Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел L КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 5.12. Конструктивная схема многодисковой муфты

160

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

Несущая способность муфты определяется крутящим моментом и зависит от прочности сцепляющихся поверхностей трения:

где Z - число пар сцепляющихся поверхностей; |LI - коэффициент трения; F^p - поверхность сцепления трущейся пары; R^^ - средний радиус поверхности сцеп­ ления.

С увеличением окружной скорости v (отнесенной к среднему радиусу поверхности сцепления) и числа включений п^^^ в час возрастает разогрев муфты и допускаемое давление должно соответствовать новым условиям:

Поправочные коэффициенты лежат в пределах 1 > ^^ > 0,5 для v = 2,5... 18 м/с

и 1 > )t„ > 0,5 для ^зкл = 90...360.

Расчетный момент принимают с запасом по сравнению с возможным мак­ симумом нагрузки в приводе пресса:

где м^уф - передаточное число от вала муфты до ведущего кривошипного вала, причем при расположении муфты на приемном валу и^^^ = щ^^, на ведущем ва­ лу г^муф = 1; Л муф - КПД указанных передач, в первом случае Г|^уф = Лзуб. во вто-

Ром-Лмуф = 1-

Следовательно, уравнение для определения несущей способности муфты примет вид

Отсюда следует, что для предотвращения перегрузки при Р^^^^ муфта долж­ на иметь коэффициент запаса Р^^ф = 1. Для кривошипных прессов принято зада­ вать коэффициент запаса Р;^уф = 1,1...1,2. Тем самым в исходных расчетах допускают пробуксовывание муфты лишь при некотором превышении номи­ нальной нагрузки. Тогда график допускаемых сил на ползуне пресса, регламен­ тируемый несущей способностью муфты, будет располагаться выше графиков допускаемых сил на ведущем валу и в зубчатых передачах.

В конструкторской практике принято проводить проверочный расчет муфты на давление, решая уравнение (5.4) относительно q. Расчетное давление не должно превышать допускаемое.

161

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Полная сила на диафрагме или поршне пневматического цилиндра муфты с управлением, отдельным от тормоза,

здесь Рп д - сила прижатия дисков для передачи расчетного момента, равная для муфт с пластинами и вставками Р^^ = F^^q; Р^^, - сила, необходимая для преодо­ ления трения в шлицах ведущих дисков при включении муфты.

к- коэффициент, учитывающий влияние размеров муфты, к= 0,6... 1,0 (большее значение коэффициента следует принимать для тяжелых муфт); |Lii - коэффици­ ент трения в шлицах, |Lii = 0,10...0,15; 1)шл1' ^шл2 ~ соответственно наружный и внутренний диаметры шлицев ведущих и ведомых дисков муфты; Р^р ~ сила сжатия разводящих диски пружин (должна быть не меньше P^J, Рщ^^шп^ ^тр ~ сила, необходимая для преодоления трения в манжетах поршня или сопротивле­ ния диафрагмы.

Четвертую составляющую полной силы, а также возможные перекосы в шлицах учитывают поправочным коэффициентом у= 1,1... 1,2. Давление воз­ духа в цилиндре

где Рц - рабочая поверхность поршня или диафрагмы.

Температура нагрева наружных поверхностей муфты не должна превышать 60...70 °С, а температура нагрева дисков - 150...200 °С.

Предохранительные муфты. Для защиты элементов передач от поломок в приводе предусмотрены предохранительные муфты срезающего или фрикци­ онного типа.

Тормоза. Для сокращения времени остановки элементов привода и испол­ нительных механизмов после выключения муфты в кривошипных прессах уста­ навливают тормозные устройства, поглощающие кинетическую энергию останавливаемых частей и преобразующие ее в тепловую энергию. Тепловая энергия рассеивается в окружающее пространство. Помимо этого тормозные устройства обеспечивают фиксацию главных ползунов в крайних положениях в период пауз между рабочими ходами, предохраняя их от самопроизвольного смещения под действием силы тяжести. Надежность работы тормозных уст­ ройств - важнейшее условие безопасной работы на кривошипных прессах.

По виду поверхностей трения различают дисковые (плоские), ленточные и колодочные (цилиндрические), а также конусные тормоза.

162

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

По цикличности работы тормоза могут быть периодического действия, осу­ ществляющие цикл торможения в пределах ограниченного угла поворота веду­ щего кривошипного вала, и непрерывного действия. Управление тормозами периодического действия при работе в паре с жесткими муфтами кулачковое,

апри работе с фрикционными муфтами - дистанционное.

Впрессах чаще всего применяют дисковые, реже - ленточные тормоза, но оба типа тормозов только периодического действия. Дисковые тормоза изготов­ ляют в одном блоке с муфтой и раздельно, ленточные - только в виде отдельно­ го устройства.

Ленточный тормоз простого действия ГКМ показан на рис. 5.13. Тормоз со­ стоит из литого стального тормозного барабана 7, стальной ленты 2, облицован­ ной фрикционными обкладками стальной ленты 2, пневматического цилиндра 4 с поршнем 7 и пружины 5. Набегающий конец ленты закреплен через крон­ штейн 3 на станине, сбегающий - через регулировочную гайку прикреплен к штоку 6 пневмоцилиндра.

Тормоз нормально замкнут под действием силы пружины. При включении муфты сжатый воздух подается под поршень, пружина отжимается и шток при­ поднимает сбегающий конец ленты, освобождая барабан и, следовательно, вал, ведомый муфтой.

Включение тормоза периодического действия при любом его устройстве, с одной стороны, должно несколько запаздывать по отношению к выключению муфты или совпадать, но не опережать. В противном случае тормоз перегрева­ ется, и это может быть причиной быстрого износа и даже разрушения фрик­ ционных обкладок. С другой стороны, включение тормоза должно быть опе­ режающим относительно положения выстоя, так как кинетическая энергия останавливаемых частей может быть погашена в течение достаточного периода времени, пока вал с тормозным барабаном успевает повернуться на определен­ ный угол. Обычно этот угол относят к ведущему кривошипному валу и называ­ ют углом торможения ф^^. Значения угла торможения ф^ в градусах (числитель)

При увеличении угла торможения снижается давление на фрикционных об­ кладках, это позволяет уменьшить размеры тормоза. Однако из практики экс­ плуатации прессов известно, что при больших значениях ф^ усложняется наладка

163

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 5.13. Конструктивная схема ленточного тормоза ГКМ

тормоза, поэтому задание ф^> 20...25° следует считать вынужденным по конст­ руктивным причинам.

Основанием для расчета тормоза является энергетический баланс А^^ = U, предполагающий равенство работы трения А^^ на рабочих поверхностях тормоза и кинетической энергии U останавливаемых частей пресса.

164

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

Работа трения в период остановки Лр = МтфтгУмуф,

где Мр - тормозной момент, определяемый в зависимости от конструктивного устройства тормоза.

Кинетическая энергия останавливаемых частей пресса

^/=^р,зг = ЛЮо/2-Л«„'о./182,

где w„o^ - номинальная частота вращения вала муфты, мин~ . Тогда уравнение баланса энергии для тормоза будет иметь вид

Л ^ т Ф т ^ м у ф ^ Л ^ном/182 .

Дисковый тормоз. Момент М^ для тормоза с дисковыми пластинами или встав­ ками определяется по формуле, аналогичной (5.3), с отнесением всех обозначений к конструктивным размерам и материалам тормоза. Следовательно, уравнение баланса для тормоза с дисками можно записать так:

Поскольку в конструкторской практике приняты проверочные расчеты тор­ мозов, уравнение (5.5) решают относительно силы q и полученные значения срав­ нивают с допускаемыми, выбранными точно так же, как и при расчете муфт.

Сила торможения, создаваемая пружинами при нажатии на диски, Р^^ = F^q. Для разведения дисков при выключении тормоза необходимо дополнительно

поджать пружины, поэтому сила противодействия пружин Р^р будет больше Р^^,

^ п р ~ -* п.д '' '^пр'^пр*^ пор?

где ^пр - ЧИСЛО пружин; Z^p - жесткость пружины; ^^^ор ~ ^^Д поршня при выклю­ чении тормоза.

С учетом трения в шлицах и возможных перекосов (у-= 1,05... 1,10°) полная сила, необходимая для выключения тормоза,

Рт ^ У ( ^ п . д "^ ^пр^пр^пор "^ ^ ш л ) -

Ленточный суммирующий тормоз. Тормозной момент суммирующего тормоза

где а^ - угол обхвата барабана лентой, рад (конструктивно а^ = 250...270°); а - плечо силы пружины; Ь, с - соответственно плечо силы на набегающем и сбе­ гающем концах ленты; /^^.бар ~ диаметр тормозного барабана. Для тормоза прос­ того действия а = с = b = 0.

165

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Уравнение баланса имеет вид

Решая уравнение (5.6) относительно силы Р^^, определяем силы на набе­ гающей Рн 3 и сбегающей Р^^ ветвях ленты;

Р..=Р.

е^^'^а

н-в пр п а .

е^"^6 + с

Р

Средняя распределенная сила на рабочих поверхностях

^[q],

^т^т.бар^лен

где Z?j,eH - ширина ленты; [q] = 0,6...0,8 МПа при трении ферродо по чугуну или стали.

Для повышения работоспособности тормоза необходимо максимально уве­ личить теплоотводящую поверхность. В современных конструкциях эта поверх­ ность в 15-20 раз больше поверхности фрикционных обкладок или вставок, что позволяет ограничить нагрев примерно 100... 120 °С.

Тормоз маховика. При прекращении работы пресса на перерыв или при не­ обходимости реверсировать вращение привода маховик должен быть быстро остановлен. Для этого в приводе средних и крупных прессов предусматривают специальный тормоз маховика (§5.5). Чаще всего применяют тормоза с плоской колодкой, прижимаемой к торцу обода маховика, причем саму колодку крепят к головке штока пневматического цилиндра с ручным управлением. Встречают­ ся также тормоза с фигурной колодкой, прижимающейся к внешней цилинд­ рической поверхности обода маховика. У таких тормозов колодка укреплена на качающемся рычаге с пневматическим приводом.

5.3. Узлы и детали главного исполнительного механизма

Главный исполнительный механизм включает ведущий кривошип, рычаж­ ную передаточную систему и узел ползуна. Если необходимо значительно изме­ нить закрытую высоту, то в главный исполнительный механизм встраивается специальный регулировочный механизм. Кроме того, в системе главного испол­ нительного механизма могут быть уравновешиватели ползуна, верхние вытал­ киватели и устройства, предохраняющие от перегрузки.

166

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

Ведущий вал. Ведущий (главный) вал исполнительных механизмов может быть кривошипным, коленчатым или эксцентриковым.

Кривошипный вал (рис. 5.14, а) в связи с консольным расположением ве­ дущего кривошипа (кривошипная цапфа) применяют только в одностоечных

в2 ^

Рис. 5.14. Ведущие валы главных исполнительных механизмов:

а - кривошипный с консольным расположением: 1 - гайка; 2 - зубчатая муфта; 3 - эксцентри­ ковая втулка; 4 - цапфа; 6 - коленчатый; в - эксцентриковый: 1 - бронзовые кольца; 2 - крепежные гайки; 3 - букса

167

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

прессах. Как правило, кривошипный вал имеет специальную эксцентриковую втулку 3 для регулировки хода ползуна. Эксцентриковая втулка свободно ус­ тановлена на кривошипной цапфе 4 и фиксируется при помощи зубчатой муф­ ты 2, закрепленной шпонкой на валу и сцепляющейся с зубьями втулки. Поло­ жение втулки и муфты фиксируется гайкой / с левой резьбой. Ход ползуна изменяется в результате изменения положения втулки: максимальный ход по­ лучается при сложении эксцентриситетов кривошипа и втулки, минимальный - при установке эксцентриситета втулки диаметрально противоположно эксцен­ триситету вала.

Коленчатый вал (рис. 5.14, б) применяют в прессах с увеличенным ходом при расположении кривошипа параллельно фронту пресса, например в специ­ альных вытяжных прессах, ГКМ, а также по конструктивным соображениям в чеканочных прессах, ряде прессов-автоматов и т. д.

Эксцентриковый вал (рис. 5.14, в) используют в несхожих по назначению прессах двух типов: в КГШП, где он необходим по условиям жесткости главно­ го вала, и в малых и средних двухстоечных вырубных прессах открытого типа, чтобы ход ползуна регулировался при помощи устройства, подобного тому, ко­ торое применяют в одностоечных прессах.

Материал ведущего кривошипного вала выбирают в зависимости от требо­ ваний ко всей конструкции пресса. В прессах серийного выпуска, малых и сред­ них по размерам и, следовательно, невысокой стоимости, вал изготовляют из стали 45, а в прессах хотя бы и серийного выпуска, но со сложными условиями работы, в частности при наличии пиковой нагрузки в период рабочего хода, - из стали 40Х или 40ХН. Для уникальных прессов материал вала должен быть осо­ бенно высокого качества, например в КГШП с Р^^^ •= 63 МП вал выполнен из стали 34ХНЗМ.

Рекомендуемой термообработкой для материала ведущего вала является улучшение на твердость порядка 220...260 НВ.

Для повышения усталостной прочности ведущие валы КГШП и ГКМ реко­ мендуется обкатывать роликами до 300 НВ и более. В результате такой допол­ нительной обработки его контактная прочность повышается до 25 %.

При изготовлении валов особое внимание следует обращать на галтельные переходы - места резкой концентрации напряжений. Особенности прочностного расчета ведущих валов были рассмотрены в гл. 3.

Узел ползуна. Узел ползуна включает собственно ползун и шатун. Дополни­ тельные устройства - верхние выталкиватели, механизм регулировки закрытой высоты, предохранители от перегрузки - выделяют в особые узлы только при дос­ таточно сложном устройстве, в других случаях их присоединяют к ползуну.

Конструкции ползуна подразделяют по следующим типовым признакам:

1)количество шатунов подвески - одно- и многошатунные;

2)способ подвески к шатунам - непосредственно или через промежуточный плунжер;

168

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

3)устройство шатуна - с регулируемой и нерегулируемой длиной;

4)форма корпуса ползуна - призматический ползун, ползун коробчатой фор­ мы и ползун с дополнительным отростком (хоботом);

5)способ соединения шатуна с ползуном - шаровым или цилиндрическим подшипником.

Одношатунная подвеска оказывается достаточной при малых смещениях центра давления штампа относительно оси ползуна, например при однопозиционной вырубке симметричных деталей на малых листоштамповочных прессах.

На крупных листоштамповочных прессах приходится применять двух- и четырехшатунную подвеску. Двухшатунная подвеска необходима для устойчивос­ ти движения длинных по фронту и узких ползунов, например в гильотинных ножницах не только с косыми, но и с параллельными ножами, в листогибочных прессах и т. п.

Вбольшинстве прессов осуществляется непосредственная подвеска ползуна

кведущим кривошипам. В листоштамповочных прессах с полной герметизацией привода ползун подвешивают к шатунам через промежуточные плунжеры 1 (рис. 5.15). Преимуществом такой конструкции помимо герметизации будет, вопервых, полная разгрузка ползуна от горизонтальных сил и, во-вторых, то, что блочное исполнение узла привода совместно с траверсой обеспечивает идентич­ ность координат точек подвески ползуна. Но при плунжерной подвеске увели­ чивается высота пресса со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Принцип устройства узла ползуна одностоечного пресса ясен из рис. 5.16. Чугунный корпус ползуна 5 перемещается в направляющих, образуемых плос­ костями станины и клиньями 7, причем для регулировки зазоров правый клин делают переставным. Для устойчивости движения направляющие призмы кор­ пуса в верхней его части удлинены. В нижнюю часть ползуна вставлены два стальных вкладыша 3 w 4 для зажима хвостовика штампа. Планка верхнего вы­ талкивателя 6 расположена в прорези корпуса и при ходе вверх для осуществле­ ния выталкивания налетает на установочные винты 2. Шатун пресса составной, длина его регулируется при помощи винта 9, ввинчиваемого в тело шатуна 10. Положение винта фиксируется сухарями с резьбой 77. Шатун с ползуном соеди­ нен через нижнюю опорную головку, образующую в паре с подпятником 8 ша­ ровую цапфу. Корпус подпятника опирается на ломкий предохранитель 7 чашечного типа.

Коробчатые корпусы ползунов средних и крупных листоштамповочных прессов изготовляют из стального литья или сварными. В корпусе ползуна уста­ навливают механизм регулировки закрытой высоты и предохранители от пере­ грузки, например, управляемые гидропневматические и гидравлические.

Помимо ползунов типовых призматических форм в КГШП и ГКМ приме­ няют хоботообразные ползуны с усиленным направлением. Ползуны таких прессов изготовляют из стального литья, а короткие массивные шатуны с нере­ гулируемой длиной - коваными.

169