автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.04, диссертация на тему:Исследование тяжелых гидромеханических ковочных прессов, разработка и внедрение мероприятий для снижения динамических нагрузок в их гидросистемах

Государственная металлургическая Академия Украины

На правах рукописи

ФРИДМАН КОНСТАНТИН ЕВГЕНЬЕВИЧ

СЛЕДОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ КОВОЧНЫХ ПРЕССОВ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ИХ ГИДРОСИСТЕМАХ

Специальность 05.04.04. — »Машины и агрегаты металлургического производства"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск 1994

Диссертация явлпется рукописью.

Работа выполнена в Государственной металлургической демии Украины (ГМетАУ).

Научный руководитель — доктор технических наук,

Официальные оппоненты:

— доктор технических наук, профессор О. Н. Кукушкин;

— кандидат технических наук, заведующий лаборатс ВНИТИ В. Ф. Пешат;

Ведущая организация — ВНИИ „Черметмеханизация*.

Защита диссертации состоится , •/ * у<гу>,'у / 19 в /Л- часов минут на заседании специализированного

нега Союта Д.У38.02.02 при Государствелной мегаллургиче Академии Украины.

Адрес: 320535, г. Днепропетровск, ГСП, пр. Гагарина, 4

С диссертацией можно озлаксмиться в библиотеке Акаде!

Автореферат разослан . '/ " 1994 г.

профессор Цехнович Л. И.

Ученый секретарь а ого

Совета Д.С68 02 02 д. т. н., профессор

В. К. Цг

ощая хшнтЕтестаа работы

Актуальность работа: СовреиеннкЗ этап разнятая ггрсггэ-юдства крупны! поковок характеризуется высотами треСсвания-а к качеству л еконсашчностн технологически! процессов, ¡овераеиствовавае процессов ковки основывается на павшвевгг !ыстроходвостп оборудования, применении механизмов, ойяегча-щих и ускорянзих вспомогательные операция (ианипулятороБ, антоваталей, поворотных столов н т.п.), а также па разработке конструкций более совершенного кузнечного инструмента ; точном регулировании величины обаатия заготовок.

Гадрапрессовое оборудование позволяет легко получать ¡ольвие усилия и значительные хода траверсы, создавать полое усалне в любой точке хода, исключать перегрузка, контро-ировать развиваеиое усилие, выдергивать изделие под давле-аей, относительно просто регулировать скорость рабочего го-а, осушествлять точное реверсирование п точзшЗ останов.

Развитие гадрапрессозого оборудования обуславлзваэт еобходиыость в широкой круге исследовазпй, ббеспечзвагсет оБьшенае его падегности, долговечности и улучшение ханаа-есках харыгтергскж. Особого ешшзння требует вопросы у.Еуч-ензгя динашческах хорактеристик ^ядроыехенэтеиах слстеа а нпгенля пгксишз нагрузок в неуставонпваахся рсззагах. Осо-евно ваггши представляется разработка сраннатедьзо простит доступных ЕЕгенеращ иетодов исследоваяЕЗ, позвоаяетп: эделароватъ н оценивать характер протекания працесссз s адрапрзваде на стадии проектирования.

Исследования, представленные автором в дзссгртацзонпсЗ зботе, основаны на изучении и анализе работы гадраалаческо-з оборудования ковочных прессов, обгагрных охспсряиенталыпа: ^следованиях и теоретических расчетах..

Цель работы. Газраосткз и внедрение мероприятий по ест-пзло ДЕПшэтесках нагрузок в гадросистеые ковочного пресса з основе всестороннего исследования востикакш: 8 ней кеус-шавивгихся диншгачаских процессов. .

Обаоя методика вшовясяяя работа. Результата работы «учены на основе комплексных експериыентаяьннх в тесорета-!ci-3ii исследования неустановившихся процессов в гядросаетв-! ковочного пресса при различных режшах его вкгялуатадази :сяергмептальвые исследования провздшгеь es прешолекных, ^ьгктах с применением ссвреыеннсЯ измерительной еаггаретл®"-

По результата* теоретических и акспериментальних исследования разрабатывались и внедрялись мероприятия по совершенствовании гидросистем!, а затем на модернизированное гидросистеме проводились повторные вксперименты для подтверждения "чщ?"*^" результатов и дополнительной проверки точности предложенных теоретических методах.

Теоретические исследования выполнялись с применением поломений динамики машин, теории гидропривода, высшей математика и математического моделирования. Правильность основных теоретических положение и построенных математически! моделей подтверждалась экспертаентально.

Научная новизна.

Разработан метод исследования переходных процессов в разветвленной замкнутой системе с распределений« параметрами.

Установлены, реальные динамические процесс« в гидросистеме и причины, вызывающие пиковые нагрузки.

Определены рациональные цихлограшш работ« управляют клапанов и рациональные параметры системы. "

Определено рациональное раахолсаншю комвенсатора в системе и его конструктивные параметры.

На задиту выносятся:

1. Определение реальна нагрузок в гидросистеме прессе;

2. Выбор ряцилня гьиут тдппгрмч рааоты управ нищ идщаигд гидрораспре делителя дли , ггсивгпвгт ри ■ши раОсяи пресса;

3. Оценка няням яатевсвтора гидроударов на характер дванвнесхих процессов в гидросистеме и определение его ршшовашюго расположения и параметров;

4. Новей конструкция управлявшего клапана . тяшттаШ надеавюсти и долговечности равотк;

5. Новая система автоматического управления ковочшш пресссм.

' Практическая ценность. Разравотавм мероприятия по виЗо-ру рациональных реи—чв вксолуатацви действ упцих гидаопрес-сав и определены кавструкяаше параметры их оевовшх эле-

Созданы новея конструкция упрявляиаего клапана я вдова системе автоматического управ гения коаочвш прессом.

Преджжанная в работе математическая мсдад» работ

jpecca, аписывавдая динамические веустановившихся процессов з гвдросистеме ковочного прессе и позволяющая получать реве-тя при различных параметрах управллпдаг элементов, мсзвет 5ыть использована при исследовании или проектировании подоб-пгх типов гидросистем.

Предловенные в работе рекомендации и конструктивные ре-гения внедрены на ПО "БольшеЕпк" (г.Санкт-Петербург) и DIS г.Никополь).

Апробация работа. Материалы диссертационной работы юлогены и обсуждены на Всесопзноы совещании производителей I пользователей тяжелых гидравлических прессов и ковочных юмплексов (г.Санкт-Петербург, 1990), на Республиканской аучно-технической конференции "Теория и практика вадекности качество изделий машиностроительных предприятий" (г.Крана-орск, 1990), на Всесоюзной конференции по математическому а аакнному моделирование (г.Воронеа, 1991). на 4 ВсероссЕЗе-ой школе молодых ученых (г.Красноярск, 1992), на научвсы ешнаре к эфедры прикладной механики металлургической акаде-ии (г.Днепропетровск, 1994), нв научном семинаре кафедры АМП металлургической академии (г.Днепропетровск, 1994г.).

Публикация. Основное содержание диссертационная работы пуйликоваво ь 6 печвтнш трудах, защищено авторским сшвде-ельотвоы на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех ззделов, изложена на 137 страницах, включая 38 расункоэ, 1 зблицу, список литерятуру и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕИЫНИЕ РАБОТЫ

1. Технологический процесс в обзор конструкций гкдро-эессового оборудования для свободной ковка.

Свободная ковка является одним из видов обработки ие-ииов давлением. 0брабо1ке подвергаются слитки asrs кованый прессований прутковый металл. Ковка ссуаествяяется из куз->чно-прессовых малинах с применением плоских иди вырезал йков и разнообразного кузнечного инструмента, прсвыувест-!НН0 - универсального. Пра этом верхний боек соввраает )звратно-поступательное данаекие. Ковка - .елсегшй процесс, »скольку обычно еостоат из ряда последовательно чередпязн-I сви-лтоятелкных сшерацгЗ. в осгем случае азпро*.лггеасдахея • юдольшаш перемесеняяда запотеют г ее поворотом, ¿»ззазой-

разные в миогочнслевтше операции ковки позволяют пол уча поковки различны! простых и слоааых фора, номенклатура кот рп исчисляется десятками тысяч наименований, в часгност поковки валов гидротурбин, коленчатых валов судовых даигат ле£, пушечных стволов, валков -прокатных станов, вагонн осей, маховиков и т.п.

• В технологический процесс ковки входнт в • различи сочетании, числе и последовательности ряд ковочных операц из которых основными являются осадка (ковка), протяаса, пр шивка, раскатка, гнбка, разгонка, обрезка, проглаяиваш правка.

Главное достоинство свободной ковки состоит в возме: ностн обрабатывать крупные слитки стали, масса которых и чксляется десятками и сотнями тонн. Другое достоинствскав. состоит в возможности не только придавать поковке заданы; фзрыу к улучшать структуру и механические свойства обрабат! васмого металла, но и исправлять дефекты литого металла. Э1 особенно важно для крупных слитков, которые отличается (Зал зшш количество« пузырей, плен и других кесплошностей. Hodti му в некоторых случаях кузнечно-прессовые машины использу] с единственной целью переработки литого металла в качестве] ныв кованые заготовит. ■

Прессование заготовок на гидромеханических ковочн прессах является наиболее целесообразным а економичныы. Ги. равлические прессы могут изготавливаться практически с люб! усилием прессования и обычно работают от'установок, аккуи; ларупцкх кадкость высокого давления во время холостых ход< и пауз.?

Гидравлические прессовые установка относятся к машин; прерывистого' действия. Бо время одного технологического цш ла помимо основного перемещения исполнительного механизм* связанного с рабочим процессом деформации заготовки, в ги; равлических машинах происходят ход приближения, возврати ход и есть периоды неподвижного состояния во время задера: ния нд весу и технологических пауз. Гидропривод машин coi тоит из ряда ,влементов. Силовая часть гидросистемы слуя непосредственно для привода рабочих испонительных механи: мов. Управление ев осуществляется системой управления. Kpci того, имеются'системы смазки, охлаздения, фильтрации рабоч< жидкости и др.

Значительная часть приведенных в работе теоретически и вкспе ззденталъннх. исследований связана с гидраиехвннчесюш ковочным прессом усилием 8МН.

Рассмотрены конструкции и работа систем управления гнд-ромеханичеснши ковочными прессами усилшаш 8Ш в 32,5Ш.

Анализ эксплуатации ковочного пресса усилием ШН показал, что большая часть простоев связана с неудовлетворительной работой гидросистемы. Гидроудары, возннкакциэ в гидросистеме в моменты переключения управляыда: клапанов, колебательные процессы в гидромеханической системе приводят к частым поломкам и выходу из строя элементов гндроснстешг. Неустановившиеся процессы в гидросистеме существенно зависят от времени открытая и порядка срабатц-зння управляющих клапанов. Для поиска путеа устранения г "¡кнх дннаыическнх явления возникла необходимость проведена.^ исследования переходных процессов в пц.; ослсте*!э.

2. Теоретические исследования неустаноктттеихся продес-оов в гидросистеме ковочного пресса усилием 8 Ш.

Дпвлаз протекания неустановившихся процессов в слоган гидросистемах с разве твлзнешш свстеыаии управления представляет значительные трудности в связи с Сольем количеством параметров н щисущак тадропрвводу велЕвеЗностаиз. учет которых, как показали экспериментальные исследования а ошг? проектирования гидроприводов, веобг'одзу.

Для такого анализа наши игроков пргиенепнв ыетодн, бвзнруЕСнеся на линейных математических ваделях а щрамвнанга преойразовбнея Лапласа при нулевых начальных условиях. Известен успешна частотный анализ гедршраводов о учетси отдельных нелгнейяоетей. К наетояаему времени разработана ткете частные аналитические способа расчете переходных процессов в однородном трубопроводе, например путем Еятегряровннля исходных урашекна с праменениеы шхвараантов йшана. Указанные способы базируются, по суэеству, на иетаде характеристик, игрока щвшеняемоы для чвслеввего ревеная дг2фэрен-цзаяышх ураввезгЗ в частных пранзводаа. Они в^фоктнвны гхя расчета переходного процессе в отдельно взятом одазродясм трубопроводе при относительно проспи краевых условиях. Б объемном вв гидроприводе кроме трубопроводов виертся ажвсшо устройства, существенно вяиягиве на переходные процессы.

В приведенных -таге исследованиях с делив учета вогзсаа.

процессов трубопровода разделены на ряд участков. Движение яидкости на участке описывается тремя дифференциальными уравнениями первого порядка, а затеи уравнения стыкукгся. С целью упрощения 'математического описания при коротких трубопроводах число участков . кокет ■ быть сведено к двум, что значительно уменьшает трудоемкость решения и позволяет получить достаточно простую и хорошо сг.озримую модель. Именно такой подход и применен в исследованиях.

Исследование проводилось с целью определения и устранения причин, вызывающих значительные динамические нагрузки в гидросистеме пресса.

Для решения втой задачи была составлена расчетная схема гидросистемы (рис.1). Математическое описание неустановившихся процессов в ней строилось по ходу течения рабочей жидкости от насосяо-аккумуляторной станции к компенсатору и гидрораспределителю, затем по линиям нагнетательных трубопроводов к рабочим гидроцилиндрам, а от возвратных гидроци-ландров - по линиям сливного трубопровода к наполнительному баку.

Значения диаметров и длин трубопроводов и другие данные расчетной схемы приняты в соответствии с реальными параметрами рассматриваемого пресса.

Принятые обозначения параметров системы: р1~ сетевое давление васосяо-аккумуляторной станции: Р,а_- номинальное давление в наполнительном баке; р^,- давление в газовой полости компенсатора; рН1> рвз. рв~ текущее значения давлений в главна!, боковых и возвратных гидроцилиндрах; Рго~ давление зарядки газовой полости компенсатора; Ра-.. Р1а, 01Э-текуине значения давлений и расходов в сечениях, указан-НЫХН8 схеме; Р1>3. Р3>4, Ре>7, Рвв. Р10>11, Р1313~ текущие давления по середине трубопроводов; Р^- площади пораня компенсатора, соответственно в полости газа и зид ; кости; ?Н1, ?в- площади плунжеров главного, бокового и возвратного гидроцилиндров; М^, М - массы поршня компенсатора и подшжкых частей пресса: V 0> Уи20, Уво- начальные объемы гцдкести в главном, боковом и возвратном гэдроцилинд-рах; V - начальные объемы газа и жидкости в полостях компенсатора; Т- усилие дефэрмирования заготовки; ТТр- суммарная сила трения в уплотнениях гидроцилиндров; Т^р^- суммарная "сала трения в уплотнениях порааня компенсатора; 1 ...

J5L

X X

Qs

-л -.1 -л «ч-------в- Iю bu ■g:".

1

ХД

mJL_

ЧСШ

IjFiCi

tu

Qipi

Qipa Pi

Qv Q)f> PlQ UUPI.

Рис.1. Расчетная схема пресса для режима копки и проглаживання.

длины трубопроводов по участкам; РБ~ площади попе

речных сечений трубопроводов; ?КЛ1— ?клз' ркл1*-' ?клэ коэффициенты гидравлических сопротивлений и площади проход ных сечений управляющих клапанов; Х^, X - перемещения поршн компенсатора и треверсы пресса; р, Е - плотность и модул упругости жидкости.

? -. коэффициенты гидьмвлических соцротивлени трубопроводов, определяются по формулам

5, -0.0a5.-Jf- + п.Скв1+5,11 ♦ е,их, (1)

где сЦ- внутренний диаметр трубопровода; длина тру бопровода; ?ко5~ коэффициент гидравлического сопротивлени колен на трубопроводе; п - число колен на трубопроводе;

р*

коэффициент гидравлического сопротивления на входе хидкост в трубопровод; коэффициент гидравлического сопротивле

ния на выходе жидкости из трубопровода.

Принятые допущения: давление жидкости на выходе из на сосно-аккумуляторной станции и в сливном баке постоянное гидроциландры, трубопроводы и другие металлические детали узлы пресса и его гидросистемы абсолютно жесткие; влияние изменения температуры рабочей жидкости в процессе движения наличие растворенного в жидкости воздуха можно пренебречь расходы и давления.жидкости в одинаковых сечениях параллель ных трубопроводов соответственно одинаковы; утечки жвдкосч из системы высокого и низкого давления отсутствуют; режа течения жидкости в трубопроводах' - турбулентный.

Неустановившиеся процессы в гцщюйистеие при ходе -тра верен вниз (рабочий ход) описываются следующей системой ди! ференциальных уравнений :

Р*1! * Р**1 а

*Ч= р1 а+ ---• V —3- • (2)

1 1 . г '

V*! *

Р. а= Ра+ -- • 0.+ -^ • <¡1 (4)

1.3 а 2.р 3 ¿.р3 2

1 1

V V V (5)

Vi!

P-Ç P'l,

<v p3) p-ç,

r = P + -— • Q +

3 3,4 2»F 3 4»?^

a a

3 = Q + ——— • p - ■ ya, *

£

P'l

2 P'Z3 V -- * V -1" ' Û4

3,4 4 2.P 4 A.?3 4

2 a

1 .

P =

' vro-Vpr

' * in к

V + î »Ï.

V V % g * ' p* * »

Í, »X, =P»P-P«F-T , к К 4 4 г г трк

3Е" РКЛ1

л/—

• ÍP," Рв>

К '■IM 2

• Q +

P'Ç

2.У3 » 4.ÏJ

Э « «í

*

J6= Q7+ _2_JL . p

E

P<1JL ?3

?, 7= P7+ -- • О,*

7 2«?

7 4-Pf

• Q.

P*l3 • P'E,

j = p + -2- . Q + -2.

6 2»? 6 4. P3

Э 3

1 .? .

5 = Q + —2—z. . p

« 9 7»

3 = Р +

В

. Q0+

• Of

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11) (12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20) (21)

3

0,= 2с' * + 7 Н1

V *«• 1 +

+ ? -х

V Vх

а = 2«о

10 9

Т - У • х

во в _

М.Х = б - 2.Рда.Рв- Т

Г) = 0 +

10 МО.-11 2.9

0=0 + ю и

в = п + *10.11 *11

("К

2»р.

а + —- « а-»О ¿.у2

г10,11

. о + -. о2

. 11 4»Р2 41

Р Я'Р +

0.1

в

2*Р_

а + —— " 4-г?

1

о - о + —5. . р

13

3 я п + 1а к13 мэ

2«?„

13 А ц2

13

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

Уравнения (2), (3). (4) описывают перетекание жидкости во входном трубопроводе от насосяо-аккумуляторной станции дс гадрорасиределителя. В принятой модели неустановившиеся процессы в трубопроводах описываются с допущением, что возмущения давления распространяется мгновенно на половину объеме жидкости в трубопроводе. Расход жидкости в начале участкг трубопровода равен расходу кидкости в конце его плюс расход, ■ вдудай на изменение давления в трубопроводе. Давление посередине участка равно давлению посередине следующего участка плюс инерционные и квадратичные потери.

Уравнения (5), (15), (25) описывают условия равенства

*

в

Р

\

расходов в разветвлениях трубопроводов, а уравнения (6)-(9) - течение жидкости по трубопроводу к компенсатору. Уравнения (10), (11) описывают процессы, происходящие в газовой и жидкостной полостях компенсатора. Расход идет на4 перемещение поршня компенсатора гидроударов со скоростью Х^ и на сжатие жидкости в жидкостной полости компенсатора. Давление в газовой полости компенсатора зависит от первоначального объема газовой полости, давления зарядка компенсатора и скорости поршня компенсатора.

Перемещение поршня компенсатора и траверсы пресса описывают уравнения (12) и (26). Уравнения (13), (14), (30) описывают течение жидкости через нагнетательные и сливной клапаны гидрораспределители. Возмущением, которое вызывает неустановившийся динамический процесс в рэсматриввемой системе, является открытие управляющих клапанов, происходящее в течении некоторого промежутка времени.

При Щ£?5К22ИН *£НКССТН "5рез клапан, расход ее определяется по формуле: ^ а • —• (34)

где Рюх - номинальная проходная площадь в клапане, зависящая от времени его открытия. В расчетах проходных сечений клапанов определялись п.ллтадя входных отверстий и площади кольцевой щели в зависимости от величины перемещения клапана. Коеф$ициентн гидравлического сопротивления клапанов принта

лись постоянными.

Уравнения (16), (17), (18) и (19), (20).(21) описывают течение жидкости в нагнетательных трубопроводах главного и боковых гидроцилиндров, а уравнения (27), (28), (29) и (31), (32),(33) - течение жидкости в сливном трубопроводе от возвратных гидроцилиндров к гидрораспределителю и от него к наполнительному баку. Изменения давлений в гидроцилиндрзх описываются уравнениями (22), (23), (24), причем в них учитывается переменность объема жидкости, вызываемая перемещением траверсы. Расход жидкости в гидроцшиндре слагается из частей. Одна идет на перемещение плунжера гидрсшишндра, другая - на сжатие жидкости в этом гидроцилиндре.

Зависимость усилия прессования от перемещения траверсы пресса и циклограмма работы управляющих клапанов гидрораец-ределитедя определена по экспериментальным данным.

В системе 32 уравнения и 34-я неизвестными: два дифференциальных уравнения второго порядка, 23 - первого порядка и семь алгебраических уравнений.

Неизвестные: расходы Qs, Q2, Q3, Q4, Qg, Qé, Q?,

V V Qio' Qii» Яавлвшя P13.,P2. pa. pa>4. p4. pr. •

v рб.7»р7' p6,b' pe' p.e.ii' pu* pla,i3-

перемещения и скорости и I.

После преобразования системы уравнений в удобную для программирования форму была составлена программа для решения ва 8БМ ЕС103Э. Программа позволяет легко изменять параметры управлявших влементов, время их открытия и порядок срабатывания.

Анализ полученных решений показал, что динамические нагрузки в гидросистеме существенно зависят от времени открытия и порядка срабатывания управляющих клапанов, а таюсе от их проходных сечений.

В связи с втим рассматривалась решения при различных циклограммах работы управляющих клапанов пресса и различных параметрах клапанов для различных.рекимов работы. В честности, рассматривались следующие режимы работы: принудительное приближение траверсы к заготовке и прессование; холостой ход првслихения траверсы к заготовке и прессование ступенями; режим подпрессовки; холостой ход вверх.

Для каждого режима работы была определена рациональная циклограмма, позводяпцая значительно снизить динамические процессы в гидросистеме пресса.

Для устранения подпора «идкости в возвратных гадроци-линдрах в процессе прессования и быстрого нарастания давления при холостом ходе траверсы вверх предложено и теоретически обосновано увеличение проходного сечения сливного клапана СВ в 1,5-2 разе и установка в линии возвратных гидрода-жадров компенсатора с объемом 1бдмэ и начальным давлением зарядки газовой полости 10ЫПв.

Б режиме принудительного приближения траверсы к заготовке {основной паспортный режим), в момент их соприкосновения, происходит удар траверса о заготовку, что приводят к поломкам узлов в деталей пресса.

Наиболее блегапраятшА) режимом работы пресса, при котором вабдвдаются шшвшше динамические нагрузки, по сравнению с остальнши режимами, является режим холостого лраб-

ликения траверсы к заготовке я, после их соприкосновения, прессование одним главным пэдроцилиндром, а когда его усилия становится недостаточно для деформации заготовки, подключении боковых гидроцилиндров. Для отделочных операций, когда величина обжатия поковки и усилие прессования невелики, благоприятным является реким, при котором постоянно открыт' напорный клапан возвратных гидроцилиндров. .

3. Экспериментальные исследования неустановившихся процессов в гидросистеме ковочного пресса усилием 8 Ш.

Экспериментальные исследования ковочного пресса проводились с целью определения действительных нагрузок в гидросистеме и сравнения их с расчетными, влияния срабатывания элементов управления на динамические процессы в гидросистеме при различных режимах работы, рациональных реазшоа прессования, обеспечивавших снижение динамических нагрузок.

В процессе экспериментальных исследований регистрировались следующие параметры давления жидкости в главном, боковых и возвратных гидроцалиндрах. давление жидкости в напорной магистрали, перемещение траверсы пресса, перемещения штоков управляющих клапанов (напорного и сливного) главного,

бОКОВЫХ И ВОЗВрЗТНЫХ тчтдрнтт^ич.!1!*^

Проведенные на ксвочнсм прессе усилием 8МН зкспериыян тальные исследования показали горелую сходимость с результатами теоретических исследований режимов конки и холостого хода и подтверждают правильность построенноймятематятеской додели.

На основания указанных результатов йыла разработаны мероприятия по совершенствованию гидросистемы ковочщэга пресса и проведена ее модернизация. Выполненные, на модернизированной гидросистеме повторные экспериментальные исследования еще раз подтвердили сходимость результатов с математической моделью, правильность выбранных решений, получение ожидаемого результата от выполненных мероприятий и достижение поставленной цели.

4. Совершенствование гидромеханических систем прессового производства на основании исследований.

4.1. Рациональные циклограммы работы управдяюдих клапанов ковочного пресса.

При работе пресса характер даваюгаеских процессов в

гидросистеме существенно зависит от времени открытия и порядка срабатывания управляющих клапанов, а также от их проходит сечений.

Как показали описанные выше исследования, работа пресса (при первоначальной циклограмме работы управляющих клапанов) характеризовалась быстрым нарастанием давления и подпором рабочей жидкости в линии возвратных гидроцилиндров, неравномерным распределением давления в линиях рабочих гидроцилиндров.

Разработанные нами циклограммы предусматривают обоснованный порядок включения н величины открытия управляющих клапанов, рациональные паузы меаду включениями, длительности пауз и процессов включения клапанов.

Настройка управляющих клапанов по предложенным циклограммам позволяет значительно снизить или исключить резкие колебания давления.

Были проведены эксперименты, подтвердившие полокитель-пые эффекты, обеспечиваемые новыми циклограммами.

4.2. Конструкции управляющих клапанов гидрораспре делителя пресса.

В системах управления гидромеханическими ковочными прессами применяется клапанные распределители со встроенными клапанами с предварительной разгрузкой различных конструктивных исполнений. Применение клапанов с предварительной разгрузкой обусловлено большими размерами клапанов и большими перепадами давления рабочей жидкости на клапане, а так»е использованием в качестве рабочей жидкости водных омульсий. Водные вмульсии используются в гидросистемах прессов из-за тсго, что рабочие гидроцалиндры расположена в непосредственной близости от зоны высоких тешературТ^Поэто-иу исключается возможность применения в гидросистемах "прессов золотниковых распределителей и гидроаппаратуры с пропорциональным управлением, работай?ем ва масле.

Клапана с предварительной разгрузкой обеспечивают надежный контакт я герметичность в зоне разделения работах полостей. Преимуществом таких кдкпанов является то, что в •пну основной юшдаи в значительной мере разгружен от давления рабочей жидкости. Это позволяет использоветь для его перемещения маломощные исполнительные механизмы.

Существенным недостатком применяемых клапанов является

гая эксплуатационная надежность и долговечность. Так, зиыер, клапвны распределителей прессов Никопольского ЮТЗ ) "Большевик" (Санкт-Петербург) работали- 2-4 недели, звная причина их отказов - кавитацконтше разрушения кони-хих поверхностей седла и клапана.

При подъеме клапана образуется кольцевая щель. Поток кости, проходя через щель, значительно ускоряется и, при ьших скоростях, давление в щели может падать до давления ообразовэнкя. Начинается кавитациошшй процесс, при кото-происходит эррозийное разрушение посадочных мест седла и пана. Кроме того, при подъеме клапана возникает боковая а, определяемая динамическим действием струи. Эта сала ывает перекос клапана, препятствующий нормальной посадке пана на седло и мояет привести к заклиниванию. Посадка исходит с задержкой, в конце посадка клапан имеет большую рость. Это приводит к толчкам и повышенному износу клапа-и седла.

Для исключения появления кавиташш з процессе открытия тана необходимо повысить статический напор в зазоре между шческим седлом и коническим пояском клапана.

Разработанная нами конструкция клапана позволяет прак-!ески устранить кавитационные процессы и тем самым узеяи-рь срок службы клапана. Особенность этой конструкции соси в том, что клапан снабжается дополнительной циашдри-зкой частью в которой расположены в един или несколько 5ов сквозные отверстия и кольцевые проточки. Отверстия голнены такого количества и днаыетров, чтобы их суммарное оходное сечение в процессе подъема клапана было не меньше сходного сечения существующего клапана. Расточки выполнены убиной 2-Змм и шириной на 1-2мн больше диаметра отверстий соответствунаем ряду.

При подъеме клапана потоки жидкости, проходя через от-рстия, интенсивно перемешивается, вследствие чего падает срость течения и пошлвается статический напор жидкости. В зультате давление в клапанном устройстве не падает до дав-ния парообразования и кавитация на возникает- Кольцевые сточки позволяют исключить заклинивания« которые могут ¡зникнуть при попадашш частиц грязи ш продуктов износа ¡яду дополнительной цилиндрической частью и седлом. Допол-мельная часть клапана является направляющей, что такие

предотвращает заклинивание.

При размещении отверстий в один ряд, для обеспечеш требуемого закона изменения проходного.сечения клапана щ его открытии, диаметры отверстий и их количество определяв! ся по формулам:

Я*4«! Л / ¡¡-си. 1

4 = -¿Ж )» _ д.а^.ь.вЬг Р (35)

п = П*-^. - 1, . ' (36)

где А и й^,- диаметры отверстий и клапана; п - количество отверстий; К - высота подъема клапана; 0 - угол наклона конического пояска клапана.

При размещении отверстий в несколько рядов соблюдает« Солее точное обеспечение требуемого законе изменения проходного сечения клапана при его подъеме. Опытным путем установлено, что рациональный диаметр отверстий в первом ряду равен Зим, в в кввдоы последующем - на 2~4мм больше. Для такого случая при выборе количесва и диаметров отверстий в рядах необходимо пользоваться следующими-условиями:

Ц+ 1). П* (ЗТ)

(п2+ 1). а2= П. <3^ (38)

(V 1). V Я. а^ (39)

<1,= 3 ш (40)

<12= г~аш (41)

2-4мм (42)

Е]+Б3+...+5к=Бкл, (43)

где к - количество рядов отверстий; <1(, <12,..., с^-

дааметры отверстий в каадом ряду; п4, п3..... пк~ количество

отверстий в каадом ряду; Б}, 8 - суммарные площади

проходных сечений отверстий в каждом ряду; Е необходимая

площадь походного сечения полностью открытого клапана.

Существенный палокителышй еффект применения описанного клапана заключается в сокращении затрат на замену ила ремонт клапанных устройств, а сокращении простоев прессового оборудования, швыэен»: вксплуатационной нздекности в долговечности клапанных устройств.

Аналогичные конструкции управлявших клапанов иожно применять и на другом оборудовании, где в гидросистемах управления применяются клапанные парораспределители.

4.3. Система управления клапанным - распределителем ко еочвого пресса.

В прессах с гидравлическими системами управления качество прессования во многом зависит от квалификация.- оператора. При ксвке, а особенно при отделочных операциях, сложно выдергивать точность деформации заготовки в связи о инерционностью подвижных частей пресса. Поэтому для обеспечения точных размеров поковка оператор повторяет, операция по нескольку раз, что сказывается на производительности и качество работы. В следящих системах управления оператор мохет только изменять скорость траверсы пресса, одазко и в втом случае точность дефзр/эшш не достигается.

В настоящее время, дрз развитии олехтронно-вычисдптель-пой техники, автоматизация работы становится на первое ыэс-то. В связи с втем была разработана л зацпзенэ авторским свидетельством система автоматического управления новочкш прессом.

Внедрение системы автоматического управления ковочнкм прессом обеспечит повышение производительности з увеличение точности работы пресса, позволит создавать высокопроизводительные ковочше комплексы с автоматизацией на базе современной. электронно-вычислительной техники, а тагсхе повысить надежность гвдроойорудованая пресса, благодаря устранение гадроударов, частично снять долю психологической я физической нагрузки с оператора пресса л существенно уменьшить зависимость производительности и точности работы пресса с? профессиональных качеств оператора.

ВЫВОДЫ

1. На основе результатов исследований, проектирования и эксплуатации, изучения конструктивных особенностей гидроприводов ковочных прессоз сделан вывод о необходимости совершенствования и обновления основных их узлов.

2. Определены реальные нагрузки и параметры гидропривода пресса, необходимые при проектировании и модернизации оборудования.

3- Составлена и подтверждена экспериментами хорозго обозримая математическая модель гидросистемы пресса, позволяющая значительно снизить трудоемкость решения и получать

результаты цра различных параметров системы для любых режимов работы пресса.

4. Поставлена и решена задача о выборе рациональных циклограммах работы управляющих клаланоЕ для различных режимов ковочного пресса. (принудительное приближение и прессование заготовки всеми работала гидроцилиядраш, прессование заготовки одним главным гадроциливдром, холостое приближение и прессование заготовки, подпрессовка при постояено открытом напорном клапане НВ, холостой ход траверсы вверх).

Ъ. С целью снижения пиковых нагрузок предложена и обос-вована задача по определению места установки компенсатора и его оснойаых параметров.

6. Разработана новая конструкция управляющего клапана с Предварительной разгрузкой, позволяющая увеличить его срок службы в 5-8 раз.

7. Создана новая система автоматического управления ковочным прессом, позволяющая повысить точность к производительность работы и получено.авторское свидетельство.

8. Теоретические исследования и разработки подтверждены вкспериыентальными исследованиями.

9. Предложенные в диссертационной работе решения внедрены в производство на ПО "Большевик" (г.Санкт-Петербург) и ЕТЗ (г.Никополь) при модернизации прессов.

10. Выполненные на модернизированной гидросистеме повторные вксперинентальные исследования еще раз подтвердили сходимость результатов с математической моделью, правильность выбранных решений, получение ожидаемого результате от выполненных мероприятий и достижение поставленной цели.

Основное содержание диссертационной работы представлено в следувдкх работах:

1. йрэдмая К.Е., ЗлобЕясхий В.Е., Цехиович X.И. Экс-пе{«ментальные иследоввния работы гидромеханического пресса усилием 800ОкН // Кузнечно-штемповочное производство. - М. Кашностроение. - 1991. - К 12. - С.22-24.

2. Фридман К.Е. Повышение експлуатвционной надежности гидросистем ковочных прессов. / Тезисы докладов Всесоюзного совещания производителей и пользователей тяжелых гидравлических прессов к ковочных комплексов. - Санкт-Петербург, 1930.

3. Срадцав К.Е., ЗлобкнскЕй В.Е., Литвинова И.С. Новы-

аеняе эксплуатационное надежности гядтемшгеесмого веовоч-юго пресса 800т. Тезисы докладов Реепувзикинской научно-гехническсй конференции "Теория и црыстюа ивдаиоети и ка-lecTBo изделий мавинострсмтельша предпрюгаВГ". - Крвма-горек, 1990.

4. Цмнонич Л.И., Литвинова И.С., Злобинехяй в.Е., Фридман К.Е. Математическое моделирование дижчвгееских провесов в гидросистеме ковочного пресса. Тезисы докладов Зсесоизной конференции "Математическое и матввюе моделирование". - Воронеж, 1991.

5. Злобинсиай В.Е., Фридаан К.Е. Численное моделирование динамических нагрузок в гидросистеме с насеено-ежкумуля-горныи приводом с двумя уровнями давлеяия // Тезисы докладов 4 Всероссийской школя молодах ученмх "Числовою метода механики сшкявюй среди" - - Красноярск, 1992.

6. алобянски* В.Е-, j^QSiH K.S. Чисжяясв моделирава айв неуствиовжвишж процессов а сложной ajiwuj ml гвдросяе-гйм с нвсосяя и тасосно-акиумулятсчям« щяшодш // Тезисы докладов 4 Всероссийское июли «пололи учетах "Численные некий механики сплоено« среда". - Красноярск, 1992.

7. Систем» управлеям гядашллескш прессом. A.c. «1810222 СССР, Ж*3 ВЗО В 15/16 / «щш К.Я., Пр*вЯЮГ>-ко Э.В., Эвояызав A.B.. Зловнкяа®- В.Е. (СССР) 84932089/27: Заявлено 29.04-.91; Опуйяиювмю 23.04.93. Б.Й. - 1993 - Я15.