Материал: Модернизация роторного механического пресса за счет замены копиров и пуансонодержателей с роликами на гидроцилиндры

С точки зрения возможностей построения автоматической системы машин, тот факт, что при высокой производительности могут быть сохранены оптимальные динамические и технологические режимы, имеет существенное значение потому, что от технологических и динамических режимов зависят в конечном счете стойкость инструмента и сроки службы инструментов и механизмов, а, следовательно, и процент простоев, и коэффициент использования машин.

Таким образом, машины третьего класса способны обеспечить более высокий коэффициент использования и, следовательно, являются наиболее пригодными для работы в автоматических системах машин.

Четвертый способ выполнения технологических процессов, характеризуемый не только независимостью скорости транспортирования, но и независимостью других параметров потока предметов, а именно плотности и поперечного сечения потока от технологических действий, представляет собой обработку в процессе транспортирования предметов обработки не по штучно, в общей массе. Для машин четвертого класса, характеризуемых этим способом выполнения технологических процессов, технологический цикл обработки предмета, операционный цикл инструмента и рабочий цикл машины.

По структуре технологического цикла , цикла инструмента , рабочего цикла  машины четвертого класса имеют формальное сходство с машинами второго класса. Однако принципиальное отличие их заключается в том, что рабочий цикл машины четвертого класса, и, следовательно, производительность зависят не от технологической, а от транспортной скорости, аналогично тому, как это имеет место в машинах третьего класса.

Расстояние между предметами обработки в направлении транспортирования может быть равным нулю или иначе, шаг h равен размеру предмета d, т.е. операционный цикл инструмента и рабочий цикл машины определяются уже не шагом между предметами, а непосредственно размерами предметов в направлении потока. С другой стороны, в сечении потока может размещаться не одно, а произвольное число n предметов. Поэтому за время, соответствующее прохождению предметом пути n=d, может происходить выпуск не одного, а n предметов.

Это означает, что в машинах четвертого класса производительность может быть практически произвольной. Повышение производительности может быть достигнуто не только за счет увеличения транспортной скорости, а также за счет увеличения числа предметов обработки в поперечном сечении потока, поскольку. Следовательно, для машин четвертого класса одинаковая производительность на различных операциях может быть достигнута в общем случае не только за счет соответствующего изменения скорости транспортирования, как в машинах третьего класса, но и при любой скорости транспортирования за счет соответствующего изменения поперечного сечения потока, т.е. за счет изменения числа предметов обработки, размещающихся в поперечном сечении рабочей зоны машины. Таким образом, машины четвертого класса обеспечивают возможность объединения различных операций в общую автоматическую систему машины.

Итак, только два последних способа выполнения технологических процессов, и, следовательно, два последних класса рабочих машин (3 и 4) могут быть в общем случае основой для широкого осуществления автоматической системы машин. Однако это обстоятельство, так же как и то, что сами предпосылки, необходимые для широкого перехода в автоматической системе машин, связаны лишь с двумя последними классами технологических процессов, не ограничивает перспектив распространения автоматической системы машин и превращения ее в конечном итоге в господствующую форму оборудования в различных производствах.

.2 Рабочие роторы

Рабочие роторы, предназначенные для выполнения основных технологических операций, являются наиболее важными и разнообразными по конструктивным исполнениям элементами роторных линий. Различие в конструкциях рабочих роторов обуславливаются характером технологических операций, определяющим кинематическую схему ротора и тип исполнительных органов, а также масштабом производства, для которого они предназначаются, определяющим одно - или многономенклатурность оснастки позиций ротора и соответствующие особенности распределительных устройств.

В пределах одного и того же класса прессов рабочие роторы различаются в зависимости от технологических параметров, характера привода, расположения рабочих роторов, применяемых кинематических элементов, и наконец, от конструктивных форм монтажа инструментов в роторе и самого ротора на его оси. Рассмотрение конструкций рабочих роторов проведем на машинах третьего класса, т.к. эти роторы конструктивно разработаны лучше других и являются наиболее распространенными [9].

Различают два основных типа операций третьего класса: операции, выполняемые посредством одного совершающего рабочее движение инструмента, что показано на рисунке 1.3 а, и операции, выполняемые посредством двух совершающих рабочие движения инструментов, что показано на рисунке 1.3 б.

К операциям первого типа относятся операции (чеканки, клеймения), выполняемые без ввода заготовки в матрицу, или подобные же прессы, выполняемые с применением матриц или пресс-форм, не требующих выталкивания обработанной детали, так как она извлекается из матрицы самим пуансоном или штампом при его обратном ходе.

К операциям второго типа относятся большинство прессовых, гибочных, вытяжных и других операций, выполняемых с применением штампов, линейных форм и т.п., из которых обработанная деталь извлекается посредством самостоятельного движения отдельного инструмента (выталкивателя, второго пуансона и т.п.). Второй тип операций наиболее часто встречается в технологических процессах третьего класса.

Рисунок 1.3 - Принципиальные схемы одностороннего (а) и двухстороннего (б) технологических процессов для операции III класса:

- заготовка; 2 - рабочий инструмент.

Основным элементом всех роторов для выполнения операций третьего класса является орган, сообщающий инструменту прямолинейное рабочее движение.

При выполнении операций первого типа каждый рабочий орган ротора содержит один совершающий самостоятельное движение инструмент и один исполнительный орган, сообщающий инструменту движение. При выполнении операций второго типа каждый рабочий орган ротора состоит из двух совершающих самостоятельные движения инструментов и двух исполнительных органов, сообщающих им эти движения. Роторы, выполняющие операции первого типа, получили название односторонних, а второго двусторонних.

В зависимости от типа исполнительных органов рабочие роторы для операций третьего класса могут быть механическими, гидравлическими, пневматическими и комбинированными. Также рабочие роторы могут быть цилиндрическими, коническими, гиперболическими, плоскими или радиальными. Цилиндрические роторы с вертикальной осью являются основной формой рабочих роторов, роторных и роторно-конвейерных линий.

.2.1 Роторы с механическим приводом рабочих органов

В рабочем роторе имеются следующие конструктивные элементы: корпус ротора, в котором расположены все жестко закрепленные на валу ротора элементы, съемные блоки инструмента, подвижные исполнительные органы, сообщающие им рабочие движения, элементы привода вращательного движения ротора, неподвижная распределительная система привода исполнительных органов. В этих роторах исполнительными органами являются подвижные в направлении рабочего движения и соосные с инструментами ползуны, распределительная система выполняется в виде неподвижных копиров, соосных с ротором.

Цилиндрические рабочие роторы с механическим приводом обладают всеми свойствами, необходимыми для работы в автоматических роторных линиях. Роторы просты по устройству и несложны в изготовлении. Обеспечивая высокую производительность и высокий коэффициент использования, роторы с механическим приводом имеют малые габариты и массу. Однако область применения таких роторов ограничивается определенными видами процессов вследствие ряда особенностей самого механического привода. Такие роторы целесообразно применять лишь для операций, требующих сравнительно небольших сил (порядка 5-10 кН), так как рабочие движения осуществляются в результате взаимодействия ползунов с неподвижными кривыми.

.2.2 Рабочие роторы с гидравлическим и гидромеханическим приводами исполнительных органов

В таких роторных машинах исполнительными органами являются штоки поршней гидроцилиндров, смонтированных на роторе соосно с блоками инструментов и обеспечивающих заданное технологическое движение инструментов. Существует ряд схем питания цилиндров рабочей жидкостью. Наиболее удобной и простой является схема гидравлического привода с применением общих для всех цилиндров центральных неподвижных распределителей в виде цилиндрических золотников или дисков с плоским распределительным зеркалом. Роторы с гидравлическим приводом, как и роторы с механическим приводом, могут быть односторонними или двусторонними, в зависимости от характера операции.

Гидравлический привод в отличии от механического дает возможность при перемещении ротора на один шаг, получить рабочие ходы инструмента значительно большей величины, чем шаг между заготовками, т.к. при гидравлическом приводе нет прямой зависимости между транспортной скоростью роторами рабочей скоростью поршней, которая определяется производительностью насоса и лимитируется лишь допустимыми скоростями движения рабочей жидкости в соединительных каналах ротора.

Более совершенными по сравнению с цилиндрическими золотниками являются плоские распределители, в которых роль распределительного золотника выполняет неподвижный диск с плоским зеркалом, снабженным распределительными полостями. В роторе с плоским распределителем, как показано на рисунке 1.4, блок цилиндров выполняется с точно обработанной плоскостью наружного торца, на который выводятся соединительные каналы силовых цилиндров. К торцу блока жестко крепиться промежуточный диск, снабженный сквозными отверстиями, являющимися продолжениями соответствующих соединительных каналов блока цилиндров. С наружной плоскостью промежуточного диска, вращающегося вместе с ротором, взаимодействует строго припасованное к нему плоское зеркало неподвижного распределительного диска. Диск снабжен расположенными на двух различных окружностях распределительными полостями, имеющими форму кольцевых секторов и кольцевыми полостями для сбора утечек.

Рисунок 1.4 - Рабочий ротор с плоским распределителем:

- поршень силового цилиндра; 2 - блок цилиндров ротора; 3 - фланец станины; 4 - промежуточный диск; 5 - неподвижный распределительный диск; 6 - неподвижный коммуникационный диск; 7 - стяжной болт.

Существенным преимуществом плоского распределителя является также то, что зазор между рабочими полостями постоянный и не возрастает при нагреве масла, чем обеспечивается стабильность величины утечек, а, следовательно, и давление в силовых цилиндрах ротора. Плоские распределители удобны при монтаже и при ремонте.

Гидравлический привод позволяет развивать больше силы и ходы при больших скоростях инструмента. Если на всем рабочем ходе инструмента обеспечивается более или менее равномерная нагрузка, гидравлический привод, обеспечивающий высокие силы на протяжении всего хода, является необходимым. Для малонагруженной части рабочего хода инструмента движение может происходить по определенному закону, в частности с остановками, что при гидравлическом приводе требует более сложных устройств, чем при механическом. Для прессовых операций, требующих больших сил на незначительной части хода инструмента, следует применять комбинированный гидромеханический привод. В таком приводе нагруженная часть рабочего хода инструмента осуществляется от неподвижных копиров, а часть хода, требующая больших сил, от гидравлического привода.

Ротор с гидромеханическим приводом отличается от ротора с гидравлическим приводом тем, что в нем по мимо блока цилиндров имеется барабан с осевыми ползунами, взаимодействующими посредством консольных радиальных пальцев с неподвижным пазовым копиром.

Таким образом, применение гидравлического и механического приводов позволяет использовать свойственное каждому из них преимущество и избежать их недостатков. Гидравлический привод легко осуществим для всех геометрических форм рабочих роторов, в частности для конических роторов, которые для односторонних операций позволяют при больших размерах гидроцилиндров иметь малый шаг в зоне размещения инструментов, однако эта задача решается более полноценно в роторно-конвейерных машинах и поэтому конические роторы не перспективны.

2. Конструкторская часть. Разработка конструкции роторного гидравлического пресса

.1 Исходные данные

Исходными данными для разработки конструкции пресса являются:

)        Циклограмма работы базового пресса;

)        Чертежи базового пресса;

)        Техническая характеристика базового роторного механического пресса:

мощность привода - 3 кВт;

развиваемое усилие формования - до 50 кН;

производительность - 900 шт/час;

количество позиций ротора - 4;

скорость вращения барабана - 3,8 об/мин.

.2 Циклограмма работы пресса

Циклограмма работы пресса представлена на рисунке 2.1. Согласно циклограмме, пуансоны совершают возвратно-поступательное движение, величина которого зависит от угла поворота ротора.

Верхние пуансонодержатели, находясь в крайнем верхнем положении, совершают следующие движения:

быстрый подвод пуансонов ------- рабочий ход ------- выдержка в крайнем нижнем положении ------- быстрый отвод пуансонов в крайнее верхнее положение.

Нижние пуансонодержатели, находясь в крайнем нижнем положении, совершают следующие движения:

рабочий ход пуансонов ------- выдержка пуансонов в определенном положении ------- быстрая выгрузка кругов на поверхность ротора ------- быстрый отвод пуансонов в крайнее нижнее положение для загрузки абразивной смеси в прессформу.

Режимы движения пуансонов:

Согласно циклограмме, изображенной на рисунке 2.1, режимы движения пуансонов следующие:

скорость быстрого подвода верхних пуансонов: , м/мин,

скорость рабочих ходов верхних и нижних пуансонов: , м/мин,

скорость быстрого отвода верхних пуансонов и скорость выгрузки кругов: , м/мин,

скорость быстрого отвода нижних пуансонов: , м/мин.

.3 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

В данном разрабатываемом прессе в качестве исполнительного гидродвигателя предусмотрены гидроцилиндры, к штокам которых прикреплены пуансонодержатели с пуансонами.

Исходные данные:

максимальное усилие, прилагаемое к штокам гидроцилиндров - 50 кН

Rmax = 50000 Н.

Расчет геометрических параметров и выбор гидроцилиндров производим по литературе [5].