Разработка конструкции кривошипного листоштамповочного пресса номинальной силой 4МН
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Марта 2014 в 17:44, курсовая работа
Описание работы
Целью данного проекта является разработка на основе рабочих чертежей
пресса усилием 3.15МН конструкции исполнительного механизма, системы
включения и главного привода пресса усилием 4МН той же гаммы.
Задачи проекта:
1. По соотношениям подобия рассчитать размеры сборочных единиц
проектируемого пресса усилием 4МН.
2. Провести проверочные расчеты основных устройств пресса:
исполнительного механизма, системы включения, главного привода.
3. Провести
исследование
энергетических
параметров
спроектированного пресса при работе в штатных режимах для типовой
технологической операции вытяжки.
Содержание работы
ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4
1. СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ................................................................5
1.1. Современные гаммы универсальных листоштамповочных прессов..........5
1.2. Применение соотношений подобия для проектирования гамм прессов..12
1.3. Техническое задание на проектирование пресса усилием 4МН...............17
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА
.................................................................................................................................22
2.1. Проектный расчет и описание конструкции...............................................22
2.2. Кинетостатический расчет ИМ.....................................................................24
2.3. Расчет главного вала на усталостную выносливость.................................26
3. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ................31
3.1. Проектный расчет и описание конструкции...............................................31
3.2. Проверочный расчет муфты по моменту сцепления..................................36
3.3. Определение момента инерции ведомых масс ...........................................37
3.4. Проверочный расчет тормоза по углу торможения....................................39
3.5. Расчет муфты и тормоза на коэффициент износа И.С.Победина.............40
4. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГЛАВНОГО ПРИВОДА.....................42
4.1. Проектный расчет и описание конструкции...............................................42
4.2. Исходные данные для исследования энергетики пресса ...........................45
4.3. Результаты исследований энергетики пресса .............................................48
ВЫВОДЫ...............................................................................................................56
Список использованной литературы..................................
Файлы: 1 файл
Ф
ЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский государственный индустриальный университет
(ГОУ МГИУ)
Кафедра «Машины и технология обработки металлов давлением»
РАСЧЕТНО–ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
на тему: «Разработка конструкции кривошипного листоштамповочного
пресса номинальной силой 4МН»
Группа:
9132
Студент:
_____________
С.И.Мочалов
Руководитель:
_____________
В.А.Чубуков
ДОПУСКАЕТСЯ К ЗАЩИТЕ
Оценка:
Дата:
____________
«___» _______
МОСКВА 2006
2
РЕФЕРАТ
Курсовой проект содержит пояснительную записку на 66 страницах
печатного текста, 28 рисунков, 7 таблиц, 7 библиографии, а так же
графическую часть на 6 листах формата А1.
Машиностроение, обработка
металлов
давлением, разработка
конструкции кривошипного листоштамповочного пресса усилием 4МН.
В
данном
курсовом
проекте
разработана
конструкция
листоштамповочного пресса усилием 4МН по соотношениям подобия на базе
универсального листоштамповочного пресса PKZZ
III
315/2500 усилием
3.15МН. Проведён расчет его основных параметров: кинематический расчет,
статический расчет, расчет системы включения, расчет мощности
электродвигателя и момента инерции маховика.
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4
1. СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ................................................................5
1.1. Современные гаммы универсальных листоштамповочных прессов..........5
1.2. Применение соотношений подобия для проектирования гамм прессов..12
1.3. Техническое задание на проектирование пресса усилием 4МН...............17
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА
.................................................................................................................................22
2.1. Проектный расчет и описание конструкции...............................................22
2.2. Кинетостатический расчет ИМ.....................................................................24
2.3. Расчет главного вала на усталостную выносливость.................................26
3. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ................31
3.1. Проектный расчет и описание конструкции...............................................31
3.2. Проверочный расчет муфты по моменту сцепления..................................36
3.3. Определение момента инерции ведомых масс ...........................................37
3.4. Проверочный расчет тормоза по углу торможения....................................39
3.5. Расчет муфты и тормоза на коэффициент износа И.С.Победина.............40
4. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГЛАВНОГО ПРИВОДА.....................42
4.1. Проектный расчет и описание конструкции...............................................42
4.2. Исходные данные для исследования энергетики пресса ...........................45
4.3. Результаты исследований энергетики пресса .............................................48
ВЫВОДЫ...............................................................................................................56
Список использованной литературы...................................................................57
Приложение………………………………………………………………………61
4
ВВЕДЕНИЕ
Среди конструкций прессов с механическим приводом кривошипные
листоштамповочные прессы представляют собой наиболее широко
распространенную в производственной практике группу и используются для
выполнения самых распространенных технологических операций листовой
штамповки. В настоящее время одной из главных проблем в области
машиностроения и обработки металлов давлением является недостаточная
производственная
мощность
существующего
оборудования
и
его
неспособность удовлетворять потребностям современного машиностроения.
Необходимость разработки конструкции нового пресса на основе
существующего
универсального
листоштамповочного
пресса
PKZZ
III
315/2500 вызвана
естественными
требованиями
обновления
производства, заменой старого оборудования более современным в
эксплуатационном, техническом и экономическом плане.
Целью данного проекта является разработка на основе рабочих чертежей
пресса усилием 3.15МН конструкции исполнительного механизма, системы
включения и главного привода пресса усилием 4МН той же гаммы.
Задачи проекта:
1. По соотношениям подобия рассчитать размеры сборочных единиц
проектируемого пресса усилием 4МН.
2. Провести проверочные расчеты основных устройств пресса:
исполнительного механизма, системы включения, главного привода.
3. Провести
исследование
энергетических
параметров
спроектированного пресса при работе в штатных режимах для типовой
технологической операции вытяжки. Провести оптимизацию привода пресса
с целью обеспечения максимального КПД на данной операции.
5
1. СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ
1.1. Современные гаммы универсальных листоштамповочных
прессов
Подавляющее большинство кривошипных машин составляют открытые
прессы различных модификаций. Они составляют по различным оценкам
70÷85% парка кривошипных машин. Эти машины выпускаются усилием от
0.01МН (настольные прессы) до 16МН, то есть на границе средних и
тяжелых прессов. Но наибольшее распространение в общем, автомобильном
и сельхозмашиностроении получили прессы усилием 0.16÷1.6МН, с числом
непрерывных ходов ползуна в диапазоне ≈200÷40 в минуту и величиной хода
ползуна ≈40÷120мм. Они предназначены для различных операций мелкой
листовой штамповки: вытяжки, гибки, вырубки, пробивки, просечки,
формовки и пр.
Открытые кривошипные прессы простого действия (универсальные)
выпускаются одно и двухкривошипными, наклоняемыми (примерно до 30°) и
не наклоняемыми, одностоечными и двухстоечными, с подвижным столом и
неподвижным столом. Подавляющее большинство открытых прессов
выпускается с неподвижным столом, поскольку применение подвижного
стола приводит к дополнительной потере жесткости и ухудшает центрацию
подвижного инструмента относительно неподвижного.
На рис. 1.1 показан общий вид открытого двухстоечного наклоняемого
пресса усилием 0.8МН, оснащенного валковой подачей. На прессе применен
исполнительный механизм с коленчатым валом, расположенном вдоль
фронта.
Пресс, станина которого изображена на рис. 1.2, рассчитан на
применение чисто-кривошипного вала, расположенного перпендикулярно
фронту пресса.
6
Рис. 1.1. Общий вид универсального открытого двухстоечного наклоняемого
пресса усилием 0.8МН с валковой подачей.
Рис. 1.2 Литая двухстоечная наклоняемая станина в сборе: 1 - станина;
2,3,4,5 - съемные буксы в сборе главного вала; 8,9 - планки регулировки
упоров верхних выталкивателей; 10 - откидные дверки кожуха; 11 -
поджтамповая плита; 12 - ось крепления станины к стойкам устройства ее
наклона; 13 - винт регулировки наклона; 14 - рукоятка устройства наклона;
15,16 - внести резьбы фиксаторы; 17 - стойки устройства наклона; 18,19,20
- устройство регулировки зазоров в направляющих пары ползун - станина.
7
На рис. 1.3 показан пресс с шестерне-эксцентриковым главным валом.
Рис. 1.3. Пресс открытый однокривошипный не наклоняемый фирмы
«Komatsu»: 1 - электродвигатель главного привода, 2 – маховик, 3 -
жидкостная сблокированная муфта-тормоз, 4 - промежуточная зубчатая
передача, 5 - сферический подшипник передачи, 6 - тихоходная зубчатая
передача, 7 - шестерне-эксцентриковый главный вал, 8 - вал отбора
мощности, 9 - шатун, 10 - палец шатуна, 11 - плунжер, 12 - направляющий
стакан плунжера, 13 - регулировочный винт, 14 - литой ползун, 15 -
механический верхний выталкиватель, 16 - крепление хвостовика штампа,
17 - подштамповая плита, 18 - сварная станина, 19 - уравновешиватель
ползуна, 20 - рычаг уравновешивателя ползуна, 21 - указатель закрытой
высоты штампа.
Таким образом, в универсальных открытых прессах применяются все
типы главных валов, кроме эксцентриковых, ввиду слишком малого хода
ползуна при использовании последних. Ползуны открытых прессов делаются
с вынесенными из тела ползуна направляющими.
Устройства регулировки закрытой высоты универсальных открытых
прессов выполняются винтовыми (то есть обеспечивающими большую
величину регулировки). Устройства расположены либо в шатуне, либо в
плунжерной подвеске ползуна (рис. 1.3) и приводятся на малых прессах
вручную. При этом винт должен иметь надежную фиксацию.
8
Современные универсальные открытые прессы, как правило, оснащены
устройствами предохранения от перегрузки на ползуне, причем в
сравнительно
тихоходных
прессах
применяют
гидравлические
предохранители, а в быстроходных - ломкие.
В большинстве случаев пневматические или гидропневматические
подушки
в
открытых
прессах
предусматриваются
технической
документацией, но их поставка осуществляется по согласованию с
заказчиками. В случае отсутствия подушки свободное пространство под
столом пресса может использоваться для размещения тары или
транспортеров, служащих для сбора или выноса готовых деталей или
отходов. Функции нижних выталкивателей в универсальных открытых
прессах выполняют либо подушки, либо соответствующие элементы
штампов. Верхние выталкиватели, как правило, жесткие механические.
Универсальные открытые прессы могут работать практически со всеми
средствами
автоматизации,
применяемыми
в
кривошипных
листоштамповочных прессах, как в составе комплектов на базе одного
пресса, так и в составе линий из ряда прессов. На рис. 1.4 показан
автоматизированный отечественный комплекс для штамповки деталей из
штучных заготовок на базе двухкривошипного открытого не наклоняемого
пресса усилием 2.5МН.
1
2; 3
Рис. 1.4. Автоматизированный комплекс для штамповки деталей из
штучных заготовок на базе двухкривошипного открытого пресса усилием
2,5 МН: 1 - пресс; 2 - манипулятор; 3 - механизм загрузки.
9
Универсальные закрытые листоштамповочные прессы в мировой
практике производят в диапазоне усилий 0.4÷35МН, то есть они охватывают
как малые и средние, так и тяжелые кривошипные машины, в отличие от
открытых прессов, не используемых в качестве тяжелых машин. Основное
преимущество закрытых прессов по сравнению с открытыми – их
существенно большая жесткость и прочность. Универсальные закрытые
прессы выпускаются в одно-, двух-, и четырехкривошипном исполнении.
Отечественные
стандарты
предусматривают
выпуск
одно-
и
двухкривошипных универсальных закрытых прессов усилием 1÷16МН с
величиной хода ползуна 130÷800мм и числом непрерывных ходов 40÷6 в
минуту, соответственно, а четырехкривошипных универсальных закрытых
прессов – усилием 3.15÷31.5МН с величиной хода ползуна 250÷1000мм и
числом непрерывных ходов 18÷5 в минуту.
Некоторые типовые тенденции конструирования современных закрытых
универсальных листоштамповочных прессов отражены на рис. 1.5. Во-
первых, это применение шестерне-эксцентриковых главных валов,
расположенных перпендикулярно фронту ползуна. Во-вторых, расположение
большей части ИМ (кроме ползуна), главного привода и некоторых
вспомогательных устройств, например, уравновешивателей в сварной
закрытой
верхней
траверсе,
которую
зачастую,
особенно
в
многокривошипных прессах, используют как масляную ванну. В-третьих, это
приводные
винтовые
устройства
регулировки
закрытой
высоты,
расположенные собственно в ползуне, в котором винтовая пара принадлежит
кинематически не шатуну, а ползуну, благодаря чему винт не подвержен
поперечному изгибу.
10
Рис. 1.5. Структурно-конструктивная схема вертикального
четырехкривошипного листоштамповочного пресса и его расположение
относительно пола.
В средних универсальных листоштамповочных закрытых прессах
применяют, чаще всего, механические верхние выталкиватели и
пневматические (в двух- и четырехкривошипных прессах многорядные)
подушки с суммарным усилием противодавления (0.06÷0.2)
н
P
. В тяжелых
прессах, предназначенных для работы в автоматизированных линиях и
комплексах, верхние выталкиватели выполняют пневматическими и
применяют гидропневматические подушки, работающие с полным набором
режимов: противодавление, удержание, выталкивание, - и развивающих
суммарное усилие (0.15÷0.22)
н
P
. Кроме того, в связи с тенденцией
увеличения числа непрерывных ходов, увеличивается количество двух- и
четырехкривошипных прессов, в которых кривошипы вращаются не в одну
сторону, как на рис. 1.5, а в противоположные, что достигается введением
11
еще одной (паразитной) шестерни для привода тихоходных колес. Также
наблюдается вполне оправданная тенденция переноса муфты и тормоза с
быстроходного (рис. 1.5) вала на промежуточный вал, зацепленный с
главным валом, причем муфта делается консольной и малоинерционной с
цилиндропоршневой группой, расположенной на ведущих массах.
Из устройств автоматизации технологических процессов закрытые
листоштамповочные прессы не могут работать практически лишь с
револьверными
подачами.
Остальные
широко
применяются
в
автоматизированных комплексах и автоматических линиях на базе закрытых
листоштамповочных прессов. Так, например, на рис. 1.6 изображен типовой
автоматических комплекс штамповки деталей из рулона на базе
однокривошипного закрытого пресса усилием 2.5МН.
1
2 3
4
5
6
7
1800
Направление подачи
Уровень
подачи
10
9
8
а)
б)
Рис. 1.6. Типовой комплекс для штамповки деталей из рулонного материала
на базе однокривошипного закрытого универсального пресса усилием
2,5 МН: а - разматывающее и правильное устройства; б - пресс с
автоматической подачей; 1 - прижимной ролик; 2 - разматывающее
устройство; 3 - рулон; 4 - стол заправки ленты в правильное устройство; 5
- ножницы; 6 - правильное устройство; 7 - стол петлевого компенсатора; 8
- клещевая подача; 9 - пресс; 10 - ползун.
12
1.2. Применение соотношений подобия для проектирования
гамм прессов
При проектировании новой конкурентно-способной гаммы сначала
отрабатывается первый типоразмер, на котором проверяются идеи, лежащие
в основе будущей гаммы.
Чтобы ускорить и удешевить освоение остальных типоразмеров гаммы,
целесообразно прибегнуть к проектированию по коэффициентам, когда
каждый
параметр
нового
типоразмера
равен
произведению
соответствующего параметра уже созданного типоразмера на определенный
коэффициент. При научно обоснованном выборе коэффициентов связь
параметров обоих типоразмеров должна согласовываться с фундаментальной
теорией подобия [7].
Принимаются следующие три условия подобия кривошипных машин.
Первое условие (условие однозначности) заключается в том, что
величина каждого параметра нового пресса гаммы должна быть заданной
однозначной функцией главного параметра, в данном случае – номинального
усилия:
( )
j
j
н
П
П P
=
,
(1.1)
где
j
П – любой
j
-й параметр, а
н
P
– номинальное усилие пресса.
Другими словами, если в фундаментальной теории подобия параметры
объекта образуют систему уравнений с определенной степенью свободы, то
принимается заведомо, что эта степень свободы равна единице.
Второе условие (условие равной надежности) заключается в том, что в
полностью подобных прессах должны быть одинаковы все критериальные
показатели: удельные силы и напряжения в соответствующих точках,
коэффициенты износа, коэффициенты динамичности и т. д. Можно показать,
что хотя таких показателей в принципе может быть предложено как угодно
много, независимыми являются четыре показателя, характеризующие
статику, динамику, энергетику пресса, а также - инерционность ведомых
13
масс. Остальные показатели являются производными одного из независимых
показателей. Принимаются за независимые следующие соотношения:
( )
( )
( )
( )
1 1
1
1
2 1
1
2
1;
1;
1;
1;
i
т i
i
тi
i
из i
i
изi
K
К
σ
α
σ
α
σ
σ
+
+
+
+
⎫
=
=
⎪
⎪
⎬
⎪
=
=
⎪
⎭
,
(1.2)
где
1
σ
– приведенные максимальные напряжения в опасных сечениях
главного вала при номинальном усилии на ползуне и квазистатическом
нагружении;
2
σ
– приведенные максимальные напряжения в станине с
учетом динамики;
т
α
– приведенный к главному валу угол торможения
ведомых масс;
из
К
– показатель износа муфты (удельная мощность трения
при включении муфты). Индекс
i
указывает на принадлежность параметра к
спроектированному прессу, а индекс
( )
1
i +
– к проектируемому прессу.
Третье условие – условие технологической равнозначности или
технологического подобия. Пусть
i
i
i
s
T
P
⎛ ⎞
=
⎜ ⎟
⎝ ⎠
– матрица
i
-го технологического
процесса, а
1
1
i
i
i
s
T
P
+
+
⎛
⎞
=
⎜
⎟
⎝
⎠
– матрица
( )
1
i +
-го технологического процесса, где
P
и
s
- текущие значения технологического усилия и недохода ползуна
соответственно. Пусть
( )
1
н i
м
нi
P
k
P
+
=
– масштабный коэффициент (в данном
случае, поскольку речь идет о проектировании прессов, номинальное усилие
н
P
рассматривается как наибольшее усилие типового технологического
процесса, т.е. как
технологический
параметр). Тогда
условие
технологического подобия в матричной форме записывается следующим
образом:
1
i
i
T
AT
+
=
,
(1.3)
14
где
2
м
м
k
A
k
⎛
⎞
=
⎜
⎟
⎝
⎠
.
Таким образом, в подобных технологических процессах график
( )
1
1
i
i
P s
+
+
есть линейное отображение графика
( )
i
i
P s
(рис. 1.7) по
следующим законам:
2
1
i
м i
P
k P
+
=
;
1
i
м i
s
k s
+
=
.
(1.4)
P
н
i
=P
н
(i
+1
)
k
м
s
P
s
s
i
=s
(i+1)
k
м
P
i
=P
(i
+1)
k
м
-2
-1
s
pi
=s
p(i+1)
k
м
-1
P
н
(i
+1
)
=P
н
i
k
м
-2
P
(i
+1)
=P
i
k
м
-2
s
(i+1)
=s
i
k
м
-1
s
p(i+1)
=s
pi
k
м
-1
Рис. 1.7. График P(s) пресса-представителя (слева) и проектируемого пресса
по соотношениям подобия.
Соблюдение условий (1.1) - (1.3) приводит к соотношениям:
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
3
5
1
1
1
3
3
2
3
;
;
;
;
;
;
;
;
;
j
j
j
j
j
вкл
ц
дв
j
j
L
p
j
M
p
j
J
p
j
p
j
n
p
вкл
n
p
c
p
W
p
ц
А
p
дв
N
p
j
G
p
L
x X M
x
X
J
x X
x X
n
x X
n
x
X
c x X W x X
A
x X
N
x
X
G
x
X
ω
ω
−
−
⎫
=
=
=
⎪
⎪
=
=
=
⎪
⎬
⎪
=
=
=
⎪
⎪
=
=
⎭
(1.5)
15
где
j
L
–
j
-й линейный параметр (размер) рассматриваемого пресса (к
линейным параметрам принадлежат и такие, как полный ход, номинальный
недоход, расчетное плечо крутящего момента);
j
M
–
j
-й параметр по
моменту сил (расчетный крутящий момент на главном валу, момент
сцепления муфты и т. д.);
j
J
–
j
-й параметр по моменту инерции (при
веденный момент инерции ведомых масс, приведенный момент инерции
ведущих масс, момент инерции главного вала, маховика и т. д.);
j
ω
– угловая
скорость
j
-го вала;
n
– число непрерывных ходов в минуту
рассматриваемого пресса;
вкл
n
– число допустимых по износу муфты и
тормоза включений в минуту; c – жесткость рассматриваемого пресса;
W
-
запасенная энергия маховых масс;
ц
A
– работа за один цикл;
дв
N
– расчетная
мощность электродвигателя;
j
G – масса (вес)
j
-го узла или пресса в целом;
p
н
X
P
=
– модуль подобия, одинаковый для всех параметров данной
модели (типоразмера) пресса;
j
L
X
,
j
M
X
,
n
X
и т.д. – размерные
параметрические
коэффициенты, одинаковые
для
соответствующих
параметров (в том числе размеров) всех прессов гаммы. Кроме того, следует
иметь в виду, что в прессах, удовлетворяющих условиям (1.1)-(1.3), все
угловые размеры – расчетный угол, угол начала торможения и т. д. –
одинаковы.
Моделирование начинается с воспроизводства процессов, которые
преимущественно протекают в том или ином узле пресса. Математические
соотношения (1.4), выражающие эти процессы, и лежат в основе определения
соотношений. Так, для вывода зависимостей для
j
L
и
j
M
достаточно
представлений о квазистатическом нагружении пресса. Другими словами,
достаточно первого из четырех условий (1.2). Зависимости
i
J
,
с
и
i
G
вытекают из предыдущих зависимостей
j
L
и
j
M
для случая
геометрического подобия, т. е. получаются в конечном итоге из условия,
16
характеризующего статику пресса. Зависимости для
j
ω
,
n
получены путем
согласования предыдущих показателей для
j
L
,
j
M
,
j
J
,
c
и
j
G
с третьим из
условий (1.2), т. е. они характеризуют в совокупности как статику, так и
инерционность ведомых масс. Зависимость для
вкл
n
характеризует, кроме
перечисленных условий, еще энергетику (износ), т. е. четвертое из условий
(1.2). Зависимости для
W
,
ц
A
и
дв
N
- наиболее комплексные, при их выводе
использованы все четыре условия (1.2).
Прессы, удовлетворяющие всем соотношениям, т. е. условиям (1.1)-
(1.3), являются полностью подобными. Они теоретически равнонадежны и
геометрически подобны (хотя типовые графики их технологических
операций не подобны геометрически). Однако полностью подобные прессы
не оптимальны, а зачастую и не выполнимы в металле, поскольку
дополнительные реальные условия в ряде случаев противоречат условиям
полного подобия (1.1)-(1.3). Например, расстояние от плоскости разъема
штампов до пола в вертикальных прессах определяется не из условий равной
надежности, а из условий эргономики, а потому должно быть примерно
одинаковым для всех типоразмеров прессов. Электродвигатели имеют
ограниченное дискретное число оборотов ротора в минуту, соответствующее
обычно 1000 или 1500 оборотам электромагнитного поля, а зубчатые
передачи выбираются в ограниченном диапазоне оптимальных передаточных
отношений. Поэтому при переходе на существенно различный типоразмер
вместе с изменением числа непрерывных ходов в минуту приходится менять
кинематическую схему привода. Не соблюдается полное подобие и при
проектировании пневматических уравновешивателей. Действительно, в
геометрически
подобных
прессах
усилие
пневматических
уравновешивателей пропорционально квадрату, а отношение масс
подвижных элементов исполнительных механизмов - кубу отношения
размеров. Таким образом, параметры нового пресса, определяемые методом
коэффициентов, подобранных с помощью соотношений подобия, на
17
следующем этапе проектирования должны быть оптимизированы в
соответствии с требованиями эргономики, технологии, электропривода и т. д.
Соотношения подобия позволяют решить еще одну задачу: перенесение
результатов теоретических и экспериментальных исследований пресса
определенного усилия на аналогичный пресс другого усилия.
1.3. Техническое задание на проектирование пресса усилием
4МН
В
качестве
объекта
проектирования
выбран
универсальный
листоштамповочный пресс PKZZ
III
315/2500 усилием 3.15МН с кривошипно-
ползунным
исполнительным
механизмом, шестерне-эксцентриковым
главным валом, системой включения через систему управления,
расположенной на промежуточном валу, трехступенчатой двухпоточной
конструкцией главного привода, закрытой ненаклоняемой конструкцией
станины.
На рис. 1.8 приведены общие виды указанного пресса.
К основным устройствам пресса PKZZ
III
315/2500 относятся: система
включения (рис. 1.9), исполнительный механизм (рис. 1.10), главный привод
на базе асинхронного электродвигателя.
18
Рис. 1.8. Общие виды универсального листоштамповочного пресса
PKZZ
III
315/2500 усилием 315МН.
19
(а)
(б)
Рис. 1.9. Система включения универсального листоштамповочного пресса
PKZZ
III
315/2500 усилием 3.15МН: а) муфта; б) тормоз.
20
Рис. 1.10. Исполнительный механизм универсального листоштамповочного
пресса PKZZIII 315/2500 усилием 3.15МН.
Техническая характеристика универсального листоштамповочного
пресса PKZZ
III
315/2500 приведена в таблице 1.1.
Таблица 1.1.
Основные параметры универсального листоштамповочного пресса
PKZZ
III
315/2500 усилием 3.15МН.
№
п/п
Наименование параметра Размерность Величина Обозначение
1. Номинальное усилие
МН
3.15
Р
Н
2. Ход ползуна
мм
400
Н
3. Число ходов ползуна
мин
-1
20–25
n
4. Площадь ползуна
мм
2500х1400
Fполз
На основе соотношений полного (геометрического) подобия (см. раздел
1.2) определим основные параметры проектируемого пресса усилием 4МН.
Коэффициент подобия определяется по формуле (см. раздел 1.2):
Hпредств
Hпроект
M
P
P
k =
,
(1.6)
где Р
Нпроект
– номинальное усилие проектируемого пресса;
21
Р
Нпредств
– номинальное усилие пресса-представителя.
127
.1
15
.3
4
=
=
МН
МН
k
M
.
С учетом коэффициента подобия линейные размеры проектируемого
пресса определяются по формуле (1.5):
M
L
k
X
L
⋅
=
,
где L – линейный параметр проектируемого пресса;
X
L
– линейный размер пресса-представителя;
k
M
– коэффициент подобия.
Ход ползуна проектируемого пресса:
)
(
450
127
.1
400
мм
H
=
⋅
=
Площадь ползуна проектируемого пресса:
)
(
1550
2800
127
.1
)
1400
2500
(
мм
х
х
F
полз
=
⋅
=
При условии подобия число ходов проектируемого пресса усилием 4МН
определяется по формуле (1.5):
1
)
(
−
⋅
=
M
np
k
n
n
,
где n
np
– число ходов пресса-представителя усилием 3.15МН.
)
(
22
17
127
.1
)
25
20
(
1
1
−
−
÷
=
⋅
÷
=
мин
n
.
Таким образом, основные характеристики проектируемого пресса
усилием 4МН представлены в таблице 1.2.
Таблица 1.2.
Основные параметры проектируемого пресса усилием 4МН.
№
п/п
Наименование
параметра
Размерность Величина
Обозначение
1. Номинальное усилие
МН
4
Р
Н
2. Ход ползуна
мм
450
Н
3. Число ходов ползуна
мин
-1
17–22
n
4. Площадь ползуна
мм
2800х1550
Fполз
22
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО
МЕХАНИЗМА
2.1. Проектный расчет и описание конструкции
Конструктивная схема исполнительного механизма универсального
листоштамповочного пресса PKZZ
III
315/2500 изображена на рис.2.1, его
основные параметры приведены в таблице 1.1.
Рис. 2.1. Конструктивная схема исполнительного механизма: d
A
– диаметр
большой головки шатуна; r
B
– радиус малой головки шатуна; l
γ
– ширина
опорной части большой головки шатуна; l
O
– длина опорной части вала; l
1
–
длина от края эксцентрика до центра опоры большой головки шатуна; l
2
–
длина от края эксцентрика до центра шестерни; l
К
– длина эксцентрика; R
К
– радиус зубчатого колеса по основной окружности; α
Ш
– угол зацепления; R
– радиус кривошипа; L – длина шатуна; δ – установочный угол шестерни.
На рис. 2.2 приведены общие виды главного вала с шестерне-
эксцентриком универсального листоштамповочного пресса PKZZ
III
315/2500
усилием 3.15МН.
23
Рис. 2.2. Общие виды главного вала с шестерне-эксцентриком
универсального листоштамповочного пресса PKZZIII 315/2500 усилием
3.15МН.
Определим весь массив параметров исполнительного механизма
проектируемого пресса на основе соотношений полного (геометрического)
подобия (см. раздел 1.2).
Длина главного вала:
)
(
1640
127
.1
1455
мм
L
B
=
⋅
=
.
Радиус кривошипа:
)
(
225
127
.1
200
мм
R
=
⋅
=
.
Радиус большой головки шатуна:
)
(
378
127
.1
335
мм
r
A
=
⋅
=
.
Радиус малой головки шатуна:
)
(
90
127
.1
80
мм
r
B
=
⋅
=
.
Радиус опорной части главного вала:
)
(
124
127
.1
110
мм
r
O
=
⋅
=
.
Длина эксцентрика:
)
(
810
127
.1
720
мм
l
K
=
⋅
=
.
24
Ширина опорной части большой головки шатуна:
)
(
182
127
.1
161
мм
l
SH
=
⋅
=
.
Длина опорной части вала:
)
(
230
127
.1
205
мм
l
O
=
⋅
=
.
Длина от края эксцентрика до центра опоры большой головки шатуна:
)
(
395
127
.1
350
1
мм
l
=
⋅
=
.
Длина от края эксцентрика до центра шестерни:
)
(
152
127
.1
135
2
мм
l
=
⋅
=
.
Радиус зубчатого колеса по основной окружности:
)
(
880
127
.1
780
мм
R
K
=
⋅
=
.
Угловая скорость главного вала:
)
(
855
.1
127
.1
09
.2
1
1
−
−
=
⋅
=
с
ω
.
Угол зацепления остается неизменным:
°
= 20
Ш
α
.
2.2. Кинетостатический расчет ИМ
Целью данного раздела является расчет кинетостатических параметров
исполнительного механизма проектируемого пресса усилием 4МН.
2.2.1. Кинематический расчет
Основой
кинематического
расчета
является
установление
функциональной связи между заданными перемещениями ведущего звена и
перемещением, скоростью и ускорением рабочего звена.
Перемещение ползуна определяется по формуле /1/:
(
[
(
]
4
)
cos
1
)
cos
1
α
λ
α
−
⋅
+
−
⋅
= R
S
,
(2.1)
где S – перемещение ползуна, см;
R – радиус кривошипа, см;
α
– угол поворота кривошипа, град;
25
λ
– коэффициент шатуна,
L
R
=
λ
=0.17.
Для аксиального механизма скорость и ускорение ползуна определяется
по формуле /2/:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⋅
+
⋅
⋅
=
α
λ
α
ω
2
sin
2
sin
R
V
,
(2.2)
(
)
α
λ
α
ω
2
cos
cos
2
+
−
=
R
a
,
(2.3)
где V – скорость ползуна, см/с;
a – ускорение ползуна, см/с
2
;
ω
– угловая скорость вращения кривошипа, см
-1
;
2.2.2. Статический расчет
Задачей статического расчета является определение приведенного плеча
крутящего момента.
Приведенное плечо крутящего момента определяется по формуле /5/:
тр
кр
ид
кр
кр
m
m
m
+
=
,
(2.4)
где
ид
кр
m
– приведенное идеальное плечо крутящего момента на валу без
учета сил трения и инерции;
тр
кр
m
– приведенное плечо трения в шарнирах.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⋅
+
⋅
=
α
λ
α
2
sin
2
sin
R
m
ид
кр
,
(2.5)
(
)
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
+
⋅
+
⋅
⋅
=
2
cos
1
2
cos
2
O
A
B
тр
кр
d
d
d
f
m
α
α
,
(2.6)
где
f
= 0.4 – коэффициент трения;
d
A
– диаметр большой головки шатуна;
d
B
– диаметр малой головки шатуна;
d
O
– диаметр опорной части главного вала.
26
2.3. Расчет главного вала на усталостную выносливость
Расчет на усталостную выносливость сводится к определению
допустимого усилия на ползуне по прочности опасного сечения.
Усилие, допускаемое прочностью вала для пресса, определяется по
формуле /1/:
(
)
E
кр
Ш
K
Ш
кр
B
A
E
E
O
Д
Ф
m
R
m
D
d
D
d
Ф
n
k
d
Р
τ
σ
α
α
δ
σ
⋅
⋅
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⋅
+
⋅
⋅
−
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
25
.0
cos
sin
'
'
1.
0
2
1
3
,
(2.7)
где σ = 4000 кг/см – предел выносливости вала при изгибе гладкого образца
вала из стали 45 при знакопеременном цикле;
n = 1.3 – коэффициент запаса прочности для универсальных прессов;
E
k
= 0.8 – коэффициент эквивалентной нагрузки;
E
Ф
σ
,
E
Ф
τ
– константы прочности при изгибе и при кручении;
δ – установочный угол шестерни;
D' – диаметр кривошипа;
R
K
– радиус зубчатого колеса по основной окружности;
α
Ш
– угол зацепления.
Расчет по формулам 2.1–2.7 произведем, используя программу «ksho».
Исходные данные для расчета приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1.
Исходные данные для расчета кинетостатических параметров
исполнительного механизма проектируемого пресса усилием 4МН.
№
Наименование параметра
Обозначение Размерность Величина
0 Номер схемы
Схема:
№
11.0
1 Радиус кривошипа
R:
см
22.5
2 Коэффициент шатуна
λ:
–
0.13
3 Радиус большой головки шатуна
ra:
см
37.8
4 Радиус малой головки шатуна
rb:
см
9.0
5 Радиус опорной части главного вала
r0:
см
12.4
6 Угловая скорость главного вала
ω:
1/сек
1.85
7 Коэффициент трения в сочленениях
µ:
–
0.06
27
8 Нормальное напряжение матер.при изг.
σ:
кг/см
2
4000
9 Коэффициент запаса по валу
n:
–
1.3
10 Коэффициент эквивалентной нагрузки
K
Е
:
–
0.8
11 Коэфф. опредил. по табл. данным
Ф
σ
Е
:
–
4.4
12 Коэфф. опредил. по табл. данным
Ф
τ
Е
:
–
7.2
13 Ширина опор. части бол.голов.шатуна
l
γ
:
см
18.2
14 Длина опорной части вала
l
О
:
cм
23.0
15 Линейные размеры по чертeжу
l
1
:
см
39.5
16 Линейные размеры по чертeжу
l
2
:
см
12.2
17 Линейные размеры по чертeжу
l
K
:
см
81.0
18 Угол зацепления {15°,20°}
α
Ш
:
град
20.0
19 Радиус зубчатого колеса по основ.окр
R
K
:
см
88.0
Результаты
расчета
кинематического, статического
и
расчета
допустимого усилия в опасном сечении Е–Е главного вала (рис. 2.1)
приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2.
Результаты расчета кинетостатических параметров исполнительного
механизма проектируемого пресса усилием 4МН.
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ α │
s ,см
│ v,см/сек │ g,см/сек^2 │
m
kp
,см
│
P
E
, кН
│
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 0.│ .000000 │ .000000 │ 87.0171 │ 3.37704 │
2503.39│
│ 5.│ .967286E-01│ 4.09768 │ 86.5719 │ 5.59200 │
2485.29│
│ 10.│ .385925 │ 8.15348 │ 85.2434 │ 7.78433 │
2467.64│
│ 15.│ .864638 │ 12.1262 │ 83.0519 │ 9.93172 │
2450.59│
│ 20.│ 1.52800 │ 15.9757 │ 80.0309 │ 12.0126 │
2434.29│
│ 25.│ 2.36929 │ 19.6641 │ 76.2262 │ 14.0063 │
2418.87│
│ 30.│ 3.38005 │ 23.1556 │ 71.6948 │ 15.8936 │
2404.46│
│ 35.│ 4.55023 │ 26.4176 │ 66.5037 │ 17.6568 │
2391.15│
│ 40.│ 5.86827 │ 29.4206 │ 60.7286 │ 19.2800 │
2379.02│
│ 45.│ 7.32135 │ 32.1389 │ 54.4516 │ 20.7494 │
2368.15│
│ 50.│ 8.89551 │ 34.5511 │ 47.7603 │ 22.0533 │
2358.59│
│ 55.│ 10.5759 │ 36.6397 │ 40.7451 │ 23.1823 │
2350.37│
│ 60.│ 12.3469 │ 38.3914 │ 33.4977 │ 24.1292 │
2343.52│
│ 65.│ 14.1924 │ 39.7977 │ 26.1094 │ 24.8893 │
2338.05│
│ 70.│ 16.0960 │ 40.8538 │ 18.6690 │ 25.4602 │
2333.96│
│ 75.│ 18.0411 │ 41.5595 │ 11.2611 │ 25.8416 │
2331.24│
│ 80.│ 20.0113 │ 41.9180 │ 3.96491 │ 26.0354 │
2329.86│
│ 85.│ 21.9904 │ 41.9364 │-3.14718 │ 26.0454 │
2329.79│
│ 90.│ 23.9625 │ 41.6250 │-10.0108 │ 25.8770 │
2330.99│
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
где α – угол поворота кривошипа; s – перемещение ползуна; v – скорость
ползуна; g – ускорение ползуна; m
кр
– приведенное плечо крутящего момента;
P
E
– допустимое усилие на ползуне в опасном сечении Е–Е.
28
Графическая интерпретация данных таблицы 2.2 приведена на рисунках
2.3–2.7:
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
5
10
15
20
25
Рис 2.3. Зависимость перемещения ползуна (s)
от угла поворота (α) главного вала.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Рис 2.4. Зависимость скорости ползуна (v)
от угла поворота (α) главного вала.
29
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Рис 2.5. Зависимость ускорения (g)
от угла поворота (α) главного вала.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
5
10
15
20
25
30
Рис 2.6. Зависимость приведенного плеча крутящего момента (mkp)
от угла поворота (α) главного вала.
30
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2300
2325
2350
2375
2400
2425
2450
2475
2500
Рис 2.7. Зависимость допустимых усилий на ползуне в сечении Е-Е(P
Е
)
от угла поворота (α) главного вала.
Как видно из рис. 2.7, допустимое усилие в опасном сечении Е-Е при
α=30 принимает значение 2.4МН. Так как пресс двухкривошипный, то
расчетная нагрузка на 1 эксцентрик равна:
)
(4.
2
2.
1
2
4
2.
1
2
МН
P
P
H
P
=
⋅
=
⋅
=
,
где 1.2 – коэффициент неравномерности нагрузки.
Таким образом, запас прочности составляет 1.3, что удовлетворяет
условиям нормальной работы главного вала без поломок и повреждений и,
как следствие, нормальной работы всего механизма в целом. Следовательно,
проектируемый вал не требует дополнительного усиления и остается
исходным.
31
3. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ
ВКЛЮЧЕНИЯ
3.1. Проектный расчет и описание конструкции
К системе включения относится совокупность устройств, служащих для
попеременного соединения ведомых масс кривошипного пресса с ведущими
или неподвижными массами. В подавляющем большинстве прессов
разделение подвижных масс на ведущие и ведомые осуществляется в
главном приводе, одна часть которого движется синхронно с маховиком и
принадлежит ведущим массам. В этом случае узел соединения ведомых масс
с ведущими называется муфтой (рис. 1.9, а), а узел соединения ведомых масс
с неподвижными – тормозом (рис. 1.9, б).
Муфты и тормозы кривошипных прессов должны передавать крутящие
моменты
до
16 МНм
(муфты
сверхтяжелых
кривошипных
горячештамповочных прессов), работать с интенсивностью включений более
1 с-1, сцеплять ведомые массы с ведущими за время не более нескольких
десятых долей секунды в тяжелых и сверхтяжелых прессах и нескольких
сотых долей секунды в легких прессах, обеспечивать при этом долговечность
конструкции, исчисляемую от годов до десятков лет, быть предельно
экономичными в изготовлении и эксплуатации, передавать полный крутящий
момент сил при нулевом скольжении одной соединяемой массы
относительно другой, гасить вибрации, возникающие при сцеплении.
Наиболее полно отвечают этим требованиям системы включения, в которых
в качестве устройств, соединяющих ведомые массы с ведущими,
используются фрикционные дисковые нормально разомкнутые муфты,
замыкаемые сжатым воздухом давлением 0.5÷0.58 МПа (5-5.8 атм) и
размыкаемые пружинами, а в качестве устройств, соединяющих ведомые
массы с неподвижными – дисковые (реже – ленточные) нормально
замкнутые тормозы, замыкаемые пружинами и размыкаемые сжатым
воздухом. Кроме того, функционально к системам включения относятся
32
устройства систем управления, служащие для наполнения и опорожнения
цилиндров муфт и тормозов сжатым воздухом и обеспечения блокирования
(последовательности срабатывания муфт и тормозов) как в штатных
(нормальных), так и в нештатных (аварийных) режимах.
Описываемые
устройства
чрезвычайно
разнообразны. Но
их
разнообразие достигается путем различных комбинаций ограниченного
количества основополагающих конструктивных признаков. Эти признаки
отражены в ниже приводимой классификации (табл. 3.1) [6].
Таблица 3.1
Классификация дисковых муфт и тормозов кривошипных прессов.
№
п/п
Классификационный признак
его реализация
механическая
1 Связь нажимных дисков муфты и тормоза
через систему управления
ведущим массам
ведомым массам
2
Динамическая (по характеру режима) принадлежность
цилиндро-поршневой группы
стойке
на приемном валу
на промежуточном валу
3 Расположение муфты в главном приводе
на главном валу
раздельные
4 Взаиморасположение муфты и тормоза
агрегатированные
консольное
5
Расположение муфты и (или) тормоза относительно опор
вала
межопорное
одна
две
четыре
шести
6 Количество трущихся поверхностей в муфте или тормозе
восемь
накладки
7 Форма фрикционных элементов
вставки
шлицевое
пальцевое
8 Осевое перемещение дисков (или его отсутствие)
жесткая фиксация
на ведомые
9 Опора ведущих масс муфты
на стойку
манжетное
профильно-шнуровое
10 Уплотнение цилиндро-поршневой группы
мембранное
Классификация муфты и тормоза рассматриваемого пресса-представителя
представлена в таблице 3.2.
33
Таблица 3.2
Классификация дисковой муфты и тормоза универсального
листоштамповочного пресса PKZZIII 315/2500 усилием 3.15МН.
№
п/п
Классификационный признак
его реализация
1 Связь нажимных дисков муфты и тормоза
через систему управления
2
Динамическая (по характеру режима) принадлежность
цилиндро-поршневой группы
к ведущим массам
3 Расположение муфты в главном приводе
на промежуточном валу
4 Взаиморасположение муфты и тормоза
раздельные
5 Расположение муфты и тормоза относительно опор вала консольное
6 Количество трущихся поверхностей в муфте или тормозе две
7 Форма фрикционных элементов
вставки
8 Осевое перемещение дисков (или его отсутствие)
жесткая фиксация
9 Опора ведущих масс муфты
на ведомые
10 Уплотнение цилиндро-поршневой группы
манжетное
Произведем расчет размеров фрикционных дисков и площади поршня муфты
проектируемого пресса по соотношениям подобия (см. раздел 1.2).
Диаметр муфты:
)
(
1375
127
.1
1220
мм
D
муфты
=
⋅
=
.
Длина муфты:
)
(
1146
127
.1
1017
мм
L
муфты
=
⋅
=
.
Внутренний радиус фрикционного диска:
)
(
140
127
.1
2
248
.
.
.
мм
R
м
д
фр
вн
=
⋅
=
.
Наружный радиус фрикционного диска:
)
(
504
127
.1
2
895
.
.
.
мм
R
м
д
фр
н
=
⋅
=
.
Внутренний радиус поршня:
)
(
198
127
.1
2
352
.
.
мм
R
м
пор
вн
=
⋅
=
.
Наружный радиус поршня:
)
(
576
127
.1
2
1025
.
.
мм
R
м
пор
н
=
⋅
=
.
34
Площадь поршня муфты:
)
(1.
918676
)
198
576
(
2
2
2
.
мм
F
пор
муфты
=
−
⋅
=
π
.
Произведем расчет размеров фрикционных дисков и площади поршня тормоза
проектируемого пресса по соотношениям подобия (см. раздел 1.2).
Диаметр тормоза:
)
(
1386
127
.1
1230
.
мм
D
торм
=
⋅
=
.
Длина тормоза:
)
(
1160
127
.1
5.
1029
.
мм
L
торм
=
⋅
=
.
Внутренний радиус фрикционного диска:
)
(
131
127
.1
2
232
.
.
.
мм
R
т
д
фр
вн
=
⋅
=
.
Наружный радиус фрикционного диска:
)
(
465
127
.1
2
825
.
.
.
мм
R
т
д
фр
н
=
⋅
=
.
Внутренний радиус поршня:
)
(
362
127
.1
2
642
.
.
мм
R
т
пор
вн
=
⋅
=
.
Наружный радиус поршня:
)
(
559
127
.1
2
992
.
.
мм
R
т
пор
н
=
⋅
=
.
Площадь поршня муфты:
)
(2.
569712
)
362
559
(
2
2
2
.
.
мм
F
пор
торм
=
−
⋅
=
π
.
Таким образом, сборочный чертеж муфты и тормоза проектируемого пресса
усилием 4МН будет иметь вид, представленный на рис. 3.1.
35
Рис. 3.1. Сборочный чертеж муфты и тормоза системы включения
проектируемого пресса усилием 4МН.
36
3.2. Проверочный расчет муфты по моменту сцепления
Расчет системы включения сводится к подбору муфты и тормоза,
определению их основных расчетных величин в проверочном варианте.
Определяем расчетный крутящий момент, который необходимо
передать муфте.
Расчётный крутящий момент
р
кр
M рассчитывается по формуле /2; 3; 4/:
U
m
Р
M
р
кр
Н
р
кр
⋅
=
,
(3.1)
где Р
н
– номинальное усилие пресса, Н;
m
р
кр
– приведенное плечо крутящего момента, m
р
кр
= 0.159 м;
U – передаточное отношение;
)
(1.
114183
57
.5
159
.0
10
4
6
м
Н
M
р
кр
⋅
=
⋅
⋅
=
.
Момент сцепления муфты
м
сц
M рассчитывается по формуле /2; 3; 4/:
м
M
CP
ф
м
сц
Q
R
m
M
⋅
⋅
⋅
⋅
=
δ
µ
,
(3.2)
где µ – коэффициент трения, µ = 0.42;
δ
ф
– коэффициент формы поверхности трения (зависит от соотношения
радиусов трения, геометрия вставки, условий приработки и т. д.), δ
ф
=
1.01÷1.12;
M
CP
R
– средний радиус трения (м), определяется по формуле:
2
ВН
Н
M
CP
R
R
R
+
=
,
(3.3)
где R
Н
, R
ВН
– наружный и внутренний радиусы трения.
Q
м
– осевое усилие прижима, Н, определяется по формуле:
пр
n
м
Q
F
p
Q
−
⋅
=
,
(3.4)
где p – давление воздуха в сети, р = 0.5·10
6
, Па;
Q
пр
– осевое усилие пружины, Н, определяется по формуле:
n
N
Q
пр
⋅
=
2
,
(3.5)
37
где n – количество пружин; n = 4;
N
2
– наибольшее усилие сопротивление пружин, принимаемое равным
2/3 критического сопротивления, N
2
= 1050 Н.
F
п
– площадь поршня,
)
(
918676
.0
2
м
F
п
=
.
)
(
322
.0
2
504
.0
140
.0
м
R
M
CP
=
+
=
).
(
4200
4
1050
Н
Q
пр
=
⋅
=
).
(
455138
4200
918676
.0
10
5.
0
6
H
Q
м
=
−
⋅
⋅
=
).
(4.
137878
455138
322
.0
2
12
.1
42
.0
H
M
м
сц
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
р
кр
м
сц
M
M
⋅
= 3.
1
.
Рассматриваемая муфта удовлетворяет условию передачи крутящего
момента.
3.3. Определение момента инерции ведомых масс
К ведомым массам в данной конструкции пресса относятся следующие
звенья:
– промежуточный вал (поз. 66) с жестко закрепленными дисками муфты
(поз. 26) и тормоза (поз. 56) (рис. 3.2);
– шестерня-эксцентрик (рис. 2.2).
Упростим расчет моментов инерции ведомых масс, получив их
значения, используя инженерный пакет Autocad. Для этого в окне Autocad
при помощи инструмента полилиния надо нарисовать контур детали,
программа покажет величину с размерностью мм
5
. Для получения значения
момента инерции надо домножить полученное значение на плотность стали
(7850кг/м
3
) и на 10
-15
.
38
Рис. 3.2. Промежуточный вал с жестко закрепленными дисками муфты и
тормоза пресса PKZZ
III
315/2500.
Момент инерции на промежуточном валу пресса PKZZ
III
315/2500:
)
(
756
.
29
10
7850
10
7906
.3
2
15
12
..
м
кг
J
в
пр
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
Момент инерции на главном валу пресса PKZZ
III
315/2500:
)
(
273
.
569
10
7850
10
2519
.7
2
15
13
.
м
кг
J
вал
гл
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
При условии подобия моменты инерции на промежуточном валу и на
главном валу проектируемого пресса определяется по формуле (1.5):
)
(
456
.
52
127
.1
756
.
29
2
5
..
м
кг
J
в
пр
⋅
=
⋅
=
;
)
(
1035
127
.1
273
.
569
2
5
.
м
кг
J
вал
гл
⋅
=
⋅
=
.
Приведенный момент инерции ведомых масс для проектируемого пресса
определим по формуле:
)
(
2
21
.
..
U
J
J
К
J
вал
гл
в
пр
П
пр
+
⋅
=
,
(3.6)
где U
21
– передаточное отношение от промежуточного вала к главному:
39
57
.5
14
78
.
.
21
=
=
=
вал
пр
вал
гл
z
z
U
,
(3.7)
z
гл.вал
– число зубьев шестерне-эксцентрика;
z
пр.вал
– на шестерне промежуточного вала.
К
П
= 1.1 – коэффициент, учитывающий момент инерции ползуна и
кривошипно-шатунного механизма.
)
(
181
.
98
)
57
.5
684
.
1141
456
.
52
(
1.
1
2
2
м
кг
J
пр
⋅
=
+
⋅
=
.
3.4. Проверочный расчет тормоза по углу торможения
Угол торможения рассчитывается по формуле /6/:
Т
сц
T
пр
T
M
k
U
J
⋅
⋅
⋅
⋅
=
2
21
2
ω
ϕ
,
(3.8)
где J
прив
– момент инерции ведомых масс;
ω – угловая скорость вращения главного вала, ω = 1.855;
k
Т
– коэффициент торможения, k
Т
= 1.3.
т
сц
М
– момент сцепления тормоза, определяется по формуле:
T
T
CP
т
сц
Q
R
m
М
⋅
⋅
⋅
=
µ
,
(3.9)
где m – количество трущихся поверхностей;
µ – коэффициент трения, µ = 0.42;
T
CP
R
– средний радиус дисков тормоза, определяется по формуле:
)
(
461
.0
2
559
.0
362
.0
м
m
R
R
R
ВН
Н
T
CP
=
+
=
+
=
,
Q
Т
– осевое усилие прижима тормоза, определяется по формуле:
n
N
Q
T
⋅
=
1
,
(3.10)
где n – число пружин, n = 4,
N
1
– максимальное усилие пружины, N
1
= 15473 Н.
14440
4
3610 =
⋅
=
T
Q
(Н).
40
)
(7.
5591
14440
461
.0
42
.0
2
м
Н
М
т
сц
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
.
Таким образом, угол торможения:
°
=
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
5.
12
)
(
2187
.0
7.
5591
2
3.
1
57
.5
855
.1
181
.
98
2
рад
T
ϕ
3.5. Расчет муфты и тормоза на коэффициент износа
И.С.Победина.
Показатель износа муфты К
из
м
рассчитывается по формуле /6/:
М
пр
М
ИЗ
F
a
J
K
⋅
⋅
⋅
=
2
2
ω
,
(3.11)
где J
пр
– момент инерции, приведенный к главному валу ведомых масс;
ω – угловая скорость вращения вала, ω = 1.855;
а – максимальная интенсивность включений муфты,
)
(
367
.0
60
22
60
1−
=
=
=
мин
n
a
,
(3.12)
n – число ходов пресса в минуту;
F
м
– суммарная поверхность площадей трения муфты, м
2
;
m
R
R
F
ВН
Н
M
⋅
−
⋅
=
)
(
2
2
π
,
(3.13)
где R
Н
, R
ВН
– соответственно наружный и внутренний радиусы
поверхностей трения муфты;
m –количество поверхностей трения, m = 2.
)
(
35
.1
2
)
198
.0
504
.0
(
14
.3
2
2
2
м
F
М
=
⋅
−
⋅
=
.
)
/
(3.
0
35
.1
2
367
.0
57
.5
855
.1
181
.
98
2
2
м
кВт
K
М
ИЗ
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
.
Допустимый коэффициент износа:
2
2
/
3.
0
/
10
,
]
[
м
кВт
м
кВт
K
K
М
ИЗ
ИЗ
>
≥
.
Показатель износа тормоза К
ИЗ
Т
рассчитывается по формуле /2 - 5/:
T
пр
T
ИЗ
F
a
J
K
⋅
⋅
⋅
=
2
2
ω
,
(3.14)
41
где F
Т
– суммарная поверхность площадей трения тормоза, м
2
.
m
R
R
F
ВН
Н
T
⋅
−
⋅
=
)
(
2
2
π
,
(3.15)
где R
Н
, R
ВН
– соответственно наружный и внутренний радиусы
поверхностей трения муфты;
)
(
25
.1
2
)
131
.0
465
.0(
14
.3
2
2
2
м
F
T
=
⋅
−
⋅
=
)
/
(3.
0
25
.1
2
367
.0
57
.5
855
.1
181
.
98
2
2
м
кВт
K
М
ИЗ
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
.
Допустимый коэффициент износа:
2
2
/
3.
0
/
10
,
]
[
м
кВт
м
кВт
K
K
М
ИЗ
ИЗ
>
≥
.
42
4. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГЛАВНОГО ПРИВОДА
4.1. Проектный расчет и описание конструкции
На рис. 4.1 изображена структурная схема универсального
листоштамповочного пресса PKZZ
III
315/2500.
Рис. 4.1. Структурная схема универсального листоштамповочного пресса
PKZZIII 315/2500: 1 – шкив электродвигателя, 2 – шкив маховика, 3 – вал-
шестерня быстроходного вала, 4 – промежуточное колесо, 5 – шестерня
промежуточного вала, 6 – вал-шестерня промежуточного вала, 7 –
шестерня-эксцентрик, 8 – электродвигатель, 9 – инерционный маховик, 10 –
муфта, 11 – тормоз, 12 – большая головка шатуна, 13 – шатун, 14 – малая
головка шатуна, 15 – уравновешиватель, 16 – ресивер уравновешивателя, 17
– ползун, 18 – изделие (технологическая нагрузка), 19 – стол; 20 –
пневматическая подушка; 21 – ресивер пневматической подушки.
На рисунке 4.2 приведены схемы приводных валов пресса PKZZ
III
315/2500 и
их размеры.
Проведем
расчет диаметров приводных валов проектируемого пресса, а так
же их момент инерции. Такими элементами являются
позиции 1, 2, 3, 4, 5, 9 и
ведущие массы муфты 10 (рис. 4.1). Моменты инерции J указанных
элементов определим с помощью инженерного пакета Autocad.
43
Рис. 4.2. Схемы приводных валов пресса PKZZ
III
315/2500 и их размеры: а)
шкив электродвигателя; б) маховик; в) инерционный маховик; г) шестерня
быстроходного вала; д) промежуточное колесо; е) шестерня на
промежуточном валу; ж) шестерня промежуточного вала; з) шестерня-
эксцентрик на главном валу.
Шкив электродвигателя:
)
(
282
127
.1
250
мм
L
ЭД
=
⋅
=
)
(
197
127
.1
175
мм
R
ЭД
=
⋅
=
;
)
(
45
127
.1
40
мм
r
ЭД
=
⋅
=
;
)
(9.
2
7850
10
10
673
.3
2
15
11
м
кг
J
ЭД
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
Маховик:
)
(
282
127
.1
250
мм
L
М
=
⋅
=
;
)
(
450
127
.1
400
мм
R
М
=
⋅
=
;
)
(
56
127
.1
50
мм
r
М
=
⋅
=
;
)
(4.
46
7850
10
10
9142
.5
2
15
12
м
кг
J
М
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
Инерционный маховик:
)
(
225
127
.1
200
мм
L
ИМ
=
⋅
=
;
)
(
592
127
.1
525
мм
R
ИМ
=
⋅
=
;
)
(
79
127
.1
70
мм
r
ИМ
=
⋅
=
;
)
(3.
187
7850
10
10
3859
.2
2
15
13
м
кг
J
ИМ
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
Шестерня быстроходного вала:
)
(
192
127
.1
170
мм
L
ШБВ
=
⋅
=
;
)
(
132
127
.1
5.
117
мм
R
ШБВ
=
⋅
=
;
44
)
(
68
127
.1
60
мм
r
ШБВ
=
⋅
=
;
)
(4.
0
7850
10
10
6115
.
54
2
15
9
м
кг
J
ШБВ
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
Промежуточное колесо:
)
(
192
127
.1
170
.
.
мм
L
К
ПР
=
⋅
=
;
)
(
321
127
.1
285
.
.
мм
R
К
ПР
=
⋅
=
;
)
(
62
127
.1
55
.
.
мм
r
К
ПР
=
⋅
=
;
)
(9.
13
7850
10
10
7687
.1
2
15
12
.
.
м
кг
J
К
ПР
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
Шестерня на промежуточном валу:
)
(
192
127
.1
170
.
.
.
мм
L
В
ПР
Ш
=
⋅
=
;
)
(5.
718
127
.1
5.
637
.
.
.
мм
R
В
ПР
Ш
=
⋅
=
;
)
(
231
127
.1
205
.
.
.
мм
r
В
ПР
Ш
=
⋅
=
;
)
(6.
158
7850
10
10
0202
.2
2
15
13
.
.
.
м
кг
J
В
ПР
Ш
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
Шестерня промежуточного вала:
)
(
304
127
.1
270
.
.
мм
L
В
ПР
=
⋅
=
;
)
(
158
127
.1
140
.
.
мм
R
В
ПР
=
⋅
=
;
)
(1.
54
7850
10
10
8912
.6
2
15
12
.
.
м
кг
J
В
ПР
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
Шестерня-эксцентрик на главном валу:
)
(
304
127
.1
270
мм
L
ШЭ
=
⋅
=
;
)
(
880
127
.1
780
мм
R
ШЭ
=
⋅
=
;
)
(
124
127
.1
110
мм
r
ШЭ
=
⋅
=
;
)
(7.
632
7850
10
10
0596
.8
2
15
13
.
м
кг
J
ШЭ
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
.
На рисунке 4.3 приведены схемы приводных валов проектируемого
пресса, рассчитанных по соотношениям подобия.
Мощность электродвигателя проектируемого пресса усилием 4МН
исходя из соотношения подобия (1.5) будет равным:
)
(9.
69
127
.1
55
2
кВт
N
дв
=
⋅
=
.
45
Рис. 4.3. Схемы приводных валов проектируемого пресса и их размеры: а)
шкив электродвигателя; б) маховик; в) инерционный маховик; г) шестерня
быстроходного вала; д) промежуточное колесо; е) шестерня на
промежуточном валу; ж) шестерня промежуточного вала; з) шестерня-
эксцентрик на главном валу.
4.2. Исходные данные для исследования энергетики пресса
Топологическая
схема
проектируемого
пресса
для
исследования
энергетических параметров в программном комплексе ПА-9 при работе в режиме
одиночных ходов приведена на рисунке 4.4, при работе в режиме непрерывных
ходов приведена на рисунке 4.5.
Рис. 4.4. Топологическая схема пресса при работе в режиме одиночных
ходов.
46
Рис. 4.5. Топологическая схема пресса при работе в режиме непрерывных
ходов.
Выбираем электродвигатель с фазовым ротором мощностью 132кВт с числом
оборотов 1500обор/мин (4A280M4У3).
Клиноременная передача:
– передаточное число:
29
.2
175
400
=
=
=
ЭД
М
R
R
U
;
– номинальный момент:
)
(
636000
159
.0
10
4
6
м
Н
m
P
M
p
kp
H
H
⋅
=
⋅
⋅
=
⋅
=
;
– момент инерции ведущего шкива:
)
(9.
2
2
м
кг
J
J
ЭД
ведущ
⋅
=
=
;
– момент инерции ведомого шкива:
)
(7.
233
2
м
кг
J
J
J
ИМ
М
ведом
⋅
=
+
=
.
Зубчатая передача 1:
– передаточное число:
9.
5
21
120
.
.
=
=
=
ШБВ
К
ПР
Z
Z
U
;
– момент инерции ведущего элемента:
)
(1.
67
2
м
кг
J
J
ПРИВ
ведущ
⋅
=
=
;
– момент инерции ведомого элемента:
)
(6.
1139
1035
6.
158
2
.
.
.
м
кг
J
J
J
муфта
ведущ
В
ПР
Ш
ведом
⋅
=
+
=
+
=
.
47
Зубчатая передача 2:
– передаточное число:
6
14
78
.
.
=
=
=
В
ПР
ШЭ
Z
Z
U
;
– момент инерции ведущего элемента:
)
(1.
54
2
.
.
м
кг
J
J
В
ПР
ведущ
⋅
=
=
;
– момент инерции ведомого элемента:
)
(4.
1265
2
7.
632
2
м
кг
J
J
ШЭ
ведом
⋅
=
⋅
=
=
.
Муфта:
– максимальный момент: 137878.4 Н;
–
момент инерции ведущих частей:
)
(6.
1139
2
.
.
.
м
кг
J
J
J
муфта
ведущ
В
ПР
Ш
ведущ
⋅
=
+
=
;
– момент инерции ведомых частей:
)
(5.
1319
2
7.
632
2
1.
54
2
2
.
.
м
кг
J
J
J
ШЭ
В
ПР
ведом
⋅
=
⋅
⋅
+
=
⋅
+
=
.
Тормоз:
– максимальный момент: 400000 Н;
–
момент инерции затормаживаемых и затормаживающих частей:
)
(5.
1319
2
7.
632
2
1.
54
2
2
.
.
м
кг
J
J
J
ШЭ
В
ПР
⋅
=
⋅
⋅
+
=
⋅
+
=
.
Опора кривошипа:
– диаметр шарнира: 0.254м;
– ширина шарнира: 0.812м.
Кривошип:
– проекция на ось У: 0.255м.
Большая головка шатуна:
– диаметр шарнира: 0.710м;
– ширина шарнира: 0.181м.
Шатун:
– проекция на ось У: -1.741м.
Малая головка шатуна:
– диаметр шарнира: 0.169м;
– ширина шарнира: 0.181м.
48
Нагрузка:
Рис. 4.6. Расчет нагрузки для программы Pa9: а) график вытяжки в
безразмерных обратных координатах; б) график зависимости усилия (Р) от
хода ползуна (S) для операции вытяжки на проектируемом прессе в
размерных обратных координатах; в) график зависимости усилия (Р) от
координаты (Y) в размерных прямых координатах.
Уравновешиватель:
– диаметр поршня: 0.55м;
– диаметр штока: 0.9м.
4.3. Результаты исследований энергетики пресса
4.3.1. Определение цикловой и тепловой устойчивости привода
На рис. 4.5 представлена топологическая схема, соответствующая работе
модернизируемого пресса в режиме непрерывных ходов.
На рис. 4.8 отображены графики изменения во времени следующих
параметров:
«Iэ» – эквивалентный ток двигателя;
«Iн» – номинальный ток двигателя;
«wдв» – угловая скорость двигателя;
«wгл.в.» – угловая скорость главного вала;
49
«Yп» – перемещение ползуна;
«Рт» – технологическая нагрузка (вытяжка);
«Mкр.гл.в.» – крутящий момент на главном валу;
«К» – очередность логических сигналов с кнопки включения;
«M» – очередность поступления логических сигналов на муфту;
«T» – очередность поступления логических сигналов на тормоз.
Из графика угловой скорости двигателя «wдв» видно, что угловая
скорость двигателя полностью восстанавливается к моменту начала
следующего хода ползуна «Yп», т.е. условие механической устойчивости
(4.2) выполняется.
Эквивалентный ток является величиной переменной, однако с течением
времени интегрирования (с увеличением числа циклов) его величина
стремится к некоторой константе, что следует из зависимости (4.6) и хорошо
видно на рис. 4.6. Для оценки тепловой устойчивости необходимо измерить в
окне графиков величины номинального и эквивалентного тока, причем
измерение эквивалентного тока необходимо осуществлять примерно
посередине между максимумом и минимумом последнего цикла
моделирования.
По результатам измерений (рис. 4.8), используя формулу (4.7), можно
сделать
вывод
о
наличии
(отсутствии) тепловой
устойчивости
электродвигателя
при
работе
пресса
на
наиболее
энергоемкой
технологической операции – вытяжке:
.
15
.1
;9.
157
;3.
138
Н
ЭКВ
ЭКВ
Н
I
I
I
I
⋅
≤
=
=
Таким
образом, двигатель
удовлетворяет
условию
тепловой
устойчивости.
50
Рис. 4.8. Результаты моделирования привода пресса с целью выявления
цикловой и тепловой устойчивости.
По рис. 4.8 можно видеть, что угловая скорость двигателя полностью
восстанавливается к моменту начала следующего хода ползуна, т.е. условие
механической устойчивости выполняется. Расчет двигателя по методу
эквивалентного тока показывает наличие тепловой устойчивости. Таким
образом, можно сделать вывод о наличии цикловой устойчивости
электродвигателя при работе пресса.
4.3.2. Баланс энергетических затрат и КПД пресса
Структура энергозатрат пресса за один рабочий цикл может быть
выражена следующим образом (4.8):
ц
тех
тр
упр
св
хх
а
гп
А
А
А
А
А
А
А
А
=
+
+
+
+
+
+
,
(4.8)
51
где
ц
А
– полная работа цикла, под которой подразумевается
электроэнергия, потребляемая из сети главным электродвигателем в течение
одного цикла;
тех
пл
пр
А
А
А
=
+
– полезная работа пресса, складывается из работы
пластической деформации
пл
А
и работы прижимных устройств
пр
А .
тр
А
– работа трения в исполнительном механизме на участке рабочего
хода;
упр
А – потери, связанные с упругой деформацией пресса;
св
А
– потери на разгон и торможение ведомых масс в режиме единичных
ходов (отсутствует при работе пресса в режиме непрерывных ходов);
хх
А
– диссипативные потери в исполнительном механизме на участках
холостого хода, вызванные гравитационными силами, силами инерции и
силами гравитационных уравновешивателей;
а
А
– энергия, затрачиваемая на средства автоматизации, движущиеся с
помощью главного электродвигателя;
( )
( )
( )
гп
гп з
гп р
гп э
А
А
А
А
=
+
+
– потери в главном приводе,
где
( )
гп з
А
– потери в редукторной части с зубчатыми передачами;
( )
гп р
А
– механические потери в редукторной части с
клиноременной (быстроходной) передачей;
( )
гп э
А
– электрические потери в главном двигатели.
С учетом соотношения (4.8), КПД пресса определяется отношением
полезной работы к потребляемой из сети электрической энергии (4.9):
тех
ц
А
А
η
=
.
(4.9)
В настоящей работе определение энергозатрат пресса осуществляется
при помощи программного комплекса анализа динамических систем PА9,
разработанного в МГТУ им. Баумана. Топологическая схема пресса с
52
индикаторами для определения баланса работ и КПД приведена на рис. 4.5.
Результаты моделирования привода пресса с целью определения баланса
работ и КПД приведены на рис. 4.9.
Рис 4.9. Результаты моделирования привода пресса с целью определения
баланса работ и КПД.
Учитывая, что типовые линеаризованные графики технологических
операций составлены с учетом усилия прижима заготовки, полезная работа
тех
A
есть площадь под графиком вытяжки. Для определения этой работы на
топологической схеме (рис. 4.5) введен индикатор
«Атех»
.
Для определения полной работы цикла (потребляемой из сети
электрической энергии) введен индикатор
«Ац»
.
Работа трения в исполнительном механизме за весь цикл представляет
собой сумму
(
)
тр
хх
А
А
+
и состоит из следующих составляющих: потери в
опоре кривошипа (индикатор
«Атрокр»),
потери в большой головке шатуна
(
«Атрбгш»»
), потери в малой головке шатуна (
«Атрмгш»
).
53
Работа упругой деформации системы «пресс-инструмент»
упр
А
непосредственно средствами программного комплекса определена быть не
может, но может быть определена как разность между потребляемой
двигателем из сети электрической энергии и суммой всех остальных работ.
Работа главного привода
гп
А
складывается из потерь в ременной
передаче (
«Акрп»
), в зубчатых передачах (
«Азп1»
и
«Азп2»
), а также потерь в
электрических частях двигателя (
«Аэл»
).
Остальные составляющие баланса работ
св
А
и
а
А
в данном случае равны
нулю.
Для определения какой-либо составляющей энергетических потерь за
цикл необходимо замерить значение этой величины два раза: в начале
предыдущего и последующего циклов. Разница между величиной
абсолютных потерь в начале последующего и предыдущего цикла и есть
потери энергии за цикл. Таким образом, были получены следующие
значения:
)
(7.
238828
6.
20413
1.
32575
185840
)
(
)
(6.
20413
5.
16486
9.
3228
1.
679
1.
19
)
(1.
32575
3.
748
31641
77
.
185
);
(
185840
);
(
231490
2
1
Дж
А
А
А
А
Дж
А
А
А
А
А
Дж
А
А
А
А
А
Дж
А
Дж
A
гп
хх
тр
тех
эл
зп
зп
крп
гп
трмгш
трбгш
трокр
хх
тр
тех
ц
=
+
+
=
+
+
+
=
+
+
+
=
+
+
+
=
=
+
+
=
+
+
=
+
=
=
Атех
21%
Атр+Ахх
37%
Агп
23%
Аэл
19%
Рис. 4.10. Круговая диаграмма баланса работ.
54
Потери, связанные с упругой деформацией пресса (
упр
А
) определяются
по формуле:
гп
тр
хх
тех
ц
упр
А
А
А
А
А
А
−
+
−
−
=
)
(
.
Анализируя полученные значения работ, видим, что
А
упр
не может
быть определена из полученных значений, так как это противоречит
уравнению баланса работ (4.8). В нашем случае:
гп
тр
хх
тех
ц
А
А
А
А
А
+
+
+
<
)
(
Это может быть вызвано погрешностями, возникающими в процессе
расчета в программном комплексе РА9. В дальнейшем эта проблема будет
рассмотрена и решена в процессе дипломного проектирования.
КПД модернизируемого пресса определяется отношением полезной
работы к потребляемой из сети электрической энергии:
%.
3.
80
%
100
231490
185840
%
100
=
⋅
=
⋅
=
ц
тех
А
А
η
4.3.3. Определим максимальное число ходов пресса по тепловой и
цикловой устойчивости двигателя
Составим таблицу для определения максимального числа ходов пресса
при работе пресса в режиме одиночных ходов (таб. 4.1).
Таблица 4.1
Данные для определения максимального числа ходов.
Число ходов
Периодичность
включения кнопки
Тепловая
устойчивость
Цикловая
устойчивость
20
3
-
+
15
4
-
+
13
4.5
-
+
12
5
+
+
Таким образом, предельное число ходов пресса в режиме одиночных
ходов составляет 12 х/мин и ограничено тепловой устойчивостью привода.
55
4.3.4. Определим работу разгона и торможения ведомых масс пресса
Подберем параметры двигателя и маховика, обеспечивающие
максимальный КПД пресса на технологической операции вытяжка при
количестве одиночных включений 12х/мин.
).
(5.
64308
5.
16486
80795
);
(
);
(
Дж
A
A
А
Дж
A
Дж
A
нх
эл
ох
эл
св
ох
эл
нх
эл
=
−
=
−
=
=
=
56
ВЫВОДЫ
В курсовом проекте проведено проектирование листоштамповочного пресса
усилием 4МН на основе рабочих чертежей универсального листоштамповочного
пресса PKZZ
III
315/2500 усилием 3.15МН. В ходе выполнения проекта решались
следующие задачи: по соотношениям подобия рассчитать размеры сборочных
единиц проектируемого пресса; провести проверочные расчеты основных
устройств
пресса; провести
исследование
энергетических
параметров
спроектированного пресса при работе в штатных режимах для типовой
технологической операции вытяжки. Поставленные задачи были выполнены.
Расчет исполнительного механизма проектируемого пресса показал, что он
соответствует параметрам технического задания. Прочностной расчет главного
вала в опасном сечении Е-Е показал, что диаметр главного вала был выбран
верно, запас прочности составляет 1.3. Расчет системы включения показал, что
коэффициенты износа муфты (К
из
м
) и тормоза (К
из
т
) не превышают допустимые
значения, они составили 0.3 кВт/м
2
каждый. Был определен угол торможения
12.5. Исследование энергетических параметров в программном комплексе «Ра9»
выявило наличие тепловой и цикловой устойчивости. Так же было определено
максимальное число ходов при работе пресса в режиме одиночных и
непрерывных ходов – 12х/мин и 17х/мин соответственно. На основе диаграмм
баланса работ был подобран двигатель мощностью 132кВт. Рассчитан КПД
проектируемого пресса, который составил 80.3%. Таким образом, полученные
результаты полностью удовлетворяют
требованиям, предъявляемым как к
данному прессу в целом, так и к конструкциям отдельных узлов.
В дальнейшем в дипломном проекте полученные результаты расчетов и
графики данного курсового проекта будут использованы для подбора двигателя и
маховика, обеспечивающие максимальный КПД пресса. На основе решенных
задач будет проведена конструкторская переработка узлов привода. Так же в
дипломном
проектировании
будут
рассчитаны
и
спроектированы
уравновешиватель и пневматическая подушка пресса.
57
Список использованной литературы
1. Калашников А. Е., Максименко А. Е. Математическое моделирование
кривошипных прессов. Расчет кинематических и статических параметров.
Методические указания. – М., 1997
2. Ланской Е. Н., Банкетов А. И. Элементы расчета деталей и узлов
кривошипных прессов: Машиностроение, М. - 1966
3. Банкетов А. И. Кузнечно-штамповочное оборудование: Учебник для
машиностроительных вузов/ А.Н. Банкетов, Ю.А. Бочаров, Н.С. Добринский
и др.; Под ред. А.Н. Банкетова, Е.Н. Ланского. – 2-е изд., перераб. и доп. –
М.: Машиностроение,1982. – 576 с.
4. Игнатов А. А. Пособие к выполнению курсового и дипломного
проектов по кривошипным горячештамповочным пресса. - М., 1966-67 г
5. Игнатов А.А., Игнатова Т.А. Кривошипные горячештамповочные
прессы. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М., Машиностроение, 1974, 352 с.
6. Свистунов В.Е. Кузнечно-штамповочное оборудование. Рукопись
учебного пособия.
7. Алабужев П.М., Геронимус В.Б., Минкевич Л.М., Шехова Б.А.
Теории подобия и размерностей. Моделирование. – М.: Высшая школа, 1967.
– 206с.
Приложение 1
Формат
Зона
Поз
.
Обозначение
Наименование
Кол
.
Примеч.
Документация
Сборочный чертеж
Детали
1
Подсоед. сжатого воздуха
1
2
Соединительная часть
1
3
Крышка
1
4
Промежуточное кольцо
1
5
Стопорная часть
1
6
Радиал. шарикоподшипник
2
7
Уплотнительное кольцо
2
8
Уплотнит. кольцо 90х5
1
9
Уплотнит. кольцо 140х5
1
10
Прокладка
4
11
Корпус муфты
1
12
Фрикционный диск
1
13
Фрикционный диск
1
14
Винтовая пружина
4
15
Поршень муфты
1
16
Упор
1
17
Цилиндрический штифт
3
18
Втулка с фланцем
1
19
Втулка с буртиком
1
20
v-образная манжета
1
21
v-образная манжета
1
22
Направляющая крышка
1
23
Распорная втулка
12
Подп.
Дата
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Студент Мочалов
Лист
Листов
Консульт. Чубуков
1
3
Руковод. Чубуков
Зав. каф.
Муфта и тормоз
проектируемого
листоштамповочного пресса
усилием 4МН
ГОУ МГИУ
Кафедра 13 ОМД
59
Приложение 1
Формат
Зона
Поз
.
Обозначения
Наименование
Кол
.
Примеч.
24
Крышка
1
25
Носитель фрикц. вкладыша
1
26
Фрикционный вкладыш
8
27
Шпонка с головкой
2
28
Корпус тормоза
1
29
Фрикционный диск
2
30
Винтовая пружина
4
31
Промежуточная деталь
1
32
Втулка
1
33
Поршень тормоза
1
34
Упл. кольцо кругл. сечения
1
35
Манжета
1
36
Манжета
1
37
Крышка
1
38
Уплотнительное кольцо
4
39
Уплотнительное кольцо
2
40
Уплотнительное кольцо
3
41
Уплотнительное кольцо
1
42
Соед. труб накидн. гайкой
2
43
Соед. труб накидн. гайкой
6
44
Втулка
2
45
Палец
1
46
Втулка
1
47
Манжета
2
48
Распорная втулка
10
49
Податливый болт
10
50
Стопорная крышка
1
51
Тарельчатая пружина
12
52
Тарельчатая пружина
12
53
Предохранительный палец
12
54
Винтовая пружина
12
55
Носитель фр. вкладышей
1
Лист
Подп.
Дата
Муфта и тормоз проектируемого
листоштамповочного пресса усилием 4МН
2
60
Приложение 1
Формат
Зона
Поз
.
Обозначения
Наименование
Кол
.
Примеч.
56
Фрикционный вкладыш
8
57
Шпонка с головкой
2
58
Крышка
1
59
Смазочная труба
3
60
Смазочная труба
1
61
Шестерня
1
62
Кожух
1
63
Смазочная труба
1
64
Корпус
1
65
Ступица
1
66
Промежуточный вал
1
Стандартные изделия
Подшипники
67
№ 2156 ГОСТ 8328–75
1
68
№ 156 ГОСТ 8338–75
1
69
№ 3526 ГОСТ 5721–75
1
70
№ 113638 ГОСТ 5721–75
1
Лист
Подп.
Дата
Муфта и тормоз проектируемого
листоштамповочного пресса усилием 4МН
3
Информация о работе Разработка конструкции кривошипного листоштамповочного пресса номинальной силой 4МН