Гидросистемы кузнечно-штамповочных машин.

Бочаров Ю.А.

Машиностроение, 1972 г.

I. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОПРИВОДА

Гидравлический привод состоит из устройств для преобразования механической энергии электродвигателя в энергию рабочей жидкости, аккумулирования и передачи ее посредством гидросистемы рабочему исполнительному механизму (гидродвигателю) кузнечно-штамповочных машин (КШМ) в соответствии с заданным технологическим циклом.

Разработка качественно новых и повышение эффективности выпускаемых гидравлических КШМ являются важными задачами машиностроителей.

Гидропривод применяется для гидравлических прессов, гидравлических молотов, гидровинтовых машин, установок для ротационного выдавливания, установок для синтеза новых материалов, для зажимных устройств электрогидравлических н магнитно-импульсных штамповочных установок и т. п. Проводятся работы по использованию гидропривода взамен механического и для машин других типов: винтовых фрикционных, коленных чеканочных, вибрационных прессов, ковочных вальцев, импульсных машин.

В современном кузнечно-штамповочиом производстве гидропривод получил широкое применение. Возможность создания высоких давлении рабочей жидкости 32—45 Мн/м2 и и отдельных установках свыше 100 Мн /.м2 используется для создания гидравлических прессовусилием до нескольких сот меганьютонов, установок для получения синтетических материалов, давление жидкости в которых достигает нескольких тысяч меганьютонов, гидравлических молотов с эффективной энергией в несколько десятков килоджоулей, гидровинтовых машинусилием свыше 100 Мн и эффективной энергией свыше 3 Мдж.

Гидропривод обеспечивает возможность передачиэнергии жидкости в любом направлении на значительные расстояния. Особенно просто осуществлять прямолинейные п вращательные движения рабочего исполнительного механизма и кузпечно-штамповочпых машин.

В гидроприводе нет громоздких и сложных механических передач, поэтому можно точно управлять величинами усилий, скорости и перемещения исполнительных механизмов, а также осуществлять частые и быстрые переключения. Все это создает хорошие условия для автоматизации работы машины.

Гидравлический привод характеризуется малой инерционностью, большим быстродействием, высокой надежностью, защитой от перегрузок. Можно конструировать сложные гидросистемы из простых стандартных или нормальных элементов. В целях систематизации дальнейшего изложения представим схемуклассификации гидропривода (рис. 1), составленную на основе работы М. В. Сторожева*.

В насосном приводе преобразователем механической энергии электродвигателя в энергиюдавления жидкости служит насос. В мультипликаторном приводе внутренняя энергия энергоносителя (пара, воздуха, газа) или механическая энергия электродвигателя преобразуется в энергиюдавления жидкости.

Насосный привод КШМ за последние десятилетия получил значительное распространение, в то время как мультипликаторный привод применяется редко.

До недавнего времени единственными представителями гидравлических КШМ были гидравлические прессы — машины статического действия. В последние 10 —15 лет парк гидравлических КШМ пополнился новым видом оборудования ударного действия —гидравлическими молотами и гидровинтовыми машинами.

Современные гидравлические КШМ представляют собой сложные реверсивные машинные агрегаты, включающие металлические, жидкостные и газовые звенья и механизмы, гидросистемы которых состоят из сложных, относительно коротких разветвленных магистралей. Наибольшая скорость подвижного звена исполнительного механизма современных прессов не превышает 0,3 м/сек, а чаще она—менее 0,2 м/сек. В их гидросистемах наблюдаются все виды движения жидкости, поэтому упругие свойства гидросистем проявляются при рабочем ходе, в начале и конце холостых перемещений.

Скорость движения исполнительных механизмовмашин ударного действия примерно на порядок выше, а в их гидросистемах преобладает неустановившийся режим движения жидкости, при котором существенно проявляются упругие свойства гидросистем. Методыанализа и расчета гидросистем КШМ разрабатывались многими учеными и инженерами. Динамика гидропресса с групповым насосно-аккумуляторным приводом впервые была рассмотрена А. А. Суходольским (1916 г.). Большая роль в создании основ теории гидравлических прессов принадлежит трудам М- В. Сторожева и Б. В. Розанова. Совершенствованию теории и разработке отдельных ее вопросов посвящены работы: А. И. Зимина, В. И. Залесского. Н. С. Добринского, Л. Д. Гольмана, Б. П. Васильева, Л. М. Тарко и др.

Разработка теории и методов расчета гидровинтовых и гндроимпульсных КШМ, а также гидравлических молотов проводится в настоящее время в МВТУ, ВНИИМЕТМАШ, ВЗМИ, Винницком филиале Киевского политехнического института и других организациях на основе широких экспериментальных и теоретических исследований.

2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ

МАШИН

Общепринятая КЛАССИФИКАЦИЯ КШМ разработана А. И. Зиминым |1|. Им же предложено разделение машин по структуре эффективной энергии [5]. Современные гидравлические КШМ по характеру воздействия на поковку можно разделить на машины статического, ударного и пульсирующего действия. К машинам статического действия относятся гидравлические прессы, установки для гидростатического прессования и синтеза материалов. К машинам динамического или ударного действия относятся гидравлические   молоты    и    гидровинтовые    машины.     Необходимо учесть, что ударным действием (нагружением) в отличие от статического в механике принято называть такое силовое воздействие одной механической системы на другую, при котором должны соблюдаться два условия: 1) в начальный момент соприкосновения систем разность скоростей их движения не равна нулю; 2) полупериод свободных колебаний обеих систем (как общей системы) больше времени нарастания силы (от нуля до первого максимума) в месте соприкосновения систем. Если выполняется только одно первое условие, как в некоторых винтовых машинах, то нагружение называют квазиударным.

К машинам пульсирующего действия относятся гидравлические машины и установки для пульсационной (вибрационной) штамповки. В этих машинах на статическую составляющую усилия, создаваемого гидроцилиндром, налагаются пульсирующие нагрузки, создаваемые с помощью гидропульсаторов или гидровибраторов.

В установках для гидростатического прессования и синтезаматериалов используется высокое гидростатическое давление жидкости, создаваемое в специальных контейнерах с помощью гидропривода.

По характеру трансформации энергии жидкости и изменения скорости подвижного звена рабочего исполнительного механизма гидравлические КШМ разделяют на прессы, молоты и пресс-молоты. Эти машины обеспечивают и соответствующий режим работы: прессовый, молотовый и пресс-молотовый.

1. Прессы (рис. 2, а). В прессахэнергиядавления жидкости создает работу пластического деформированияпоковки во время рабочего хода: