2.5.2. Практическое использование разработанной методики

В данном разделе приведены результаты использования разработанной методики для исследования предложенного чешскими прессостроителями предохранителя для кривошипных прессов, основанного на принципе экстренного отключения муфты.

Предохранитель (реализующий изложенную идею), устанавливаемый на кривошипных горячештамповочных прессах, изготавливаемых заводами им. Шмераля, представляет собой [6, 17] сочетание механического тензометра с большой базой L, закрепленного на станине 1 пресса, и сбрасывающего устройства «К», встроенного в сеть «А» подвода воздуха к муфте (рис.2.11).

При небольшой (допустимой) перегрузке пресса база тензометра увеличивается на величину ΔL.

При этом конец рычага 2, имеющего ход, существенно увеличенный за счет рычажной системы по сравнению с ΔL, оказывает механическое воздействие на клапан 3 этого устройства.

Последний, перемещаясь, обеспечивает перетекание воздуха из полости «Г» в полость «Д» и, тем самым, быстрое перемещение сдвоенного клапана 4,

который, перекрывая доступ воздуха из ресивера, одновременно производит экстренный сброс воздуха из полости муфты (через каналы «В») и, следовательно, её экстренное отключение, что должно, по мнению авторов, предохранить пресс от дальнейшего нарастания силы.

Следует отметить, что проходные сечения сбрасывающего устройства соответствуют обычно принятым для линии подвода воздуха к муфте пресса.

По замыслу данный предохранитель выгодно отличается своей простотой и быстротой срабатывания от ранее известных, дающих электрическую команду на отключение муфты пресса при его перегрузке, т.к. у него короче цепочка срабатывающих элементов.

Однако, несмотря на привлекательность рассматриваемого нами предохранителя, открытым остаётся вопрос эффективности использования для предохранения пресса, как самого принципа, так и его конкретной реализации.

Для получения ответа на поставленный вопрос проанализируем, используя разработанный метод, процесс нагружения КГШП с предложенным предохранителем на примере пресса модели К862С силой 6,3 МН (630 тс), установленного в лабораторном корпусе ЭНИКМАШа. Этот пресс имел 85 ходов в минуту, вместо обычных (паспортных) 90, что более благоприятно с точки зрения работы такого предохранителя.

Очевидно, что при использовании рассматриваемого предохранителя для нормальной его работы он должен быть настроен на срабатывание при небольшой, процентов на десять, перегрузке.

В этом случае, если даже предположить, что предохранитель срабатывает мгновенно и мгновенно отключается муфта, то и в этом случае сила в прессе будет все же больше, чем 1,1 , (здесь – номинальная сила пресса), т.к. определенная часть кинетической энергии эксцентрикового вала и связанных с ним деталей перейдет в потенциальную энергию упругой деформации системы деталей пресса, замыкающих действующую в нём силу.

Если же процесс отключения муфты произойдет не мгновенно, передаваемый ею момент будет падать до нуля какое-то время, то перегрузка пресса дополнительно увеличится за счет энергии, передаваемой системе проскальзывающей муфтой.

В разработанной методике это учитывается коэффициентом К_u, величина которого лежит в диапазоне от 0 до 1.

Как отмечено выше, если К_u=0, то будем иметь дело со случаем, когда муфта отключается мгновенно после получения сигнала, если К_и=1, то муфта вообще не успеет отключиться до остановки кривошипного вала в процессе нагружения пресса.

Для анализа процесса построим расчетные графики (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Графики сил в прессе модели К862С с предохранителем

от перегрузки для различных случаев отключения муфты

Приведенные на рис. 2.12 расчетные графики построены по результатам расчетов, выполненных на основе полученных выше формул.

Графики характеризуют работу указанного пресса при различных вариантах отключения муфты предохранителем и без отключения.

На графике:

− линия 1 (взята из расчетной записки пресса) представляет собой график допустимых сил, которые может развивать данный пресс по условию прочности его деталей (участок «а–б» этого графика определяется из условия прочности по пределу выносливости эксцентрикового вала и станины, участок «б–в» – только эксцентрикового вала);

− линия 2 соответствует силе Р_ср, при которой срабатывает пре-дохранитель: Р_ср=1,1 (в данном случае Р_ср = 6,93 МН);

− линия 3 является графиком сил на ползуне в момент начала проскальзывания фрикционной муфты включения;

− линии 4, 5 и 6 соответствуют силам, действующим в прессе в момент остановки кривошипного вала: 4 – в случае мгновенного отключения муфты ;

5 – в случае, когда с момента срабатывания предохранителя до остановки кривошипного вала муфта, проскальзывая совершает работу, переходящую в потенциальную энергию упругой деформации, эквивалентную работе, выполняемой половиной (К_u=0,5) расчетного момента; 6 − в случае, когда муфта вообще не отключается (К_u=1) после срабатывания предохранителя , т.е. случай работы пресса без предохранителя.

Графики 4, 5 и 6 построены по результатам расчётов на основании полученных выше формул для α_ср, равных 10, 15 и 20°, соответственно;

Пунктирными линиями 7, 8 и 9 показано нарастание сил в прессе (для тех же значений α_ср) от нуля до Р_к.

Исходные данные для расчетов (взяты из расчетной записки пресса):

Р_н= 6,3 МН; R= 0,1м; λ = 0,15;

М_Р = 2,02·10² кН·м; С_пр.шт=2,56·10⁶ кН·м^-1;

I=8223 кг·м²; ω₀= рад·с^-1;

=2,7·10^-2м .

Анализ приведенных графиков показывает, что в самой настройке предохранителя на силу 1,1Р_н заложена перегрузка кривошипного вала на 10, 22, 30, 50 и 70% для углов равных 10, 15, 20, 30, 40°, соответственно.

Даже при мгновенном отключении муфты (что на практике осуществить невозможно) перегрузка увеличивается до 24, 34 и 45% для α_ср равных 10, 15 и 20°. При запаздывании отключения муфты (К_и=0,5) перегрузка возрастает, соответственно до 27, 38 и 48%.

Если учесть, что перегрузка рассматриваемого пресса (при отсутствии предохранителя) составляет (для этих же углов) 33, 43 и 52%, то очевидна неэффективность работы исследуемого типа предохранителя в указанном диапазоне углов (α > 10°).

Что касается работы пресса при меньших углах, то примерно до 6°45' пресс не может развивать силу, превышающую Р_н более чем на 2000 кН (200 тс) и при отсутствии любого предохранителя, т.к. этому углу соответствует путь ползуна, равный 0,8мм, что при С_пр.шт= 2,56·10⁶кН·м^-1 дает приращение силы 2000 кН (200тс), т.е. также не более 40% перегрузки.

Таким образом, полученные данные говорят не в пользу исследуемого способа предохранения пресса от перегрузки и, в частности, рассматриваемого предохранителя.

Кроме того, не следует также забывать, что отключение муфты в процессе нагружения пресса (да ещё в положениях кривошипа, близких к крайнему нижнему) может служить причиной его заклинивания, что само по себе весьма не желательно.

Так, мгновенное отключение муфты при углах α_ср например, равных 4, 5 или 6°, неизбежно приведет к заклиниванию пресса, в то время как без отключения муфты пресс совершит ход с незначительной перегрузкой по силе.

Очевидно, что обеспечить эффективность предохранителя, основанного на исследованном способе, возможно только при условии создания тензометра, который бы «следил» за графиком допустимых сил на всем рабочем пути ползуна, с тем, чтобы в каждый момент срабатывание предохранителя происходило при 10% - ной перегрузке пресса, а не при силе, равной 1,1Р_н, а также при условии обеспечения практически мгновенного отключения муфты, после получения команды (т.е. при условии K_u→0).

Отметим, что в работе [67] приведены результаты экспериментального исследования рассматриваемого предохранителя.

Исследования проводились на прессе КГШП модели К862С, для которого в полном соответствии с предложением чешских специалистов [6, 17] был создан предохранитель, тензометр которого устанавливался на стойку с задней стороны станины пресса, где была зафиксирована наибольшая деформация при нагружении пресса.

Для настройки срабатывания сбрасывающего устройства и создания требуемого нагружения пресса использовался гидравлический нагружатель.

Как показали эксперименты, сбрасывающее устройство стабильно и с высокой точностью срабатывало как при статическом нагружении, так и при работе пресса. Однако при работе, несмотря на это, пресс всегда успевал совершить полный рабочий ход, развивая наибольшую, соответствующую настройке нагружателя, силу.

Таким образом, полученные результаты экспериментов полностью подтвердили выводы, изложенные в ходе теоретического анализа, и позволили оценить разработанную методику расчета как приемлемую для практического применения как для кривошипных прессов с С-образной станиной, так и для всех других кривошипных прессов.