автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Моделирование и расчет параметров дроссельного синхронизатора гидравлического вырубного пресса

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ И МЕХАНИЗМОВ СИНХРОНИЗАЦИИ РАБОЧИХ ЦИЛИНДРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССОВ.

1Л Анализ существующих механизмов синхронизации.

1.2 Результаты анализа научно-технической и патентной литературы.

1.3 Обзор существующих методов расчета.

1.4 Обоснование актуальности работы.

Выводы по разделу.

Задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПРЕССА С РАЗЛИЧНЫМИ ВАРИАНТАМИ СИСТЕМЫ СИНХРОНИЗАЦИИ.

2.1 Общий подход к формулировке методики теоретического исследования технического объекта.

2.2 Проверка адекватности принципов моделирования и методики теоретического исследования рабочего процесса гидравлического пресса с насосным безаккумуляторным приводом.

2.3 Разработка математической модели и исследование рабочего процесса пресса с электромеханической системой синхронизации.

2.4 Разработка математической модели и исследование рабочего процесса пресса с дроссельным синхронизатором.

2.5 Результаты теоретического исследования рабочего процесса пресса с различными вариантами системы синхронизации.

Выводы по разделу.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЫТНОЙ ГИДРОПРЕССОВОЙ УСТАНОВКИ С ДРОССЕЛЬНЫМ СИНХРОНИЗАТОРОМ.

3.1 Объект исследования.

3.2 Обоснование подобия экспериментальной установки и пресса ПВГ-18.

3.3 Измерительные устройства и аппаратура.

3.4 Методика проведения экспериментальных исследований.

3.5 Результаты экспериментальных исследований.

3.6 Сравнение результатов экспериментов и теоретического исследования.

3.7 Результаты статистической обработки экспериментальных данных.

Выводы по разделу.

4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДРОССЕЛЬНОГО СИНХРОНИЗАТОРА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВЫРУБНОГО ПРЕССА.

4.1 Оптимизация параметров гидромеханической системы.

4.2 Методика определения параметров дроссельного синхронизатора гидравлического пресса.

Выводы по разделу.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИВЫВОДЫ.

На предприятиях легкой промышленности для раскроя заготовок и вырубки изделий из кожи, резины, картона и других натуральных и искусственных текстильных материалов широко используются гидравлические траверсные прессы, имеющие два и более рабочих цилиндра. При быстроходности до 70 непрерывных ходов в минуту процесс вырубки заготовок на прессах ПВГ-18, ПТВ-25, ШТГ-20, ШТГ-40, ПТО-25, ПТ040, ПТО-63 длится доли секунды.

Раскрой заготовок производится методом просечки одиночными или комбинированными резаками (ножевыми штампами). Нормальным условием работы таких прессов является возможность расположения резака в любом месте по всей ширине рабочего прохода стола. Поэтому основной проблемой при эксплуатации этого оборудования является перекос подвижной траверсы при внецентренном приложении рабочей нагрузки. Перекос траверсы приводит к снижению качества изделий, стойкости инструмента, падению производительности труда, сокращению срока службы оборудования III.

Проблема обеспечения синхронного движения рабочих цилиндров (бесперекосного движения подвижной траверсы) возникает при проектировании различных видов гидравлического оборудования, такого как подъемно-транспортные и строительные машины, листоштамповочные и листогибочные прессы, оборудование обувной и кожгалантерейной промышленности. В связи с этим все более широкое применение во многих отраслях промышленности находит синхронный гидропривод. Его широкая популярность обусловлена рядом преимуществ по сравнению с другими видами гидропривода.

Вместе с тем синхронному гидроприводу присущи и существенные недостатки. Существующие системы синхронизации, как показала практика их использования в быстроходных прессах, не обеспечивают требуемой синхронности.

Работа гидравлических прессов марок ПВГ-18, ПОТГ-20, ПОТГ-40, предназначенных для вырубки изделий из неметаллических материалов и снабженных для синхронизации перемещения цилиндров дозатором подачи жидкости в их рабочие полости, сопровождается недопустимо большим перекосом подвижной траверсы при внецентренном приложении рабочей нагрузки 12 1. Это обусловлено тем, что при проектировании прессов не учтена сжимаемость рабочей жидкости.

Прессы с рычажным механизмом синхронизации типа ПТО-25, ГГГО-40, ПТО-63 также характерны значительным перекосом траверсы / 3 /. Несмотря на то, что синхронизацию механическими устройствами принято считать сравнительно простым решением, его недостатком является громоздкость и металлоемкость, трудоемкость изготовления.

Опытный пресс, созданный на основе ГТВГ-18-2-0, содержащий дросселирующий распределитель, золотник которого через передаточный механизм соединен с шаговым двигателем, импульсные датчики перемещения и блок управления шаговым двигателем / 4 /, показал при испытаниях перекос траверсы 0,3 мм при допустимом значении для подобных прессов 0,8 мм / 1 /. Однако, существенным недостатком такого пресса является наличие дополнительного звена синхронизации — дозатора возвратно-поступательного движения, сложность и трудоемкость его изготовления, а также сложность соединения вала шагового двигателя с золотником, что снижает точность и надежность синхронизации.

Поэтому задача по разработке и исследованию более простой и дешевой автоматической системы синхронизации перемещения рабочих цилиндров быстроходных гидравлических вырубных прессов для неметаллических материалов или других прессов обработки давлением, обеспечивающей устранение недопустимого перекоса траверсы при внецентренной рабочей нагрузке и тем самым способствующей повышению качества получаемых изделий, стойкости инструмента, срока службы оборудования, является актуальной.

Целью настоящей работы является исследование быстроходного гидравлического траверсного вырубного пресса при внецентренном приложении нагрузки и совершенствование его рабочего процесса на основе 6 разработки систем синхронизации работы гидроцилиндров, ограничивающих заданными пределами перекос траверсы при внецентренном нагруже-нии.

Для достижения поставленной цели автором произведено исследование рабочего процесса гидравлического вырубного траверсного пресса с различными вариантами системы синхронизации.

Автор защищает:

1) математическую модель рабочего процесса гидравлического траверсного вырубного пресса с электромеханической системой синхронизации, включающей фотоэлектрические импульсные датчики перемещения с двумя шаговыми двигателями и результаты ее исследования;

2) математическую модель рабочего процесса гидравлического траверсного вырубного пресса с дроссельной системой синхронизации и результаты ее исследования;

3) научно-обоснованную методику выбора основных конструктивных параметров дроссельной системы синхронизации обеспечивающих ограничение перекоса траверсы заданными пределами.

8. Результаты работы, включая программное обеспечение, расчетные методики и разработанное устройство синхронизации переданы НИИЛег-Маш ОрелГТУ. По материалам диссертационной работы получен патент РФ №2151060.

1. Воронин Н.Ф., Сивченко Н.А., Баканов Н.И. Перекосы траверс вырубных прессов легкой промышленности // Изв. вузов. Технология легкой промышленности 1981.-№ 5.-С.130-133.

2. Петров Н.В., Семенихин В.Ф., Соков О.А. Экспериментальные исследования синхронизации гидравлического пресса для вырубки деталей низа обуви // Кожевено-обувная промышленность 1984 - № 8 - С. 52-54.

3. Проверка на точность рычажного механизма синхронизации пресса ПТО-63 / Третьяков В.В., Смирнов В.А., Петров Н.В., Пилипенко О.В// Кожевенно-обувная промышленность. Москва, № 3-4 1995. С. 32-33.

4. Петров Н.В., Соков О.А., Семенихин В.Ф., Третьяков В.В. Система синхронизации движения цилиндров гидравлического пресса для вырубки низа обуви // Кожевено-обувная промышленность- №8- 1988.-С.63-65

5. Гидравлические прессы: Некоторые конструкции и расчеты. / Под ред. Б.П. Васильева М.: Машиностроение, 1966 - 436 с.

6. Сахно Ю.А. Исследование и расчет гидравлических делительных и суммирующих клапанов для синхронизации движения рабочих органов станков и других машин.: Диссертация канд. техн. наук М., 1967 - 201 с.

7. Пересадько Ю.В. Классификация систем синхронного гидропривода // Гидропривод и гидроавтоматика.-Киев: Техника, 1975-Вып. П.-С. 19-24.

8. А.С. 616161 СССР, В 30 В 15/24. Устройство для синхронизации движения силовых цилиндров./ А.П.Афонин, И.Н.Хабаров.- Опубл. 25.07.78. Бюл. № 27.

9. Гамынин Н.С. и др. Гидравлический следящий привод./ Под ред. доктора техн. наук В.А.Лещенко.- М.: Машиностроение, 1968 564 с.

10. Розанов Б. В. Гидравлические прессы М.: Машгиз, 1959 - 428 с.П.Скрицкий В. Я., Рокшевский В. А. Синхронизация исполнительных органов гидрофицированных машин и механизмов.- М.: Машиностроение, 1973- 144 с.

11. Патент США. 4070896, В 21 Д 7/06. Листогибочный пресс с механизмом выравнивания ползуна, 31.01.78.

12. А.С. 394236 СССР, В 30 В 15/24. Гидравлический пресс / М.И. Будман и др.- Опубл. 22.08.73. Бюл. № 34.

13. Проспект фирмы "Promecam". Гидравлические гибочные прессы.

14. А.С. 563305 СССР, В 30 В 15/24. Система синхронизации движения траверсы гидравлического пресса / Б.В.Розанов и др.- Опубл. 30.06.77. Бюл. № 24.

15. А.С. 431036 СССР, В 30 В 15/24. Гидравлический пресс / С.М.Топалер и др.- Опубл. 05.06.74. Бюл. № 21.

16. А.С. 497172 СССР, В 30 В 15/24. Система синхронизации движения траверсы гидравлического пресса / А.И.Целиков и др.- Опубл. 30.12.75. Бюл. №48.

17. А.С. 341681 СССР, В 30 В 15/24. Устройство для выравнивания подвижной траверсы гидравлического пресса / В.М.Синицкий и Т.К.Анценгрубер,-Опубл. 14.06.72. Бюл. № 19.

18. А.С. 373179 СССР, В 30 В 15/24. Устройство для выравнивания подвижной траверсы гидравлического пресса / Б.В.Розанов и др.- Опубл. 12.03.73. Бюл. № 14.

19. А.С. 988585 СССР, В 30 В 15/24. Система синхронизации движения траверсы гидравлического пресса / Б.В.Розанов и др.- Опубл. 15.01.83. Бюл. №2.

20. Богданович Л. В. Синхронная работа гидравлических цилиндров в подъемных устройствах-М.: Машиностроение, 1968.

21. Kramer С. F. Gleichlaufregelung in Oihydraulishen Anlaken. // Maschinenmarkt, 1965 .-№3.

22. Лещенко В. А. Гидравлические следящие приводы для автоматизации станков М.: Машгиз, 1962 - 368 с.

23. Пилипенко О. В. Динамика и совершенствование рабочего процесса гидравлического вырубного пресса с рычажным механизмом синхронизации. Диссерт. канд. тех. наук./ Орел, 1998 172 с.

24. Патент Великобритании. 1440075, В 30 15/24. Пресс. 23.06.76.

25. Патент ФРГ. 2942715, F 15 В 11/22. Устройство для синхронизации работы нескольких параллельно включенных устройств с цилиндром и поршнем. 30.04.81.

26. Прецизионные цифровые системы автоматического управления / В.Г. Выскуб, B.C. Розов, В.И. Савельев.- М.: Машиностроение, 1984,- 136 с.

27. А.С. 628351 СССР, F 15 В 11/22. Устройство для синхронизации двух гидроцилиндров / В.Х. Подойницын, В.В. Подойницын.- Опубл. 15.10.78. Бюл. №38.

28. Коробочкин В. Л. Синхронизация работы гидравлических цилиндров. // Станки и инструмент 1957-№12-С. 37-39.

29. Патент Франции 2082710, F 15 В 11/00 // В 30 В 15/00. Система выравнивания для цилиндров, обеспечивающих перемещение или удержание, в машинах с гидроприводом. 14.02.72.

30. А.С. 566028 СССР, F 15 В 11/22. Дроссельный делитель потока / Н.И.Хруслов и др.- Опубл. 25.05.77. Бюл. № 27.

31. А.С. 889905 СССР, F 15 В 11/22. Гидравлическая система синхронизации гидроцилиндров / Ю.В.Пересадько и др.- Опубл. 23.02.82. Бюл. № 7.

32. Патент США 4157066, В 30 В 15/24. Устройство для выравнивания поперечного пресса. 05.06.82.

33. Добринский Н.С. Гидравлический привод прессов.- М.: Машиностроение, 1975 222 с.

34. А.С. 635299 СССР, F 15 В 11/22. Дроссельный делитель потока / Н.И.Краснянский и др.- Опубл. 30.11.78. Бюл. № 44.

35. А.С. 907320 СССР, F 15 В 11/22. Гидросистема / Ю.В.Пересадько и др.- Опубл. 23.02.82. Бюл. № 7.

36. Гамынин Н.С. Основы следящего гидравлического привода М.: Оборонгиз, 1962.-293 с.

37. А.С. 892037, F 15 В 11/22. Гидросистема / Э.Л. Симак и др-Опубл. 23.12.81. Бюл. № 47.

38. А.С. 823670, F 15 В 11/22. Гидросистема синхронизации движения штоков силовых цилиндров / В.П. Курцев- Опубл. 34.04.81. Бюл. №15.

39. А.С. 236936, F 16 h. Устройство для автоматической синхронизации движения нескольких цилиндров / В.К.Кулик- Опубл. 03.02.69. Бюл. №7.

40. Патент США. 3855794, F 15 В 11/22. Синхронизированный поршневой узел. 24.12.74.

41. Патент Франции. 2252208, В 30 В 15/18. Устройство для управления гидравлическим многопоршневым прессом.

42. Патент СССР. 747439, F 15 В 11/22. Устройство для синхронизации движения нескольких подвижных элементов / Х.Р.Дитс- Опубл. 07.07.80, Бюл. № 25.

43. А.С. 829453 СССР, В 30 В 15/24. Гидравлический пресс / Г.Ф.Воронин, Г.А.Пискорский, Н.А.Сивченко- Опубл. 15.05.81, Бюл. №18.

44. Москвитин С. А. Использование компьютерной техники в экспериментальных исследованиях // Контроль. Диагностика. Машиностроение. № 3, 1999. С8-10.

45. Пересадько Ю.В. Исследование гидравлических систем синхронизации с обратной связью по относительному положению рабочих органов.: Диссертация канд. техн. наук Киев, 1972 - 217 с.

46. Пересадько Ю.В. Точность синхронизации гидравлических систем// Гидропривод и гидропневмоавтоматика.- Киев: Техника, 1981-Вып.17.- С.43-49.

47. Розанов Б.В., Линц В.П. Автоматическое устранение перекоса траверсы в гидравлических штамповочных прессах // Кузнечно-штамповочное производство 1961-№ 6 - С. 38-43.

48. Тупицын К.К., Васильев Б.П. Анализ системы синхронизации гидравлического пресса // Автоматическое управление непрерывными процессами-Новосибирск, 1964-Вып. 6-С.86-94.

49. Зимин А.И., Добринский Н.С. Вопросы расчета безаккумуляторного насосного привода гидравлических прессов // Вестник машиностроения. № 1957,- № 5,- С.37-42.

50. Розанов Б.В. Безаккумуляторный насосный привод гидравлических прессов // Гидравлические прессы: Труды ЦНИИТМАШ Кн. 54-Машгиз, 1953.- С.91-132.

51. Бочаров Ю.А., Буйниченко И.Д., Левита Д.Я. К расчету времени рабочего хода гидравлического пресса с насосным безаккумуляторным приводом // Кузнечно-штамповочное производство 1977 - № 2 - С.35-37.

52. Живов Л.И., Хабаров В.И. К вопросу о расчете гидравлических прессов, предназначенных для вырубки из листового материала / Известия вузов. Машиностроение. 1966-№ 8-С.95-98.

53. Живов Л. И., Овчинников А. Г. Кузнечно-штамповочное оборудование: Прессы Киев: Вища школа, 1981 - 376 с.

54. Васильев Б.П. Динамические процессы в гидравлических прессах при мгновенном снижении рабочей нагрузке / Беляев Ю.Б. и др. // Кузнечно-штамповочное производство 1965 - № 3- С.33-36.

55. Нехай С.М. Проектирование гидроприводов прессов.- Киев: Маш-гиз, 1963,- 159 с.

56. Бочаров Ю.А., Буйниченко И.Д., Левита Д.Я. Определение приведенного модуля упругости гидромеханической системы пресса с насосным безаккумуляторным приводом //Кузнечно-штамповочное производство.-№ 10.- 1977,- С. 36-38.

57. Васильев Е.П. Влияние сжимаемости жидкости на скорость движения исполнительных механизмов // Гидравлические прессы.-М.: Машиностроение, 1961- С.93-98.

58. Добринский Н.С. Сжимаемость смеси жидкость-газ в цилиндре 1 гидравлического пресса // Вестник машиностроения 1972 -1.- № 7 - С. 58-61.

59. Ж.Франтишек Непраж, К. Вадлав Пенав. Динамический расчет кузнечно-прессового оборудования // Чехословацкая тяжелая промышленность.- 1981.-№ 5.-С. 30-35.

60. Синицкий В.М., Анценгрубер Т.К. О линеаризации уравнений движения подвижной поперечины гидравлических прессов. // Кузнечно-штамповочное производство 1968 - 1 10 - С. 29-33.

61. Живов Л.И., Клеванский Н.И. Применение ЭЦВМ для расчетов кузнечно-штамповочных машин Киев: Вища школа, 1974- 64 с.

62. Петров Н. В. Экспериментальное исследование гидравлического пресса с безаккумуляторным насосным приводом при вырубке // Кузнеч-но-штамповочное производство. 1966. № 5. С. 28 30.

63. Чудаков П. Д. Расчет усилия, работы и построение графиков рабочих усилий при резке листового металла в штампах // ЭНИИКМАШ, кн. 1. М.: Машгиз. 1959. С. 104 120.

64. Петров Н. В., Москвитин С. А. Компьютерное моделирование динамики гидравлических прессов с насосным безаккумуляторным приводом при разделительных операциях // Кузнечно-штамповочное производство. № 7, 1998. С38-42.

65. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем,-Минск: ДизайнПРО, 1997.-633 с.

66. Электронная модель гидравлического вырубного пресса для деталей низа обуви / Баканов Н.И., Амирханов Д.Р., Пискорский Г.А., Петров Н.В. // Известия вузов. Технология легкой промышленности.- 1972 № 4-С.123-128.

67. Петров Н.В., Соков О.А. Математическое моделирование процессов в гидросистеме вырубного пресса для неметаллических материалов //Новые достижения науки и техники в технологии машиностроения: Тез. докл. конф- Орел, 1983.- С. 67-69.

68. Анализ на ЭВМ динамических усилий в прессах при вырубании нежестких материалов / Гусев В.П. и др. // Методы исследования динамических систем на ЭВМ,- М.: Наука, 1984.-С.112-117.

69. Соков 0. А., Петров Н.В. Математическая модель гидравлического вырубного пресса для неметаллических материалов // Совершенствование процессов обработки металлов давлением / ВЗМИ М., 1983.- С.44-54.

70. Синицкий В.М., Анценгрубер Т.К. О линеаризации уравнений движения подвижной поперечины гидравлических прессов. // Кузнечно-штамповочное производство 1968 - 1 10 - С. 29-33.

71. Нехай С.М. Проектирование гидроприводов прессов М.: Маш-гиз, 1963.- 160 с.

72. Седов JI. И., Методы подобия и размерности в механике М.: Наука, 1967.-428 с.

73. Туринчак А. М. и др. Электрические измерения неэлектрических величин Л.: Энергия, 1975 - 576 с.

74. Шушкевич В. А. Основы электротензометрии.- Минск: Вышейша школа, 1975 352 с.

75. Москвитин С. А., Петров Н. В., Соков О. А. Компьютерное моделирование динамики экспериментального гидравлического вырубного пресса // Известия вузов. Машиностроение. № 7-9, 1997. CI 11-118.

76. Бородский В. 3. и др. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиномиальных моделей (справочное пособие). М.: Металлургия, 1982,752 с.

77. Абрамов Е. И., Колесниченко К. А., Маслов В. Т. Элементы гидропривода (справочник). Техшка, 1969, 320 с.

78. Петров Н. В., Москвитин С. А. Экспериментальное исследование гидропрессовой установки с дроссельным синхронизатором // Кузнечно-штамповочное производство. № 11, 2000. С31-35.

79. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов.-М.: Машиностроение, 1981- 184с.