автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Моделирование и расчет параметров гидродемпфера кривошипного листоштамповочного пресса

На правах рукописи

Злобиы Сергей Николаевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОДЕМПФЕРА КРИВОШИПНОГО ЛИСТОШТАМПОВОЧНОГО ПРЕССА

05.03 05 - Технологии и машины обработки давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

иил72139

Орел-2008

003172139

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет»

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Петров Николай Владимирович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Овчинников Анатолий Георгиевич,

доктор технических наук, профессор Копылов Юрий Романович

Ведущая организация

ОАО «Брянский машиностроительный завод»

Защита состоится" 26 " июня 2008 г в 13— часов на заседании диссертационного совета Д 212 182 03 при ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет» по адресу 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет»

Автореферат разослан "26 " мая 2008 г. Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее распространенных видов куз-нечно-прессового оборудования, отличающегося универсальностью, экономичностью, относительной простотой конструкции и обслуживания, являются кривошипные прессы На кривошипных прессах выполняются формоизменяющие и разделительные операции листовой и объемной штамповки Однако выполнение разделительных операций на кривошипных прессах сопровождается рядом динамических явлений, возникающих непосредственно после штамповки Это вызывается тем, что при рабочем ходе по мере внедрения пуансона в заготовку и возрастания силы сопротивления деформации, станина пресса упруго деформируется (растягивается и изгибается), ползун и шатун сжимаются, кривошипный вал изгибается и скручивается, накапливая при этом энергию упругого деформирования При сколе заготовки за счет этой энергии ползун разгоняется, перемещаясь вниз, вызывая растяжение шатуна Это может привести к разрушению винта регулировки длины шатуна, крепления фланца винта шатуна, соединений крышки шатуна с шатуном, зубчатой передачи, срыва двигателя регулировки закрытой высоты штампового пространства и др Наряду с этим быстрая разгрузка кривошипного пресса вызывает колебания станины, кривошипа и ползуна, что интенсифицирует износ режущих кромок штампов и ухудшает качество получаемых изделий

Поэтому на производстве при эксплуатации на разделительных операциях кривошипные прессы загружаются по силе, значительно меньшей номинальной Так, на мелких прессах максимальная сила вырубки не превышает 80-55 % Р„, на средних - 55-40 % Рн и на крупных - 45-35 % Р„ Такая недогрузка оборудования по силе приводит к излишним затратам и увеличивает стоимость эксплуатации кривошипных прессов, и следовательно, себестоимость получаемых изделий

Динамические нагрузки могут быть снижены за счет использования технологических факторов, конструктивных изменений прессов (т е создание специализированных прессов для разделительных операций с измененными кинематическими и жесткостными характеристиками) и применения специальных демпфирующих устройств. Однако возможности использования технологических факторов снижения динамических нагрузок ограничены, изменение конструкции прессов неприемлемо для очень большого числа универсальных прессов, находящихся в настоящее время в эксплуатации Поэтому наиболее целесообразным направлением снижения динамических нагрузок является применение устройств, демпфирующих колебания динамической системы пресса, возникающие при ее разгрузке В качестве демпфирующих устройств могут использоваться механические амортизаторы динамических нагрузок, пневматические и гидравлические демпферы Наиболее универсальными, надежными и легко перенастраиваемыми являются гидравлические демпфирующие устройства, позволяющие с помощью датчиков давления постоянно отслеживать состояние гидродемпфера, а также проводить диагностику неисправностей в самом исполнительном механизме (контроль величины зазора, силы инерции и т д)

Однако возможность практического применения гидравлических демпфирующих устройств ограничена из-за недостаточной теоретической изученности этого вопроса и отсутствия простых и надежных конструкций демпфирующих устройств

Поэтому моделирование и расчет параметров гидродемпфера кривошипного листоштамповочного пресса является актуальной темой исследования

Вопросам исследования процессов, происходящих в кривошипных прессах, а также путей снижения динамических нагрузок посвящены труды известных отечественных ученых, которые и послужили основой для выполнения данной работы А И Зимина, А Ф Нистратова, В П Романовского, Г А Навроцкого, ЕН Ланского, В И Власова, ЛИ Живова, А Г Овчинникова, Г Г Позняка, АФ Бичевого, ГМ. Родова, В А Иванова, НП Каткова, В Г Крешнянского и др.

Работа выполнялась в рамках ведомственной научной программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы» раздел «Развитие научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников, аспирантов и студентов» (2005 г )

Целью работы является повышение эффективности работы кривошипных листоштамповочных прессов при выполнении разделительных операций за счет снижения динамических нагрузок

Для достижения сформулированной цели были поставлены следующие задачи'

- провести анализ существующих способов снижения динамических нагрузок в кривошипных прессах и обзор теоретических исследований процессов в кривошипных прессах при выполнении разделительных операций,

- разработать новую конструкцию гидродемпфера кривошипного пресса;

- разработать математическую модель и исследовать влияние основных параметров гидродемпфера на динамические нагрузки, возникающие в кривошипном прессе при выполнении разделительных операций,

- разработать экспериментальную оснастку и провести экспериментальные исследования процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при разделительных операциях,

- разработать методику расчета оптимальных параметров гидродемпфера, позволяющую использовать кривошипные прессы при выполнении разделительных операций с силой, близкой к номинальной

Методы исследования сочетают математическое моделирование и проведение экспериментов Математическое моделирование процессов в кривошипном прессе осуществлялось решением систем дифференциальных уравнений движения первого порядка методом Рунге-Кутга путем численного интегрирования в среде MathCAD Professional

Экспериментальные исследования проводились на разработанной экспериментальной установке с использованием современной измерительной аппаратуры, включающей автоматизированную систему сбора и обработки данных в среде визуального программирования Lab View При этом использовались об-

щепринятые методы планирования эксперимента и статистической обработки результатов

Научная новизна работы:

- разработана математическая модель, позволяющая исследовать влияние основных параметров гидродемпфера на динамические нагрузки, возникающие в кривошипном прессе при выполнении разделительных операций;

- установлены теоретические зависимости растягивающей силы на шатуне в процессе его разгрузки от основных параметров гидродемпфера, согласующиеся с экспериментальными данными,

- разработана методика расчета оптимальных параметров гидродемпфера, позволяющая использовать кривошипные прессы при выполнении разделительных операций с силой, близкой к номинальной, без возникновения при этом опасных динамических нагрузок

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов, подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными

Теоретическая значимость и практическая ценность полученных результатов.

Разработанная математическая модель процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером имеет существенное значение при создании научных принципов проектирования гидравлических демпфирующих устройств и оптимизации их конструкций

Разработанные новые конструкции демпфирующих устройств и методика расчета оптимальных параметров представляют практическую ценность, так как позволяют снизить динамические нагрузки в кривошипных прессах при выполнении разделительных операций, что дает возможность использовать их с силой, близкой к номинальной

На защиту выносятся:

- новые конструкции демпфирующих устройств кривошипного пресса;

- математическая модель, описывающая процессы, происходящие в кривошипном прессе с гидродемпфером при разделительных операциях,

- результаты экспериментальных исследований процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при разделительных операциях,

- методика расчета оптимальных параметров гидродемпфера.

Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных

исследований используются в ОрелГТУ на кафедре «Автоматизированные процессы и машины бесстружковой обработки материалов» при изучении дисциплин «Кузнечно-штамповочное оборудование» и «Производственное оборудование и его эксплуатация» в процессе подготовки специалистов по обработке металлов давлением

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались- на II ме>вд науч -практ. интернет-конф «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» (март-май 2004 г, Орел), на III межд. науч -практ конф «Динам1ка наукових

дошнджень 2004» (21-30 июня 2004 г, Днепропетровск), на III мезвд науч -практ ингернет-конф «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» (март-май 2005 г, Орел), на межд науч -техн конф «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций модели, методы, решения» (1-3 июня 2007 г, Самара), на 34-ой - 41-ой науч -техн конф преподавателей, сотрудников и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (2001-2008 гг, Орел)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных трудов общим объемом 8,47 п л, включая 10 статей в научных изданиях, 2 патента Российской Федерации на изобретение и научно-технический отчет, при этом доля автора составляет 3,64 п л

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 103 наименований, четырех приложений и содержит 113 страниц основного текста, 29 рисунков и 9 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, методы исследования, научная новизна, достоверность, теоретическая значимость и практическая ценность полученных результатов, положения, выносимые на защиту, приводятся данные о реализации и апробации работы, о публикациях, структуре и объеме диссертации

В первом разделе проведен анализ существующих способов снижения динамических нагрузок в кривошипных прессах при выполнении разделительных операций, на основе которого установлено, что наиболее целесообразным способом снижения динамических нагрузок является применение демпфирующих устройств В качестве демпфирующих устройств могут использоваться механические амортизаторы динамических нагрузок, пневматические и гидравлические демпферы Наиболее универсальными, надежными и легко перенастраиваемыми являются гидравлические демпфирующие устройства, позволяющие с помощью датчиков давления постоянно отслеживать состояние гидродемпфера, а также проводить диагностику неисправностей в самом исполнительном механизме (контроль величины зазора, силы инерции и т д)

Однако возможность практического применения гидравлических демпфирующих устройств ограничена из-за недостаточной теоретической изученности этого вопроса и отсутствия простых и надежных конструкций демпфирующих устройств

Проведенный обзор теоретических исследований динамики кривошипных прессов, показал, что во всех рассмотренных работах разгрузка кривошипного пресса принимается мгновенной, что может быть приемлемо только при вырубке хрупких материалов Целесообразнее будет принять сопротивление деформации листового металла при вырубке в виде аналитического выражения с учетом переменного сопротивления срезу в зависимости от пластических свойств вырубаемого материала и глубины внедрения пуансона

Кроме этого в данных работах при рассмотрении вращательного движения кривошипного вала и маховика, не учитывается замедление маховых масс во время совершения технологической операции, вызванного ростом силы на ползуне, а также скольжение электродвигателя.

Во втором разделе представлены разработанные новые конструкции демпфирующих устройств, представляющие собой пневмогидравлический уравновешиватель ползуна пресса и гидравлический демпфер, на которые получены патенты на изобретение Российской Федерации № 2219060 и № 2252143, соответственно Данные устройства отличаются от существующих тем, что в качестве рабочей демпфирующей среды используется жидкость, причем, с целью уменьшения нагрева жидкости при прохождении через дроссель вследствие замкнутости объема силового цилиндра, цилиндр гидродемпфера соединен с гидравлическим аккумулятором

Пневмогидравлический уравновешиватель (патент № 2219060) состоит из двух цилиндров - пневматического и гидравлического, причем гидравлический цилиндр представляет собой гидравлический демпфер Поэтому в диссертации проводились исследования гидравлического демпфера (патент № 2252143). Схема кривошипного пресса с гидродемпфером показана на рисунке 1

1 - дроссель, 2 - обратный клапан, 3 - гидравлический аккумулятор, 4 - гидродемпфер, 5 - ползун, 6 - станина, 7 - кривошипный вал, 8 - маховик

Рисунок 1 - Расчетная схема кривошипного пресса с гидродемпфером Гидродемпфер работает следующим образом

При холостом движении ползуна 5 вниз поршень гидродемпфера 4 вытесняет жидкость из полости А в гидравлический аккумулятор 3 Давление жидкости в полости А гидродемпфера 4 повышается пропо~"ио~" "

сти перемещения вниз поршня гидродемпфера за счет сжатия жидкости и сопротивления истечению жидкости, направляемой через дроссель 1 в гидравлический аккумулятор 3 Сопротивление истечению жидкости через дроссель при обычных скоростях ползуна вблизи крайнего нижнего положения мало, однако при выполнении разделительных операций после скола заготовки эта скорость значительно возрастает В этом случае сопротивление истечению жидкости через дроссель 1 становится настолько большим, что позволяет эффективно гасить динамические колебания конструкции пресса, возникающие после скола заготовки. Это предотвращает поломку деталей пресса и повышает его долговечность при разделительных операциях

При ходе ползуна 5 вверх давление жидкости в полости А начинает понижаться до тех пор, пока расход через дроссель не становится равным нулю При дальнейшем перемещении ползуна 5 вверх открывается обратный клапан 2 и жидкость из аккумулятора 3 начинает вытесняться через обратный клапан 2 в полость А гидродемпфера Жидкость из аккумулятора вытесняется до тех пор, пока давление жидкости в полости А гидродемпфера не достигнет начального давления в аккумуляторе 3 За счет энергии жидкости, подаваемой в полость А гидравлическим аккумулятором, поршень и шток гидродемпфера перемещаются вверх вслед за ползуном Таким образом, гидродемпфер восстанавливает свое первоначальное состояние.

Для теоретического исследования процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при выполнении разделительных операций была разработана математическая модель в виде системы дифференциальных уравнений, связывающих силовые и кинематические параметры пресса с конструктивными элементами гидродемпфера

При разработке математической модели были приняты следующие допущения поступательно движущиеся массы сосредоточены в ползуне щ и верхней части станины т2, а вращающиеся - в кривошипе ^ и приводе 32, масса станины условно разбита на две части, нижнюю т%, которая принимается неподвижной и в расчете не учитывается, и верхнюю т2 с приведенной к ней массой привода, масса шатуна распределена между массами ползуна т, и верхней частью станины т2, поступательное движение масс модели, связанных с прессом, принято состоящим из двух движений, переносного 5, обусловленного кинематикой исполнительного механизма пресса, и относительного х„ налагаемого малыми перемещениями, вызванными упругими деформациями деталей пресса, упругие деформации деталей пресса сосредоточены в шатуне, стойках станины и кривошипном валу, зазоры в исполнительном механизме сосредоточены в сопряжении шатуна с ползуном, при этом приведенный зазор равен суммарному зазору гс в сопряжениях звеньев исполнительного механизма, утечки жидкости в магистралях гидравлической системы отсутствуют, давление жидкости изменяется по всей длине трубопровода и гидроцилиндров одновременно, коэффициенты жесткости гидромагистралей принимаются постоянными.

В отличие от существующих методик расчета, где принято, что разгрузка кривошипного пресса происходит мгновенно, предлагается сопротивление деформации листового металла при вырубке принять в виде аналитического вы-

ражения с учетом переменного сопротивления срезу в зависимости от пластических свойств вырубаемого материала и глубины внедрения пуансона (рисунок 2)

Ра

+х,)

Рисунок 2 - График сопротивления деформации при вырубке-пробивке листового металла

Восходящая часть графика (рисунок 2) описывается известным выраже-

нием

(1)

где к\ - коэффициент, учитывающий затупление инструмента, колебание толщины и механических свойств материала, Ьу - периметр вырубаемого изделия, кт - толщина вырубаемого материала, а'ср - текущее сопротивление срезу, меняющееся в зависимости от глубины внедрения пуансона

V

1,03-

0,9///

(2)

47 2-0,95 ц/к ук ^' 1,9-4/; где цг— относительное сужение поперечного сечения при вырубке-пробивке, цгк - относительное сужение при стандартных испытаниях на разрыв. Для материалов с равномерным относительным сужением ц/р< 0,15

(1 + 135^)

Для материалов с ур> 0,15

а. (0,8 + 2,06^),

где сгв - предел прочности металла при растяжении. Путь пуансона до начала разрушения металла при вырубке

' 0>9Ук 4

В формуле (2) ц/ изменяется от 0 до у/к При ц/ = ц/к по выражению (1) Рё - , то есть максимальному сопротивлению деформации вырубаемого материала

Ик=Б-(х1 + х2)=И„

Ри=Рп+а

(3)

Форма графика Pd на участке снижения нагрузки во время скола материала при вырубке, определяемая работой П Д Чудакова, (см рисунок 2) наиболее точно описывается функцией

\-(M*i+*2))| K~h J '

где PQ - сила проталкивания пуансона после вырубки; а = Р™ах-Рй, \ — к

Ъ =--, к2 — коэффициент заполнения графика рабочей нагрузки на участке

кг

скола.

С целью учета замедления маховых масс во время совершения технологической операции, вызванного ростом силы на ползуне, вместо уравнения движения маховика рассматривалось уравнение движения электропривода с маховиком

Уравнение вращательного движения электропривода для кривошипных машин при условии Jd = const записывается в виде

Jd^ = Md-Mc, (4)

где Jd - момент инерции всех вращающихся и поступательно перемещающихся деталей пресса, приведенный к валу электродвигателя,

Pd тк ckia\~a2)

Мс = —----— - статическии момент сил сопротивления, приве-

17] IT]

денный к валу электродвигателя, с учетом упругого деформирования кривошипного вала, i,rj- передаточное число передачи от кривошипного вала к валу электродвигателя и ее КПД, Md = kdSd - вращающий момент асинхронного электродвигателя, если рабочий участок его характеристики принят линейным, kd - коэффициент пропорциональности, Sd - скольжение электродвигателя,

„ dm dSd

С учетом полученных выражении и так как = -&>0 , уравнение

вращательного движения электропривода примет вид

(5)

at it] it]

где o0 - синхронная частота вращения электродвигателя Переносное перемещение ползуна 5 определяется выражением

S = R

Я

(cosа - cosa0)+-(cos2a- cos 2а0)

(6)

где Я - радиус кривошипа кривошипного вала; X - коэффициент шатуна, равный отношению радиуса кривошипа к длине шатуна, аг0 - угол поворота кривошипного вала в момент контакта пуансона с заготовкой, а — текущее значение угла поворота кривошипа

Вследствие замедления маховых масс, вызванного ростом силы на ползуне, угол «( и его производные оказывают влияние на текущий угол поворота и угловую скорость кривошипа, поэтому, с учетом скольжения электродвигателя,

«»оМ«,)

а=а0 —

I П

Ч - со

(7)

С учетом вышеизложенного процессы в прессе с гидродемпфером описываются системой двенадцати дифференциальных уравнений первого порядка, включающей уравнения движения ползуна, станины, поршня аккумулятора, кривошипного вала, электропривода, уравнения изменения давления рабочей жидкости в цилиндрах гидродемпфера и аккумулятора и уравнения связи скоростей и перемещений

Ц = + к2 + кт р) С^Оь-рР,

т2-—±- = с2х2-¡и2У2-Рх +в2, ш

Щ^-=Сз(хО+хз) + (К1+кТА Ра) + Рара>

ас

вша+—2а ]+тк зщп(х1 -х2)

г ^<1 _ г. п

¡^та + j + т1^ 51^х1-х2)

ск(а \~а2)

I П

г 7

ф

«Й

Фа Л

=Д ■ = п.

ск

Л

2-=v2..

аЬ Л

(1а, с!3,1

(8)

)

где /л() <5, - масса и сила тяжести ползуна с частью шатуна, т2, С2 — масса и сила тяжести верхней части станины с приводом, кривошипным валом и частью шатуна, т3, - масса и сила тяжести поршня аккумулятора, тл, - масса и сила тяжести поршня и штока гидродемпфера, Ра — сила сопротивления деформации вырубаемого материала, - сила упругости, действующая на ползун со стороны шатуна; - сила трения в рабочих частях штампа и направляющих ползуна, знак которой определяется перемещением ползуна, р2 - коэффициент вязкого сопротивления, учитывающий демпфирование колебаний станины, Я2 - сила трения в уплотнениях гидродемпфера при отсутствии давления, кт - коэффициент пропорциональности между силой трения и дав-

лением в рабочей полости гидродемпфера, р - давление жидкости в полости гидродемпфера, F - площадь поршня гидродемпфера, с3 - коэффициент жесткости пружины аккумулятора; Д3 - сила трения в уплотнениях аккумулятора при отсутствии давления, кТА - коэффициент пропорциональности между силой трения и давлением в рабочей полости аккумулятора, ра - давление жидкости в аккумуляторе, Ра - площадь поршня аккумулятора, /?ь /?2 — коэффициенты жесткости гидромагистралей гидродемпфера и аккумулятора, соответственно, <7 - расход жидкости через дроссель, ц - коэффициент расхода,/- площадь отверстия дросселя, р- плотность жидкости, - момент инерции кривошипного вала, тк - приведенное плечо крутящего момента кривошипно-ползунного механизма, С], с2 - коэффициенты жесткости упругих связей «ползун — верхняя часть станины» и «верхняя часть станины - стол пресса», соответственно, ск - коэффициент крутильной жесткости кривошипного вала, х1, х2, V2 -перемещения и скорости масс тх и т2 от положения равновесия, вызванные деформациями упругих связей С] и с2, соответственно, х3,у3 - перемещение и скорость поршня аккумулятора, х() — предварительная деформация пружины, й>[, аг, ю2 - углы поворота и угловые скорости кривошипа и маховика привода, соответственно, вызванные упругой деформацией кривошипного вала, /- время движения частей пресса, V — скорость ползуна

Из-за наличия зазоров в исполнительном механизме характеристика жесткости упругой связи «ползун - верхняя часть станины» кусочно-линейная и состоит из трех участков Зазоры в сопряжениях при работе пресса постоянно выбраны уравновешивателем в направлении действия технологической силы, вследствие чего характеристика жесткости связи сх смещена относительно оси ординат на величину суммарного зазора гс (рисунок 3)

Рд.Мк

1 - «ползун - верхняя часть станины», 2 - «верхняя часть станины - стол пресса», 3 - «кривошип - маховик»

Рисунок 3 - Характеристики жесткости упругих связей

Условия перехода от одного участка характеристики к другому записываются следующим образом при л^ - х2 й 0, с, = с1с, при — гс <х1-х2 < 0, С] = 0, при хх —х2 <-гс, С] = с]р.

При этом коэффициент жесткости исполнительного механизма при сжатии с1с отличается от коэффициента жесткости при растяжении сХр, причем

С\с>е\р-

Таким образом, решение системы уравнений (8) проводилось по участкам, в пределах которых коэффициент жесткости сх имеет постоянное значение Учитывая участок нарастания технологической нагрузки на ползуне, получим четыре расчетных участка

Участок 1 (5 - (х, + х2))<Ьк

Нарастание технологической силы на ползуне

При этом сх = си; сила упругости, действующая на ползун со стороны шатуна Р1 =с1(х1 - х2), сила сопротивления деформации Р11 определялась по формуле (1)

Участок2 х1~х2>0, Ик <(Я-(х1+х2))<Ьт

Разгрузка исполнительного механизма до начала пересопряжения зазоров При этом с, = с1с, сила упругости, действующая на ползун со стороны шатуна Р1 = С](лГ[ -х2), сила сопротивления деформации Ра определялась по формуле (3)

Участок3 -гс<х1-х2<0, (Б ~(х1+х2))> Пересопряжение зазора в исполнительном механизме При этом- сх = 0, сила упругости, действующая на ползун со стороны шатуна Р1 = 0, сила сопротивления деформации Ра = Р0. Участок4 хх-х2<-1с, (5 — + х2))>Ьт

Восстановление силового контакта в динамической системе и нагружение исполнительного механизма растягивающей силой

При этом С[ = с, р, сила упругости, действующая на ползун со стороны

шатуна, уменьшается за счет того, что деформации хх и х2 во время пересопряжения зазора гс переходят в зазор Рх - с^Х] ~х2 ~гс), сила сопротивления деформации Рс! = Р0

Для решения системы уравнений (8) предварительно были определены параметры, входящие в уравнения, рассчитаны постоянные коэффициенты, определены начальные условия.

В качестве исходных параметров при расчете математической модели принимались параметры пресса К 2324, свойства вырубаемого материала -Сталь 65Г ГОСТ 1542-71, свойства рабочей жидкости - масло индустриальное И-20А и параметры спроектированной демпфирующей системы

Решение системы уравнений выполнялось численным интегрированием на ПЭВМ с помощью пакета МаШСАО, имеющего встроенную функцию г)фхеС1 для нахождения неизвестных параметров системы методом Рунге-Кутга

В результате решения математической модели построена зависимость силы на шатуне Р^ от времени при выполнении разделительных операций на кривошипном прессе без гидродемпфера и с гидродемпфером (рисунок 4)

Р<1, кН

Р<1, кН

200

0 0 02 0 04 0 06 0 08 Т, с а

О 002 004 006 008 Т,с б

а - без гидродемпфера, б— с гидродемпфером Рисунок 4 — Зависимость силы на шатуне Ра от времени

Из графиков видно, что при вырубке с силой 218 кН растягивающая сила Рр, возникающая после скола заготовки, без гидродемпфера равняется 67,8 кН,

что составляет 31,1 % от силы вырубки, а с гидродемпфером - 26,4 кН, что составляет 12,1 % от силы вырубки Следовательно, применение разработанного гидродемпфера снизило растягивающую силу на шатуне в 2,57 раза

Для исследования процессов в прессе, происходящих после скола заготовки, был введен коэффициент динамичности при разгрузке пресса ка, характеризующий степень проявления динамических нагрузок в исполнительном механизме

рр

(9)

Величина кл определяется параметрами динамической системы пресса Чем больше значение коэффициента кл, тем ниже динамические качества исполнительного механизма пресса при его разгрузке

Коэффициент динамичности и динамические качества исполнительного механизма пресса при его разгрузке непосредственно влияют на коэффициент загрузки оборудования по силе, который определяется следующим образом

Следовательно, чем больше значение коэффициента динамичности, тем меньше коэффициент загрузки оборудования по силе Поэтому надо стремиться к снижению коэффициента динамичности пресса

Было рассмотрено влияние гидродемпфера на динамичность пресса Для этого построены графики зависимости растягивающей силы на шатуне от силы вырубки и коэффициента загрузки оборудования по силе без гидродемпфера и с гидродемпфером (рисунок 5)

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

X,

У

у

50

100

150

200

250 РА кН

-1—кзаг

0,2 0,4 0,6 Сила вырубки, кН

1,0

1 - без гидродемпфера, 2-е гидродемпфером

Рисунок 5 - Зависимость растягивающей силы на шатуне от силы вырубки и коэффициента загрузки оборудования по силе

Анализируя данные графики, можно отметить, что при вырубке без гидродемпфера с силой 154 кН растягивающая сила достигает допускаемого значения для материала шпилек крепления крышки шатуна к шатуну (сталь 45) В тоже время с гидродемпфером возможно осуществлять вырубку с полной номинальной силой без возникновения при этом опасных динамических нагрузок Следовательно, можно сделать вывод, что применение гидродемпфера позволяет снизить коэффициент динамичности пресса и повысить коэффициент загрузки оборудования по силе до значений, близких к единице

В ходе исследования влияния основных параметров гидродемпфера, таких как, диаметр отверстия дроссельной шайбы, начальное давление рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера, диаметр поршня и объем рабочей жидкости в гидродемпфере на процессы в прессе при вырубке, построен график зависимости растягивающей силы на шатуне от данных параметров (рисунок 6)

р..

кН 60

2 4 6 8 10 12 14 с1*10Е-3, м

0,84 1,05 1,26 1,47 1,68 1,89 2,10 р*10Е5,Па

0,1 0,125 . . 4 1 0,15 0,175 1 - - й.м

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 У*10Е-4,м>

1 - диаметр отверстия дроссельной шайбы с1,2- начальное давление рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера ра, 3 - диаметр поршня Д 4 - объем рабочей жидкости в гидродемпфере V

Рисунок 6 — График исследования влияния параметров гидродемпфера на растягивающую силу на шатуне Р

Из графика видно, что наибольшее влияние на растягивающую силу оказывает изменение диаметра отверстия дроссельной шайбы. Следующим по значимости параметром является начальное давление рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера.

В третьем разделе представлена методика и результаты экспериментальных исследований процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при выполнении разделительных операций Экспериментальные исследования проводились с целью подтверждения работоспособности разработанной конструкции гидродемпфера и проверки адекватности результатов решения математической модели результатам экспериментальных исследований Для проведения экспериментальных исследований была разработана экспериментальная установка, состоящая из демпфирующей системы и экспериментального штампа Экспериментальные исследования проводились на кривошипном прессе модели К 2324 силой 250 кН с установленной на нем демпфирующей системой Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 7.

1 - экспериментальный штамп; 2 - аккумулятор; 3 - гидродемпфер; 4 - обратный клапан;

5 - трубопровод; 6 - информационно-измерительная система

Рисунок 7 - Общий вид экспериментальной установки

Демпфирующая система состоит из гидродемпфера 3, аккумулятора 2 и обратного клапана 4, соединенных трубопроводом 5. Для нагружения пресса с силой, близкой к номинальной, разработан экспериментальный штамп для вырубки круглого отверстия в листовом материале.

В ходе проведения экспериментальных исследований регистрировалось изменение во времени следующих величин:

- перемещения ползуна;

- давления рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера;

- силы на шатуне;

- силы вырубки.

Запись измерительной информации производилась известными методами при помощи тензометрических приборов и устройств.

Для автоматического сбора и обработки опытных данных со всех датчиков разработана информационно-измерительная система (ИИС) на базе программно-аппаратного комплекса фирмы «National Instruments» (N1), представленная на рисунке 8.

Инструментом для автоматического сбора и обработки экспериментальных данных являлось программное обеспечение, разработанное в среде визуального программирования LabView. Программное обеспечение ИИС позволяло собирать и записывать в файл данные исследований с учетом тарировочных графиков.

Персональный компьютер

Датчик Датчик измерения Датчик деформа- Датчик

перемещения сипы вырубки ции шатуна давления

Блок питания

Рисунок 8 - Схема информационно-измерительной системы

В ходе проведения экспериментов сначала проводилась серия экспериментальных исследований процессов в прессе без гидродемпфера, а потом - с гидродемпфером. При этом осуществлялась вырубка деталей из материалов с различной силой сопротивления деформации и разной толщины, а результаты замеров с помощью ИИС регистрировались и записывались в файл. При этом использовались общепринятые методы планирования эксперимента и статистической обработки результатов. По результатам проведенных измерений построен график зависимости растягивающей силы на шатуне от силы вырубки (рисунок 9). Анализируя данный график, можно отметить, что экспериментальные данные качественно и количественно подтверждают теоретические. Наибольшая погрешность в 17 % наблюдается при вырубке более толстой заготовки (толщиной 4 мм), и это можно объяснить тем, что с увеличением толщины заготовки растягивающая сила снижается. Следовательно, можно сделать вывод, что разработанная демпфирующая система дает возможность использовать кривошипные прессы для выполнения разделительных операций с силой, близкой к номинальной.

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Х-

/ ✓ о

/

у

/ У

/ -"о и

50 100 150 200 Сила вырубки, кН

250

1 - без гидродемпфера, 2-е гидродемпфером - расчетные данные, ооооо - экспериментальные данные

Рисунок 9 - Зависимость растягивающей силы на шатуне от силы вырубки

Далее проводилось исследование влияния основных параметров гидродемпфера, таких как, диаметра отверстия дроссельной шайбы й, начального давления рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера ра и объема рабочей жидкости в гидродемпфере V на величину растягивающей силы на шатуне Рр

Исследование проводилось следующим образом принимались два параметра базовыми и, изменяя третий параметр в выбранном диапазоне его значений, определялось влияние данного параметра на растягивающую силу на шатуне В качестве базовых были приняты те же значения параметров гидродемпфера и вырубаемого материала, что и при теоретических исследованиях По полученным значениям построены графики зависимости растягивающей силы на шатуне от параметров гидродемпфера (рисунок 10) Для сравнения экспериментальных данных с теоретическими на тех же графиках были построены и теоретические кривые

Расхождения в результатах экспериментов и теоретических исследований не превышают 12 % и связаны с влиянием упругой деформации стенок гидродемпфера и трубопровода, утечек рабочей жидкости, а также погрешностями изготовления и сборки узлов экспериментальной установки В целом, в результате анализа полученных экспериментальных данных было получено качественное и количественное подтверждение результатов теоретических исследований

10 12 14 dvoe-з.м

1 89 2 10 Р.Ч0Е5 Па

0 84 105 1,26 147 1 б

_- расчетные данные, ооооо - экспериментальные данные

25 30 35 4,0 45 50 55 v40e-4 V в

Рисунок 10 - Графики зависимости растягивающей силы Рр от основных параметров гидродемпфера, а — диаметра отверстия дроссельной шайбы <1, б - начального давления рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера ра, в - объема рабочей жидкости в гидродемпфере V

В четвертом разделе в результате проведенного корреляционного анализа было установлено, что к параметрам, оказывающим наибольшее влияние на динамические характеристики пресса, относятся диаметр отверстия дроссельной шайбы и начальное давление рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера В результате оптимизации этих параметров построено уравнение регрессии зависимости растягивающей силы на шатуне от данных параметров

На основе выполненных исследований была разработана методика расчета оптимальных параметров гидродемпфера, позволяющая использовать кривошипные прессы при выполнении разделительных операций с силой, близкой к номинальной, без возникновения при этом опасных динамических нагрузок

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В представленной диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача по моделированию и расчету параметров гидродемпфера кривошипного листоштамповочного пресса

В процессе теоретических и экспериментальных исследований были получены следующие основные результаты и сформулированы выводы

1 На основе проведенного анализа научно-технической литературы установлено, что наиболее целесообразным способом снижения динамических нагрузок в кривошипных прессах при выполнении разделительных операций является применение демпфирующих устройств

2 Разработаны новые конструкции демпфирующих устройств, представляющие собой пневмогидравлический уравновешиватель ползуна пресса и гидравлический демпфер, на которые получены патенты на изобретение Российской Федерации № 2219060 и № 2252143, соответственно

3 Разработана математическая модель процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при выполнении разделительных операций в виде системы дифференциальных уравнений, связывающих силовые и кинематические параметры пресса с конструктивными элементами гидродемпфера

4 Проведены теоретические исследования процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при выполнении разделительных операций, показавшие, что применение гидродемпфера дает возможность осуществлять разделительные операции с силой, близкой к номинальной, без возникновения при этом опасных динамических нагрузок

5 Установлено, что из основных параметров гидродемпфера наибольшее влияние на растягивающую силу на шатуне оказывает изменение диаметра отверстия дроссельной шайбы Следующим по значимости параметром является начальное давление рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера

6 Разработана экспериментальная установка и проведен комплекс экспериментальных исследований, подтвердивший работоспособность разработанной конструкции гидродемпфера на кривошипном прессе при выполнении разделительных операций

7 Проведенный сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показал их удовлетворительное качественное и количественное согласование Расхождение результатов не превышает 12 %

8 На основе выполненных исследований, с учетом уравнения регрессии зависимости растягивающей силы на шатуне от диаметра отверстия дроссельной шайбы и начального давления рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера, разработана методика расчета оптимальных параметров гидродемпфера, позволяющих использовать кривошипные прессы при выполнении разделительных операций с силой, близкой к номинальной.

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях

В рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК России:

1 Злобин, CH. Разработка математической модели процессов в кривошипном прессе при разделительных операциях / H В Петров, С H Злобин // Известия ТулГУ Серия Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением -2003 -Вып 1 -С. 172-176

2 Злобин, С H Гидродемпфер кривошипного пресса / С H Злобин // Известия ТулГУ Серия Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением Вып 2. - Тула-ТулГУ, 2005 -С. 259-261.

3 Злобин, С H Математическая модель процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером / H В Петров, С H Злобин // Заготовительные производства в машиностроении - M Машиностроение, 2007 — № 9 - С 29-32

Другие публикации:

4 Пат 2219060 Российская Федерация МПК7, В 30 В 15/28 Устройство для уравновешивания ползуна пресса / Петров H В , Злобин С H, заявитель и патентообладатель Орловский гос техн ун-т - №2002115185/02, заявл 06 06 2002, опубл 20 12 2003 Бюл № 35.

5 Пат 2252143 Российская Федерация МПК7, В 30 В 15/28 Демпфирующее устройство к прессу / Злобин С H, заявитель и патентообладатель Орловский гос техн ун-т - №2004103650/02, заявл 09 02 2004, опубл 20 05 2005, Бюл № 14

6 Злобин, С H Снижение динамических нагрузок в кривошипном прессе при разделительных операциях / H В Петров, С H Злобин // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век- материалы II межд науч.-практ интернет-конф (март-май 2004 г.) - Орел: ОрелГТУ, Орел Издательский дом «Орлик», 2004 -С 201-203

7 Злобин, С.Н Пневмогидравлический уравновешиватель кривошипного пресса / H В Петров, С H Злобин // Динамша наукових досшджень 2004 материалы III мевд науч -практ конф (21-30 июня 2004 г, Днепропетровск). - Том 60 Технические науки - Днепропетровск, 2004 — С 57-61

8 Злобин, С H Математическая модель процессов в кривошипном прессе с пневмогидравлическим уравновешивателем / H В Петров, С H Злобин // Известия ОрелГТУ Серия Машиностроение и приборостроение - Орел ОрелГТУ, 2004 -С 44-46

9 Злобин, С.Н Снижение энергозатрат при эксплуатации кривошипного пресса /АН Качанов, С Н. Злобин // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век материалы III межд науч -практ интернет-конф (март-май 2005 г ) - Орел ОрелГТУ, Орел Издательский дом «Орлик», 2005 - С. 194-196

10 Разработка устройств защиты кривошипных прессов от перегрузки отчет о НИР (заключит ) / ГОУ ВПО «Орловский государственый технический университет», рук Петров Н.В - Орел, 2005 — 95 с. — Исполн Злобин С H, Леонова H В - Библиогр • 46-48. -№ГР 0120 0 504929.

11 Злобин, С H Снижение динамических нагрузок в кривошипных прессах состояние вопроса и перспективы развития / С.Н Злобин // Актуальные

проблемы динамики и прочности материалов и конструкций модели, методы, решения материалы межд науч -техн конф (1-3 июня 2007 г, Самара) -Орел- ОрелГТУ, 2007 -С 143-145

12 Злобин, С Н Разработка методики расчета основных параметров гидродемпфера кривошипного пресса / С Н Злобин // Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций модели, методы, решения материалы межд науч-техн конф (1-3 июня 2007 г, Самара) - Орел ОрелГТУ, 2007 -С 141-143

13 Злобин, С Н Экспериментальная установка для исследования процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером / Н В Петров, С Н Злобин // Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций модели, методы, решения материалы межд науч-техн конф (1-3 июня 2007 г, Самара) -Орел ОрелГТУ, 2007 -С 194-196

Подписано к печати 19 05 2008 г Формат 60x84 1/16 Печать офсетная Объем 1 0 уел п л Тираж 100 экз Заказ № 1426

Отпечатано с готового оригинал-макета на полиграфической базе Орловского государственного технического университета 302020, г Орел, Наугорское шоссе, 29

Введение.

1 Состояние вопроса; Цель и задачи.исследования.

1.1 Анализ существующих способов снижения динамических нагрузок в кривошипных прессах,.

1.2 Обзор теоретических исследований динамики кривошипных прессов при разделительных операциях.

1.3 Выводы. Цель и задачи исследования.

2 Теоретические исследования процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при разделительных операциях.^;;л;;.лл-.у.;;;.-.-.-.-.

2.1 Разработка конструкций демпфирующих устройств кривошипных прессов.

2.1.1 Разработка конструкции пневматического уравновешивателя с гидродемпф ером.

2.1.2 Разработка конструкции гидродемпфера.

2.2 Разработка математической модели процессов в кривошипном, прессе без гидродемпфера.•.:.

2.3 Разработка математической модели процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером.л.;.::.

2.4 Исследование влияния основных параметров гидродемпфера на процессы в прессе.

Выводы по разделу.;.

3 Экспериментальные исследования гидродемпфера кривошипного пресса.!.;.

3.1 Цели исследования.

3.2 Объект исследования.

3.3 Измерительные устройства и аппаратура.

3.4 Методика проведения экспериментальных исследований.

3.4.1 Исследование процессов в кривошипном прессе при разделительных операциях без гидродемпфера.

3.4.2 Исследование процессов в кривошипном прессе при разделительных операциях с гидродемпфером.

3.5 Результаты экспериментальных исследований.

3.5.1 Исследование влияния силы вырубки на величину растягивающей силы на шатуне.

3.5.2 Исследование влияния параметров гидродемпфера на величину растягивающей силы на шатуне.

Выводы по разделу.

4 Расчет параметров гидродемпфера кривошипного пресса .-.:.

4.1 Оптимизация параметров гидродемпфера.;.

4.2 Методика определения параметров гидродемпфера кривошипного пресса.

Выводы по разделу.

Одним из наиболее распространенных видов кузнечно-прессового оборудования, отличающегося универсальностью, экономичностью, относительной простотой конструкции и обслуживания, являются кривошипные прессы. На кривошипных прессах выполняются формоизменяющие и разделительные операции листовой и объемной штамповки. Однако выполнение разделительных операций на кривошипных прессах сопровождается динамическими нагрузками, вызванными упругой разгрузкой деталей пресса после скола заготовки, величина которых в ряде случаев превышает технологические силы, что приводит к разрушению деталей пресса и ухудшает качество получаемых изделий.

Поэтому на производстве при эксплуатации на разделительных опера- циях кривошипных прессы загружаются по силе, значительно меньшей номинальной. Такая недогрузка оборудования по силе приводит к излишним затратам и увеличивает стоимость эксплуатации кривошипных прессов, и следовательно, себестоимость получаемых изделий.

Динамические нагрузки могут быть снижены за счет технологических факторов, конструктивных изменений прессов (т.е. создание специализированных прессов для разделительных операций с измененными кинематическими и жесткостными характеристиками) и применения специальных демпфирующих устройств.

Несмотря на определенные достоинства предложенных путей решения задачи, каждый из них имеет серьезные недостатки, препятствующие их практическому осуществлению. Так, возможности использования технологических факторов снижения динамических нагрузок ограничены. Применение специализированных прессов не решает проблемы снижения динамических нагрузок для очень большого числа универсальных прессов, находящихся в настоящее время в эксплуатации. Поэтому наиболее целесообразным направлением снижения динамических нагрузок является применение устройств, демпфирующих колебания динамической системы пресса, возникающие при ее разгрузке. В качестве демпфирующих устройств могут использоваться механические амортизаторы динамических нагрузок, пневматические и гидравлические демпферы. Наиболее универсальными, надежными и легко перенастраиваемыми являются гидравлические демпфирующие устройства, позволяющие с помощью датчиков давления постоянно отслеживать состояние гидродемпфера, а также проводить диагностику неисправностей в самом исполнительном механизме (контроль величины зазора, силы инерции и т.д.).

Однако возможность практического применения гидравлических демпфирующих устройств ограничена из-за недостаточной теоретической изученности этого вопроса и отсутствия простых и надежных конструкций демпфирующих устройств.

Поэтому моделирование и расчет параметров гидродемпфера кривошипного листоштамповочного пресса является актуальной темой исследования.

Вопросам исследования процессов, происходящих в кривошипных прессах, а также путей снижения динамических нагрузок посвящены труды известных отечественных ученых, которые и послужили основой для выполнения данной работы: А.И. Зимина, А.Ф. Нистратова, В.П. Романовского, Г.А. Навроцкого, E.H. Ланского, В.И. Власова, Л.И. Живова, А.Г. Овчинникова, Г.Г. Позняка, А.Ф. Бичевого, Г.М. Родова, В.А. Иванова, Н.П. Каткова, В.Г. Крешнянского и др.

Работа выполнялась в рамках ведомственной научной программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы» раздел «Развитие научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников, аспирантов и студентов» (2005 г.)

Объект исследования - гидродемпфер кривошипного пресса.

Предметом исследования являются процессы, происходящие в кривошипном прессе с гидродемпфером при выполнении разделительных операций.

Целью работы является повышение эффективности работы кривошипных листоштамповочных прессов при выполнении разделительных операций за счет снижения динамических нагрузок.

Для достижения сформулированной цели были поставлены следующие задачи: провести анализ существующих способов снижения динамических нагрузок в кривошипных прессах и обзор теоретических исследований процессов в кривошипных прессах при выполнении разделительных операций; разработать новую конструкцию гидродемпфера кривошипного пресса; разработать математическую модель и исследовать влияние основных параметров гидродемпфера на динамические нагрузки, возникающие в кривошипном прессе при выполнении разделительных операций; разработать экспериментальную оснастку и провести экспериментальные исследования процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при разделительных операциях; разраб.отать методику расчета оптимальных параметров гидродемпфера, позволяющих использовать кривошипные прессы при выполнении разделительных операций с силой, близкой к номинальной.

Методы исследования сочетают математическое моделирование и проведение экспериментов. Математическое моделирование процессов в кривошипном прессе осуществлялось решением систем дифференциальных уравнений движения первого порядка методом Рунге-Кутта путем численного интегрирования в среде MathCAD Professional.

Экспериментальные исследования проводились на разработанной экспериментальной установке с использованием современной измерительной аппаратуры, включающей автоматизированную систему сбора и обработки данных в среде визуального программирования Lab View. При этом использовались общепринятые методы планирования эксперимента и статистической обработки результатов.

Научная новизна работы: разработана математическая модель, позволяющая исследовать влияние основных параметров гидродемпфера на динамические нагрузки, возникающие в кривошипном прессе при выполнении разделительных операций; установлены теоретические зависимости растягивающей силы на шатуне в процессе его разгрузки от основных параметров гидродемпфера, согласующиеся с экспериментальными данными; разработана методика расчета оптимальных параметров гидродемпфера, позволяющих использовать кривошипные прессы при выполнении разделительных операций с силой, близкой к номинальной, без возникновения при этом опасных динамических нагрузок.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов; подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.

Теоретическая значимость и практическая ценность полученных результатов.

Разработанная математическая модель процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером имеет существенное значение при создании научных принципов проектирования гидравлических демпфирующих устройств и оптимизации их конструкций.

Разработанные новые конструкции демпфирующих устройств и методика расчета оптимальных параметров представляют практическую ценность, так как позволяют снизить динамические нагрузки в кривошипных прессах при выполнении разделительных операций, что дает возможность использовать их с силой, близкой к номинальной.

На защиту выносятся:

- новые конструкции демпфирующих устройств кривошипного пресса;

- математическая модель, описывающая процессы, происходящие в кривошипном прессе с гидродемпфером при разделительных операциях;

- результаты экспериментальных исследований процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при разделительных операциях;

- методика расчета оптимальных параметров гидродемпфера.

Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в ОрелГТУ на кафедре «Автоматизированные процессы и машины бесстружковой обработки материалов» при изучении дисциплин «Кузнечно-штамповочное оборудование» и «Производственное оборудование и его эксплуатация» в процессе подготовки специалистов по обработке металлов давлением.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на II международной научно-практической интернет-конференции «Энерго- и ресурсосберелсение - XXI век» (март-май 2004 г, Орел.); на III международной научно-практической конференции «Динамжа наукових дослщжень 2004» (21-30 июня 2004 г., Днепропетровск); на III международной научно-практической интернет-конференции «Энерго- и ресурсосбережение -XXI век» (март-май 2005 г, Орел); на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения» (1-3 июня 2007 г., Самара); на 34-ой -41 -ой научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов ОрелГТУ «Неделя науки» (2001-2008 гг., Орел).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных трудов общим объемом 8,47 п.л., включая 10 статей в научных изданиях, 2 патента Российской Федерации на изобретение и научно-технический отчет, при этом доля автора составляет 3,64 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 103 наименований, четырех приложений и содержит 113 страниц основного текста, 29 рисунков и 9 таблиц.

Основные результаты и выводы

В представленной диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача по моделированию и расчету параметров гидродемпфера кривошипного листоштамповочного пресса.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований были получены следующие основные результаты и сформулированы выводы.

1 На основе проведенного анализа научно-технической литературы установлено, что наиболее целесообразным способом снижения динамических нагрузок в кривошипных прессах при выполнении разделительных операций является применение демпфирующих устройств.

2 Разработаны новые конструкции демпфирующих устройств, представляющие собой пневмогидравлический уравновешиватель ползуна пресса и гидравлический демпфер, на которые получены патенты на изобретение Российской Федерации № 2219060 и № 2252143, соответственно.

3 Разработана математическая модель процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при выполнении разделительных операций в виде системы дифференциальных уравнений, связывающих силовые и кинематические параметры пресса с конструктивными элементами гидродемпфера.

4 Проведены теоретические исследования процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером при выполнении разделительных операций, показавшие, что применение гидродемпфера дает возможность осуществлять разделительные операции с силой, близкой к номинальной, без возникновения при этом опасных динамических нагрузок.

5 Установлено, что из основных параметров гидродемпфера наибольшее влияние на растягивающую силу на шатуне оказывает изменение диаметра отверстия дроссельной шайбы. Следующим по значимости параметром является начальное давление рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера.

6 Разработана экспериментальная установка и проведен комплекс экспериментальных исследований, подтвердивший работоспособность разработанной конструкции гидродемпфера на кривошипном прессе при выполнении разделительных операций.

7 Проведенный сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показал их удовлетворительное качественное и количественное согласование. Расхождение результатов не превышает 12 %.

8 На основе выполненных исследований, с учетом уравнения регрессии зависимости растягивающей силы на шатуне от диаметра отверстия дроссельной шайбы и начального давления рабочей жидкости в цилиндре гидродемпфера, разработана методика расчета оптимальных параметров гидродемпфера, позволяющих использовать кривошипные прессы при выполнении разделительных операций с силой, близкой к номинальной.

1. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе Lab VIEW 7 / П.А. Бу-тырин и др.; под ред. П.А. Бутырина. М.: ДМК Пресс, 2005. - 264 е.: ил. -ISBN 5-94074-084-7.

2. Амосов, A.A. Вычислительные методы для инженеров: учеб. пособие / A.A. Амосов, Ю.А. Дубинский, Н.В. Копченова. М.: Высш. шк., 1994. — 544 с.

3. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 1 / В.И. Анурьев. — 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1979. -728 с.

4. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 3 / В.И. Анурьев. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. -557 с.

5. Артоболевский, И.И. Динамика машинных агрегатов на предельных режимах движения / И.И. Артоболевский, B.C. Лощинин. М.: Наука, 1977. -326 с.

6. Артюховская, Т.Ю. Разработка математической модели кривошипной головки шатуна пресса для разделительных операций / Т.Ю. Артюховская, E.H. Складчиков // Кузнечно-штамповочное производство. — 2000. — №11.-С. 35-37.

7. Башта, Т.М. Машиностроительная гидравлика: справ, пособие / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1971. - 672 с.

8. Бридли, К. Измерительные преобразователи: справ, пособие: пер. с англ. / К. Бридли. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 144 с.

9. Вибрации в технике: справочник. В 6-ти т. Т. 5. Измерения и испытания / Под ред. М.Д. Генкина. -М.: Машиностроение, 1981. 496 с.

10. Власов, В.И. Выбор основных параметров пневматических уравно-вешивателей кривошипных прессов / В.И. Власов, М.М. Розенблат // Кузнеч-но-штамповочное производство. 1971. — № 1. — С. 32-36.

11. Вульфсон, И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов / И.И. Вульфсон. -JI.: Машиностроение, 1976. 328 с.

12. Вульфсон, И.И. Колебания с механизмами циклового действия / И.И. Вульфсон. — JL: Машиностроение, 1990. — 309 с.

13. Вялов, H.H. Прессы с круговым исполнительным механизмом серии К 27 / H.H. Вялов // Кузнечно-штамповочное производство. 1981. - № 4. — С. 5-6.

14. Гелерман, Б.М. Исследование динамических процессов в гидравлических системах кузнечно-прессовых машин / Б.М. Гелерман // Кузнечно-штамповочное производство. 1989. - № 2. - С. 27-31.

15. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учеб. для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др.. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

16. Добринский, Н.С. Гидравлический привод прессов / Н.С. Добрин-ский. — М.: Машиностроение, 1975. — 222 с. .

17. Живов, Л.И. Рациональные резервы использования универсальных кривошипных прессов для вырубных операций / Л.И. Живов, А.Ф. Бичевой // Технология и организация производства. 1968. — № 4. С. 18-27.

18. Живов, Л.И. О динамических нагрузках на рамные основания кривошипных прессов / Л.И. Живов, А.Ф. Бичевой // Известия вузов. Машиностроение- М.: МВТУ им. Баумана, 1969. № 9.

19. Живов, Л.И. Демпфирующее устройство к гидравлическому прессу / Л.И. Живов, Г.С. Макаренко, В.И. Хабаров // Кузнечно-штамповочное производство. 1969. - № 10. - С. 32-34.

20. Живов, Л.И. Динамические перегрузки и устойчивость вырубных кривошипных прессов / Л.И. Живов // Кузнечно-штамповочное производст- . во.-1971.-№6.-С. 26-30.

21. Живов, Л.И. Кузнечно-штамповочное оборудование. Молоты. Ротационные машины. Импульсные штамповочные устройства / Л.И. Живов, А.Г. Овчинников. Киев: Вища школа, 1972. - 280 с.

22. Живов, Л.И. Применение ЭЦВМ для расчетов кузнечно-штамповочных машин / Л.И. Живов, Н.М. Клеванский. Киев: Высшая школа, 1974.-64 с.

23. Зимин, А.И. О динамическом расчете кривошипных горячештампо-вочных прессов на примере их работы холостыми ходами / А.И. Зимин // Кузнечно-штамповочное производство. 1968. - № 3. — С. 24-28.

24. Злобин, С.Н. Разработка математической модели динамики кривошипного пресса с гидродемпфером / С.Н. Злобин // Неделя науки 2001: материалы 34-й студенческой науч.-техн. конф. (23-29 апр. .2001 г., Орел). — Орел, 2002. - С. 426-429.

25. Злобин, С.Н. Гидродемпфер кривошипного пресса / С.Н. . Злобин // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Вып. 2. Тула: ТулГУ, 2005. — С. 259-261.

26. Иванов, М.Н. Детали машин: учеб. для студентов ВТУЗов / М.Н. ■ Иванов. 5-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1991. - 383 е.: ил. - ISBN 5-06001914-4.

27. Катков, Н.П. Электронная модель кривошипно-шатунного механизма с жесткими звеньями / Н.П. Катков // Известия вузов. Машиностроение.- М.: МВТУ им. Баумана, 1969. № 11. - С. 19-23.

28. Катков, Н.П. Электронная модель кривошипно-ползунного механизма с упругими звеньями / Н.П. Катков // Известия вузов. Машиностроение.- М.: МВТУ им. Баумана, 1970. № 3. - С. 21-24.

29. Катков, Н.П. Снижение инерционных сил в кривошипных прессах ; при вырубке-пробивке толстолистовой стали / Н.П. Катков, В.Г. Крешнян-ский // Кузнечно-штамповочное производство. 1973. - № 2. - С. 33-35.

30. Катков, Н.П. Экспериментальное исследование динамики крупных кривошипных прессов при вырубке толстолистовой стали / Н.П. Катков, В.Г. Крешнянский, Г.П. Гусихин, И.А. Исаев // Кузнечно-штамповочное производство. 1973. -№ 3. -С. 16-19.

31. Катков, Н.П. Динамические нагрузки в исполнительном механизме кривошипного пресса при вырубке / Н.П. Катков, В.Г. Крешнянский // Машиноведение: сб. науч. тр. — Челябинск: Челябинский политехи, ин-т им. Ленинского комсомола, 1973. -№ 125. С. 184-187.

32. Катков, Н.П. Амортизатор динамических нагрузок в исполнительном механизме вырубного кривошипного пресса / Н.П. Катков, В.Г. Крешнянский // Кузнечно-штамповочное производство. 1974. - № 1. - С. 35-37.

33. Катков, Н.П. Расчет параметров амортизатора динамических нагрузок кривошипного пресса / Н.П. Катков, В.Г. Крешнянский // Машиноведение: сб. науч. тр.- Челябинск: Челябинский политехи, ин-т им. Ленинского комсомола, 1974.-№ 142.-С. 108-110.

34. Кипнис, Я.И. Определение усилий при вырезке и пробивке / Я.И. Кипнис, Э.А. Шраер // Кузнечно-штамповочное производство. 1969. - № 9. -С. 13-17.

35. Комаров, М.С. Динамика механизмов и машин / М.С. Комаров. — М.: Машиностроение, 1969. 297 с.

36. Кошелев, О.С. Определение собственных частотных характеристикнесущих частей открытых кривошипных прессов / О.С. Кошелев // Кузнечноштамповочное производство. 1971. - № 11. - С. 23-27.

37. Крешнянский, В.Г. Расчет амортизатора ползуна кривошипного пресса / В.Г. Крешнянский, Н.П. Катков // Кузнечно-штамповочное производство. 1977. -№ 1. - С 28-30.

38. Кривошипные кузнечно-прессовые машины / Под ред. В.И. Власова. М.: Машиностроение, 1982. — 424 с: ил.

39. Кривошипные прессы для разделительных операций / В.Е. Свистунов и др.. М.: НИИМАШ, 1978. - 63 с.

40. Крук, А.Т. Разработка конструкции и-методики проектирования тяжелых кривошипных горячештамповочных прессов: автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.03.05 / А.Т. Крук. Москва, 2000. - 20 с.

41. Кузнечно-штамповочное оборудование: учеб. для машиностроительных вузов / А.Н. Банкетов и др.; под ред. А.Н. Банкетова, E.H. Ланского. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 576 с.

42. Лавренчик, В. Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов / В. Н. Лавренчик. — М.: Энергоатомиз-дат, 1986.-272 с.

43. Ланской, E.H. Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов / E.H. Ланской, А.Н. Банкетов. — М.: Машиностроение, 1966. — 380 с.

44. Ланской, E.H. Динамические процессы при разгрузке кривошипных прессов / E.H. Ланской, Г.Г. Позняк // Кузнечно-штамповочное производство. 1966. — № 11.-С. 27-31.

45. Ланской, E.H. О динамических нагрузках в элементах КЛИП при г выполнении технологических операций / E.H. Ланской, В.И. Соков, А.Т. Крук // Кузнечно-штамповочное производство. — 1983. — № 3. — С. 28-32.

46. Левитский, H.H. Колебания в механизмах: учеб. пособие для втузов / H.H. Левитский. М.: Наука, 1988. - 336 с.

47. Макаров, Г.В. Уплотнительные устройства / Г.В. Макаров. — 2-е изд., пепераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат, 1973. — 232 с.

48. Механик, В.П. Расчет электропривода кривошипных кузнечно-прессовых машин / В.П. Механик, И.В. Харизоменов // Кузнечно-штамповочное производство. 1964. - № 6. - С. 32-36.

49. Москвитин, С.А. Моделирование и расчет параметров дроссельного синхронизатора гидравлического вырубного пресса: дис. . канд. техн. наук: 05.03.05 / Сергей Александрович Москвитин. Орел, 2002. - 188 с. — Библи-огр.: С. 148-154.

50. Навроцкий,-Г.А. Динамическое исследование силового-режима автомата А 714 / Г.А. Навроцкий, В.Я. Осинных // Кузнечно-штамповочное производство. 1965. - № 3. - С. 29-33.

51. Навроцкий, K.JI. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов: учебник / K.JI. Навроцкий. М.: Машиностроение, 1991. - 384 с.

52. Немец, И. Практическое применение тензорезисторов. Пер. с чешек. / И. Немец. М.: Энергия, 1970. - 144 с.

53. Нехай, С.М. Проектирование гидроприводов прессов / С.М. Нехай.- М.: Машгиз, 1963.- 159 с.

54. Нистратов, А. Ф. Анализ и классификация случаев и поломок деталей кривошипных прессов / А.Ф. Нистратов // Кузнечно-штамповочное производство. 1964. -№ 8. - С. 31-36.

55. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1991.-304 е.: ил.-ISBN 5-283-04513-7.

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

57. Петров, Н.В. Кузнечно-штамповочное оборудование. Гидропрессы: учеб. пособие / Н.В. Петров. -М.: Машиностроение-1, Орел: ОрелГТУ, 2004.- 140 с.

58. Петров, Н.В. Математическая модель процессов; в кривошипном прессе с пневмогидравлическим уравновешивателем / Н.В: Петров, С.Н. Зло-бин // Известия ОрелГТУ. Серия. Машиностроение и приборостроение. — Орел: ОрелГТУ, 2004. С. 44-46.

59. Петров, Н.В. Математическая модель процессов в кривошипном прессе с гидродемпфером / Н.В. Петров, С.Н. Злобин // Заготовительные производства в машиностроении. — М.: Машиностроение, 2007. № 9. - С. 29-32.

60. Петров, Н.В. Компьютерное моделирование динамики гидравлических прессов с насосным безаккумуляторным приводом при разделительных.операциях / Н.В.Петров, С.А. МосквитинV/ Кузнечногштамповочное произ-водство.-1998.-№ 7.-С. 38-42. : : • . ■ ; ; -

61. Пресс однокривошипный открытый двустоечный простого действия модели К 2324. Паспорт. М.: Внешторгиздат, 1975. -57 с.

62. Прочность, устойчивость, колебания:" справочник. В 3-х т. Т. 3. / под ред. И.А. Биргера и Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. - 568 с.

63. Разработка-устройств защиты кривошипных прессов от перегрузки: • отчет о НИР (заключит.) / ГОУ ВПО «Орловский гос. техн. ун-т»; рук. Петров Н.В: — Орел, 2005. — 95 с. Исполн.: Злобин С.Н., Леонова Н.В. - Библи-огр.: 46-48. -№ ГР 0120.0 504929.

64. Ровинский, Г.Н. Листоштамповочные. механические прессы / Г.Н. Ровинский, С.Л. Злотников. М.: Машиностроение. — 1968.

65. Родов, Г.М. О динамических нагрузках в кривошипных прессах / Г.М. Родов, В.А. Иванов // Кузнечно-штамповочное производство. — 1972. — №3.-С. 28-31.

66. Розенблит, Г.Б. Датчики с проволочными преобразователями / Г.Б. - • Розенблит, П.И. Василенский, Я.И. Горелик. - М.: Машиностроение, 1966.136 с.

67. Романовский, В.П. Исследование стойкости режущих элементов универсально-сборных штампов при вырубке-пробивке / В.П. Романовский, И.Я. Мовшович, A.A. Долгов // Кузнечно-штамповочное производство. — 1969.-№7.-С. 42-45.

68. Романовский, В.П. Справочник по холодной штамповке / В.П. Романовский — 6-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.

69. Свешников, В.К. Станочные гидроприводы: справочник / В.К. Свешников. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1995. — 448 е.: ил.-ISBN 5-217-02463-1.

70. Складчиков, E.H. Моделирование динамики работы привода кривошипного пресса простого действия / E.H. Складчиков // Кузнечно-штамповочноё производство. 1985. — № 4. — С. 30-32.

71. Складчиков, E.H. Разработка методик энергетического, прочностного, динамического и точностного расчетов кривошипных прессов и автоматов: автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.03.05 / E.H. Складчиков. Москва, 1998.-32 с.

72. Справочник конструктора штампов. Листовая штамповка / под общ. ред. Л.И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988. - 496 с.

73. Спиридонов, A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / A.A. Спиридонов. — М.: Машиностроение, 1981.- 184 с.

74. Суранов, А.Я. Lab VIEW 7: справочник по функциям / А.Я. Суранов.- М.: ДМК Пресс, 2005. 512 с. - ISBN 5-94074-207-6.- 87 Тензометрия-в машиностроении: справ, пособие / под ред.-Р.А-. Ма- -карова. -М.: Машиностроение, 1975. -288 с.

75. Тимошенко, С.П. Колебания в инженерном деле / С.П. Тимошенко, Д.Г. Янг, У. Уивер; пер. с англ. Л.Г. Корнейчука; под ред. Э.И. Григолюка. — М.: Машиностроение, 1985. 472 с.

76. Тревис, Д. Lab View для всех / Д. Тревис. М.: ДМК Пресс, 2004.544 с.

77. Турчак, Л.И. Основы численных методов: учеб. пособие / Л.И. Тур-чак. М.: Наука, 1987. - 320 с.

78. Хупфер, П. Динамические нагрузки в кривошипных прессах / П. Хупфер // Кузнечно-штамповочное производство. 1988. - № 2. - С. 28-31.

79. Чиченев, H.A. Методы исследования процессов обработки металлов давлением / H.A. Чиченев и др.. М.: Металлургия, 1977. - 312 с.

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

81. Чупраков, Ю.И. Гидравлические системы защиты человека- , оператора от общей вибрации / Ю.И. Чупраков. — М.: Мйшиностроение, 1987.- 224 с.

82. Электрооборудование кузнечно-прессовых машин: справочник / В.Е. Стоколов и др.. — 2-е изд., прераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1981.- 304 е., ил.

83. MATHCAD 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. Изд. 2-е - М.: Информационно-издательский дом «Филин», 1997.-712 с.

84. A.c. 501898 СССР, МКИ2 В 30 В 15/28. Устройство для уравновешивания ползуна пресса / И.Д. Сомов, В.М. Старых. № 2002793/25-27; заявл. 11.03.74; опубл. 05.02.76, Бюл. № 5.

85. Пат. 2219060 Российская Федерация, МПК7 В 30 В 15/28. Устройство для уравновешивания ползуна пресса / Петров Н.В., Злобин С.Н.; заявитель и патентообладатель Орловский гос. техн. ун-т — № 2002115185/02; заявл. 06.06.2002; опубл. 20.12.2003, Бюл. № 35.

86. Пат. 2252143 Российская Федерация, МПК7 В 30 В 15/28. Демпфирующее устройство к прессу / Злобин С.Н.; заявитель и патентообладатель Орловский гос. техн. ун-т № 2004103650/02; заявл. 09.02.2004; опубл. 20.05.2005, Бюл. № 14.

87. ООО «H11L1 Белый мост»: промышленная гидравлика и пневматика Электронный ресурс. / Электрон, дан. Доступ http://www.belmost.ru, . свободный. - Загл. с экрана. — Яз. рус.

88. National Instruments Электронный ресурс. / Электрон, дан. Доступ http://www.ni.com, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.