4. Паровоздушные молоты

4.1. Характер движения подвижных частей при работе молотов

Системы управления молотов, и в частности паровоздушных, позволяют обеспечивать следующие режимы их работы.

1) Последовательные автоматические удары:

Рис. 9. Последовательные удары

2) Единичные:

Рис. 10. Единичные с задержкой вверху

Рис. 11. Единичные с задержкой внизу

Рис. 12. Режим держания

Рис. 13. Режим качания

Различные циклы движения обеспечиваются системой управления молотом, которая предусматривает в своей конструкции возможность переключения на различные режимы.

В общем случае уравнение движения подвижных частей в любой момент времени будет:

. (21)

Ход бабы вниз:

, (22)

где - активная сила от действия верхнего пара;

- сила сопротивления нижнего пара;

R = 0,1G - сила трения;

G - вес бабы.

Ход бабы вверх:

, (23)

где - активная сила действия нижнего пара;

- сила сопротивления верхнего пара.

Таким образом, Р_В = f(t) и Р_Н = f(t). Если знать эти функции, то уравнение движения может быть решено и определены S, V, j. Соответственно могут быть получены данные об энергии удара, производительности молота, расходе энергоносителя.

4.2. Характеристики энергоносителя

Энергоносителем или рабочим телом у паровоздушных молотов служит пар или сжатый воздух, состояние которых оценивается давлением Р, температурой t, и объемом V.

При проектировочных расчетах давление пара принимается 0,7  0,9 мПа, воздуха 0,6  0,8 мПа.

4.2.1 Работа молота на паре

Как правило, в цеховых условиях применяется влажный насыщенный пар, рабочие прессы которого характеризуются: уравнением (закон Бойля-Мариотта) К = 1- показатель политропы, то есть процесс принимается адиабатическим при условии отсутствия теплообмена с окружающей средой.

При расширении влажного пара по адиабате влажность его повышается, что ведет к появлению конденсата - горячей воды. Для удаления ее из цилиндров следует применять спускные трубки и защищать обслуживающий персонал от брызг. При длительных остановках и перерывах в работе молоты должны перед пуском прогреваться путем продувки паром с целью прогрева цилиндров и снижения образования конденсата.

4.2.2. Работа молота на сжатом воздухе

Изменение состояния воздуха при рабочих процессах в цилиндре описывается уравнением с показателем политропы

К = 1,4:

. (24)

Воздух, подаваемый от компрессорной станции, следует подогревать для предотвращения образования льда в цилиндре при его расширении. Температура нагрева не должна превышать 170 С, в противном случае возможна вспышка масляных паров в пневмосистеме молота. Для стабильной работы молотов цех должен оснащаться воздушными ресиверами, объем которых должен составлять (15 - 20)V_р.y - рабочих цилиндров всех молотов цеха.

4.2.3. Сравнение пара и воздуха

Рассмотрим процесс адиабатического расширения одного килограмма (единица объема) пара и воздуха с начальным давлением Р_1. Работа 1 кг пара больше, чем работа 1 кг воздуха, так как удельный объем пара больше объема сжатого воздуха. Кроме того, конечное давление пара , в итоге работа пара больше работы воздуха.

Рис. 14. Сравнительная диаграмма энергоносителей

Однако решающее значение в определении энергоносителя основывается на технико-экономических оценках производства. Если коэффициент использования молотов ниже 40  50 %, то наиболее целесообразно обеспечивать их работу на воздухе. Если загрузка молотов выше, как в крупносерийном производстве, то следует организовать их питание паром.

4.3. Парораспределительный механизм молота

Системы управления

Основным типом можно считать золотниковые парораспределительные системы с поступательно движущимся золотником, выполненные в виде универсальных механизмов, совмещающих автоматическое и ручное управление.

Рис. 15. Система управления паровоздушного молота:

1 - золотниковая коробка; 2 - двухполочный золотник;

3 - труба свежего пара; 4 - выхлопная труба;

5 - внутренняя поворотная втулка дросселя;

6 - наружная неподвижная втулка дросселя

Механизмы управления подразделяются на два основных типа:

1. Распределение рабочих периодов пара зависит только от перемещения золотника, а дроссель, через который пар поступает в золотниковую коробку, неподвижен и сохраняет площадь открытия окон постоянной, такой тип управления называется количественным и используется на ковочных молотах.

2. Парораспределительные механизмы второго типа отличаются от первых работой дросселя. Он не остается неподвижным, а является оперативным распределительным органом, как и золотник, тем самым наряду с количественным регулированием обеспечивается и качественное и используется на штамповочных молотах.

4.3.1. Распределительный механизм ковочного молота

Механизм обеспечивает возможность нанесения управляемых единичных ударов, держание падающих частей и прижим поковки.

Рис. 16. Схема распределительного механизма:

1 - двуплечный рычаг; 2 - серьга со скалкой золотника;

3 - рычаг; 4 - тяга; 5 - балансир; 6 - тяга; 7 - сабля;

8 - рукоятка золотника; 9 - рукоятка дросселя

Перед началом работы рукоятка дросселя внизу и окна дросселя перекрыты. Золотник в исходном положении тоже опущен, наполовину приоткрывая нижние окна на впуск свежего пара в нижнюю полость рабочего цилиндра. Когда перед началом работы открывают дроссель (рукоятку 9 - поднимают), падающие части начинают ход вверх. Далее при помощи сабли в действие вводится кинематическая связь бабы с золотником. Поворот сабли против часовой стрелки автоматически поднимает золотник на величину h_m, отсекая полости цилиндра, в результате падающие части в верхнем положении автоматически останавливаются и удерживаются в К.В.П. на весу (цикл держания). При перекрытых окнах свежий пар поступает под поршень по специальным каналам в нижней полке золотника. Верхний пар по таким же каналам из верхней полости идет в выхлопную трубу.

Для нанесения удара резко отпускают рукоятку золотника 8, он дополнительно поднимается, открывая верхние окна на впуск свежего пара в верхнюю полость рабочего цилиндра, а нижние окна на выпуск отработанного пара из нижней полости рабочего цилиндра. В результате падающие части устремляются вниз. Для нанесения полного удара рукоятку золотника опускают до отказа, и золотник совершает ход вверх на величину h_П полностью открывая верхнее и нижнее окна. При неполном ударе ход рукоятки уменьшают.

Для цикла прижима машинист немного опускает рукоятку золотника, приоткрывая нижние окна и тут же закрывает их. Порция нижнего пара уходит на выхлоп, а баба слегка опускается. Совершая такие качания, машинист плавно опускает бабу на поковку и затем резким движением ручки вниз впускает верхний пар и прижимает поковку.

Сабля в данной системе управления предназначена для автоматической отсечки нижнего пара при ходе вверх для предотвращения сильного удара в крышку и удержания бабы на весу, кроме того, она почти вдвое уменьшает амплитуду качания ручки, что облегчает труд машиниста.

4.3.2. Распределительный механизм штамповочного молота

При работе на ковочных молотах управление молотом осуществляется машинистом, кузнец же производит только манипулирование поковкой.

При работе на штамповочных молотах штамповщик должен манипулировать клещами с поковкой, а управление молотом идет от педали. У штамповочного молота возникает цикл качания, при этом баба не доходит до нижнего штампа на 200  500 мм.

При полуоткрытом дросселе и не нажатой педали цикл холостых качаний совершается сколь угодно долго. Соотношение между ходом золотника h и падающих частей обеспечивается саблей по линейной закономерности.

, (25)

где К = 0,025  0,04 при G = 630  3150 кгс,

К = 0,05  0,066 при G = 5000 25000 кгс.

Для нанесения удара штамповщик должен нажать на педаль в тот момент, когда баба приближается к К.В.П. При этом золотник приподнимается, а окно дросселя полностью откроется. Если после удара нажатие педали продолжается, то баба останется неподвижной - прилипающий удар.

Для хода вверх после удара требуется освободить педаль. При этом совершается холостой ход вверх.

В зависимости от высоты опускания педали при ее нажатии можно получить удары разной силы. При максимальном опускании происходит полный единичный удар с впуском верхнего и выпуском нижнего пара на всем ходе бабы вниз.