлов пневматических молотов. Станины пневматических молотов - это сложные отливки из чугуна СЧ 18. Их конструкции включают рабочий и компрессорный цилиндры, что позволяет уменьшить габаритные размеры и количество сочленений. У маленьких пневматических молотов они цельные,

у крупных - составные. Это создает определенные удобства при транспортировке, нет необходимости использовать специальные металлорежущие станки для их изготовления, но при недостаточно тщательной обработке базовых плоскостей и невысокой точности при сборке долговечность их меньше.

Поршень и шток рабочего цилиндра пневматического молота пустотелы, их изготовляют как одно целое. К штоку непосредственно устанавливают боек. Для предотвращения вращения поршня на штоке предусмотрены лыски.

Поршень рабочего цилиндра пневматического молота отковывают из стали 45, а поршень компрессорного цилиндра отливают из чугуна СЧ21, поршневые кольца чугунные (СЧ21) разрезные. Кривошипный вал и шатун отковывают из стали 45. Фундаментные плиты отливают из чугуна СЧ 18.

Смазывание компрессорного и рабочего цилиндров пневматических молотов централизованное от плунжерного насоса с механическим приводом, а головки шатуна и корпуса - индивидуальное.

Расчет пневматических молотов. При работе необходимо определить скорость падающих частей в момент удара (эффективную энергию удара), мощность электродвигателя для заданных или выбранных размерных и скоростных параметров. Для расчета строят предположительные индикаторные диаграммы давления воздуха, графики пути и скорости поршней рабочего и компрессорного цилиндров.

Согласно круговой циклограмме (см. рис. 20.2, а), ход падающих частей молота состоит из нескольких участков, определяемых углом поворота кривошипного вала:

- падающие части неподвижны;

- первый участок хода: падающие части перемещаются вверх, поршень компрессорного цилиндра движется вниз;

- второй участок хода: падающие части молота и поршень компрессорного цилиндра движутся вверх; после перекрытия поршнем рабочего цилиндра канала, соединяющего верхние полости рабочего и компрессорного цилиндров, в первом образуется замкнутый объем воздуха (буфер);

- третий участок хода: падающие части молота движутся вниз; давления в рабочем и компрессорном цилиндрах выравниваются, открывается обратный клапан;

- четвертый участок хода: падающие части молота движутся вниз, а поршень компрессорного цилиндра - вверх; участок заканчивается ударом бойка (падающих частей) по заготовке;

- падающие части молота неподвижны.

Уравнение движения падающих частей молота для всех участков хода имеет вид

- ход поршня рабочего цилиндра, отсчитываемый от КНП.

соответствующего моменту

отрыва бойка от поковки, уравнение (20.1) принимает вид

определяем из приближенных выражений:

- первоначальные объемы нижних и верхних полостей цилиндров,

- площадь поперечного сечения поршня в нижней и верхней полостях компрессорного цилиндра соответственно.

В результате совместного решения уравнений (20.2) и (20.3) получаем расчетную формулу для определения хода поршня компрессорного цилиндра до начала подъема бойка молота вверх:

Согласно формуле (20.1), косинус угла поворота кривошипного вала

- длина шатуна.

Обобщенные уравнения имеют вид

-

- угловая скорость кривошипного вала; п - его частота;

При определении давления на втором участке хода необходимо учитывать изменение начальных условий в результате соединения верхней полости компрессорного цилиндра с атмосферой. С учетом этого давление воздуха в верхних полостях определяем по формуле

На третьем участке хода после включения буфера объем верхней полости рабочего цилиндра резко уменьшается, а формула для вычисления давления принимает вид