Безшаботний вертикальний гідравлічний молот

Безшаботний вертикальний гідравлічний молот, що містить верхню бабу з боковими амортизаторами, перехідними плитами і плунжерами, нижню бабу з центральним амортизатором, перехідною плитою і плунжером, гідравлічний бак зв'я 3 35920 поверхні гідравлічного баку; на верхню поверхню гідравлічного баку закріплені два співвісних боковим плунжерам гідравлічні циліндри однобічної дії в яких розміщуються гідравлічні поршні що закріплені на бокових плунжерах гідрозв'язку верхньої і нижньої баб. 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, та бокові плунжери 4, на бокових плунжерах 4 закріплені поршні 5 гідравлічних циліндрів 6 які закріплені на верхній поверхні гідравлічного баку 7 зв'язку верхньої і нижньої баб. Гідравлічні циліндри 6 та поршні 5 забезпечують зворотний холостий рух баб. Нижня баба 8 спирається на нижній амортизатор 9,встановлений на нижню перехідну плиту 10, яка спирається на нижній плунжер 11, кільцева поверхня якого розміщується в гідравлічному баці 7, а нижня частина 11, з меншою площею перерізу, розміщується в центральному гідравлічному циліндрі 12 приводу молота на прямий холостий рух. Безшаботний вертикальний гідравлічний молот працює наступним чином. У вихідному положенні, яке відповідає кресленню, баби 1 та 8 нерухомі. Це забезпечується тим, що верхня і нижня баби з прикріпленими деталями мають одинакові маси, а кільцева площа центрального плунжера 11 дорівнює двом площам бокового плунжера 4. Тиск рідини при нерухомих бабах визначається залежністю gMH gMB P= = , (1) SKH 2SБ де g - прискорення вільного падіння; SKH - кільцева площа центрального плунжера; SБ - площа бокового плунжера 4. 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 площу нижнього плунжера і площу перерізу бокового плунжера: gMH нижнього SKH = , (2) P gMB бокового SБ = , 2P так як маси верхньої і нижньої баб однакові ,то SKH = 2SБ . Прямий холостий рух, який закінчується ударом, здійснюється з вихідного положення що представлено на кресленні. Рівняння руху має вигляд Pp SH = YП (МН + МВ ) + FTP + 2PЗSKБ , (3) де Рр . - робочий тиск рідини, яка подається з насосно-акумуляторної станції; SH - площа перерізу нижньої частини центрального плунжера 11, яка знаходиться в гідравліч 4 ному циліндрі 12; YП - прискорення баб при прямому холостому русі; FTP - сила тертя в напрямних баб і ущільненнях плунжерів; PЗ - тиск зливу відпрацьованої рідини; SKБ - кільцева площа поршня 5 бокового плунжера 4. 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 YП = YЗ , (5) що можна забезпечити прийнявши SH = 2SKБ . (6) З ура хуванням викладеного, площу перерізу нижньої частини центрального плунжера 11 можна визначити із рівняння (1) як Y (М + МВ ) + FTP SH = П Н (7) PР - PЗ Прямий холостий рух забезпечується подачею робочої рідини високого тиску Рр в центральний циліндр 12,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 7 буде визначатись як М(g - YП) PП = . (8) SKH Порівнюючи значення тиску рідини в гідравлічному баці 7 при нерухомих бабах (1) з тиском при прямому холостому р усі (8), находимо, що тиск в гідравлічному баці 7 зменшується на величину gMH (g - YП )МН YПМН DP = = (9) SKH SKH SKH Зниження тиску в гідравлічному баці 7 забезпечить підвищення надійності та довготривалості роботи самого баку і ущільнювачів центрального і бокових плунжерів. 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 12 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 PB = 2PPSKБ - FTP - PЗ SH , (11) котре приводить до руху верхню бабу з прискоренням 5 35920 РВ , (12) МН + МВ при цьому тиск рідини у гідравлічному баці 7 буде рівний М (g - YЗ ) РБ = В . (13) 2SБ Зменшення тиску рідини при зворотному холостому русі баб порівняно з тиском в статичному положенні (1) буде дорівнювати gMB (g - YЗ )МВ YЗМВ DPБ = = . (14) 2SБ 2SБ 2SБ 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=315кДж; - верхня і нижня баби рівні по масі МН = МВ ; - швидкість кожної баби в момент удару V=3м/c; - тиск робочої рідини Рр =32мПа(320атм); YЗ = - тиск рідини зливу РЗ =0,6мПа(6атм); - максимальне переміщення кожної баби Н=0,8м; Енергія удару безшаботного молота розраховується за залежністю 2 2 VH V + MB B . (15) 2 2 Враховуючи що МН = МВ , VH = VB = 3м / с маZ = MH 6 си верхньої і нижньої баби будуть дорівнювати Z МН = МВ = 2 . (16) V Після підстановки значень Z ,V в (14) будуть визначені маси верхньої і нижньої баби 315 * 103 = 35 * 103 кг(35m) . 32 При відомих величині швидкості баби в момент удару V=3м/c і величині максимального переміщення Н=0,8м прискорення руху баби визначиться по залежності MH = MB = V2 32 2 , YП = = 5 .63м / с , 2H 2 * 0 .8 час прямого холостого руху буде дорівнювати tnp = V / YП, t np = 3 / 5.63 = 0,53c . YП = Площу перерізу нижньої частини центрального плунжера визначимо по (7) прийнявши силу тетя в напрямних баб і ущільненнях циліндрів рівною 10% від сили тяжіння баб 5. 63 * 7 * 104 + 0,1* 9,8 * 7 * 104 = 1,47 *10- 2 м2 , 32 * 106 - 0,6 *106 діаметр нижньої частини центрального плунжера буде дорівнювати SH = 4SH 4 * 1. 47 * 10- 2 , dH = = 0,14м . p 3,14 Площу кільцевої поверхні центрального плунжера можна визначити по (2) dH = gMH 9,8 * 35 * 103 , SKH = = 107 * 10-2 м 2 . , P 32 *106 Площа перерізу верхньої частини центрального плунжера буде дорівнювати сумі кільцевої площі і площі перерізу нижньої частини, тобто SKH = Sц = SKЦ + SH, Sц = 147 * 10-2 + 1,07 *10-2 = 2,54 * 10-2 м2 , , діаметр верхньої частини центрального плунжера буде мати величину DЦ = 4SЦ p , DЦ = 4 * 2,54 * 10-2 = 0,18м. 3,14 DР = Зниження тиску рідини в гідравлічному баці 7 при прямому холостому р усі визначиться за рівнянням (9) YHMH 5,63 * 35 * 103 , DP = = 184 * 105 Па(184аmм) , SKH 107 * 10- 2 , тиск рідини в гідравлічному баці 5 при прямому холостому р усі буде рівний Рб = Р - D Р, Рб = 320 * 105 - 184 * 105 = 136 * 105 Па(136аmм) . З ура хуванням (2) площа кожного бокового плунжера буде дорівнювати 2 -2 2 SБ = 0,5SKH, SБ = 0,5 *1,47 * 10 = 0,735 * 10 м . З ура хуванням (6) кільцева площа поршня 5 буде дорівнювати SKБ = 0,5SH, SКБ = 0,5 * 107 * 10- 2 = 0,5 * 10-2 м 2 , , площа перерізу поршня 5 буде дорівнювати сумі кільцевої площі і площі перерізу нижньої частини бокового плунжера F = SКВ + SБ, FБ = 0,735 * 10-2 + 0,5 *10-2 = 1235 * 10-2 м 2 , , Б 7 35920 діаметр поршня 5 дорівнює -2 4FБ 4 * 1235 * 10 , , DБ = = 0,125м . p 3,14 Зворотний холостий рух баб забезпечується подачею робочої рідини високого тиску (32мПа) в бокові циліндри 5, центральний циліндр 12 з'єднується із зливною магістраллю, такий режим підтримується поки баби не пройдуть 0,6 від максимального ходу Н, цей період характеризується прискореним рухом нижньої баби вниз, верхньої DБ = 8 вверх. З ура хуванням (5), (6) прискорення руху буде таким же як і при прямому холостому русі, YЗ,1 = 5,63м / с 2 . Такий рух буде продовжуватись протягом часу який визначається залежністю t3,1 = 2 * 0,6Н 2 * 0,6 * 0,8 , t 3,1 = = 0,41c . YЗ,1 5. 63 За цей час баби набудуть швидкість рівну VЗ,1 = YЗ,1t З,1, VЗ = 5,63 * 0,41 = 2,32м / с . 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 12 відключає від зливної магістралі і з'єднує його з магістраллю високого тиску. Прискорення руху баб при гальмуванні визна YЗ,2 = (32 * 10 6 ) - 0,6 *106 1. 47 * 102 + 0,1* 9,8 * 7 * 104 7 * 104 Режим гальмування руху баб буде продовжуватись до зниження їх швидкостей до нуля, що відповідає умові VЗ - YЗ 2 tЗВ 2 = 0 . (18) Визначимо час руху при гальмуванні V 2,32 tЗ ,2 = З , t З,2 = = 0,31 . с VЗ, 2 7,5 Величина ходу кожної баби за час гальмування визначається по залежності SЗ,2 = VЗtЗ,2 YЗ, 2t З, 22 , 2 7,5 * 0,312 = 0,36м . 2 Сумарне переміщення кожної баби при зворотному холостому русі буде дорівнювати SЗ ,2 = 0,31* 2,32 чається залежністю (Р - РЗ )SH + FTP , (17) YЗ,2 = Р MB + MH і після підстановки числових значень в (15) прискорення буде дорівнювати = 7,5 м с2 . SЗ = SЗ1 + SЗ 2 = 0,48 + 0,36 = 0,84м . Час зворотного холостого руху баб буде визначений як сума часу прискорення та гальмування tЗВ = tЗ ,1 + t З,2 , tЗВ = 0,41 + 0,31 = 0,72с , час подвійного ходу баб буде дорівнювати Т = t ПР + t ЗВ , Т = 0,53 + 0,72 = 125с . , Число подвійних ходів баб молота в автоматичному режимі(ударів молота) за хвилину ход n = 60 / T, n = 60 / 1,25 = 48 . хв Економічний ефект досягається за рахунок підвищення довговічності гідравлічного бака і ущільнень бокових та центрального плунжерів. 9 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 35920 Підписне 10 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