RU2246405C2 - Press - Google Patents
Press Download PDFInfo
- Publication number
- RU2246405C2 RU2246405C2 RU2002133431/02A RU2002133431A RU2246405C2 RU 2246405 C2 RU2246405 C2 RU 2246405C2 RU 2002133431/02 A RU2002133431/02 A RU 2002133431/02A RU 2002133431 A RU2002133431 A RU 2002133431A RU 2246405 C2 RU2246405 C2 RU 2246405C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- press
- loading
- loading element
- drive
- energy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Press Drives And Press Lines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к прессостроению, непосредственно касается повышения жесткости процесса обработки материалов давлением и может найти применение в прессах, в течение рабочего хода которых происходит резкое снижение сопротивления обрабатываемого материала деформированию (при выполнении операций вырубки, пробивки и т.п., а также при проведении разрушающих испытаний материалов). Изобретение может быть использовано преимущественно в гидравлических и кривошипных прессах. При использовании предлагаемого пресса в качестве испытательного возможно осуществление полностью равновесных разрушающих испытаний материалов с записью полных, т.е. с нисходящей ветвью, диаграмм разрушения.The invention relates to press engineering, directly relates to increasing the rigidity of the process of processing materials by pressure, and can find application in presses, during the course of which there is a sharp decrease in the resistance of the processed material to deformation (during cutting, punching, etc., as well as during destructive material testing). The invention can be used mainly in hydraulic and crank presses. When using the proposed press as a test, it is possible to carry out completely equilibrium destructive tests of materials with recording complete, i.e. with a descending branch, diagrams of destruction.
Известен пресс, содержащий станину с опорным столом и направляющими, установленный с возможностью перемещения вдоль направляющих станины нагружающий элемент с силовым приводом, привод для установки нагружающего элемента в исходное перед рабочим ходом положение и элемент противодавления, установленный между опорным столом и нагружающим элементом с возможностью перемещения относительно опорного стола вдоль направляющих станины при рабочих давлениях нагружающего элемента и снабженный регулятором скорости указанного перемещения в направлении нагружения обрабатываемого материала [а. с. СССР №323293, кл. В 30 В 15/06, 1972 г.].A press is known comprising a bed with a support table and guides, a loading element with a power drive mounted along with the guides of the bed, a drive for installing the loading element in the initial position before the stroke and a back pressure element mounted between the support table and the loading element with the possibility of movement relative to a support table along the guides of the bed at operating pressures of the loading element and equipped with a speed regulator for said movement in loading board material to be treated [and. from. USSR No. 323293, class B 30 B 15/06, 1972].
Элемент противодавления в известном прессе представляет собой демпфирующее устройство, выполненное в виде ступенчатых плунжеров гидроцилиндров, полости которых соединены с наполнительным бачком, а регулятор скорости перемещения плунжеров в гидроцилиндрах относительно опорного стола выполнен в виде выфрезерованных на больших из ступеней плунжеров дроссельных канавок.The backpressure element in the known press is a damping device made in the form of stepped rams of hydraulic cylinders, the cavities of which are connected to the filling tank, and the speed regulator for the movement of rams in the hydraulic cylinders relative to the support table is made in the form of throttle grooves milled on the larger steps.
Кроме того, пресс снабжен дополнительными амортизирующими резиновыми пакетами для опирания станины-пресса на фундамент, а также направляющими колонками с ограничителями перемещения станины относительно фундамента.In addition, the press is equipped with additional shock-absorbing rubber bags for supporting the bed-press on the foundation, as well as guide columns with limiters for moving the bed relative to the foundation.
Недостатком известного пресса является относительно невысокая жесткость осуществляемого им процесса деформирования материала, а также высокая энергоемкость работы пресса, обусловленная рассеиванием большого количества энергии.A disadvantage of the known press is the relatively low rigidity of the process of deformation of the material, as well as the high energy intensity of the press, due to the dispersion of a large amount of energy.
Невысокая жесткость процесса обработки материала обусловлена накоплением потенциальной энергии во время нагрузочной стадии процесса за счет упругих деформаций металлических частей силовой рамы пресса и жидкости в рабочем гидроцилиндре и последующего интенсивного ее высвобождения после резкого снижения сопротивления материала деформированию (в частности, после достижения предела прочности при операциях вырубки, пробивки и т.п., а также при разрушающих испытаниях хрупких материалов). Интенсивное высвобождение энергии вызывает ускоренное неконтролируемое движение нагружающего элемента и элементов противодавления демпфирующего устройства относительно опорного стола, поскольку расход рабочей жидкости через дроссельные канавки постоянного сечения в демпфирующем устройстве увеличивается, вследствие чего обеспечивается лишь частичное поглощение высвобождающейся энергии и, соответственно, лишь незначительное уменьшение ускорения, нагружающего элемента относительно опорного стола. Наличие дополнительных амортизирующих пакетов позволяет гасить динамические нагрузки на фундамент и рассеивать кинетическую энергию получивших ускорение взаимодействующих элементов пресса (опорного стола или станины и нагружающего элемента или подвижной траверсы, т.е. поперечины), однако само по себе рассеивание энергии не может ни повысить жесткость процесса обработки материала, ни уменьшить энергоемкость выполняемого технологического процесса.The low rigidity of the material processing process is due to the accumulation of potential energy during the loading stage of the process due to elastic deformations of the metal parts of the press and fluid power frame in the working hydraulic cylinder and its subsequent intensive release after a sharp decrease in the material’s deformation resistance (in particular, after reaching the tensile strength during cutting operations , punching, etc., as well as destructive testing of brittle materials). Intensive energy release causes accelerated uncontrolled movement of the loading element and counter-pressure elements of the damping device relative to the support table, since the flow of working fluid through the constant-pressure throttle grooves in the damping device increases, as a result of which only a partial absorption of the released energy is provided and, therefore, only a slight decrease in the acceleration loading element relative to the support table. The presence of additional shock-absorbing packages allows damping the dynamic loads on the foundation and dissipating the kinetic energy of the interacting press elements (accelerated table or bed and the loading element or the movable cross beam, i.e. the cross member) that have accelerated, but energy dissipation alone cannot increase the rigidity of the process material processing, nor reduce the energy intensity of the process.
Известен также пресс, содержащий станину с опорным столом и направляющими, установленный с возможностью перемещения вдоль направляющих станины нагружающий элемент с силовым приводом, привод для установки нагружающего элемента в исходное перед рабочим ходом положение и элемент противодавления, установленный между опорным столом и нагружающим элементом с возможностью перемещения относительно опорного стола вдоль направляющих станины при рабочих давлениях нагружающего элемента и снабженный регулятором скорости указанного перемещения в направлении нагружения обрабатываемого материала [а.с. СССР №1375989, кл. G 01 N 3/08, 1988 г. - в описании изобретения ошибочно указан класс G 01 N 3/18].A press is also known, comprising a bed with a support table and guides, a load-bearing element with a power drive mounted to move along the bed guides, a drive for setting the load element to its initial position before the working stroke, and a back pressure element mounted between the support table and the load element relative to the support table along the guides of the bed at operating pressures of the loading element and equipped with a speed regulator specified in the direction of loading of the processed material [A.S. USSR No. 1375989, class G 01
Элемент противодавления в известном прессе выполнен в виде упругой скобы переменной жесткости, а регулятор скорости перемещения нагружающего элемента в направлении нагружения обрабатываемого материала выполнен в виде регулятора силового привода нагружающего элемента, причем силовой привод является также приводом для установки нагружающего элемента в исходное положение. Пресс снабжен винтовым механизмом изменения жесткости упругой скобы при рабочих давлениях нагружающего элемента.The backpressure element in the known press is made in the form of an elastic bracket of variable stiffness, and the speed control of the loading element in the direction of loading of the processed material is made in the form of a power drive regulator of the loading element, and the power drive is also a drive for setting the loading element to its original position. The press is equipped with a screw mechanism for changing the stiffness of the elastic bracket at operating pressures of the loading element.
Известный пресс отличается простотой и имеет при этом достаточную жесткость для проведения полностью контролируемого разрушающего испытания на изгиб относительно небольших образцов из хрупких материалов.The known press is simple and has sufficient rigidity to carry out a fully controlled destructive bending test on relatively small samples of brittle materials.
Однако жесткость пресса недостаточна для обработки материалов давлением, близким к максимальному усилию пресса, и, в частности, для проведения полностью контролируемых разрушающих испытаний на сжатие стандартных образцов из высокопрочного бетона. Этот недостаток обусловлен тем, что нагружающий элемент одновременно производит как нагружение обрабатываемого материала, так и значительное упругое деформирование элемента противодавления (упругой скобы), что позволяет обрабатывать материал лишь таким усилием, которое примерно на порядок меньше максимального усилия, развиваемого прессом.However, the rigidity of the press is insufficient to process materials with a pressure close to the maximum pressure of the press, and, in particular, to conduct fully controlled destructive compression tests of standard samples of high-strength concrete. This disadvantage is due to the fact that the loading element simultaneously produces both loading of the processed material and significant elastic deformation of the backpressure element (elastic bracket), which allows the material to be processed only with such a force that is approximately an order of magnitude smaller than the maximum force developed by the press.
Кроме того, процесс обработки материала давлением в этом прессе весьма энергоемок, что делает неэкономичным его использование в производственных процессах. Этот недостаток также обусловлен одновременным совместным деформированием обрабатываемого материала и упругим деформированием скобы и, в частности, тем, что после снижения сопротивления обрабатываемого материала деформированию энергия продолжает затрачиваться на все возрастающее сопротивление упругому деформированию скобы, причем эта затраченная энергия в дальнейшем не возвращается обратно в систему, а рассеивается в окружающей среде.In addition, the process of processing material by pressure in this press is very energy-intensive, which makes it uneconomical to use it in production processes. This disadvantage is also due to the simultaneous joint deformation of the processed material and the elastic deformation of the bracket, and, in particular, because after the resistance of the processed material to deformation is reduced, energy continues to be expended on the ever-increasing resistance to elastic deformation of the bracket, and this spent energy will not be returned back to the system. but scatters in the environment.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является пресс, содержащий станину с опорным столом и направляющими, нагружающий элемент, установленный с возможностью перемещения вдоль направляющих станины, силовой привод нагружающего элемента и привод для установки нагружающего элемента в исходное перед рабочим ходом положение, один из которых подключен к внешнему источнику энергии, элемент противодавления, установленный с возможностью перемещения относительно опорного стола вдоль направляющих станины при рабочих давлениях нагружающего элемента, и эксцентриковый вал с маховиком (RU 2006369 С1, В 30 В 15/00, 30.01.1994), 6 стр.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed one is a press containing a bed with a support table and guides, a loading element mounted for movement along the bed guides, a power drive of the loading element and a drive for setting the loading element to its initial position before the stroke, one of which is connected to an external energy source, a backpressure element installed with the ability to move relative to the support table along the guides nines at operating pressures of the loading element, and an eccentric shaft with a flywheel (RU 2006369 C1, V 30 V 15/00, 01/30/1994), 6 pp.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение КПД процесса обработки материала давлением путем снижения доли непроизводительных энергозатрат за счет более полного соответствия характера диаграммы интенсивности энергообмена между главным силовым приводом и аккумулятором энергии характеру диаграммы деформирования обрабатываемого материала, а именно уменьшения усилия нагружающего элемента при его перемещении в направлении, соответствующем увеличению деформаций обрабатываемого материала. Повышение КПД особенно важно при использовании пресса в качестве технологического.The technical problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the process of processing the material by pressure by reducing the proportion of unproductive energy costs due to a more complete correspondence of the nature of the diagram of the intensity of energy exchange between the main power drive and the energy accumulator to the nature of the diagram of deformation of the processed material, namely, a decrease in the force of the loading element when its movement in the direction corresponding to an increase in deformations of the processed material. Increasing efficiency is especially important when using the press as a technological one.
Другой не менее важной технической задачей, особенно с точки зрения технологичности производства прессов, является упрощение конструкции пресса путем замены одной из двух противодействующих систем силовозбуждения прототипа системой силовозбуждения, конструктивно более простой, эффективной и дешевой. Хотя в патентоведении принято считать, что такая формулировка технической задачи нежелательна, так как технический эффект, проявляющийся в упрощении конструкции, как правило, труднодоказуем, в данном случае именно такой технический эффект наиболее очевиден при сравнении предлагаемого технического решения с прототипом и он может стать главным аргументом, в частности, при принятии решения о внедрении изобретения производственниками.Another equally important technical task, especially from the point of view of the manufacturability of the press production, is to simplify the design of the press by replacing one of the two opposing systems of prototype excitation with an excitation system, which is structurally simpler, more efficient and cheaper. Although it is generally accepted in patent science that such a formulation of a technical problem is undesirable, since the technical effect manifested in simplifying the design is usually difficult to prove, in this case it is such a technical effect that is most obvious when comparing the proposed technical solution with the prototype and it can become the main argument , in particular, when deciding on the implementation of the invention by manufacturers.
Еще одной технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является возможность повышения быстроходности пресса в сравнении с прототипом, в частности, до значений быстроходности, характерных для кривошипных прессов. Это также очень важно для обеспечения возможности использования предлагаемого пресса в качестве технологического, а не только испытательного.Another technical problem to which the invention is directed is the possibility of increasing the speed of the press in comparison with the prototype, in particular, up to the speed values characteristic of crank presses. It is also very important to ensure the possibility of using the proposed press as a technological, and not just a test one.
Дополнительной задачей, попутно решаемой при реализации предлагаемого технического решения, является улучшение компоновочной схемы пресса. Особенно это важно при реализации изобретения как вертикального кривошипного пресса, в котором главный (и единственный) силовой привод, включающий массивные электродвигатель и маховик, традиционно размещается в верхней части станины, что приводит к повышению металлоемкости и утяжелению как самой станины, так и в целом всей конструкции пресса. Такое размещение кривошипно-шатунного механизма обусловлено его непосредственной связью с нагружающим элементом и поэтому конструктивно оправдано. Однако, в случае непосредственной связи кривошипно-шатунного механизма с элементом противодавления, согласно изобретению целесообразно размещение главного привода пресса, маховика и кривошипно-ползунного механизма у основания станины. Такая компоновка позволит повысить устойчивость кривошипного пресса и уменьшить металлоемкость станины, то есть уменьшить стоимость пресса. Кроме того, размещение главного силового привода, маховика и кривошипно-ползунного механизма у основания станины позволит упростить обслуживание и ремонт пресса.An additional task, simultaneously solved during the implementation of the proposed technical solution, is to improve the layout of the press. This is especially important when implementing the invention as a vertical crank press, in which the main (and only) power drive, including a massive electric motor and a flywheel, is traditionally located in the upper part of the bed, which leads to an increase in metal consumption and weighting of both the bed itself and the whole press designs. This arrangement of the crank mechanism is due to its direct connection with the loading element and is therefore structurally justified. However, in the case of a direct connection of the crank mechanism with the back pressure element, according to the invention, it is advisable to place the main drive of the press, the flywheel and the crank mechanism at the base of the bed. Such an arrangement will increase the stability of the crank press and reduce the metal consumption of the bed, that is, reduce the cost of the press. In addition, the placement of the main power drive, the flywheel and the crank-slide mechanism at the base of the bed will simplify the maintenance and repair of the press.
Другой дополнительной технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является исключение возникновения знакопеременных нагрузок в кинематических цепях пресса и соответствующее повышение его надежности и долговечности. Это также наиболее важно при реализации изобретения в кривошипном прессе.Another additional technical problem to which the invention is directed is to eliminate the occurrence of alternating loads in the kinematic chains of the press and a corresponding increase in its reliability and durability. This is also most important when implementing the invention in a crank press.
Сущность изобретения заключается в том, что в прессе, содержащем станину с опорным столом и направляющими, нагружающий элемент, установленный с возможностью перемещения вдоль направляющих станины, силовой привод нагружающего элемента и привод для установки нагружающего элемента в исходное перед рабочим ходом положение, один из которых подключен к внешнему источнику энергии, элемент противодавления, установленный с возможностью перемещения относительно опорного стола вдоль направляющих станины при рабочих давлениях нагружающего элемента, и эксцентриковый вал с маховиком, согласно изобретению силовой привод нагружающего элемента выполнен либо в виде пружины, либо в виде гравитционной массы, либо в виде пневматического или гидравлического цилиндра, соединенного с пневматическим аккумулятором давления, а привод для установки нагружающего элемента в исходное перед рабочим ходом положение выполнен в виде силового привода элемента противодавления, подключенного к внешнему источнику энергии, при этом элемент противодавления выполнен в виде шатунов кривошипно-ползунного механизма, а маховик кинематически связан с эксцентриковым валом муфтой сцепления, обеспечивая регулирование скорости перемещения элемента противодавления относительно опорного стола в направлении нагружения обрабатываемого материала.The essence of the invention lies in the fact that in a press containing a bed with a support table and guides, a loading element mounted to move along the guides of the bed, a power drive of the loading element and a drive for setting the loading element to its original position before the stroke, one of which is connected to an external energy source, a backpressure element installed with the ability to move relative to the support table along the bed guides at operating pressures of the loading ele ment, and an eccentric shaft with a flywheel, according to the invention, the power drive of the loading element is made either in the form of a spring, or in the form of a gravitational mass, or in the form of a pneumatic or hydraulic cylinder connected to a pneumatic pressure accumulator, and the drive for installing the loading element in the original before the working the position is made in the form of a power drive of the backpressure element connected to an external energy source, while the backpressure element is made in the form of cranks-crank-slider th mechanism and the flywheel is kinematically connected with the eccentric shaft clutch, providing backpressure regulating the speed of movement relative to the support member in the direction of the section of the processed material loading.
За счет выполнения функции главного силового привода пресса силовым приводом элемента противодавления, подключенным к внешнему источнику энергии, появляется возможность выполнения силового привода нагружающего элемента пресса в виде обратимой машины, связанной с аккумулятором энергии (которые могут быть очень просты по устройству) и обеспечивается снижение доли непроизводительных энергозатрат за счет более полного соответствия характера диаграммы интенсивности энергообмена между главным силовым приводом и аккумулятором энергии характеру диаграммы деформирования обрабатываемого материала, а именно уменьшения усилия нагружающего элемента при его перемещении в направлении, соответствующем увеличению деформаций обрабатываемого материала. То есть обеспечивается повышение КПД процесса обработки материала давлением.Due to the function of the main press power drive by the backpressure drive power drive connected to an external energy source, it becomes possible to drive the press loading element in the form of a reversible machine associated with an energy accumulator (which can be very simple in design) and reduce the proportion of unproductive energy consumption due to a more complete correspondence of the nature of the energy exchange intensity diagram between the main power drive and the energy accumulator Character of diagrams deformation of the processed material, namely reducing the effort of the charging member when it is moved in a direction corresponding to an increase in the deformation of the processed material. That is, an increase in the efficiency of the material processing process is ensured.
Благодаря такому выполнению появляется также возможность устранения одной из двух сложных по конструкции независимых систем силовозбуждения, имеющихся у прототипа, то есть обеспечивается возможность упрощения конструкции пресса в сравнении с прототипом. Это достигается, во-первых, за счет совмещения приводом элемента противодавления как функции установки нагружающего элемента в исходное перед рабочим ходом положение, так и функции главного силового привода, потребляющего энергию от внешнего источника, а во-вторых, за счет совмещения силовым приводом нагружающего элемента как функции силовозбудителя при деформировании обрабатываемого материала, так и функции предварительного накопителя энергии, необходимой для осуществления рабочего хода.Thanks to this embodiment, it is also possible to eliminate one of the two complex design independent power excitation systems available to the prototype, that is, it is possible to simplify the design of the press in comparison with the prototype. This is achieved, firstly, by combining the backpressure element with the drive, both the function of setting the loading element to its original position before the stroke and the function of the main power drive, which consumes energy from an external source, and secondly, by combining the load element with the power drive both the function of the exciter during the deformation of the processed material, and the function of the preliminary energy storage necessary for the implementation of the working stroke.
Простейшими обратимыми машинами, связанными с аккумулятором энергии, являются упругодеформируемые аккумуляторы энергии. К таким аккумуляторам энергии могут быть отнесены пружины, гравитационная масса, размещенная в гравитационном поле Земли с возможностью изменения ее высоты над уровнем пола, а также пневмогидравлические (пневматические) аккумуляторы давления.The simplest reversible machines associated with an energy accumulator are elastically deformable energy accumulators. Such energy accumulators can include springs, gravitational mass placed in the Earth's gravitational field with the possibility of changing its height above the floor, as well as pneumohydraulic (pneumatic) pressure accumulators.
Самым простым по конструкции упругодеформируемым аккумулятором энергии, является гравитационная масса, размещенная в верхней части станины вертикального пресса с возможностью подъема в исходное положение вдоль направляющих посредством элемента противодавления, перемещаемого с помощью главного силового привода (очевидно, упругодеформируемым элементом в данном случае является гравитационное поле Земли, - взаимодействующее с указанной гравитационной массой). В таком варианте выполнения величина гравитационной массы определяет максимальное развиваемое прессом усилие. Однако при этом максимальное ускорение нагружающего элемента при осуществлении им рабочего хода не может превышать ускорения свободного падения, что является естественным ограничением максимальной скорости перемещения нагружающего элемента. Но поскольку ускорение свободного падения во всех местах возможного размещения пресса велико (9,8 м/сек2), то указанное естественное ограничение не ухудшает скоростные характеристики пресса в сравнении с большинством известных конструкций прессов, принципиально позволяя обеспечить максимальную скорость нагружающего элемента, соизмеримую с максимальной скоростью нагружающего элемента кузнечных молотов. Однако в отличие от молота, имеющего нежесткую характеристику перемещения нагружающего элемента и являющегося машиной ударного действия, перемещение нагружающего элемента в предлагаемом прессе полностью контролируется жестким элементом противодавления, перемещаемым в направлении нагружения обрабатываемого материала со скоростью, определяемой регулятором скорости, чем обеспечивается статическое, т.е. наиболее выгодное в энергетическом отношении нагружение обрабатываемого материала при обеспечении высокой жесткости этого процесса.The simplest in design, elastically deformable energy accumulator is the gravitational mass placed in the upper part of the vertical press frame with the possibility of lifting to its initial position along the guides by means of a backpressure element moved by the main power drive (obviously, the Earth’s gravitational field is an elastically deformable element, - interacting with the indicated gravitational mass). In this embodiment, the magnitude of the gravitational mass determines the maximum force developed by the press. However, the maximum acceleration of the loading element during the implementation of the working stroke cannot exceed the acceleration of gravity, which is a natural limitation of the maximum speed of movement of the loading element. But since the acceleration of gravity in all places of possible placement of the press is large (9.8 m / s 2 ), this natural limitation does not impair the speed characteristics of the press in comparison with most known press designs, fundamentally allowing to ensure the maximum speed of the loading element, commensurate with the maximum speed of the loading element of the forging hammer. However, in contrast to the hammer, which has a non-rigid characteristic of the movement of the loading element and is a percussion machine, the movement of the loading element in the proposed press is completely controlled by a rigid counter-pressure element that moves in the direction of loading of the processed material at a speed determined by the speed controller, which ensures a static one, i.e. . the most energy-efficient loading of the processed material while ensuring high rigidity of this process.
Для прессов усилием порядка 100 кН (10 т·с) гравитационная масса из черного металла, например, стали, будет иметь объем 1,3 м3, что представляется вполне приемлемым для недорогих прессов с высокой жесткостью процесса обработки материала давлением.For presses with a force of the order of 100 kN (10 t · s), the gravitational mass of ferrous metal, for example, steel, will have a volume of 1.3 m 3 , which seems quite acceptable for inexpensive presses with high rigidity of the process of processing the material by pressure.
За счет выполнения обратимой машины и аккумулятора энергии силового привода нагружающего элемента в виде пружины достигается уменьшение материалоемкости в сравнении с прототипом. Так, для обеспечения рабочего усилия нагружающего элемента 100 кН (10 т·с) достаточно одной вагонной пружины, общая масса которой составляет около 15 кг. При этом, как будет показано ниже, возможно существенное повышение КПД процесса деформирования обрабатываемого материала в сравнении с прототипом за счет подобия характера диаграммы деформирования пружины характеру деформирования обрабатываемого, в частности, хрупкого, материала. Однако такой вариант выполнения конструктивно более сложен в сравнении с рассмотренным выше, поскольку требует дополнительных устройств для размещения пружин, а также для обеспечения возможности создания в них начального напряжения.Due to the implementation of the reversible machine and the energy accumulator of the power drive of the loading element in the form of a spring, a reduction in material consumption is achieved in comparison with the prototype. So, to ensure the working force of the loading element of 100 kN (10 t · s), one car spring is enough, the total mass of which is about 15 kg. Moreover, as will be shown below, it is possible to significantly increase the efficiency of the process of deformation of the processed material in comparison with the prototype due to the similarity of the nature of the diagram of the deformation of the spring to the deformation of the processed, in particular, brittle, material. However, this embodiment is structurally more complicated in comparison with the above, since it requires additional devices to accommodate the springs, as well as to provide the possibility of creating an initial voltage in them.
Еще более сложным в конструктивном отношении вариантом является выполнение силового привода нагружающего элемента в виде пневмо- или гидроцилиндра, соединенного с пневматическим или пневмогидравлическим аккумулятором давления, однако при этом в сравнении с рассмотренными выше вариантами может быть обеспечена минимальная материалоемкость за счет использования рабочего тела под высоким давлением (30 МПа, т.е. 300 ати и выше).Even more structurally difficult option is to perform a power drive of the loading element in the form of a pneumatic or hydraulic cylinder connected to a pneumatic or pneumohydraulic pressure accumulator, however, in this case, in comparison with the options considered above, the minimum material consumption due to the use of a working fluid under high pressure (30 MPa, i.e. 300 ati and above).
Следует, однако, заметить, что даже в этом случае обеспечивается упрощение конструкции в сравнении с прототипом за счет устранения системы распределения рабочего тела, имеющейся в системе привода нагружающего элемента прототипа. Дополнительное упрощение конструкции может быть обеспечено выполнением пневматического или гидравлического цилиндра за одно целое с пневматическим или, соответственно, пневмогидравлическим аккумулятором давления.However, it should be noted that even in this case, the simplification of the design in comparison with the prototype is ensured by eliminating the distribution system of the working fluid available in the drive system of the loading element of the prototype. Further simplification of the design can be achieved by making the pneumatic or hydraulic cylinder integral with the pneumatic or, accordingly, pneumohydraulic pressure accumulator.
За счет выполнения элемента противодавления, силового привода элемента противодавления и регулятора скорости перемещения элемента противодавления относительно опорного стола в направлении нагружения материала в виде кривошипно-ползунного механизма, кинематически связанного с маховиком, обеспечивается выполнение указанным механизмом сразу нескольких перечисленных выше функций, при этом в сравнении с традиционной компоновкой вертикальных кривошипных прессов, при которой кривошипно-ползунный механизм, маховик и электродвигатель располагаются в верхней части станины, достигается возможность размещать эти массивные элементы у основания станины. Такая компоновочная схема имеет преимущество практически во всех отношениях, так как позволяет повысить устойчивость кривошипного пресса и уменьшить металлоемкость станины и всего пресса в целом, а значит уменьшить его стоимость. Кроме того, размещение главного силового привода и непосредственно связанных с ним механизмов у основания станины позволяет упростить обслуживание и ремонт пресса.Due to the implementation of the counter-pressure element, the power drive of the counter-pressure element and the speed regulator of the counter-pressure element relative to the support table in the direction of material loading in the form of a crank-slide mechanism kinematically connected with the flywheel, the said mechanism performs several of the above functions at once, while in comparison with traditional layout of vertical crank presses, in which the crank-slide mechanism, flywheel and electric motor p located in the upper part of the bed, it is possible to place these massive elements at the base of the bed. Such a layout scheme has an advantage in almost all respects, as it allows to increase the stability of the crank press and reduce the metal consumption of the bed and the press as a whole, and therefore reduce its cost. In addition, the placement of the main power drive and directly related mechanisms at the base of the bed makes it possible to simplify the maintenance and repair of the press.
Дополнительное преимущество, которое обеспечивает маховик, также являющийся аккумулятором кинетической энергии, заключается в дополнительном повышении КПД пресса за счет аккумулирования маховиком для использования в последующих циклах энергии, выделяющейся после резкого снижения сопротивления обрабатываемого материала деформированию, то есть за счет аккумулирования энергии, запасенной ранее в аккумуляторе привода нагружающего элемента, но неизрасходованной на обработку материала. При этом за счет исключения возникновения в любой фазе цикла обработки материала давлением знакопеременных нагрузок в узлах и деталях пресса повышается его надежность и долговечность.An additional advantage provided by the flywheel, which is also a kinetic energy accumulator, is an additional increase in the efficiency of the press due to accumulation by the flywheel for use in subsequent cycles of energy released after a sharp decrease in the resistance of the material being processed to deformation, that is, due to the accumulation of energy stored previously in the battery drive a loading element, but unspent on the processing of material. Moreover, by eliminating the occurrence of alternating loads in the nodes and parts of the press in any phase of the material processing cycle, its reliability and durability are increased.
Характерной особенностью предложенного технического решения является смещение на 180° фаз рабочего цикла пресса в сравнении с известными решениями. При работе пресса согласно изобретению первой фазой рабочего цикла является фаза установки нагружающего элемента в исходное перед рабочим ходом положение с одновременным аккумулированием в аккумуляторе энергии, необходимой для осуществления рабочего хода, который является второй, заключительной фазой полного цикла. В прототипе первой, основной фазой цикла является рабочий ход, при котором происходит максимальное потребление энергии от внешнего источника, а во второй, заключительной фазе цикла производится установка нагружающего элемента в исходное положение, при этом никакого энергообмена с внешним источником, как правило, не происходит. В предлагаемом прессе потребление энергии, необходимой для обработки материала, от внешнего источника (электрической сети, магистрали высокого давления и т.п.) происходит в течение первой фазы цикла, при этом во второй, заключительной фазе, значительная часть избыточно потребленной энергии может быть возвращена, например, в другой аккумулятор энергии, в частности в маховик кривошипного пресса.A characteristic feature of the proposed technical solution is a 180 ° shift of the phases of the press working cycle in comparison with known solutions. When the press according to the invention is operated, the first phase of the working cycle is the phase of setting the loading element in the initial position before the working stroke, while at the same time accumulating in the accumulator the energy necessary for the working stroke, which is the second, final phase of the full cycle. In the prototype, the first, main phase of the cycle is a working stroke, during which the maximum energy consumption from an external source occurs, and in the second, final phase of the cycle, the loading element is set to its original position, and, as a rule, no energy exchange with an external source occurs. In the proposed press, the energy required for processing the material from an external source (electrical network, high-pressure line, etc.) occurs during the first phase of the cycle, while in the second, final phase, a significant part of the excess energy consumed can be returned , for example, to another energy accumulator, in particular to the flywheel of the crank press.
Физический смысл принципа повышения жесткости процесса обработки материала давлением путем введения элемента противодавления и регулирования скорости его перемещения в направлении нагружения материала может быть пояснен на примере с заточкой карандаша заточным инструментом, например перочинным ножом, наглядно демонстрирующим достоинства такого приема.The physical meaning of the principle of increasing the rigidity of the process of processing the material by pressure by introducing a backpressure element and adjusting the speed of its movement in the direction of material loading can be explained by the example of sharpening a pencil with a sharpening tool, for example, a penknife, which clearly demonstrates the advantages of such a technique.
Так, если держать карандаш в одной руке, а нож в другой, то велика вероятность неконтролируемого перемещения инструмента и поломки грифеля в момент резкого снижения сопротивления деревянной оболочки снятию стружки, т.е. велика вероятность брака. Если же создать противодавление усилию инструмента пальцем той руки, которая держит карандаш, то жесткость процесса обработки многократно повысится. Появится возможность снятия сколь угодно тонкой стружки и качественной заточки грифеля.So, if you hold the pencil in one hand and the knife in the other, then there is a high probability of uncontrolled movement of the tool and breakage of the stylus at the time of a sharp decrease in the resistance of the wooden shell to chip removal, i.e. the probability of marriage is high. If you create a back pressure with the finger of the hand holding the pencil, the rigidity of the processing process will increase significantly. It will be possible to remove arbitrarily thin chips and high-quality sharpening of the stylus.
При этом, во-первых, не существует принципиальных ограничений на скорость перемещения инструмента, а во-вторых, жесткость кинематической цепи, конечным звеном которой является инструмент, не имеет абсолютно никакого значения и поэтому может быть минимальной (инструмент может быть подпружинен) и даже нулевой (инструмент может обладать достаточной гравитационной массой и совершать рабочий ход под действием гравитационного поля Земли, жесткость которого может в данном случае считаться нулевой). Зато решающее значение для повышения жесткости процесса обработки приобретает жесткость кинематической цепи, конечным звеном которой является элемент противодавления.In this case, firstly, there are no fundamental restrictions on the speed of movement of the tool, and secondly, the rigidity of the kinematic chain, the final link of which is the tool, has absolutely no value and therefore can be minimal (the tool can be spring loaded) and even zero (the tool can have sufficient gravitational mass and make a working stroke under the influence of the gravitational field of the Earth, the rigidity of which in this case can be considered zero). But the stiffness of the kinematic chain, the final link of which is the backpressure element, is crucial for increasing the rigidity of the processing process.
На этом наглядном примере с очевидностью обоснована перспективность такого направления в развитии техники обработки материалов давлением.With this illustrative example, the prospects of such a direction in the development of the technology of processing materials by pressure are clearly substantiated.
В связи с этим суть настоящей заявки заключается в доводке эффективной технической идеи, примененной в прототипе для осуществления полностью контролируемого разрушающего испытания хрупких материалов, до эффективного технического решения, пригодного для промышленного внедрения не только в испытательных, но и в технологических прессах.In this regard, the essence of this application is to refine the effective technical idea used in the prototype for the implementation of a fully controlled destructive testing of brittle materials to an effective technical solution suitable for industrial implementation not only in test but also in technological presses.
Таким образом, технический эффект предлагаемого технического решения в сравнении с прототипом заключается в передаче функции главного силового привода пресса силовому приводу элемента противодавления, что позволяет заменить одну из двух равных по сложности систем возбуждения противодействующих сил значительно более простым конструктивно устройством (стальной пружиной, гравитационной массой или пневматической пружиной). Это дает возможность не только повысить КПД процесса обработки материала давлением за счет более полного соответствия характера диаграммы энергообмена упругодеформируемого аккумулятора энергии характеру диаграммы деформирования обрабатываемого материала, но и существенно упростить конструкцию пресса в сравнении с прототипом. Кроме того, появляется также возможность повысить быстроходность пресса за счет достижения возможности выполнения главного силового привода в виде кривошипно-ползунного механизма, что обеспечено динамической совместимостью характеристик упруго деформируемых аккумуляторов энергии с динамическими характеристиками кривошипно-шатунного механизма. Дополнительно обеспечивается улучшение компоновочной схемы пресса за счет размещения всех узлов кривошипно-шатунной группы у основания станины, а также исключается возникновение знакопеременных нагрузок в узлах и деталях пресса, что повышает его долговечность.Thus, the technical effect of the proposed technical solution in comparison with the prototype is to transfer the function of the main press drive to the power drive of the backpressure element, which allows replacing one of two equal in complexity systems of excitation of opposing forces with a much simpler structural device (steel spring, gravitational mass or pneumatic spring). This makes it possible not only to increase the efficiency of the process of processing the material by pressure due to a more complete correspondence of the nature of the energy exchange diagram of the elastically deformable energy accumulator to the nature of the deformation diagram of the processed material, but also to significantly simplify the design of the press in comparison with the prototype. In addition, there is also the opportunity to increase the speed of the press by achieving the ability to perform the main power drive in the form of a crank-slide mechanism, which is ensured by the dynamic compatibility of the characteristics of elastically deformable energy batteries with the dynamic characteristics of the crank mechanism. In addition, the layout of the press is improved due to the placement of all the nodes of the crank group at the base of the bed, and the occurrence of alternating loads in the nodes and parts of the press is eliminated, which increases its durability.
На фиг.1 представлен гидравлический испытательный пресс, силовой привод нагружающего элемента которого выполнен в виде пружины сжатия (разрез Б-Б на фиг.2);Figure 1 presents a hydraulic test press, the power drive of the loading element of which is made in the form of a compression spring (section BB in figure 2);
на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1;figure 2 is the same, a section aa in figure 1;
на фиг.3 - гидравлический пресс, силовой привод нагружающего элемента которого выполнен в виде гравитационной массы (разрез Б-Б на фиг.4);figure 3 - hydraulic press, the power drive of the loading element which is made in the form of a gravitational mass (section BB in figure 4);
на фиг.4 - то же, разрез А-А на фиг.3;figure 4 is the same, a section aa in figure 3;
на фиг.5 - гидравлический пресс, силовой привод нагружающего элемента которого выполнен в виде пневмо- или гидроцилиндра, соединенного соответственно с пневматическим или пневмогидравлическим аккумулятором давления;figure 5 - hydraulic press, the power drive of the loading element which is made in the form of a pneumatic or hydraulic cylinder, respectively connected to a pneumatic or pneumohydraulic pressure accumulator;
на фиг.6 - кривошипный пресс, силовой привод нагружающего элемента которого выполнен в виде пружины (разрез А-А на фиг.7);in Fig.6 - crank press, the power drive of the loading element which is made in the form of a spring (section aa in Fig.7);
на фиг.7 - то же, профильная проекция;Fig.7 is the same, profile projection;
на фиг.8 - кривошипный пресс, силовой привод нагружающего элемента которого выполнен в виде гравитационной массы (разрез А-А на фиг.9);on Fig - crank press, the power drive of the loading element which is made in the form of a gravitational mass (section aa in Fig.9);
на фиг.9 - то же, профильная проекция;figure 9 is the same, profile projection;
на фиг.10 - расчетная схема предлагаемого пресса;figure 10 is a design diagram of the proposed press;
на фиг.11 - диаграмма сил, деформаций и перемещений взаимодействующих элементов в течение рабочего цикла пресса, силовой привод нагружающего элемента которого выполнен в виде пружины, при деформировании хрупкого материала;figure 11 is a diagram of the forces, strains and displacements of interacting elements during the working cycle of the press, the power drive of the loading element of which is made in the form of a spring, when deforming a brittle material;
на фиг.12 - то же, для пресса, пружина которого предварительно напряжена;12 is the same for a press whose spring is prestressed;
на фиг.13 - диаграмма сил, деформаций и перемещений взаимодействующих элементов в течение рабочего цикла пресса, силовой привод нагружающего элемента которого выполнен в виде гравитационной массы, при деформировании пластичного материала (сталь Ст.3);in Fig.13 is a diagram of the forces, strains and movements of interacting elements during the working cycle of the press, the power drive of the loading element of which is made in the form of a gravitational mass, when the plastic material is deformed (steel St.3);
на фиг.14 - диаграмма сил, деформаций и перемещений взаимодействующих элементов в течение рабочего цикла пресса, аккумулятор силового привода нагружающего элемента которого выполнен в виде пневматического или пневмогидравлического аккумулятора давления, при деформировании хрупкого материала;on Fig is a diagram of the forces, deformations and movements of interacting elements during the working cycle of the press, the battery of the power drive of the loading element of which is made in the form of a pneumatic or pneumohydraulic pressure accumulator, when brittle material is deformed;
на фиг.15 - то же, при повышенном начальном давлении в аккумуляторе давления.on Fig - the same, with increased initial pressure in the pressure accumulator.
Пресс содержит станину 1 (фиг.1) с опорным столом 2 и направляющими 3, установленный с возможность перемещения вдоль направляющих 3 станины 1 нагружающий элемент 4 с силовым приводом 5, привод 6 для установки нагружающего элемента 4 в исходное перед рабочим ходом положение и элемент противодавления 7, установленный между опорным столом 2 и нагружающим элементом 4 с возможностью перемещения относительно опорного стола 2 вдоль направляющих 3 станины 1 при рабочих давлениях нагружающего элемента 4. Элемент противодавления 7 снабжен механизмом 8 регулирования скорости указанного перемещения в направлении нагружения обрабатываемого материала 9. Силовой привод 5 нагружающего элемента выполнен в виде обратимой машины 10, связанной с аккумулятором энергии 11, а привод 6 для установки нагружающего элемента 4 в исходное перед рабочим ходом положение выполнен в виде силового привода 12 элемента противодавления 7, подключенного к внешнему источнику энергии 13.The press contains a bed 1 (Fig. 1) with a support table 2 and guides 3, a
В варианте выполнения, представленном на фиг.1 и 2, силовой привод 12 элемента противодавления 7 выполнен в виде главного гидроцилиндра 14, подсоединенного к насосу 15 высокого давления, являющимся внешним источником энергии 13, и к стандартному регулятору 16 расхода рабочей жидкости посредством гидрораспределителя 17, а обратимая машина 10 и аккумулятор энергии 11 силового привода 5 нагружающего элемента 4 выполнены в виде пружины 18.In the embodiment shown in figures 1 and 2, the actuator 12 of the
Реализация изобретения на стандартном испытательном прессе ИП-100 с максимальным усилием 100 кН, представленная на фиг.1 и 2, обеспечена путем жесткого крепления центрального опорного стола 2 на дополнительной неподвижной траверсе 19, укрепленной на несущих направляющих стойках 3, выполнения элемента противодавления 7 в виде жесткой замкнутой рамы, основание которой установлено на опорной площадке 20 плунжера 21 силового гидроцилиндра 14 пресса, являющегося силовым приводом 12 элемента противодавления 7, размещением каждой из вертикальных стоек рамы с возможностью свободного вертикального перемещения в окнах траверсы 19 между центральным опорным столом 2 и соответствующей направляющей стойкой 3, а также жесткой связью верхней перекладины рамы с двумя упорными пластинами 22, укрепленными на нижней обойме 23 пружины сжатия 18. Верхняя обойма 24 пружины сжатия 18 зафиксирована от перемещения относительно верхней неподвижной траверсы 25 пресса посредством центрального стяжного стержня 26 с гайкой 27, что позволяет осуществлять начальное напряжение пружины сжатия 18. Для удобства размещения образцов материала разной высоты на центральном опорном столе 2 имеются металлические подкладки 28 различной толщины. Нагружающий элемент 4 шарнирно укреплен на нижней поверхности верхней перекладины рамы элемента противодавления 7.The implementation of the invention on a standard test press IP-100 with a maximum force of 100 kN, shown in FIGS. 1 and 2, is provided by rigidly mounting the central support table 2 on an additional fixed
В варианте выполнения, представленном на фиг.3 и 4, обратимая машина 10 и аккумулятор энергии 11 силового привода 5 нагружающего элемента 4 выполнены в виде гравитационной массы 29.In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the reversible machine 10 and the energy accumulator 11 of the power drive 5 of the
В варианте выполнения гидравлического пресса, представленном на фиг.5, обратимая машина 10 силового привода 5 нагружающего элемента 4 выполнена в виде дополнительного пневмо- или гидроцилиндра 30, а аккумулятор энергии 11 - соответственно в виде пневматического или пневмогидравлического аккумулятора давления 31.In the embodiment of the hydraulic press shown in Fig. 5, the reversible machine 10 of the power drive 5 of the
В варианте выполнения кривошипного пресса, представленном на фиг.6 и 7, обратимая машина 10 силового привода 5 нагружающего элемента 4 и аккумулятор энергии 11 выполнены в виде пружины 18, при этом элемент противодавления 7, привод 6 для установки нагружающего элемента 4 в исходное перед рабочим ходом положение, являющийся силовым приводом 12 элемента противодавления 7, и регулятор 8 скорости перемещения элемента противодавления относительно опорного стола в направлении нагружения обрабатываемого материала 9 выполнены в виде кривошипно-ползунного механизма 32, содержащего шарнирно связанные с нагружающим элементом 4 шатуны 33, (являющиеся элементом противодавления 7), установленные на эксцентриках 34 эксцентрикового вала 35, кинематически связанного с маховиком 36 посредством муфты сцепления 37 и приводимым во вращение отсилового электродвигателя 38 привода элемента противодавления 7, подключенного к внешнему источнику энергии 13, т.е. к электрической сети.In the embodiment of the crank press, shown in Fig.6 and 7, the reversible machine 10 of the power drive 5 of the
Вариант выполнения кривошипного пресса, представленный на фиг.8 и 9, аналогичен варианту на фиг.6 и 7, за исключением выполнения обратимой машины 10 и аккумулятора энергии 11 силового привода 5 нагружающего элемента 4 в виде гравитационной массы 29. Гравитационная масса 29 для уменьшения динамической нагрузки на детали кривошипно-шатунной группы в момент резкого снижения сопротивления обрабатываемого материала 9 деформированию подрессорена относительно нагружающего элемента 4 посредством рессоры 39.The embodiment of the crank press shown in Figs. 8 and 9 is similar to the embodiment in Figs. 6 and 7, with the exception of the reversible machine 10 and the energy accumulator 11 of the power drive 5 of the
Рабочий цикл предлагаемого пресса осуществляется следующим образом.The working cycle of the proposed press is as follows.
При работе пресса согласно изобретению первой фазой рабочего цикла является фаза установки нагружающего элемента 4 в исходное перед рабочим ходом положение при одновременном аккумулировании в аккумуляторе 11 энергии, необходимой для осуществления рабочего хода. Установка нагружающего элемента 4 в исходное перед рабочим ходом положение производится с помощью силового привода 12 элемента противодавления 7, подключенного к внешнему источнику энергии 13. В гидравлических прессах это осуществляется соответствующим переключением гидрораспределителя 17 (на фиг.5 положение I рукоятки гидрораспределителя 17), а в кривошипных прессах - включением муфты сцепления 37 (фиг.6 и 8).When the press according to the invention is operated, the first phase of the working cycle is the phase of setting the
В процессе подъема нагружающего элемента 4 происходит также сжатие элемента противодавления 7, однако ввиду значительной жесткости его деформации невелики. Так, при площади поперечного сечения элемента жесткости 7, равной 80×40×2=6400 мм2 и длине 600 мм собственные деформации элемента жесткости 7 от действия сжимающей нагрузки 100 кН составят 0,045 мм.In the process of lifting the
Принимая деформации рабочей жидкости и других элементов нагружающей системы равными собственным деформациям элемента противодавления 7, можно считать, что жесткость такого элемента противодавления превышает 1 МН/мм, т.е. при нагрузке 100 кН его деформации не превысят 0.1 мм. Следует учесть также, что эти деформации имеют то же направление, что и деформации нагружаемого материала 9, т.е. при перераспределении нагрузок между элементом противодавления 7 и деформируемым материалом 9 соответствующее уменьшение деформаций элемента противодавления 7 способствует сохранению условий для полностью контролируемого разрушения обрабатываемого материала 9, но не наоборот.Taking the deformations of the working fluid and other elements of the loading system equal to the intrinsic deformations of the
Фиксация нагружающего элемента 4 в исходном перед рабочим ходом положении производится переключением гидрораспределителя 17 в нейтральное положение (на фиг.5 положение II рукоятки гидрораспределителя 17) или выключением муфты сцепления 37 в кривошипных прессах (положение “Стоп” - на фиг.6 и 8 не показано).The
Процесс перемещения элемента противодавления 7 и вызванный этим перемещением процесс одновременного его нагружения нагружающим элементом 4 в первой фазе работы пресса отображен на диаграммах фиг.11-15 отрезком а-b, при этом процесс деформирования собственно элемента противодавления 7 отображен на всех диаграммах отрезком прямой о-b.The process of moving the
Энергия, полученная аккумулятором 11, соответствует:The energy received by the battery 11 corresponds to:
площади треугольника а-b-о, отображающего деформирование изначально свободной пружины 18, на диаграмме фиг.11;the area of the triangle a-b-o, showing the deformation of the initially free spring 18, in the diagram of FIG. 11;
трапеции а-b-о-а’, отображающей процесс деформирования предварительно напряженной пружины 18, на диаграмме фиг.12;trapezoid a-b-o-a ’, showing the process of deformation of the prestressed spring 18, in the diagram of FIG. 12;
прямоугольника а-b-о-а’, отображающего процесс подъема гравитационной массы 19 на весьма незначительную высоту в сравнении с расстоянием до центра Земли, на диаграмме фиг.13 (на данной диаграмме не отображено влияние рессоры 39, которое при определенных условиях может незначительно изменить характер диаграммы);of the rectangle a-b-o-a ', representing the process of lifting the
плоской фигуры, представляющей собой либо треугольник а-b-о, либо трапецию а-b-о-а’ с вогнутой по гиперболе, соответственно наклонной стороной а-b, отображающей процесс адиабатного сжатия, соответственно, изначально несжатого и предварительно сжатого воздуха, на диаграммах фиг.14 и 15.a flat figure, which is either a-b-o triangle, or a-b-o-a 'trapezoid with a concave along the hyperbola, respectively an inclined side a-b, representing the process of adiabatic compression, respectively, of initially uncompressed and pre-compressed air, on diagrams of Fig.14 and 15.
Энергия, запасаемая в элементе противодавления 7, соответствует на диаграммах площади прямоугольного треугольника под отрезком о-b. При указанной максимальной нагрузке 100 кН и жесткости К элемента противодавления 7, превышающей 1 МН/мм, ее значение составит всего около 10 Дж, что равно примерно 2-4% от всей энергии, запасаемой аккумулятором 11 в первой фазе цикла работы пресса.The energy stored in the
После фиксации нагружающего элемента 4 в исходном перед рабочим ходом положении на опорный стол 2 устанавливают обрабатываемый материал 9 и осуществляют вторую, рабочую фазу цикла, для чего включают регулятор скорости перемещения элемента противодавления 7 в направлении нагружения обрабатываемого материала 9. В гидравлических прессах для этого переключают гидрораспределитель 17 в положение, при котором полость гидроцилиндра 14 элемента противодавления 7 подсоединяется на слив через регулятор 16 расхода рабочей жидкости (на фиг.5 положение III рукоятки гидрораспределителя 17). В кривошипных прессах производят включение муфты сцепления 37, в результате чего кривошипно-шатунный механизм соединяется с маховиком 36, и нагружающий элемент 4 начинает движение под действием его силового привода 5 от верхней мертвой точки в направлении нагружения материала по закону, определяемому кинематикой кривошипно-шатунного механизма 32.After fixing the
В некоторый момент времени происходит касание нагружающим элементом 4 обрабатываемого.материала 9 и последующее его нагружение со скоростью v, в результате чего текущее усилие нагружающего элемента 4 распределяется между обрабатываемым материалом 9 и элементом противодавления 7 таким образом, что в любой момент времени сумма сил элемента противодавления Fпp и сопротивления обрабатываемого материала 9 деформированию Fмат равна текущему усилию F нагружающего элемента 4 (фиг.10).At some point in time, the
На диаграммах фиг.11-15 перемещение элемента противодавления 7 в направлении нагружения обрабатываемого материала 9 и текущие значения усилий в нем изображены кривыми c-d-e-f-g, а деформирование обрабатываемого материала - кривыми c’-d’-e’-f’-g’. При этом обеспечивается полностью контролируемое разрушение любого обрабатываемого материала, для которого угол наклона нисходящей ветви e’-f на диаграмме разрушения не превышает по абсолютной величине угол наклона прямой о-b, отображающей зависимость деформаций элемента противодавления 7 от величины воспринимаемого им усилия, то есть характеризующей жесткость элемента противодавления 7.In the diagrams of Figures 11-15, the movement of the
Сопоставительный анализ диаграмм деформирования материала в предлагаемом прессе, представленных на фиг.11-15, показывает, что наиболее эффективными по затратам энергии вариантами выполнения пресса для разрушающих испытаний хрупких материалов являются варианты на фиг.11 и 14, в которых аккумулятор энергии силового привода нагружающего элемента выполнен в виде предварительно ненапряженной пружины и, соответственно, в виде пневматического или пневмогидравлического аккумулятора давления с предварительно несжатым газом. Экономия энергозатрат в цикле этих вариантов выполнения предлагаемого пресса в сравнении с прототипом соответствует на фиг.11 и 14 площади, заштрихованной косой клеткой. Как видно из указанных диаграмм, снижение общих затрат энергии в цикле достигает 50%, при этом непроизводительные затраты энергии (т.е. с вычетом энергии, затраченной на осуществление процесса деформирования материала) сокращаются на 70-80%.A comparative analysis of the material deformation diagrams in the proposed press, presented in Figs. 11-15, shows that the most cost-effective press options for destructive testing of brittle materials are those in Figs. 11 and 14, in which the energy battery of the power drive of the loading element made in the form of a pre-unloaded spring and, accordingly, in the form of a pneumatic or pneumo-hydraulic pressure accumulator with pre-uncompressed gas. The energy savings in the cycle of these embodiments of the proposed press in comparison with the prototype corresponds to 11 and 14 of the area shaded by an oblique cell. As can be seen from the above diagrams, the reduction of the total energy consumption in the cycle reaches 50%, while the non-productive energy costs (i.e., less the energy spent on the material deformation process) are reduced by 70-80%.
При деформировании пластических материалов, например стали Ст.3, полная диаграмма деформирования которых имеет форму, близкую к прямоугольной (фиг.13), целесообразно выполнение аккумулятора энергии силового привода нагружающего элемента в виде гравитационной массы, график обмена энергии с которым также представляет собой прямоугольник.When deforming plastic materials, for example, steel St.3, the full deformation diagram of which has a shape close to rectangular (Fig. 13), it is advisable to make an energy accumulator of the power drive of the loading element in the form of a gravitational mass, the energy exchange schedule with which is also a rectangle.
Рекуперирование той части энергии, которая не была использована в цикле на деформирование обрабатываемого материала, маховиком кривошипно-шатунного механизма в кривошипных прессах позволяет практически полностью устранить непроизводительные затраты энергии и довести КПД цикла до 85-95% при сохранении свойственной прототипу высокой жесткости процесса деформирования материала, что особенно важно для быстроходных технологических прессов.The recovery of that part of the energy that was not used in the deformation cycle of the processed material by the flywheel of the crank mechanism in crank presses can almost completely eliminate unproductive energy costs and increase the cycle efficiency to 85-95% while maintaining the high rigidity of the material deformation process typical of the prototype, which is especially important for high-speed technological presses.
Следует заметить, что в известных кривошипных прессах также осуществляется частичное рекуперирование энергии маховиком после резкого снижении сопротивления материала деформированию, однако при этом нагрузки на элементы кривошипно-шатунной группы изменяют знак на противоположный, что приводит к увеличению люфтов в парах трения, а также к возникновению усталостных напряжений в узлах и деталях пресса. В предлагаемом прессе знакопеременные нагрузки не возникают, что видно из представленных диаграмм фиг.11-15. Отсутствие знакопеременных нагрузок на узлы и детали кривошипно-шатунной группы в технологических кривошипных прессах повышает их надежность и долговечность.It should be noted that in the well-known crank presses, partial recovery of energy by the flywheel is also carried out after a sharp decrease in the material’s resistance to deformation, however, the loads on the elements of the crank group change their sign to the opposite, which leads to an increase in backlash in the friction pairs, as well as fatigue stresses in the nodes and details of the press. In the proposed press, alternating loads do not occur, as can be seen from the presented diagrams 11-15. The absence of alternating loads on the nodes and parts of the crank group in the technological crank presses increases their reliability and durability.
Таким образом, за счет передачи функции главного силового привода пресса силовому приводу элемента противодавления появляется возможность заменить равную по сложности систему силовозбуждения в приводе нагружающего элемента обычной стальной, или пневматической пружиной, или простой гравитационной массой (грузом), что при смещении на 180° фаз технологического цикла обработки материала давлением обеспечивает как существенное повышение КПД процесса обработки материала давлением в сравнении с прототипом за счет более полного соответствия характера диаграммы интенсивности энергообмена между главным силовым приводом и аккумулятором энергии характеру диаграммы деформирования обрабатываемого материала, так и существенное упрощение конструкции пресса.Thus, by transferring the function of the main press drive to the power drive of the backpressure element, it becomes possible to replace the power excitation system of equal complexity in the drive of the loading element with a conventional steel or pneumatic spring, or a simple gravitational mass (load), which, when the technological phases are displaced by 180 ° the material processing cycle of the pressure provides both a significant increase in the efficiency of the material processing process in comparison with the prototype due to more complete compliance I chart the nature of energy intensity between the main actuator and the battery energy nature of the deformation diagram of the material being processed, as well as a substantial simplification of the design of the press.
При этом за счет совместимости динамических характеристик указанных упругодеформируемых аккумуляторов энергии с динамическими характеристиками кривошипно-ползунных механизмов достигается возможность выполнения пресса кривошипным при соответствующем повышении его быстроходности, при этом исключается возникновение знакопеременных нагрузок в узлах и деталях кривошипно-шатунной группы, что повышает долговечность и надежность пресса.At the same time, due to the compatibility of the dynamic characteristics of these elastically deformable energy accumulators with the dynamic characteristics of crank-slide mechanisms, it is possible to make the press crank with a corresponding increase in its speed, while excluding the occurrence of alternating loads in the nodes and parts of the crank group, which increases the durability and reliability of the press .
Кроме того, обеспечивается возможность улучшения компоновочной схемы кривошипного пресса путем размещения узлов и деталей кривошипно-шатунной группы у основания станины. Все эти технические эффекты достигаются при полном сохранении присущей прототипу высокой жесткости процесса обработки материала давлением.In addition, it is possible to improve the layout of the crank press by placing nodes and parts of the crank group at the base of the bed. All these technical effects are achieved while fully preserving the inherent prototype high rigidity of the process of processing the material by pressure.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002133431/02A RU2246405C2 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Press |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002133431/02A RU2246405C2 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Press |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002133431A RU2002133431A (en) | 2004-06-27 |
| RU2246405C2 true RU2246405C2 (en) | 2005-02-20 |
Family
ID=35218904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002133431/02A RU2246405C2 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Press |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2246405C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2308376C2 (en) * | 2005-12-07 | 2007-10-20 | Анатолий Васильевич Сафонов | Crank press |
| RU2402424C1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Crank press for separation jobs |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1397787A1 (en) * | 1986-03-27 | 1988-05-23 | Волгоградский инженерно-строительный институт | Method of destructive test of fragile materials in testing machine |
| RU2006369C1 (en) * | 1991-01-30 | 1994-01-30 | Хозрасчетный научно-технический центр "Импульс" | Hydraulic press |
| RU2123793C1 (en) * | 1996-03-06 | 1998-12-27 | Акционерное общество открытого типа "Завод им.В.А.Дегтярева" | Compressed air press |
-
2002
- 2002-12-10 RU RU2002133431/02A patent/RU2246405C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1397787A1 (en) * | 1986-03-27 | 1988-05-23 | Волгоградский инженерно-строительный институт | Method of destructive test of fragile materials in testing machine |
| RU2006369C1 (en) * | 1991-01-30 | 1994-01-30 | Хозрасчетный научно-технический центр "Импульс" | Hydraulic press |
| RU2123793C1 (en) * | 1996-03-06 | 1998-12-27 | Акционерное общество открытого типа "Завод им.В.А.Дегтярева" | Compressed air press |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КРАЙНЕВ А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987, с.354. ЩЕГЛОВ В.Ф. и др. Кузнечно-прессовые машины. - М.: Машиностроение, 1979, с.7-9. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2308376C2 (en) * | 2005-12-07 | 2007-10-20 | Анатолий Васильевич Сафонов | Crank press |
| RU2402424C1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Crank press for separation jobs |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103079722B (en) | Press | |
| Reddy et al. | Lateral compression of tubes and tube-systems with side constraints | |
| CA2836339C (en) | A method for operating a press with a bottom drive and a press operated accordingly | |
| Xu et al. | Energy improvement of fineblanking press by valve-pump combined controlled hydraulic system with multiple accumulators | |
| RU2246405C2 (en) | Press | |
| Arunkumar et al. | Investigation on design, analysis and topological optimization of hydraulic scissor lift | |
| CN208393678U (en) | Woven bag baling press | |
| CN202781891U (en) | Multifunction fully-automatic forming machine | |
| Gavva et al. | Structural-parametric synthesis of hydro-mechanical drive of hoisting and lowering mechanism of package-forming machines | |
| JP2012143781A (en) | Die cushion device, and method for controlling the same | |
| JP2018044288A (en) | Work machine | |
| CN217976779U (en) | Energy-saving stepping type lifting mechanism hydraulic system with gravitational potential energy recovery function | |
| CN116078971A (en) | Novel vibrating hammer with static and dynamic coupling and forging method using same | |
| CN2322111Y (en) | Hydraulic Balance Walking Furnace | |
| CN208999223U (en) | A set of large-tonnage static loading test device suitable for large-scale models | |
| CN115950763A (en) | Multifunctional compression-shear test equipment | |
| CN201147999Y (en) | Novel press machine for processing wire rope sleeve | |
| CN220816125U (en) | Spring energy storage cylinder for hydraulic pumping unit | |
| CN207687104U (en) | A kind of double-piston cushion cylinder | |
| CN213175731U (en) | Servomotor spring device and servomotor | |
| RU63933U1 (en) | TEST MACHINE LOADER | |
| CN214448816U (en) | Pressing machine in zirconium cup | |
| US3070007A (en) | Jet press | |
| CN2265970Y (en) | Hydraulic hoisting device | |
| US3482429A (en) | Hydraulic press |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051211 |