Глава 2. Перегрузка кривошипных прессов

2.1. Общие замечания

Наличие в конструкции кривошипного пресса маховичного привода и кривошипно-шатунного механизма приводит к тому, что при работе кривошипные прессы могут развивать силы на ползуне и крутящие моменты на валах, значительно превосходящие по величине номинальные значения.

Появление таких случаев обуславливает перегрузку прессов. Как и для любой машины перегрузка крайне нежелательна, поэтому решение этого вопроса является одним из ключевых при создании кривошипных прессов.

Первым шагом на пути решения этого вопроса является определение той силы, которую пресс может развить при перегрузке. Без знания величины этой силы невозможно произвести расчет деталей пресса на прочность, решить вопрос о необходимости оснащения специальным предохранителем, создать устройство, обеспечивающее расклинивание (о заклиниваниях, являющихся наряду с поломками пресса одним из возможных результатов перегрузки, речь пойдет в следующей главе).

Одной из первых работ по расчету перегрузок кривошипных прессов или автоматов была работа [25]. Позднее был опубликован целый ряд работ, в которых рассматривается процесс перегрузки кривошипных прессов [3, 6, 8, 22, 28]. В каждой из этих работ по мере их опубликования методика определения сил перегрузок в той или иной степени уточняла методику предыдущей работы.

Методики всех названных работ представляют собой по существу разновидности «энергетического» способа расчета, поскольку в их основе лежит теорема об изменении кинетической энергии деталей привода и кривошипно-шатунного механизма. Силовая система пресса представляется статически нагруженной от возникающей на ползуне силы. Однако в ряде работ [12, 13, 15, 26] отмечено, что в процессе нагрузки элементы пресса вовлекаются в колебательные движения, амплитуды которых могут иметь существенное значение.

Поэтому было естественным стремление к развитию динамических методов расчета, поскольку колебания могут изменить общую картину нагружения прессов по сравнению со статическим. Такие расчеты проводятся на основе динамических моделей, представляющих собой абстрактно представленную расчетную схему [74, 75], на которой условно обозначены отдельные элементы, связи и действующие силы. К настоящему времени с использованием динамических моделей выполнено исследование различных вопросов работы кривошипных прессов [14, 15, 45, 75-80].

Очевидно, что выбор динамической модели определяется условиями конкретной решаемой задачи. В результате используются модели различной сложности − от простых [14, 15] и до достаточно сложных [61, 77].

Также очевидно, что построение динамической модели (ее вид и структура) должно преследовать главную цель – модель должна позволить описать протекающий процесс как можно ближе к реальному.

Для исследования процесса перегрузки кривошипных прессов, когда основной интерес представляют величины сил в элементах силовой системы пресса, достаточно ограничиться динамическими моделями с сосредоточенными параметрами, отражающими основные конструктивные особенности прессов:

− для прессов закрытых, у которых станина представляет собой замкнутую раму, моделью, используемую в работе [15];

− для прессов открытых, у которых станина выполнена в виде Собразной скобы, моделью, используемую в работе [14].

Изложенное предопределяет актуальность задачи изучения процесса перегрузки кривошипных прессов на основе уравнений движения элементов силовой системы, которые в общем случае более полно отражают механику процесса нагружения машины. Это позволит установить приемлемость для расчетов «энергетического» способа, ввести при необходимости в него корректировку или использовать в дальнейшем новую методику.

Одновременно представляется возможным исследовать распределение сил в элементах пресса, вследствие учета сил инерции при колебаниях, что весьма важно для решения вопроса о выборе базы при измерении сил при нагружении прессов.