Безшаботний вертикальний гідравлічний молот

Безшаботний вертикальний гідравлічний молот, що містить верхню бабу з боковими амортизаторами, перехідними плитами і плунжерами, нижню бабу з центральним амортизатором, пере 3 35919 більших до менших площ перерізів плунжерів розташовані у гідрабаці, що приводе до зниження тиску в гідравлічному баці як при прямому так і при зворотному холости х руха х баб в наслідок чого буде підвищено надійність роботи молота. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображено принципову схему безшаботного вертикального гідравлічного молота. Молот містить верхню бабу 1, яка спирається на верхні амортизатори 2, встановлені на перехідні плити 3, які спираються на бокові плунжери 4, кільцеві поверхні переходу від більшої до меншої площ перерізу плунжерів розташовані в гідравлічному баці 5, а нижні частини плунжерів з меншими площами перерізів проходять через отвори в нижній частині гідробаку 5 і розташовуються в гідравлічних циліндрах 6 приводу молота на зворотній холостий рух. Нижня баба 7 спирається на нижній амартизатор 8 встановлений на нижню перехідну плиту 9 яка спирається на нижній плунжер 10, кільцева поверхня якого, що утворена переходом верхньої частини плунжера з більшою площею перерізу до нижньої частини з меншою площею перерізу, розташована в гідравлічному баці 5, а нижня частина плунжера з меншою площею перерізу проходить через отвори в нижній частині гідробаку 5 і розташовується в центральному циліндрі 11 приводу молота на прямий холостий рух. Безшаботний вертикальний гідравлічний молот працює наступним чином. У вихідному положенні, яке відповідає кресленню, баби 1 та 7 нерухомі. Це забезпечується тим, що верхня і нижня баби з прикріпленими деталями мають одинакові маси, а кільцева площа центрального плунжера 10 дорівнює двом кільцевим площам бокового плунжера 4. Тиск рідини при нерухомих бабах визначається залежністю gMH gMB P= = , (1) SKH 2SKB де g - прискорення вільного падіння; SKH, SKB - кільцеві площі центрального і бокового плунжерів; МН, МВ - маси нижньої і верхньої баб з прикріпленими до них деталями. При проектуванні молота тиск рідини в баці 5 гідравлічного зв'язку руху баб задається, з рівняння (1) визначимо кільцеві площі плунжерів: gMH gMB нижнього SKH = , бокового SKB = , (2) P 2P так як маси верхньої і нижньої баб однакові, то SKH=2SKВ. Прямий холостий рух, який закінчується ударом, здійснюється з вихідного положення що представлено на кресленні. Рівняння руху має вигляд PPSH=YП(МН+МВ)+FТ Р+2PЗSБ, (3) де Рр - робочий тиск рідини, яка подається з насосно-акумуляторної станції; SH - площа перерізу нижньої частини центрального плунжера 10, яка знаходиться в гідравлічному циліндрі 11; YП - прискорення баб при прямому холостому русі; 4 FTP - сила тертя в напрямних баб і ущільненнях плунжерів; РЗ - тиск зливу відпрацьованої рідини; SБ - площа перерізу нижньої частини бокового плунжера. При проектуванні молота з метою запобігання утворення вакуум у в гідравлічному баці прискорення руху верхньої і нижньої баби приймають меншим за прискорення вільного падіння YП≤0.9g. (4) Не надаючи переваг ні прямому ні зворотному холостим рухам, задають одинакові значення максимальних прискорень при прямому і зворотному холости х р ухах баб, тобто У П=У В, (5) що можна забезпечити прийнявши SH=2SБ, (6) З ура хуванням викладеного, площу перерізу нижньої частини центрального плунжера 10 можна визначити із рівняння (3) як Y (M + MB ) + FТР SH = П H , (7) PP - PЗ Прямий холостий рух забезпечується подачею робочої рідини високого тиску Рр в центральний циліндр 11, бокові циліндри 6 з'єднуються зі зливним баком, тиск відпрацьованої рідини низький, його значення визначаються тиском рідини в зливному баці насосно-акумуляторної станції приводу молота. Нижня баба рухається вверх з прискоренням YП, тиск рідини в гідравлічному баці 5 буде визначатись як M (g - Y П ) , (8) PB = S KH Порівнюючи значення тиску рідини в гідравлічному баці 5 при нерухомих бабах (1) з тиском при прямому холостому русі (8), находимо що тиск в гідравлічному баці 5 зменшується на величину gMH (g - YП )MH YПMH DP = = , (9) SKH SKH SKH Зниження тиску в гідравлічному баці 5 забезпечить підвищення надійності та довготривалості роботи самого баку і ущільнювачів центрального і бокових плунжерів. Енергія удару молота буде визначатись кінетичною енергією в кінці прямого холостого руху баб V2 , (10) 2 де V - швидкість баб в кінці прямого холостого руху. Прямий холостий рух закінчується ударом, в процесі якого здійснюється штампування поковки. Зворотний холостий рух починається після удару. Гідророзподільник (на кресленні не позначений) переключає центральний циліндр 11 на злив, у бокові циліндри 6 подає рідину під робочим (високим) тиском. На бокові плунжери 4 і верхню бабу 1 буде діяти спрямоване вверх з усилля PH=2PPSБ-FТР-PЗSH, (11) котре приводить до руху верхню бабу з прискоренням Z = (MH + MB ) 5 35919 PH , (12) MH + MB при цьому тиск рідини у гідравлічному баці 5 буде рівний M (g - YЗ ) РБ = B , (13) 2SКБ Зменшення тиску рідини при зворотному холостому русі баб порівняно з тиском в статичному положенні (1) буде дорівнювати gMB (g - YЗ )MB YЗ MB DРБ = = , (14) 2SКБ 2SКБ 2SКБ Зниження тиску в гідравлічному баці 5 при зворотному холостому русі баб забезпечить підвищення надійності та довготривалості роботи самого баку і ущільнювачів центрального і бокових плунжерів. Після завершення зворотного холостого руху цикл повторюється. Приклад конкретного виконання Вихідні данні для розрахунку: - безшаботний вертикальний гідравлічний молот з енергією удару Z=1000кДж; - швидкість кожної баби в момент удару V=3m/c - тиск робочої рідини PP=32МПа; - тиск відпрацьованої рідини при зливі РЗ=0,6МПа; - максимальне переміщення кожної баби S=0,6м. Енергія удару безшаботного молота розраховується за залежністю YЗ = 2 VH V2 + MB B , (15) 2 2 Враховуючи що МН= МВ, VH=VB=3м/c маси верхньої і нижньої баби будуть дорівнювати Z MH = MB = 2 , (16) V Z = MH DP = Після підстановки значень Z, V в (14) будуть визначені маси верхньої і нижньої баби MH = MB = 1000 * 103 2 = 1,11* 105 кг(111 ) m 3 При відомих величині швидкості баби в момент удару V=3м/c і величині максимального переміщення S=0,6м прискорення руху баби визначиться по залежності час прямого холостого руху буде дорівнювати tпр=V/YB, tпр=3/7,5=0,4с. Площа перерізу нижньої частини центрального плунжера визначимо по (7) прийнявши силу тертя в напрямних баб і ущільненнях циліндрів рівною 10% від сили тяжіння баб SH = 7,5 * 2,22 * 105 + 0,1* 9,8 * 2,22 * 105 32 * 106 - 0,6 * 106 = 0,06м2 діаметр нижньої частини центрального плунжера буде дорівнювати 4SH 4 * 0,06 , dH = = 0,27м . p 3,14 Площу кільцевої поверхні центрального плунжера можна визначити по (2) dH = gMH 9,8 * 111* 105 , , SKH = = 0,034м2 P 32 * 106 Площа перерізу верхньої частини центрального плунжера буде дорівнювати сумі кільцевої площі і площі перерізу нижньої частини, тобто Sц =SКЦ+SH,Sц =0,034+0,06=0,094м 2, діаметр верхньої частини центрального плунжера буде мати величину SKH = 4 SЦ 4 * 0,094 , DЦ = = 0,35м p 3,14 Зниження тиску рідини в гідравлічному баці 5 при прямому холостому р усі визначиться за рівнянням (9) DЦ = YПMH 7,5 * 1,11* 105 , DP = = 245 * 105Па(245атм ), SKH 0,034 тиск рідини в гідравлічному баці5 при прямому холостому р усі буде рівний Рб =Р-∆Р, Рб =320*1055 5 245*10 =75*10 Па(75атм). З ура хуванням (2) кільцева площа кожного бокового плунжера буде дорівнювати SKB=0,5SKH, S KВ=0,5*0,034=0,017м 2. З ура хуванням (6) площа перерізу нижньої частини бокового плунжера буде дорівнювати SБ=0,5SH, SБ=0,5*0,06=0,03м 2, а його діаметр буде дорівнювати 4SБ 4 * 0,03 , dB = = 0,195м p 3,14 Площа перерізу верхньої частини бокового плунжера буде дорівнювати сумі кільцевої площі і площі перерізу його нижньої частини, тобто Fб =SKB+SB, Fб =0,017+0,03=0,047м 2, діаметр верхньої частини бокового плунжера дорівнює dB = 6 4Fб 4 * 0,047 , DБ = = 0,245м p 3,14 Зворотний холостий рух баб забезпечується подачею робочої рідини високого тиску (32мПа) в бокові циліндри 5, центральний циліндр 11 з'єднується із зливною магістраллю, такий режим підтримується поки баби не пройдуть половину максимального ходу S, цей період характеризується прискореним рухом нижньої баби вниз, верхньої вверх. З ура хуванням (5), (6) прискорення руху буде таким же як і при прямому холостому русі, У З,1=7,5м/с2.Такий рух буде продовжуватись протягом часу який визначається залежністю DБ = tЗ,1 = 2 * 0,5S 2 * 0,5 * 0,6 , tЗ,1 = = 0,283c YЗ,1 7,5 За цей час баби набудуть швидкість рівну V З=YЗ,1tЗ,1, VЗ=7,5*0,283=2,12м/с 7 35919 Для зупинки баб в вихідних(крайніх) положеннях гідравлічний розподілювач відключає циліндри 6 від магістралі високого тиску і з'єднує їх зі зливом, а центральний циліндр 11 відключає від зливної магістралі і з'єднує його з магістраллю високого тиску. YЗ,2 = (32 * 10 6 ) 2,22 * 105 YЗ,2 t З,2 2 2 = 9,47 м с2 VЗ,1 2,12 ,t = = 0,224c YЗ, 2 З, 2 9,47 Величина ходу кожної баби за час гальмування визначається по залежності tЗ,2 = , SЗ,2 = 0,224 * 2,12 Сумарне переміщення кожної баби при зворотному холостому русі буде дорівнювати SЗ=SЗ1+SЗ2=0,3+0,24=0,54м. Час зворотного холостого руху баб буде визначений як сума часу прискорення та гальмування tЗB=tЗ,1+tЗ,2 ,tЗB=0,283+0,224=0,51с, час подвійного ходу баб буде дорівнювати T=tПР+tЗВ , T=0,4+0,51=0,91с. Комп’ютерна в ерстка О. Рябко Прискорення руху баб при гальмуванні визначається залежністю (Р - РЗ )SH + FТР , (17) YЗ,2 = Р МВ + МН і після підстановки числових значень в (15) прискорення буде дорівнювати - 0,6 * 106 0,06 + 0,1* 9,8 * 2,22 * 105 Режим гальмування руху баб буде продовжуватись до зниження їх швидкостей до нуля, що відповідає умові VЗ-YЗ2tЗ В2=0, (18) Із (16) визначимо час руху при гальмуванні S З,2 = VЗ t З,2 8 9, 47 * 0,227 2 = 0,24м 2 Число подвійних ходів баб молота в автоматичному режимі за хвилину ход n = 60 / T, n = 60 / 0,91 = 65 . хв Економічний ефект досягається за рахунок підвищення довговічності гідравлічного бака і ущільнень бокових та центральних плунжерах. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601