автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка методов инженерного расчета и конструирования специализированных винтовых прессов для штамповки с уменьшенными припусками лопаток газотурбинных двигателей

Б ОД.

дпр да

На правах рукописи

Морогов Владимир Михайлович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВИНТОВЫХ ПРЕССОВ ДЛЯ ШТАМПОВКИ С УМЕНЬШЕННЫМИ ПРИПУСКАМИ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.03. 05 - Процессы и машины обработки

давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в -акционерном обществе открытого типа научно-производственном объединении., Поволжский авиационный технологический институт

АООТ НПО АВИТИ Научный консультант -доктор технических наук, профессор, член-корреспондент академии естественных наук Ю. А. Бочаров

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Н. с. Добринский

доктор технических наук, профессор Л И. Живое

доктор технических наук, профессор Ю. А. Миропольский

Ведущее предприятие: Самарское акционерное обшэство открытого типа "Моторостроитель"

Заидата диссертации состоится " " & _^ддд г>

и ЭО

в /у час, на заседании диссертационного совета

Д053.15.05 при Московском государственном техническом университете имени Н. Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-ая Бауманская, д. 5.

Ваш отвыв на автореферат в 1-ом экземпляре, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Автореферат разослан " _ " _ & 3 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд.. техн. наук, доцент

а И. Семенов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ ы. Проблема предупреждения усталостных разрушений деталей машин весьма актуальна для всех отраслей машиностроения, особенно в авиации при производство двигателей летательных аппаратов. Большинство отказов газотурбинных двигателей (ГТД) на этапах доводки ' и эксплуатации связаны с проблемами прочности деталей и узлов, вызванные усталости«:; дефектами.

По частоте появления усталостных дефектов в основных деталях двигателя их можно раополомть в следуктл;<й ряд: рабочие лопатки компрессора,' рабочие лопатки турбины, диски компрессора и т.д.

В деталях ГТД до 17% составляют технологические дефекты, вызванные несовершенством процесса штамповки: Максимальное сопротивление усталости деталей, 'Включая и лопатки ГТД, мокет гЛ'-гь обеспечено совершенствованием технологического пропс-оса проигглгсг.та лопаток, включая процесс штамповки, позволг^-яД реаюг-с?г-.ть прочностные свойства, заложенные в применяемом ¡::ториале.

Для получения наибольших прочностных свойств лопаток технологический процесс изготовления дол;:>э;-т гарглгтпровать отоЗггствие в поверхностном слое растягиваюсгдх остаточ:;:« напряжений. Растягивающие остаточные напряжения Ееличпгой от 60 .. . 520 МПз и глубиной КО }пш образуются в поверхностом ело? ито*г.овзнноа лопатки при последующей механической обр:-.еот;х\ напр::;':':., при фрезеровании I! шлифовании.

Поэтому при штамповке хопаток кзсЗхолиио уменьшить припуск на сторону по перу-до 0,02. ..0,05 им для последующей финишной обработки, а такте целесообразно уменьшить значение в шероховатости на-руотой поверхности до значений Па =2,5 мкм с целью исключения механической обработки (фрезирования и шлифования). С целью уменьшения припуска на заготовке лопатки необходимо осуществлять процесс точной штамповки.

Перспективным направлением научных исследований в области получения высококачественных поковок ,и штамповок сложных по форме (например, лопаток ГТД) методом горячей штамповки, максимально приближенных к размерам готовой детали, является разработка и внедрение новых технологических процессов с использованием винтовых прессов, построенных по оптимальному принципу и с оптимальным управлением. Учитывая также, что в авиационной и других отраслях

1

промышленности РФ находится в эксплуатации более 8,0 тысяч винтовых прессов как отечественных, так и(Импортных, является актуальной разработка новых специалицированных и совершенствование существующих машин для точной штампоЕки.

Всего в отрасли до 707. штамповок лопаток ГТД получают на винтовых прессах. Между тем, на большинстве предприятий отрасли средний коэффициент использования металла (КИМ) составляет не более 0,2.

Внедрение в• отрасли комплексных технологических процессов и специализированного оборудования для точной штамповки лопаток ГТД . в развитии отраслевой целевой комплексной программой " Лопатка " позволяет:

- повысить механические свойства;

- стабилизировать качество;

- повысить технический уровень производства;

- обеспечить значительное повышение КИМ ( до 0,6 ), т.е. в 2-3 раза;

- снизить трудоемкость изготовления на 40-60%;

- уменьшить объем ручных доводочных работ на 50-602.

Решение этих вопросов является актуальной и большой народнохозяйственной задачей.

Цель работы. Разработка научив-обоснованных методов проектирования перспективных моделей винтовых прессов, обеспечивающие решение крупной народнохозяйственной проблемы, повышение точности штамповки и производительности при производстве заготовок лопаток ГТД с высокими прочностными свойствами и при минимальных затратах энергии, создание их и внедрение на заводах авиационной отрасли.

В связи с этим важным и актуальным в настоящее время является решение следующих вопросов:

- провести анализ конструкций, параметров, теории расчета современных винтовых прессов, приводов и их систем управления с целью выявления тенденций их совершенствования, направления развития и области применения данного оборудования для точной штамповки лопаток ГТД;

- выполнить аналитические исследования по оптимизации таких важных параметров машины, как- скорость движения рабочих .частей, параметров привода и управления;

- провести экспериментальную проверку правомерности допуще-

ний, принятых при теоретических исследованиях на экспериментальных, опцтно-промышленных и серийных образцах винтовых машин, включая исследования устройств и систем точного дозирования и регулирования энергии удара;

- разработать конструкции и методы инженерного-расчета спсци-алицированных винтовых прессов и фундаментов под них для

■ точной штамповки лопаток ГТД с учетом оптимизации размеров и параметров;

- внедрить результаты разработок в промышленность и дать рекомендации по проектированию оптимальных узлов машины, элементов гидрог.риродов и систем точного дозирования энергии удара винтовых прессов усилием до 25 Ж

Методы исследования. При выполнении работы бьпи использованы теоритические и экспериментальные методы исследования. При теоритическом исследовании для определения Активных параметров винтоеых прессов, их приводе^ и систем уярглления использовались теории: винтовых и гидровинториу. машин , разработанные в первую очередь в Московском техническом ушдерзстег* им. Н. 3, Баумана рядом ученых проф. А.Оаьямшк, К). А. Бо'гарэт.:, Ю. А. Зиминым, А. В. Сафоновым и други:.!'.;-. • а такле теории оптп;/.-л.гы;сто управления; автоматического управления и регулирования; колебаний; динамики гидро- и пневмосистем и др.

В результате исследования гвтсрои сыт,; получены аналитические уравнения, зависимости и гаки-? пскагзтеш качества переходных про--цессов в период хода разгона рабочих частей и деформирования, как критерий'оптимальности, позволят?:;;;!!' определить для каждой марта материала оптимальные значения скорости рабочих частей винтовых прессов в момент штамповки в зависимости от пластичности металлов, скорости релаксации напряжений и упрочнения, а тага® оптимальные параметры привода и систем управления. Методика определения эффективных параметров ' еинтоеых машин включает составление и решение (с применением ЭВМ) уравнений оптимального управления с последующей проверкой оптимальных величин по различным дополнительным показателям, указывающих на эффективность исследуемого параметра.

Эксперименты были проведены на физических моделях в НШГ гидровинтовых машин КуПСИ им. Микояна (1980-1983 г.), опытно-промышленных установках в 1990-1995 гг. на промышленных предприятиях в городах Самаре, Чимкенте, Мосте, Казани и Балашихе с применением соврем;нной электронно-усилительной и регистрирующей аппаратуры.

Надежность экспериментальных данных принято равной 0,95. При экспериментальном исследовании использовались статистические методы обработки результатов измерения, метод планирования эксперимента при поиске оптимальных условий и др.

Полученные, в результате теоретических исследований', аналитические решения (с применением ЭВМ) переходных процессов в системе приводов и управления винтовых прессов были уточнены и сопоставлены с результатами экспериментальных исследований и показали хорошую сходимость значений в пределах 85 .. 922-.

Научная новизна. Разработаны научно-обоснованные методы расчета и конструирования специализированных бинтовых прессов для точной штамповки лопаток ГТД максимально приближенных к форме готоеой детали с высокими прочностными свойствами и минимальными затратами энергии, т. е. разработаны методы инженерного-расчета и построения винтовых машин ( работающие в дискретном режиме у по оптимальному принципу и с оптимальным управлением. Это принципиально новая постановка задачи в области кузнечно-штампо-вочного производства и ее решение направлено на повышение эффективности винтовых прессов.

При решении этой задачи был предложен аналитический метод составления и решения дифференциальных уравнений движения рабочих ' частей винтовых прессов с насосно-аккумуляторным приводом.

Аналитический метод включает в себя разбивку систем привода и управления винтовой машины на отдельные динамические звенья, (нап-. ример: баллон с газом, трубопровод с газом и жидкостью, аккумуля-" тор, клапан и др.) и затем составление и решение общего уравнения , движения ползуна с,учетом динамических сеойств звеньев этой системы.

Настоящий метод являетса продолжением и развитием работ выполненных в Московском техническом университете им. Н, 3. Баумана д. т. н. проф. П. А. Бочаровым и этот метод позволяет определить начальный период движения рабочих частей винтовой машины с учетом запаздывания сигнала управления, более просто оптимизирует параметры отдельных динамических звеньев и позволяет'выявить входные параметры системы, которые наиболее эффективно влияют на скорость и энергию удара.

Практическая, ценность. В результате развития работ по отраслевой комплексной целевой программе "Лопатка" освоено на винтовых прессах производство точной штамповки лопаток' 4

компрессора и турбины ГТД с длиной пера лопатки до 350 мм из жаропрочных и легированных материалов и сплавов, в том числе из титана, на заводах авиационной отрасли Казани, Перми, Уфе, Запорожье, Рыбинске, чтС- позволило повысить ИМ данных деталей в 2-3 раза и точность птамповки на один класс.

Даны рекомендации по совершенствованию гаммы винтовых кузнечных машин усилием 4-25 МП, ранее проектируемые и изготавливаемые Чимкентским производственным объединением по выпуску кузнечно -иррссовых мааш (ЧПО КПО) в 1933-85 г. В частности дани рекомендации по проектированию узлов винтового пресса: пары винт-гайка; размеров маховика; элементов гидропривода: аккумулятора-мультипликатора со встроенным клапаном, объема баллонов с газом и систем точного дозирования и регулирования скорости- и энергии удара.

Спроектировано 15 единиц ¡сак новых, так и усовершенствованных винтовых прессов под руководством автора для точной штамповки ло- • паток ГТД. Внедрение ряда разработок на.заводах отрасли, позволило получить значительный экономический' эффект за счет полипе - ния КИМ з 2-3 раза, снижения трудоемкости механической сбрабоиш на 40-60^. объема доводочных работ па 50-702.

Основные положения, выносимые на защиту.

-Методика инженерного расчета и конструирования специализированных винтовых прессов и фундаментов под них для точной птамповки лопаток ГТД с использованием теории оптимизации;'

- Мэтодшса определения усилия до 10 У.Н и эффективной энергии удара до 4С0 да винтовых прессов по осадке одного медного образца (креиера) с погрешностью до 6.5 % на основе метода моделирования процесса горячей гатамповют;

- Теоретические и экспериментальные исследования новой системы бесступенчатого регулирования энергии удара с оригинальным устройством аккумулятором-мультипликатором;

- Методика аналитического расчета кинематических' -параметров (перемещение, скорости и ускорение ) рабочих частей с гидроприводом винтового пресса-в период'хода разгона с использованием опытных коэффициентов,получаемых при обработке данных записи перемещения на пленку или бумагу датчиком-струнным ходографом,

- Новые конструкции специализированных винтовых прессов' для изготовления фасонных заготовок лопаток ГТД методом выдавливания.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены в НИЛ гидровинтовых машин КуИСИ им. А. И. Микояна, на

5

научю-тсхкическом и ученом совете КуИСИ им. Микояна (г. Самара, 1981 и 1933 г.), ■ Самарском аэрокосмическом университете им. С. П. Королева (г. Самара, 1995г. ) , на пятой всесоюзной научно-технической конференции " Совершенствование кузнечно-штамповочного оборудования ударного действия" (г. Ижевск, 1979г.) , в Чимкентском проиводсвенном объединение по выпуску кузнечно-прессовых махин (г. Чимкент, 1980г. и 1985г.), на научно-технических советах НИИ двигателей ( НИИД ), ' затем ' Поволжского научно-технологичсского центра (АНТЦ, г. Самара, 1993-1995Г.), Поволжском НПО АВКТП (г. Самара, 1995г.) и на "Всероссийской научно-технической конференции " Оборудование и процессы обработки давлением " (г. Москва, 1995г.)

П у. б л и к а ц и и. Основное содержание диссертации изложено в 29 работах , в том числе: в 17 статьях, опубликованных в центральных журналах; в' 5-ти отчетах НИР, зарегистрированных во ВНТИЦцентре и ВИЫИ, в шести авторски;, свидетельствах., в . 1 книге (монографии )./

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, восьми глав, основных выводов и результатов работы, списка литературы и приложения . Она содержит 286 страниц машинописного текста , 70 рисунков, 38 таблиц и списка используемой литературы из 10S наименований.

Содержание работай введении изложена проблема предупреждения усталостных разрушений деталей газотурбинных . двигателей ( лопаток, дисков и т. д. ), показана актуальность работы, ее научная новизна и практическая ценность, а также ее значение как продолжение и развитие отраслевой целевой комплексной программы "Лопатка" и работ научной школы проф. А. И. ' Зимина (МГТУ им. Баумана) по разработке и совершенствованию винтовых кузнечных машин для точной штамповке деталей ГТД.

В первой главе изложено современное состояние изучаемого вопроса .

Современное состояние технологии и оборудования для точной и малоотходной штамповки лопаток ГТД характеризуется тем, i что особенно эффективно используются Бинтовые прессы в авиационной промышленности для получения компрессорных и турбинных лопаток ГТД и других деталей сложной формы из жаропрочны^ и высокопрочных металлов и сплавов (например, титановых ВТЗ-1, ВГ8, ВТ8У, ВЗО и других). Данное оборудование в этой отрасли промышленности составляет до 70% от общего парка штамповочного оборудования (см. рис. ) ■ б

IОПЛ r.Y.v РЗТПРА Ii СТА ТОРА

>so

'JРВАНЫХ

. ::со

10,5

•го. Г,ЬЬ

гол

M "¿V ™ Й/) -Ii, л ¿ 3 ' £ ■ ó / Л л/с /n;J<-< ц Ci. X 1 © 1 © •7

- . t'jcr:CX /7 С Jf-aí.\-0,Ó I 'r ,7 @ 1 @ 1 © ©

Qnpsàmiv^o^us ax:,oi циа U3ZQ/T7ÛS.IÇ.*<U3 'оз-еотоЬсх лопаток

Литье.

Ш.та.мпо6хо. 6 LijC-rr,£priU4 2 Г L'CSÏO -

тсм числг с ислсльЗоос1//иеы Эсрдзе кгяа. с Sep* -пластично err, ¡j.

Ш. та м nao к а на. кpuâош.а пнъi X прессах (КГШП)

Щтямпобка Ulm р.П ~ на ¿инто- núOKG.

оых пйсс- -—--=-

с с,* ЛолаО-

000Л"'Т

Тидрас mcimuc m и.->ckcs r.pcccoèан и.о. LjzS! с ¿ ¿¿Stf, с $ ерл - ^ б.сол'^х o-zas.zrtuii

<лье

£¡iWC

¡i @

i'1,Ш

3 G

©

3 ö

s, va 3

з®

e

® е-дрс но

Лерслел muña.

í

ü

Jsh

lo-.rrt

"l* s

L.1KU

X

M.

LSajW

èff

0

ÇonnnSvJt

Lu зги

rû

ХСо'лг&чя

j¿ do 150

So L ЪБО

D ч

Конструктивно - т с---; * о ло г ичес к и ? классификатор лопаток ГТД

Ее-'? ото ставит вопросы совершенствования конструкции вш1тсг.ь:>: машин, систем привода и управления-актуальнойгзадачей. В данном разделе работы дан анализ и классификация систем управления винтовыми прессами по шести наиболее существенным признакам (способу регулирования энергии, принципу работы, характеру задающего воздействия, характеру управления, виду энергии и числу контурои. используя которые можно любую систему управления винтовыми пресса ми отнести к тому или иному классу систем и оценить новую систbvy на перспективность. Анализ систем управления показал, что наиболее перспективной системой управления винтовыми прессами является тг.: которая при изменении режимов работы машины способна находить наиболее оптимальный вариант управляемых величин, обеспечивающих получение от обьекта управления наибольшей эффективности. Дан анализ систем управления винтовыми прессами по таким показателям, как стабильность удара, коэффициент энергоемкости, точность системы управления, коэффициент эксплуатационной надежности. В составлений классификатора систем управления принимал участие канд. техн. наук В. П. ПереЕертов.

Выполнен анализ современной теории расчета и методов определения основных параметров винтовых машин и их приводов, разработанной научной "школой проф. А. Е Зимина в Московском техническом университете им. IL Э. Баумана проф. А. И. Зиминым, проф.' Ю. А. Бочаровым и анализ последующа' работ, выполненных проф. ¡0. А. Зиминым. •проф. А. Е Сафоновым, доцентами: Ю. Д. Морозовым, С. СЛ'ужиным, А.Д Денисюк, Ю. А. Артемовым, С. И- Беляевы!.!, В. П. Перевертовым, В. Е. Паши-пьы, Н. Е. Корочкннш и др. авторами, по уточнению и проверке' на опытно-промышленных образцах разработанной теории.

Дан анализ теоретических работ по влиянию основных конструктивных параметров и параметров гидропривода на скорость и энергию удара винтовых прессов, выполненных в • 1980 и 1985 г. в НЛП гидровинтовых машин КуИСИ им. А. И. Микояна и в последующие 1985-CJI5 годы в 1БГИ под научным руководством автора данной работы.

Изложена постановка задачи и общий план исследований.

Во второй главе изложены методы оптимизации параметров винтовых прессов и' их приводов с учетом динамики переходного процесса.

Оптимизация параметров винтовых прессог., приводов и систем управления выполнялось по следующей методике: _

- разрабатывались математические модели динамических процессов таких как горячая штамповка, дви.тение рабочих частой 8

пресса в период хода разгона и т. д.;

- составлялись целевые функции (показатели качества процессе.' штамповки, переходкого процесса в система привода и управления ), обеспечивающие минимум потерь энергии при пгга: ловке" и управлении;

- выбирались " жесткие" и " не жесткие" ограничения на входные выходные параметры;

- решались уравнения гатима тьного "правления ;

- проводилась экспериментальная проверка полученных аналитических уравнений оптимального управления.

В частности, в работе рассмотрен Еопрос об определении опти-

*

малъной скорости движения рабочих частей винтовых прессов.,, в момент удара,исходя из рассмотрения динамической модели деформируемого телг» при горячей ттамповке и . установленные А. И. Целиковым, Е. А. Поповым, С. И. Губь'КНВД1,А. Л. Илюшиным и др. азторами связями между средними скоростями деформации и деформирования пр1и выполнении на прессе операции осадки заготовки.

фи состаг тении математической модели деформируг мого тела при горячей штамповке были использованы свойства динамических моделей таких тел, как тела Максвелла и Шведова, учитывающие два одновременно происходящих процесса: упрочнение и релаксацию..

. В везультате исследования было получено дифференциальное уравнение в общем виде, включая частное решение, предложенное А. И. Целиковым, связывающее между собой деформащш тела, напряжения,' скорости их изменения и время процесса Показателем качества процесса горячей штамповки выбрано абсолютное интегральное отклонение величины истинного напряженип в металле, возникающее при осадке заготовки от эталонного напряжен.;я ( эталонное напряжени. в металле такое, когда скорость деформации не оказывает влияние на величину напряжения, например, напряжение полученное при стати-ческйх испытаниях). Р качестве напряжений по минимуму скорости были приняты экспериментальные данные по эаполняемости /равюр штампа и стойкости инструмента В результата выполненного исследования была вычислена оптимальная скорость рабочих частей винтоеого пресса для сталей, равная 2,25 м/с, что на 502 выше, чем ранее были, приняты рядом исследователей.

\

иа л/ ■К

-18р ' (1) где 5оп - оптимальная скорость движения ползуна ; £ - относительная скорость деформации ; I) - модуль упрочнения металла ; " ' ■

А скорость релаксации металла у _/и - вязкость деформируемого металла ; И,0 - первоначальная высота осаживаемой заготовки ; При оптимизации параметров гидропривода были построены кривые переходных процессов в системе привода для реальных винтовых прессов- (с фрикционным приводом мод. 'ФА-124, электрическим мод. ФБ-1732, гидравлическим мод. ФА-2732А), при одной и той же кине-:.-тической энергии машины 100 кДх Оценки качества переходного процесса в системе привода винтовых прессов определялось по величине отклонения системы по скорости , Ь,("Ь), представляющая собой разность выходной конечной скорости (.в период разгона) исследуемой системы и эталонной линейной системы Б эТ » при обработке типового входного сигнала в виде единичной функции 1(1)

5"Г5* 100е/ (2)

Рэт 0

За эталонную скорость ползуна в момент удара принята скорость, когда в системе привода отсутствуют потери энергии, т.е. при идеальном приводе.

Отклонение системы по скорости от эталонной : гидравлический, привод составляет 62, электрический ( дугостаторный ) до 66%, а фрикционный до 82%, при одном и том же значении времени разгона. Поэтому наиболее перспективным приводом можно считать гидравлический ( имеющий в системе привода газогидравлический аккумулятор, который обеспечивает высокое быстродействие системы), особенно целесообразен гидропривод для мощных винтовых прессов усилием 10 МН и более, так как другие типы приводов менее экономичны, имеют низкий КПД и ряд других конструктивных и эксплуатационных недостатков. Это подтверждается исследованиями ряда авторов : А. И. Зиминым, Ю. А. Бочаровым, И А. Зиминым, А. В. Сафоновым, Ю. Д. Морозовым и др. авторами.

Для составления математической модели привода винтовых прессов с гидроприводом была рассмотрена динамика гидро и пневмосистем 10 •

этих машин , которая учитывала динамические свойства звеньев этой системы (баллона с газом, трубопровода с газом и жидкостью, газогидравлического аккумулятора и других звеньев). В результате были получены дифференциальные уравнения движения рабочих частей винтового пресса с учетом колебаний давления жидкости в рабочем трубопроводе, переменного давления газа в аккумуляторе, работы сжатия жидкости и других параметров.

Линеаризованное.дифференциальное уравнение движения рабочих частей пресса в период разгона при переменном давлении газа в аккумуляторе имеет вид '

+ квъ^с (3).

Решение

_г+ Л-ъ21 г - Г + ^ 1

о

начальные условия 1=0 ; ¿-0 ; -- 1(1).

При колебании давления жидкости в рабочем трубопроводе и переменном давлении газа в аккумуляторе линеаризованное дифференциальное уравнение имеет вид

I

Решение

хе'[«< а<-"ль

начальные условия 1=0;Э =0,

где 0.1 - коэффициент, учитывающий величину приведенной массы рабочих частей и жидкости ;

6, - коэффициент, учитывающий приведенные гидравлические сопротивления в напорных и сливных трубопроводах г

С* И С0 ~ коэффициент, учитывающий величину активных сил и сил сопротивления в приводе ;

К - коэффициент, учитывающей потеои напора газа в газовой магистрали ; - площадь рабочего цилиндра ;

Р0 -- первоначальное давление' жидкости в аккумуляторе ;

¡5 - коэффициент ¿затухания переходного процесса ;

Л - астота затухающих колебаний.

Полученные уравнения,движения рабочих частей с учетом динамических свойств звеньев системы, позволяет расматривать движение ползуна пресса с учетом времени запаздывания сигнала управления и при различных законах управления машиной, а также более просто оптимизировать параметры отдельных звеньев системы привода

В результате проведенной работы были оптимизированы (с использованием критерия оптимизации в виде абсолютного интегрального отклонения переходных функций реального и идеального приводов) т?кие важные параметры: как время разгона, сумма активных сил и сил сопротивления, величина гидравлических сопротивлений, масса рабочих частей и жидкости.

*—»--« У^^ТбГ21 • <7)

где оп) - оптимальное время разгона рабочих частей пресса;

• К9 ~ коэффициент усиления сигнала (в эталонном приводе).д

(8) (9)

<Х(оп)

(10)

Полученные оптимальные параметры гидропривода позволяет проектировщикам выорать наиболее рациональные параметры гидро- и пневмосистемы, обеспечивающие минимум потерь энергии в самом приводе и максимальное быстродействие системы управления винтовыми прессами с гидроприводом.

В третьей главе изложены методы анализа и основные свойства объекта регулирования, а также аналитические методы определения параметров, эффективно влияющих на энергию удара винтовых прессов с гидроприводом и пригодных для пострения сисмемы точного до-12 "

зирования и регулирования энергии удара этого оборудования.

Анализ работы систем дозирования и регулирования ее элементов проведен для двух состояний : статического и динамического. При известном регулируемом объекте (винтовая машина плюс гидропривод) статический расчет позволяет определить параметры,элементов регулятора, которые определяют его конструктивные показатели, обеспечивающие заданную неравномерность скоростей движения рабочих частей пресса и диапозон работы.

Динамический анализ позволяет исследовать переходной процесс в системе гидропривода. Основная! задачам! динамического анализа явилась оценка систем дозирования и регулирования на устойчивость, с выявлением качественных показателей переходного процесса (времени переходного процесса, максимального отклонения регулируемой величины от заданного значения, колебательность процесса и т.д.).

В результате динамического анализа установлено, что винтовой пресс с гидроприводом имеет положительный ко?ф*ицверт еа.\е~!:равни-вавкя и обладает свойствами устойчивого ссгекге рвгул:гэсс;п:я

( - Мз \ уО \ сСёхл сС5л I

где Рд и Рс - приведенные силы С1«к сопротивления.соот-

ветственно). Для определения максимального отклонения регулируемой величины - скорости рабочих чаете'! от ладонных (номинальных) значений было получено • лшяеариооЕгнков уравнение движения ползуна пресса в приращениях при. работе объекта регулирования в автоматическом и неавтоматическом регглмзх работы. Затем уравнение было записано в операторной форме.

¿5*)= уур^) ( КрЛР- КдрД Кит\Уб -КдрД^- К?Дф),(11)

. где-^-=Р - оператор дифференцирования;

- постоянная времени объекта регулирования;

К - коэффициенты усиления сигналов

по параметрам: давлению, сопротивлению гидравлических дросселей, установленных в напорном и сливном трубопроводах, по объему газа в аккумуляторах, по внешнему возмущающему воздействию соответственНО, Д р , д^р , Д , Дф , Д

- приращения соответствующих входных сигналов управления к номинальным (расчетным) значениям.

Используя полученные теоретические зависимости, были определены изменения величины скорости рабочих частей винтовой опытно-промышленной -машины усилием 0,4 Ш при отклонении параметров управления на 1/6 от номинального значения.

Расчеты показали, что наиболее эффективно влияют на скорость винтовой машины отклонения, таких параметров, как деление в аккумуляторе, обьем газа в баллонах аккумулятора и ход разгона. Что полностью подтверждается и экспериментальными данными.

В работе дана оценка вл; шля малых отклонений параметров системы управления на переходную функцию обьекта управления ' посредством функции чувствительности.' Наибольшую чувствительность система управления имеет к отклонению величины движущих сил и времени хода разгона рабочих частей винтоеого пресса. Для определения эффективных параметров управления винтовыми прессами рассмотрен оптимальный переходный процесс, т. е. такой процесс, когда энергия, необходимая для перевода системы из одного состояния в другое, была минимальной. Управляющие функции обьекта регулирования выбраны из условия минимального времени разгона. При управлении процессом, оптимальным по быстродействию,рассмотрен процесс регулирования и дозирования кинетической энергии без перерегулирования,!, е. такое управление,когда энергия жидкости, запас-нная объектом полностью соответстЕивала расчетной ки; тической энергии. Оптимальное время разгона и необходимый обьемкий' расход жидкости, проходящей через регулятор (клапан или золотник).определялись из условия достижния рабочими. частями еинтое^й машины значения скорости 0,4.. .-0,6 от установившегося значения,после- этого, .управление прессом отключалось.

Для обеспечения оптимального значения обьекта регулирования 'ыл выведен алгоритм 'закон) управления,который определяет зависимость между величиной открытия золотника или клапана и временем хода разгона

^азплрНГ _ SottT"1 '

гдеХ - смещение.плунжера золотника относительно расчетных кромок; К^- коэффициент;

- площедь поперечного сечения напорного трубопровода; •fcp- Epe мя xo'ui разгона;

Анализ показывает,что открытие золотника или клапана по ходу разгона должно проходить ус:сорен,,о,если время их включения равно времени хода разгона машины. (

При 0,25•Ьроткрытие золотника может Сыть равномерным

по времени. Поэтому при "Ьвкл^р управление золотником или клала -ном должно осуществляться от газогидравлического аккумулятора,обеспечивающего ускоренное открытие регулирующих устройств.

При Ъвкл4~ 0,25 <Ьр управление золотником или клапаном может производится от насоса постоянной производительности.

В четвертой г-^аве изложены эксерик.-нтальные исследования па-, раметров винтоеых прессов эффективно влияющих на энергию удара,и . новых разработанных систем регулирования энергии удара.

В этом разделе изложена методика экспериментального определения стабильности удара винтовых малин,которая Еключает в себя:

- определение целесообразности применения тех или иных регу-' лирующих параметров при исследовании ;

- определение фактических значений отклонений образцов( крешеров) но высоте при различных входных параметрах;

- сравнение стабильности удара при различных входных параметрах.

При исследовании были использованы медные или стальные образ-цы(крешеры).

Стабильность удара оценивалась по величине максимально допустимой погрешности отклонения крешера по высоте при тех или иных регулируемых входных параметрах. Эксперименты проводились в 80-83 г. в НИЛ гицровинтоЕЫХ маиин КуИСИ им. Микояна на винтовом прессе с гидроприводом усилием 0,4 МН и в последующем в 9^-94 г. в ШЖДе, АПТЦ и АвиТИ на промышленнь": винтовых прессах с электрическим ¡1 гидравлическим приводами усилием 10,16 и 25 МН.

Скорость ползуна винтовой машины в момент удара замерялась в цифровой форме с помощью специального устройства модели ИМС-1 разработанного в лаборатории гидровинтовых машин КуИСИ им. Микояна. Устройство состоит из первичного датчика,.линии связи,вторичного прибора с частометром. В качестве первичного датчика скорости использовался тахогенератор ТГМ 30/П,с возбуждением от постоянг го магнита, вал которого через пару винт-гайка уединялся непосредственно с ползуном пресса. Экспериментальное исследование стабильности винтового пресса с'Гидроприводом проводились-в два этапа. В первом этапе определялся доверительный интервал откдоне-

15.

ний вь'сот образцов (крешеров) при их осадке на экспериментальных и промышленных моделях винтовых прессов при различных входных параметрах управления (давлении и ходе разгона). Эти эксперименты проводились с целью определения группы и класса точности штамповок лопаток ГТД,получаемых на винтоеых прессах с гидроприводом (по величине отклонений высот образцов после осадки и сравнении их с установленными допусками). Анализ экспериментальных данных показывает,, что доверительный интервал отклонений высот соответствует допускам по высоте второго и третьего класса точности штамповок лопаток ГТД по ОСТ 1.41717-78. Во Етором этапе определялся (расчитывался) доверительный интервал отклонений таких иходных параметров как скорость ползуна в момент удара и полезная работа деформирования образца (крешера) при различных входных параметрах.

По этим данным-определялась точность и эффективность разработанной системы дозирования энергии, удара по скорости.

Средние опытные значения отклонений по скорости составляют ± 3,85%,а по полезной работе деформирования + 6,74%,такая точность достаточна для точной штамповки лопаток ГТД.

Экспериментально исследовались системы дозирования энергии удара по скорости и система бесступенчатого регулирования энергии с оригинальным - устройством аккумулятором-мультипликатором по собственному а с. 829450.

Исследования показали,что газогидравлический аккумулятормуль-типликатор обеспечивает повышение давления в рабочем цилиндре в 3,6 раза по сравнению с давлением, развиваемым насосом, плавное и бесступенчатое регулирование давления в диапазоне от 10 до 100%,а соответственно и энергии удара винтовой машины. В дальнейшем,при рабочем проектировании промышленных образцов винтовых прессов усилием ,10,16 и 25 МН использовался этот эффект.

Экспериментально исследовано влияние отдельных параметров гидропривода на скорость движения рабочих частей винтового пресса с определением его оптимума. При этом был разработан метод определения скоростей и ускорений винтовых машин при записи параметров струнным ходографом,обеспечивающим погрешность до 6,5%. Обработка данных проводилась с применением ЭВМ. Метод определения скоростей и ускорений заключается в математической обработке результатов опытов, путем подбора математических зависимостей к кривой перемещения ползуна в функции времени разгона,записанной на бумагу или пленку светолучевым осциллографом; определение коэффициентов,входящих в 16

это уравнение, оценка точности расчета коэффициентов и затем вычисление скорости и ускорения ползуна в функции времени или перемещения методом дифференцирования . В разработке метода принимал;: участие канд. техн. наук Е Е. Паиич.

Экспериментальные данные подтвердили,что существенное влияние на скорость и энергию удара оказывают такие параметры,как давление ■жидкости в аккумуляторе,ход разгона,объем газа в баллонах аккумулятора. Эти параметры могут быть использованы при построении систем точного дозирования и регулирования энергии удара Для определения оптимума скорости движения рабочих частей пресса с гидроприводом при варьировании различными входными параметрами (давлением в аккумуляторе , ходом разгона,моментом инерции рабочих частей,сопротивлением в напорных и сливных трубопроводах) был использован метод планирования эксперимента - метод крутого восхождения (метод Бокса-Уилсона). В результате была получена математическая модель дробно-факторного эксперимента имеющая вид

¿=0(72+0,05^Ро-0,0б7аи.+0,0-175р+0,02ЭУ5-0.0'16|р-(13) -0,00 75|сл » •

где Р„ - давление в аккумуляторе;

0„ - момент инерции рабочих частей;

Эр- ход разгона;

V* - обьем газа в баллонах аккумулятора; §рИ ^ел" коэффициенты учитывающие сопротивление в рабочей и ' сливной магистралях.

Входящие в это уравнение весовые коэффициенты при варьируемых параметрах указывает на то ,что для достижения оптимума скорости рабочих частей (с минимальными потерями энергии) целесообразно уменьшать сопротивление в напорной и сливной магистралях.

Анализ результатов теоретического и экспериментального ис -следования показал,что расчет выходного параметра - скорости ползуна винтового пресса с гидроприводом можно вести по формулам учитывающим . линеаризацию гидравлических потерь движения жидкости-в трубопроводах. Скорости ползуна расчитанные по этим формулам имеют отклонения от опытных значений со знаком плюс от 2,5 до 4,5% и со знаком минус от 4,8 до 15%,что достаточно для инженерных расчетов.

На основании теоретических и экспериментальных исследований и с учетом особенности технологии штамповки лопаток ГТД была разработана методика инженерного расчета новых специализированных и

17

усовершенствованных винтовых прессов для точной штамповки лопаток ГТД,которая позволяет определить кинематические .параметры пресса: ход разгона,скорость и ускорение ползуна в момент удара,конструктивные параметры (размеры маховика, винта, диаметры цилиндров, аккумулятора, напорных и сливных трубопроводов, размеры клапднов, емкость маслобака); энергетические (энергия удара, мощность эл. двигателя главного привода с учетом оптимальности габаритов, раз--меров привода,системы управления и рабочих давлений в системе. .

В пятой главе изложена методика инженерного расчета винтовых прессов с гидроприводом усилием 1,6 - 40 МН (с приводными гидроцилиндрами) .

Теория расчета винтовых прессов с гидроприводом разработана в МГТУ им. Баумана проф. Зиминым и Проф. Ю. А. Бочаровым. ■

Обличительно;, особенностью работы винтового пресса с гидроприводом является то,что штамповка лопаток ГТД производится за счет двух видов энергий: гидравлической, заключенной в рабочем . цилиндре и кинетической энергии удара подвижных частей (ползуна, винта, маховика) накопленной в период хода вазгона.

Данная методика опробована при создании новых специализированны!: винтовых -рессов усилием до 16 'МН и при модернизации прессов усилием до 8'МН.

11ри расчете основных размеров и параметров узлов ^чециали-. зированного пресса и его : адропривода рекомендуется использовать следующие данные (изложенные в ГОСТе 713-81 "Прессы винто- ' рые. Основные параметры и размеры ".):

Рн - номинальное усилие, МН;

Рдс.. " допускаемое усилие, МН ;

Тэ - эффективная номинальная энергия удара, кДж;

Б - наибольший ход ползуна, мм;

5-, - 'ход ползуна (.ход разгона ) при номинальной эффективной энергии мм. ;

IX - число двойных ходов при наибольшем ходе, ход/мин

Методика состоит из 3-х разделов:

- расчет основных размеров и параметров базовых узлов пресса;

- расчет основных параметров гидропривода (насосно-аккумуля-торного);

- расчет кинематических параметров пресса.

18 "

В расчет осноеных размеров и параметров базовых узлов пресс?* входит: определение размеров рабочего гидроцилиндра (внутренний наружный диаметры, длина, ход штока); габаритов и массы ползуна; момента инерции и размеров' маховика; размер-в винта (шпинделя) -внутренний, наружный диаметры, длина; размеров гайки (наружный диаметр, Еысота); расчет фрикционного предохранителя (плошадь поверхности трения, количество пружин для затчжки предохранителя, удельного усилия затяжки ); габаритов станины (верхней поперечины, с отверстием под гайку, стяжные болты, стол, стрйки). • .

Расчет габаритов и параметров базовых узлов пресса производить с учетом действующ?« усилий в винтовом механизме,станине пресса и с использованием исходных данных по ГОСТ

713-81.

Расчет гидропривода пресса проводится с учетом динамики переходных процессов, происходящих в приводе в период хода района, торможения и хода вверх ползуна. Определяется производительность насоса; габариты бага для жидкости и уровень жидкости; диаметры напорного и сливного трубопроводов, причем допустимые скорости в трубопроводах приняты 20-25 м/с соответственно, а для воздушного трубопровода до 70 м/с; температура жидкости в баке; обьем жидкости к газовой полости аккумулятора, при этом принимается обьем газа в аккумуляторе равным 4-5 обьемам жидкости.

Определение кинематических параметров ;S(t)- скорос-н ползуна, S("t) - перемещение ползуна,tp - Бремя разгона производится по формулам (4),(6),(7).

Оптимальная скорость ползуна определяется в пределах

s » SMAK 4 Son М/с (и)

В шестой главе -вложены основы теор-и колебания фундаментов и метсдика инженерного расчета фундамента под установ! / мощных вин-тог, tix прессов усилием 10 Ml и более.

Отличительной особенностью работы вертикальных винтовых прессов является передача на фундамент,кроме вертикальных динами-чес •- ких нагрузок (подобно молотам) и дополнительно динамического крутящего момента. Опыт эксплуатации фундаментов ' под винтовые прессы, спроектированные б г-л учета крутяц^го момента, псглзал, что в ряде машиностроительных предприятий (г. Москвы, Омска « др.) наблюдались гначнтелын-гэ длфркзщш Фундаментов, а на иекотор!Я

Г.

предприятиях отрасли (г. Балашихи Ыэсковск Я области, г. Самары) вследстЕИИ неправильно спроектированного фундамента происходили и деформации станины пресса.

В данном разделе работы рассмотрены вопросы теоретического и экспериментального исследования системы "пресс-фундамент-гр^т"; классификация усилий, передаваемых на фундамент, на основе которой разработана методика инженерного рассчета основных параметров фундамента (площади подошвы, глубины заложения, кассы, момента инерции) с учетом динамического крутящего момента и нагрузок, передаваемый на фундамент.

Определение динамических нагрузок, передаваемых на фундамент, рассматривались с учетом колебаний фундамента и станинг пресса При этом часть фундамента на глубину приямка для выталкивателя считалась упругой с определенной жесткостью.

В этом случае расчетная схема системы "Пресс-фундамент-грунт" сводится к системе трех тел:

- подвижных частей, яеляещнхся ударны)-! телом;

- станины пресса,отделенной от фундамента упругим звеном;

- фундамента на упругом основании. .

Штоди:са инггкерного расчета фундамента.

1. Плоиддь подоееы фундамента без учета боковой аасыпки(пер-Еое приближение)

> Т

7гн->-к<)гдг2з0* эЧьыгщ , (15)

где Н - глубина задог.эния фундамента;

5\<г коэффициент восстановления скорости (принимается равны:/0,25};

К- ход бинтовой линии рабочей бинтовой пары; - угол ы?;:сду диагоналими'подоиеы фундамента (при

квадратно;': подспзе 1Р =. 00 и 51а^=1);

й0-'момент инерции вращающихся частей пресса;

С коэффициент упругого сжатия грунта по СНиП П-15-79 ■ (в гависимостп от типа грунта);

.Р - плотность материала фундамента;

Ад- д^г.устимая амплитуда колебаний фундамента (принимает-

2. Плопвдь полошвы фундамента с учетом боковой засыпки

■ (второе гчибли-ение) 3 --

_ \ 7г<и-кг)2<хг g2-sH)sin,ч- t {16) h,lH+Kí5)Ct-PH

где K/j- геометрический коэффициент влияния боковой засыпки.

3. Пасса конструкции фундамента

ПХф « ГП/ * Шор ,

гдет&- масса бетона (по габаритам фундамента); jtlaí" масса арматуры (по чертежу ).

Верхняя часть фундамента принимается по размерам подояры станины пресса (согласно строительного задания)

Проверочный расчет фггдамента

Проверяется размеры подошвы фундамента по среднему стати,-, ческому давлению на грунт

Пр S ТЛЯ* , (18)

где Я<р- среднее удельное давление на основание подошвы фундамента от нормативных статических нагрузок;

ГИ- коэффициент условий работы (0,4 1,0),для куз-

нечных молотов 0,4;

R."- нормативное удельное давление у? основание ,в соответствии С СНиП П-15-79 П. П. 3. 50-3.52. , 4. Проверка фундамента на колебание

4.1.! Амплитудаг вертикальных колебаний

M+MrruSt*) / m (19)

гдеМ - масса фундамента, грунта йа его обрезках и станины.

4.2. 'Амплитуда Ьращательных колебаний угловых "очек верхнего обреза фундамента

где К.ц»=Су/ жесткость основания на кручение;

йо - полярный момент инерции площади подошеы фундамента.

Материалы инженерного расчета фундаментов под Бинтовые прессы были использоезны при составлении новой редакции СНиП -19-79 фундаменты малпш с динамическими нагрузками,в котором учтены колебания фундамента от действия крутящего момента.

Теоретические расчеты были проверены на опытно-промышленном прессе с гидроприводом в лаборатории гидровйнтовых машин КуИСИ им. 1й!кояна в 1980-85- г. и показали хорошую сходимость результатов тео-■ ретического и экспериментального исследований. По данной методике були расчитаны фундаменты, а затем смонтированы и установлены"на промышленных предприятиях в г. Балашихе, Ташкенте, К Новгороде, Самаре тяжелые винтовые прессы усилием 10,16 и £5 .МН и показали надежную работу. В разработке методики принимал участие инженер а Д. Стародубцев.

В седьмой главе изложены результаты разработки новой конструкции специализированного и усовершенствованных винтоеых прессов усилием 2,5. ..40 Ш для точной и малоотходной штамповки лопаток ГТД и рекомендации по выбору оптимальной энергии удара.

Конструкции ■новых специализированных и усовершенствованных еинтовых прессов усилием 2,5... 40 МН разрабатывались под руко-, водстеом автора диссертации в соответствии с разделом РТЫ отрасли "ОборудоЕакие"комплексного и типового технологического процессами изготовления- одной и двух замковых лопаток компрессора ГТД длиной пера до 350 мм из титановых сплавов ВТЗ-1,ВТ9,ВГ18У,ВТ25, ВТ30,ВТ33 и из коррозионно стойких жаропрочных сталей ЭИ961Ш, ЭИ736И, ЭП5171Я,ЗП866Ш,ЭК4375(схема N5),а также разработанного НИА-Том норм допусков и припусков на лопатки по ОСТ 1.-41717-78.

Разработанный технологический процесс предусматривает штамповку лопаток в два перехода: предварительный и окончательный.

После штамповки производится правка и точная калибровка заго-тоеок лопаток в открытых штампах.

Фасонная заготовка лопаток изготавливается методом выдавливания заготовок в горячем состоянии в разьемных матрицах на специализированных винтовых прессах с повышенной в 3... 4 энергией удара. Специализированный винтовой .пресс усилием 4 Ш был разработан, изготовлен и находился в эксплуатации более 10 лет на одном из заво-, дов ..трасли и показал надежную работу. Пресс был предназначен для выполнения операции выдавливания фасонных заготовок лопаток ГТД в 22

горячем состоянии при температуре 950... 1200 о С из материалов ЖС6-КП, ЭИ961,ВТ8 и др. Принципиальная схема пресса защищена а с. N 115712. При -разработке были использованы а. с. N281156; N356035; N366093. '

Особенности пресса;

- кинетическая энергия в 4 раза больше,чем у универсального пресса того же номинального усилия; о

- оборудован встроенным блок-штампом с нагревом до 300... 350 С;

- нет маховика,его роль выполняет рабочий цилиндр;

- резьба винта (шпинделя) находится в масле под давлением до 14 • МПа.

Специализированный пресс позволяет сократить типаж применяемых кузнечных машн (например, исключить электровысадочный автомат) ,повысить КИМ в 2-3 раза

За период с 1970 по 1995 г. разработано 14 проектов модернизации винтовых прессов отечественного и импортного производстга, позволяющие повысить технико- экономические показатели данного оборудования. Ряд проектов внедрено на заводах отрасли и позволило получить на них лопатки ГТД с уменьшенными припусками. Модернизация прессов заключалась в новых технических решениях с использованием собственного а. с. N174945.

Первое направление модернизации-замека фрикционного привода гидравлическим, как наиболее перспективного привода для винтовых прессов усилием 2,5. ..8,0 Ш

Второе направление модернизации-оснащение пресса с гидроприводом импортного производства системами точного дозирования энергии удара по скорости, адаптивными системами управления по темпе -ратуре заготовки, устройствами предохранения прессов от перегрузки (предохранительные фрикционные муфты); создание группового гидропривода, устройства для автоматической закачки сжатого газа в шску-мулятор и т.д.

Разработанная адаптивная система управления винтовым прессом усилием 23 МН предназначена для автоматического регулирования энергии удара (уменьшения или увеличения ее) в зависимости от температуры заготовки в рабочей зоне пресса,повышения в 2 раза ста -бильност'и удара, регистрации в цифровой форме максимальных значений скорости ползуна (в заданном диапазоне) и записи скорости ползуна и температуры заготовки на бумаге.

Оснащение винтовых прессов адаптивной системой управления

позволяет освоить технологию точной штамповки лопаток двигателей с. припуском по перу от 0,3до 0,5мм на сторону. ~

Разработанная система управления может Сыть применена для управления винтовыми прессами и с прямым электрическим приводом моделей РББ 360,400 и 460 усилием 10,16 и 23 ЫН (производства х'ерма-ниу) .

. В этой главе разработаны, также рекомендации по выбору оптимальной энергии удара винтовых прессов с различными типами приво- -дов. " .

Для получени'" точных и качественных тамповок лопаток , кронштейнов , штуцг чов, дисков и др. ответственных деталей ГТД несводимо точно определить энергию удара винтоеых прессов,а затем настроить пресс на эту величину нергии. При выполнении этого условия после точной калибовки в открытых штампах можно получить лопатки ГТД с припуском по перу от 0,02до 0,05 мм. На предприятиях отрасли для обеспечения гарантированного смыкания штампов при точной штамповке, энергию удара пресса обычно увеличивают на 10-15%, что ьяижает долговечность дорогостоящего оборудования и стойкость сложной штам-повой оснастки (штамповых вставок). Дня определения оптимальной анергии удара пресса были проведены исследования, на основе которых разработана методика, позволяюшзя вычислить • зффективну> энергию удара тяжелых винтовых прессов с учетом упруго? деформации пресса и оснастки без избытка энергии.

I

В восьмой главе рассмотрены вопросы экономической эффективности и практической ценности от освоения авиационной отраслью специализированных винтоеых прессов.В работа призедены пять мотостроительных предприятий отрасли в г. Уфе,Запорожье,Рыбинске,Перми, Казани, на которых освоена технология штамповки комир ¿сорных ' опаток ГТД длиной до 350 мм с припуском после штамповки 0,2.,. 0,3 мм,а после точной калибровки от 0,02 до 0,05 мм на усовершенствованных винтовых прессах. Экономическая эффективность данного оборудования складывается от штамповки лопаток с уменьшенными припусками I повышения Долговечности базовых узлов пресса .(станины, пары винт-гайка .ползуна). Так внедрение на ряде предприятий отрасли комплексных технологических прочессов и нового специализированного оборудования для точной штамловки лопаток ГТД в развитии отраслевой целевой программы "Лопатка" позволяет: повысить механические свойства заготовки на 10 - 15 2; - стабилизировать качество; - повысить Технический уровень производства; - обеспечить по-

вишенке KIG.i до 0., б( г. е. ~в 2 - 3 раза) - снизить трудо?>.:кссть изготовления на 40... 60%; - уменьшить объем ручных дсводсчпых работ на 50... 70- повысить точность штамповки на один класс.

Осповэняе прессов систем? ч точного дозирования и регулирования энергии удара и адаптивной системой управления позволяет сократить размерный ряд штамповочных мшит,повысить на 15... ^.^долговечность базовых узлов пресса и штамповой оснастки.

В приложении изложни результаты обработки измерений после осадки на винтовых прессах высоты медных и стальных образцов показывающих па высокую стабильность удара винтовых прессовчс гидроприводом при регулировании энергии удара по скорости ползуна. Отклонение скорости ползуна от среднего знача ия составляет ± 3,85%,что указывает на высокую.стабильность удара'винтовых прессов с гидроприводом.

Основные выводы и результаты р а б о т ы.

1. Решена крупная научно-техническая проблема в загстовитель-ио-кгамяовочном производстве основных машиностроительных отраслей народного хозяйства, повышение прочностных свойств и ККУл титановых сплавов и коррозионностойких жаропрочных сталей одно и двух-замгапых лопаток ГТД,за счет освоения на специализированных винто-пых прессах штампованных лопаток с уменьшенными припусками. В результате достигнут припуск по перу лопатки на сторону после пгймповки в открытых штампах 0,2... 0,3 мм, а после точной калибровки В' штампах припуск, составляет 0. 02.. . 0. 05 мм под абразив-но-хидксстное полирование. Зто исключает последующую механическую обработку (фрезерование и шлифование пера лопаток).

Решение данной актуальной проблемы соответствует направлению работ по комплексной целевой отраслевой программе "Лопатка", разработанной в НПО Поеожского ЛВ?ГГИ и являющаяся логическим продолжением и развитием работ, выполняемых научной школой профессора Зимина Л. И. в' ЫГТУ им. Баумана по разработке теории и совгргшствовйни» конструкции винтовых кузнечных машин.

2. Разработаны научные основы совершенствования конструкции, систем привода и управления, винтовыми прессами усилием до 40 ш для 'попки лопаток ГТД длиной до 35Смм, с использованием теории оптимизации, В результате выполненных с 1990 по 1995г. двадцать пят1- НИР и ОКР разработаны иовпз ¡инструкции системы привода и упр"а.ле;и:;; прессами, рс-кекы мпоги:- проблемы их расчета и конструирования. включзя Фундаменты. '

3. Проведен анализ и составлена классифг ация систем управления винтовыми прессами по шести наиболее существенным признакам (способу регулирования энергии, принципу работы, характеру задающего воздействия, характеру управления, виду энергии и числу контуров) используя которую, любую новую систему,управления можно оценить на перспективность и отнести ее к тому или иному массу систем. •

4. Разработаны аналитические методы определения эффективных типов приводов винтовых прессов (работающих в дискретном режиме), которые позволяют по величине отклонения выходного параметра системы (скорости ползуна) от эталонного значения, определить наиболее перспективный тип привода для этого вида одорудоватя.

Так из трех известных типов 'привода (фрикционного, ' электрического и гидравлического) наиболее перспективным является гидравлический, обеспечивающий в 5-10 раз меньшие отклонения системы от эталонной скорости, чем другие приводы, обеспечивает большее КПД установки (особенно мощных винтовцр машин усилием более 10 1,И) и быстродействие.

5. Разработанные методы оптимизации параметров гидропривода винтовых прессов по величине абсолютного интегрального отклонения (функционалу качества переходного процесса), которые позволил;; определить оптимальны» значения активных сил и сил сопротивления привода, гидравлических сопротивлений, кассы рабочих .частей пресса и массы ;с!Дкоотк в трубопроводах.

Проектирование привода с оптимальными параметрам! обеспечивает минимальаш пс-'сря энергии в самом приводе и максимальное быстродействие? спете:.-.и управлении.

6. уазраСотакы аналитические методы составления и решения нелинейных ' дпфчеренииальных уравнений методом линеаризации (с приьэкениом ЗГМ) двп.ченил рабочих частей винтовых машин в период хода разгона (с использованием дкффзргшзкш.та уравнений динамических звекьей »деьмз и гидросистем ьреьса), шторке позволяют оп-тнь!п;-.ироЕ.ать отдельные узлы кроссовой установки (Н2Я{>и>.:ер, . объемы гвдропн«вмоак1:у!.!улято!Ч1. гава в баллонах) и ксследокать период хода разгона с- учетом к-лебания жидкости в рабочем трубопроводе, переменного дивдиш» лйо в аккумуляторе, работы скатил жидкости и других параметров.

7. Определены эффективные скорости движения рабочих частей винтовых прессов, применительно к операции горячей осадки заготовок лопаток на 30 ... 50% больпе ранее принятых значений.

Значение эффективных скоростей движения рабочих частей винтовых прессов определены из условия рассмотрения динамической модели сложного тела ( в горячем состоянии ) с учетом одновременно проте-1«ющ1х процессов упрочнения и релаксации напряжений в деформируемой заготовке.

8. Разработаны аналитические методы определения параметров, эффективно влияющих на энергию удара еинтоеых машин с гидроприводом с использованном методов статического и динамического анализа систем управления. Полученные по этим методам значения коэффициентов усиления сигналов по давлению, ход. разгона, сопротивлению рабочего и сливного трубопроводов, обьему газа в баллонах аккумулятора погаонвают, что существенное влияние на скорость движения рабочих частей оказывают та. :е параметры, как давление жидкости, ход разгона и объем газа в аккумуляторе. Эти параметры могут быть использовании в оптимальных системах управления винтовых прессов.

Вычисленные функции чувствительности временной характеристики - переходной функцию-! объекта управления (винтовая мащина . плюс гидропривод) подтверждают, что наибольшую чувствительность система имеет к отклонению движущихся сил привода.

9. Разработаны методы управления винтовыми прессами, ог.ти -мальными по быстродействию и выведены закономерности (алгоритмы) управления этими машинами. Установлено, что если время включения золотннкз. или клапана равно времени хода разгона, то открытие этих регуляторов должно осуществляться ускоренно (по определенному закону) . ■

- При{вкл^ 0,25-Ьрготкрытие золотншса или клапана может осущ.ст-вляться при постоянной скорости.

Установлено экспериментальное влияяние различных параметров гидросистемы на стабильность удара пресса. Наибольшая стабиль -ность удара обеспечивается регулированием эффективной энергии такими параметрами, как давление жидкости и газа.

В результате исследования, промышленных испытаний и эксплуатации установлено, что винтовые прессы с гидроприводом могут обеспечить точность гстпмпог.кч лопаток ГТД.но ниже 3-го класса точ-■ пости по ОСТ 1. 41717-73.

10. Разработана методика инженерного расчета и конструирования специализированных винтовых прессов и их приводов, а таю© фундаментов под 1 их установку с использованием метода оптимизации параметров и размеров, позволяющих конструировать данное оборудование для промышленного использования. По данной методике разработано: проект нового специализированного винтового пресса для выдавливания фасонных заготовок лопаток е разъемных матрицах и 14 проектов усовершенствованных винтовых прессов усилием 1,6... 40 Ш для точной штамповки лопаток Г"ГД .

11. Разработана методика экспериментального определения' эффективной энергии удара винтовых прессов до 400 кДж по осадке одно-гй медного'образца (крешера). Погрешность определения эффективной энергии удара по этому методу составляет не более 8%, а при изготовлении образцов из одного прутка равно 0,8%.

Методика использована при испытании новых специализирован -ных и усовершенствований винтовых прессов усилием 1,6. ..40 Ш.

12. Разработана методика обработки экспериментальных данных (с применением ЭВМ), получаемых с датчика - струнного ходографа, обеспечивающая погрешность расчетов не более 6,5% при вычислении таких кинематических параметров,' как перемещение, скорость и. ус -.корение рабочих частей винтовой машины в период хода разгона.

13. Спроектированы и экспериментально исследованы: система дозирования энергии удара по скорости и адаптивная система управ* ления по температуре заготовки. Точность дозирования энергии удара

по скорости в 5... 10 раз Еыше путевой системы управления. Системы испытаны на винтовых прессах усилием 16 и 25 1М чзхословацкого производства.

14. Выполнена разработка и экспериментально исследована новая система регулирования энергии удара с оригинальным устройством (по собственным а. с. 829450 и 048690) аккумулятором-мультипликатором, обеспечивающая плавное и бесступенчатое регулирование давления жидкости в рабочем цилиндре (соответственно и энергию удара) и ее мультипликацию в 3,6 раза по сравнению с номинальным давлением, развиваемым насосом (без 'увеличения установочной мощности эл. двигателя).

Данное устройство использовано при модернизации винтового пресса мод. ЬУН усилием 10 ЫН. '

15. Составлены рекомендации по совершенствованию отдельных уг„эв, элементов гидропривода, систем управления гаммы винтовых

прессов усилием 4,0-25 МН, и по Еыбору оптимальной энергии удара в зависимости от требуемой работы деформирования и регулируемых параметров. Рекомендации в 1990 году переданы для внедрения Чимкентскому АО "КТО".

16. Внедрены на пяти моторостроительных предприятиях отрасли в г.г.Уфе, Казани, Рыбинске, Перми, Запорожье, разработанные типовые технологические процессы точной и малоприпусковой штамповки лопаток ГТД длиной до 350 мм с использованием усовершенство - Банных винтовых прессов, разработанных под руководством и непосредственном участии автора диссертации.

Так,в результате освоения технологии штамповки с уменьшенными припусками лопаток ГТД^повьппаются механические ;Еойства материала заготовок лопаток на 10... 152, КИМ увеличивается в 2-3 раза, долговечность базовых узлов пресса на 15... 18%,снижается трудоемкость изготовления на 40... 60%, обьём ручных доводочных работ на 50. ..70%. 1

Основное содержание диссертации .. отрлено в следующих работах:

1. Морозов а М. , Бочарова. А. Экспериментальное исследование опытно-промышленного гидровинтового пресс-молота с внутренней резьбой еинтоеого цилиндра//Кузнечно-штамповочное производство. -1969, - N7, - С. 24-27.

2. Морогов а II', Лебедев В. Ф. .Корочкин Н. Е. Опытно-промышленный гидровинто'вой пресс-молот усилием 40 тс //Машины и техноло -гия обработки давлением: , Сб. МВТУ им. Н. Е. Баумана,серия Машиностроение. - 1969. - N9. - С. 36-43.

3. Морогов а М. , Гонченко Б. К , Константинов С. С. Модернизация винтового пресса усилием 250 тс мод. ФА127 //Кузнечно-штамповочное производство. - 1973. -N9. -С. 30-31.

4. Зимин !й А. , Морогов а М.. Экспериментальное исследование гидровинтовых пресс-молотов //Кузнечно-штамповочное производство. - 1974. -N6. -С. 30-34.

5. Кричке а О. .Морогов В. М. .Гонченко Б. а Информационная система контроля работы гигровинтовых пресс-молотов//Механизация и автоматизация производства. - 1975.-N2,- С. 10-11.

6. Морогов а М. , Оарманова а Н. Применение гидровинтовых прессов-молотов для штамповки полиуретаном //Кузнечно-штамповочное производство. -1975. -N3. -С. 35-36.

7. Морогов В. Ы. Дозирование и регулирование энергии удара вин-тоеых прессов//Кузнечно - штамповочное производство. -1975. -N6.-С. 34-35.

8. МорогоЕ Ей Об экспериментальном определении эффективной энергии кузнечно-штамповочных машин при помощи медных образцов

//Кузнечно-штампоЕОЧИое производство. -1976. -N2. - С. 36-38.

9. Морогов В. М. , Бочаров ¡O.A. Модернизация винтовых прессов. Куйбышев: книжное издательство, 1977.-С. 126.

10. Морогов R М. Оптимизация параметров винтовых прессов //Совершенствование кузнечно-штампоЕочного оборудования ударного

действия: Тез. докл. Республиканской конф. - Ижевск, • 1979.- С. 1112.

11. Морогов Е М. Определение кинематических параметров бинтовых прессов ■ с использованием линеаризованных уравнений //Вестник машиностроения. - 1982. - N11.-С. 61.

12. Морогов Е М. Система регулирования энергии удара прес молота для точной и малоотходной штамповки лопаток ГТД //Авиационная промышленность. - 1936. -N3. -С. 25-27.

13. Морогов Е М. ^йарманова R Н. , Стародубцев Е Д. .

Модернизация гидровинтовых пресс-молотов мод. 02732 А .усил.

1,6 МН//Кузнечко-стампоЕОчно9 производство. - 1987.-N6. - С. 38-40.

14. Морогов В. Ми , Стародубцев Е Д. Выбор тяжелых механических ~ прессоЕ для точной и малоотходной штамповки лопаток ГТД // Авиаци-

•* онная промышленность .- 1987. - N7,- С. 13-20.

. 15. Мсрогов Е М. , Стародубцев В. Д. Модернизация тяжелых винтовых прессов для точной штамповки деталей ГТД // Авиационная промышленность . -1987. - К' 8 . - С. 13-20.

16. Морогов В.М. .Стародубцев В. Д. Определение оптимальной энергии удара тяжелы/ бинтовых прессов при точной штамповки деталей ГТД // Авиационная промышленность. - 1989. - N 3. - С. 24-26.

17. Морогов ЕМ., Стародубцев В. Д. Точная и -малоотходная штамповка лопаток ГТД на винтовых прессах // Авиационная промышленность. -1939. - N 5.- С. 17-20. ,

18. Мсрогов В. М. Проблема разработки и инженерные. методы расчета и конструирования винтовых прессов и фундаментов под них для точней и малоотходной штамповки лопаток ГТД // Оборудование и -процессы обработки давлением : Тез. докл. Всероссийской научнотех-киЧ'-жой конференции " 100-летие со дня рождения проф. А. И. Зимина" -М.,>1995. - С. 61-66. I

19. A.C. 174945, СССР, МНИ, 58 Винтоеой пресс с гидроприводом /В.М.Морогов D.А.Бочаров ,. .'А.В.Сафонов // Открытия ,

изобретения... -1965- N18.

20. A.C. 281156,' СССР, МКИ, ЕЗОВ Гидравлический винтовой пресс / B.M.MbporoS , А.И.Зимин ", .. Ю.А.Зимин и др.

'/Открытия, изобретения ... -1970. - N 28.

21. А. С. 366093, СССР, МКИ, ВЗОВ 1/18В31 7/28 Гидровинтовой пресс / В, Й.МЬрогов , А,И. Зимин , ИХ А. Зимин , Ю.А. Бочаров ;

//Открытия, изобретения ... - 1972,1 N 7.

22. A.C. 356035, СССР, ЫКИ, В1 11/00 ВЗО 15/06 ГидровинтоЕОй пресс/. В.М.Морогов, А.И.Зимин, Ю.А. Зимин , й. А.Бочаров . и др. //Открытия, изобретения ... - 1972,- N 32 .

23. A.C. 829450, СССР, МКИ, ВЗОВ 1/23 Газогидравлический аккумулятор гидровинтового пресса /.В. М ..'Морогов , Ю.К.БусароЕ, , Цой4 Л М. // Открытия, изобретения ..." - 1981,- N 18.

24. A.C. 948690, ССС\ МКИ, ВЗОВ 15/16 Устройство для pel у-' лирования энергии удара/В.ЮЬрогов , .,Ю.К.Бусаров //Открытия,изобретения ... - 1982,- N 29.

25. Теоретические и экспериментальные исследования ГВПМ, .отработка оптимальной схемы пресс-молота, гидропривода, систем управления, виброизоляции и создание общей теории и методики расчета ГВПМ: отчет о НИР (заключит.) • / Куйбышевский инж. -строит, инст. (КуИСИ): руководитель Порогов' В. М. - ГР7808374 '

. шв .IfБ 97У 1 инв .КБ 9 72042-Куйбышев . Д981-160С.

26. Разработка фундамента дугостаторного пресса Ф1740 и ""исследование систем пресс - фундамент: отчет о НИР (заключит. ) /Куйбышевский инж. - строит, инст. (КуИСИ): руководитель Порогов В. Ы. ГР78088375;> якв Je 9 72СЮ-Куйбшзев . ,B8I -I26C

27. Теоретические и экспериментальные исследования систем дозирования и'регулирования энергии удара гидровинтовых машин: отчет о НИР (ЗАКЛЮЧИТ.)/Куйбышевский инж. - строит, институт (КуИСИ): руководитель Шрогов R М. - ГР 7906233^швЛ Б 972744 -П.,1981-151С.

28. Разработка проекта модернизачии винтовых прессов модели LYH 2500 - 4000 и адаптивной системы их управления применительно к точной'штамповке лопаток двигателей: отчет о НИР (заключит.) /Куйбышевский филиал НИЙД: руководитель Морогов В. VL ГР2211985;

инз .ет5702-Куйбии?ев. ,В85-65С-.;

»

/

29. Исследование прочесса штамповки а>^отовок деталей ГТД методом обкатывания и разработка ТЗ на проектирование- специализированного пресса для точной штамповки лопаток двигателей: отчет о НИР (заключит.)/Куйбышеиский филиал НИВД руководитель Шрогов ЕМ. ГРСЕ85103; инв.»У273<13-гКуМышев.1В8'7-115С.

Подписано к печати tR.oj.tft

. Заказ обьем 2,0 п. л. тир. 100

Типография ЫГТУ им. Н. Э. Баумана