Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел I. КРИВ0П1ИПНЫЕПРЕССЫ

' ^V V iV V V \ ^

Рис. 5.15. Конструктивная схема подвески ползуна к шатунам:

1 - промежуточные плунжеры; 2 - винт; 3 - гайка; 4 - уравновешивающий цилиндр

170

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

Рис. 5.16. Конструктивная схема механизма регулирования высоты ползуна однокривошипного пресса

Показанное на рис. 5.16 сочленение шатуна с ползуном при помощи шаро­ вой опоры следует применять только в небольших листоштамповочных прессах с P^Q^ < 1 МН. Для средних и крупных прессов используют пальцевое соедине­ ние (рис. 5.17).

Проверочный расчет на прочность ползунов двух- и четырехкривошипных листоштамповочных прессов выполняют на основе замены реальной конструк­ ции балкой равной жесткости, нагруженной распределенной силой q\

где /щ^ - длина опорной поверхности штампа.

Расчеты ползунов КГШП и ГКМ усложняются тем, что при эксцентрич­ ной нагрузке проявляется дополнительный силовой фактор - изгибающий

171

Раздел L КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

момент, значение которого зависит от особенностей технологии, в частности от расположения ручьев в штампе.

Проверочный расчет тела шатунов или винтов проводят в предположении совместного действия сжимающей силы и изгибающего момента:

винт, при помощи которого увеличивают длину шатуна, изменяя положение точек подвески ползуна. Кинематическое различие между этими вариантами состоит в том, что в первом случае (см. рис. 5.16) установочный винт имеет поступательное и вращательное движение, ввинчиваясь в тело шатуна, а во втором случае (см. рис. 5.15) винт 2 имеет только поступательное движение вверх-вниз, которое обеспечивается вращением гайки 3, укрепленной в соответствующей буксе корпуса ползуна. Первый вариант механизма с ручным приводом реализуют в небольших прессах с Р^^^ < 630 кН. В средних и крупных прессах с большой массой ползуна применяют регулировочный механизм по второму варианту с приводом от индиви­ дуального электродвигателя. В двух- и четырехкривошипных прессах механизм регулировки во избежание перекосов ползуна должен обеспечивать одновременно смещение подвески (рис. 5.18).

Тяговые предохранительные устройства. Такие устройства устанавливают в системе главного ползуна. Они предназначены для контроля действующей по шатуну силы, чтобы при достижении определенной, заранее обусловленной силы предотвратить дальнейшее ее возрастание во избежание нарушения прочности пресса и его поломки.

Конструкции тяговых предохранителей подразделяют по роду силы, ис­ пользуемой в качестве эталона нагрузки:

1) сила сопротивления деталей предохранителя разрушению - ломкие пре­ дохранители;

2)давление воздуха - пневматические предохранители;

3)давление жидкости - гидравлические предохранители.

Внебольших прессах широко применяют ломкие предохранители от перегруз­ ки, устанавливаемые в ползуне. Их недостаток заключается в том, что при срабаты­ вании они разрушаются и, следовательно, необходимо демонтировать ползун.

172

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

Рис. 5.18. Схема подвески шатуна {Ш\ - Ш4 - оси подвески)

Пневматические, гидравлические и комбинированные пневмогидравлические устройства относятся к числу управляемых. Принцип действия подобных устройств состоит в эталонировании давления жидкости или воздуха (газа) под плунжером - опорой нижней головки шатуна или установочного винта, причем при нарушении эталона начинается слив жидкости или поджатие газа. Главной особенностью управляемых предохранителей является то, что исходное поло­ жение деталей ползуна восстанавливается настройкой без разборки-сборки.

Рассмотрим схему пневмогидравлического управляемого предохранителя (рис. 5.19). Уровень масла в полости под опорами 13 шатунов отрегулирован на заданное давление. Возрастание давления в гидравлической системе опор при­ водит к смещению плунжера 4 и поршня 5 пневматического цилиндра 6. При повышении нагрузки на ползуне на 20...25 % против номинальной плунжер на­ столько опускается, что открывается отверстие 77 и начинается слив жидкости из полости Ш в полость К масляного картера. Одновременно толкатель поршня (на схеме не показан), воздействуя на выключатель, включает звуковую сигна­ лизацию, выключает главный двигатель и останавливает пресс.

Гидросистему опор после срабатывания заполняют при помощи насоса 7 с индивидуальным электродвигателем. Для настройки системы на заданное дав­ ление масла служит разгрузочно-предохранительный клапан 8. Настройка пре­ дохранителя начинается с подачи воздуха эталонного давления под поршень в полость Я, затем уже включается насос. Как только давление жидкости дости­ гает требуемого значения, насос выключается при помощи электроконтактного

173

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 5.19. Схема управляемого пневмогидравлического предохранителя

манометра 12. Поскольку конечным эталоном нагрузки в данном устройстве явля­ ется давление воздуха в полости Я, надежность его работы зависит от надежности работы регулятора давления 2 и обратного клапана 1. Сжатие воздуха в полости П при заданном ходе плунжера и поршня невелико, однако для безопасности работы в пневматической системе установлен предохранительный клапан 3,

Для предупреждения самопроизвольного слива в гидравлической системе установлен обратный клапан 10. Слив при ремонте осуществляют через запор­ ный вентиль 9.

Уравновешиватель ползуна. Под действием силы тяжести в вертикальном прессе с верхним приводом главный вал при холостом движении лежит на опорах станины, ползун висит на нижней головке шатуна, а шатун - на шейке главного вала. В результате в сочленениях этих деталей возникают верхние зазоры. Кроме того, действующая на ползун сила тяжести G^ ускоряет вращение главного вала и деталей передач, приводя к возникновению зазоров в зубчатом зацеплении в на­ правлении вращения. При рабочем ходе под действием силы Р^ на ползуне, на­ много превосходящей силу тяжести, происходит выборка всех зазоров с резким ударом. Это приводит к значительным динамическим нагрузкам в главном испол­ нительном механизме и приводе. В результате существенно понижается контакт­ ная прочность деталей. Для снятия отрицательного эффекта сил тяжести при

174

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

движении главного исполнительного механизма, а также для предохранения от опускания в случае аварии с муфтой или тормозом предназначены уравновешиватели ползуна, которые рекомендуют устанавливать даже в небольших прессах.

По конструктивному устройству уравновешиватели (их иногда называют балансировочными цилиндрами) очень просты - это пневматические цилиндры 4 с поршнями, штоки которых соединены с корпусом ползуна (см. рис. 5.15). Под поршень цилиндра подается сжатый воздух, давление которого и создает силу, уравновешивающую силу тяжести ползуна: движение главного механизма ста­ новится более равномерным, что улучшает условия работы подшипников и ти­ хоходных колес привода. При ходе вниз воздух вытесняется поршнем в ресивер уравновешивателя, повышая давление в нем. Для ограничения роста давления объем ресиверов должен быть достаточно большим.

5.4. Трение в подшипниках и направляющих. Смазывание

Трение скольжения. В подвижном контакте сопряженных металлических деталей пресса: валы и их опоры, ползуны и их направляющие, шатуны и их шарниры, зубья шестерни и колеса и т. п., возникает механическое сопротивле­ ние относительному перемещению (трение скольжения) с силой трения Р^^.

Трение - диссипативный процесс, сопровождающийся повреждениями по­ верхности контакта и выделением теплоты. Уровень диссипативных потерь при трении обусловлен интенсивностью поверхностного взаимодействия: они ми­ нимальны при полном разделении трущихся поверхностей деталей жидким сма­ зочным материалом (маслом) и максимальны при упругопластическом контакте с деформированием микронеровностей поверхности металла. Первый режим трения называют жидкостным, второй - сухим. В чистом виде сухое трение не наблюдается, поскольку металлические поверхности обычно покрыты разными пленками малой толщины, например окисными, масляными и т. п. Вследствие этого сопротивление относительному перемещению значительно меньше, чем при сухом трении, моделированном в лабораторных условиях.

Режим жидкостного трения обладает наилучшими антифрикционными ха­ рактеристиками. Трение скольжения металла по металлу заменяется скольжени­ ем в масляном слое с малыми касательными напряжениями, ничтожным по­ вреждением и износом металлических поверхностей.

Однако применение жидкой смазки не обеспечивает реализации режима жид­ костного трения. Совершенно необходимо выполнение двух других условий. Вопервых, между сопрягающимися поверхностями деталей должна существовать клиновидная щель. При сопряжении цилиндрических поверхностей щель образу­ ется автоматически при сборке вала и подшипника по посадке Н8/е8 в системе отверстия. Заметим, что при использовании уравновешивателя ползуна с силой

175

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 5.20. Схемы расположения щели между валом и опорой, а также распределения давления в условиях жидкой смазки при со < со^р (<з) и со = ю^^р (б)

Рур = Р^ на вертикальном прессе зазор сверху выбран и щель расположена так, как показано на рис. 5.20, а. Во-вторых, подсоса масла в зазор не произойдет до тех пор, пока окружная скорость вала не превысит критическую: v >v^p= со^^р J / 2 , где

d - диаметр вала; со^^р - критическая угловая скорость вала. В результате равно­ действующая R=^q уравновесит деформирующую силу Р^. В этом случае, как говорят, вал «всплывет» (рис. 5.20, б).

Втехнике подобный режим трения называют гидродинамическим. Причи­ ны, которые могут помешать его возникновению, следующие: 1) недостаточ­ ный объем поступающей жидкой смазки; 2) недостаточная скорость сколь­ жения v; 3) чрезмерно высокие давления на контактной поверхности в связи

сограниченной ее площадью; 4) конструкторская недоработка при создании клиновидной щели.

Взависимости от характера взаимодействия контактных поверхностей на­ блюдают два промежуточных режима трения: полужидкостное и полусухое тре­ ние. При этих режимах контактное касание металлических деталей происходит по отдельным пятнам, расположенным на гребнях микронеровностей, а на ос­ тальной части сопряжения поверхности разделены масляными пленками. Если разделение превалирует, то возникает режим полужидкостного трения, если нет

-полусухого.

Вкачестве антифрикционных опор для монтажа вращающихся и качаю­ щихся деталей используют радиальные и упорные сферические подшипники скольжения.

Главные валы кривошипно-ползунных механизмов всегда устанавливают на радиальных подшипниках скольжения. При этом предусмотрена подналадка,

176

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

компенсирующая износ и возможность установки допустимого зазора между валом и вкладышем. Так, в подшипниках вала КГШП (см. рис. 5.14, в) регули­

емных опорах листоштамповочных прессов (см. рис. 5.14, б) зазор выбирают затягиванием крепежных гаек крышки подшипника. Корпуса подшипников имеют отверстия, а вкладыши - канавки для затекания смазочного материала и распределения его по длине шеек вала.

В одностоечных прессах с Р^^^ < 1 МН вкладыши опор вала делают не­ разъемными (см. рис. 5.14, а). При полном износе вкладышей их заменяют новыми.

Подшипники скольжения кривошипных прессов работают в тяжелых усло­ виях нагружения: например, в опорных цапфах КГШП q =- 25...35 МПа, в эксцент­ риковой шейке q^ = 50...60 МПа, в нижней опоре qg= 100... 120 МПа. В лис­ тоштамповочных прессах нагрузка меньше и рекомендации приближаются к общемашиностроительным: q=l5...20 МПа, ^^ = 25...35 МПа, qg = 50...15 МПа. Тем не менее подшипники КГШП работают вполне удовлетворительно. Этот факт объясняется кратковременностью действия пиковой нагрузки при объем­ ной штамповке.

Для изготовления вкладышей подшипников применяют бронзы БрОСЦ 9-6-3

иБрОФ 10-1, причем последнюю используют в более ответственных конст­ рукциях. В малых прессах успешно применяют биметаллические вкладыши на стальной основе толщиной 5... 10 мм с наплавленной на ней бронзой толщи­ ной 2...5 мм.

Количественную оценку условий трения скольжения проводят согласно закону Кулона о прямо пропорциональной зависимости между силой Р^ и реакцией N на контактной поверхности трущихся тел. Значения сил определяют экспериментально

ипо ним устанавливают значение коэффициента трения скольжения:

Для режима полужидкостного трения при применении индустриального масла |1 = 0,03...0,04, пластичной смазки типа солидол |i = 0,04...0,06, в случае жидкостного трения ц = 0,005...0,01. При натурных исследованиях на криво­ шипных прессах с непосредственной записью сил и крутящих моментов на главном валу получены схожие значения коэффициента трения скольжения.

Трение качения. Сопротивление перекатыванию тел типа роликов или ша­ риков по опорной поверхности определяют как трение качения. Для пе­ рекатывания необходимо расходовать энергию на деформирование материала опоры вследствие возникновения перед катящимся телом упругого валика (рис. 5.21). В результате нормальная реакция N со стороны опоры смещается в направлении движения на микрорасстояние к^ и возникает крутящий момент

177

Раздел L КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

M=k^N. Коэффициент ^^ с размерностью длины называют коэффициентом трения качения. Для дальнейшего перекатывания необходимо прило­ жить активный момент М^ = гР^ силы Р^, направ­ ленной по оси ролика радиусом г. Приравнивая выражения для М^ и М^, получаем

Если размер ролика (шарика) г = 0,5 см, то коэффициент трения качения будет в десятки раз меньше коэффициента трения скольжения. Соответственно будут меньше и потери энергии.

Опоры на подшипниках качения широко применяют для приемных и про­ межуточных валов на базовых деталях, муфт включения и тормозов (см. рис. 5.11, 5.12), воздухоподводящих головок (см. рис. 5.21).

С целью резкого уменьшения износа и повышения точности движения ползуна направляющие в виде обойм с шариками качения устанавливают в листоштамповочных сверхбыстроходных прессах (число ходов в минуту от 600 до 2000).

Подшипники качения выбирают по динамической грузоподъемности пресса.

Системы смазывания и смазочные материалы. К смазочным материа­ лам относятся вещества, обладающие смазочным действием и способные уменьшать силы сцепления между трущимися поверхностями деталей, дефор­ мацию сдвига и тем самым износ. В кривошипных прессах используют сма­ зочные материалы двух видов: жидкие и пластичные (консистентные или устаревшие густые смазки).

Жидкие смазочные материалы - это минеральные масла нефтяного проис­ хождения марок И-20, И-30, И-40. Они обладают достаточной смачиваемостью и невысокой вязкостью.

Пластичные смазочные материалы изготовляют из вышеназванных введени­ ем загустителя, обычно кальциевого мыла. Загуститель создает структурный каркас, в ячейках которого удерживается минеральное масло. Благодаря этому растет смачиваемость и, как следствие, прилипаемость смазки к деталям. При

178

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

эксплуатации кривошипных прессов применяют пластичные смазки марок С, УС1,УС2.

При выборе вида смазочного материала следует учитывать, что эксплуата­ ционные расходы при применении пластичной смазки выше, чем при использо­ вании жидкой; кроме того, выше потери энергии на трение, чаще возникают разрывы масляных пленок и задиры, хуже условия отвода теплоты, невозможно создать режим жидкостного трения. Однако отмеченные выше свойства плас­ тичной смазки (смачиваемость, повышенная вязкость, прилипаемость) делают ее предпочтительной для смазывания зубьев открытых передач, направляющих ползуна, головок шатуна, подшипников качения.

Жидкая смазка в связи с малой вязкостью легко стекает с поверхности дета­ лей, из-за чего приходится устанавливать маслосборники. Это не только способ­ ствует теплоотводу, но и удаляет из узлов трения посторонние частицы, в том числе окалину. Собранное масло очищают и вновь используют.

Системы смазывания подразделяют:

по виду смазочного материала - жидкие и пластичные; по способу подачи его к местам смазывания - индивидуальные и централи­

зованные; по характеру использования - проточные и циркуляционные;

по способу подачи - ручные и приводные.

Индивидуальную подачу смазочного материала в места смазывания производят вручную с использованием шариковых или фитильных масленок, периодически заливаемых и выдавливаемых смазчиком. При централизованной смазке смазочный материал подается к местам смазывания от общего насоса. При этом смазку можно подавать как с помощью ручного насоса, так и с использованием автоматических станций смазки. Для жидких смазочных материалов целесообразно применять обо­ ротную систему с очисткой и повторной подачей. Для пластичной смазки более приемлема проточная, по существу безвозвратная система.

В средних и крупных листоштамповочных прессах для смазки зубчатых ко­ лес используют погружение их в масляную ванну в картере (см. рис. 5.15).

На рис. 5.22 представлена схема автоматизированной системы циркуляци­ онной жидкой смазки. Ее особенностью является то, что питатели смазки соеди­ нены последовательно. В случае прекращения подачи смазки к одному из них следует звуковой сигнал и пресс останавливается. Вновь запустить пресс можно только после устранения неисправности в системе.

Насос 3 с электромеханическим приводом засасывает смазочное масло из бака 15 через фильтр 2 предварительной очистки и подает по маслопроводу к золотнику распределителя 4 с ручным управлением (кнопочным или рычаж­ ным). Золотник нормально замкнут пружиной на правую часть маслопровода. Через фильтр тонкой очистки 77 и обратный клапан 10 масло подается к дроссе­ лю 6. Фильтр 77 при работе нередко засоряется. В этом случае золотник отжи­ мают влево и масло поступает в обход через аналогичный фильтр по левому

179