Разработка системы синхронизации положения траверсы гидравлического пресса усилием 75000тс

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В данной курсовой работе разработана система синхронизации положе¬ния траверсы гидравлического пресса усилием 75000тс. Необходимость раз¬работки такой системы объясняется тем, что в процессе штамповки из-за эксцентричного нагружения пресса происходит перекос траверсы относи¬тельно нижнего штампа с заготовкой. Из-за перекосов траверсы появляется клиновидность получаемых заготовок, т.е. ухудшаются их качественные па-раметры, требуется дополнительная обработка в механическом цехе, что ве-дет к повышению затрат на производство продукции. Причины возникнове-ния эксцентриситета нагрузки: несимметричность форм штампуемых изде-лий, неравномерный нагрев заготовки, неравномерное остывание из-за спе-цифики формы изделия. Т.к. данные причины являются неустранимыми, то поддержание параллельности траверсы относительно стола необходимо осу-ществлять с помощью системы синхронизации.

Модернизация системы синхронизации позволит получать штампован-ные заготовки высокой точности, снизится объем работ по дальнейшей обра-ботке деталей, снизится время обработки заготовок, повысится производи-тельность, а следовательно себестоимость получаемых изделий будет ниже. Т.о. экономический эффект от использования системы синхронизации тра-версы пресса очевиден.

Имеющаяся система синхронизации на прессе основана на применении синхронизирующих цилиндров, расположенных в нижней части траверсы. Работа основана на принципе гидравлического слежения. При появлении пе-рекоса поперечины пресса, возросшее давление в одном синхронизирующем цилиндре повышает давление в другом до выравнивания траверсы. Но в про-цессе эксплуатации такой системы выявили ее малую надежность и точность. В современных условиях требования к точности получаемых заготовок воз-росли, поэтому появилась необходимость в разработке новой системы син-хронизации положения траверсы.

Рисунок 1.1 – Схема системы ограничения перекоса подвижной попе-речины пресса 750 МН

Для разработки системы синхронизации положения траверсы приведем необходимые технические характеристики гидравлического пресса.

Пресс имеет двенадцать рабочих цилиндров с диаметром поршня 1520 мм.

Номинальное усилие – 750 МН, достигается за счет давления всех 12 цилиндров и собственного веса траверсы 5000т (50 МН).

За счет различной подачи рабочей жидкости в группы цилиндров воз-можен набор усилия от 50 до 750 МН.

Пресс имеет привод от двухсекционной насосно-аккумуляторной стан-ции (давления 20 и 32 МПа).

Ход траверсы – 2000 мм.

Диапазон скоростей траверсы при рабочем ходе: 0,2 – 30 мм/с.

Обратный ход поперечины осуществляется специальными возвратны-ми цилиндрами.

Система синхронизации действует по принципу изменения усилия в рабочих цилиндрах при перекосе траверсы посредством регулирования коли-чества поступающей в них жидкости. Данное регулирование можно осущест-влять различными способами. Разработка новой системы синхронизации предполагает отказаться от синхронизирующих цилиндров, а использовать в качестве последних четыре крайних рабочих. Эта возможность обусловлена тем, что в крайних рабочих цилиндрах при любой ступени усилия пресса ра-бочее давление 32 МПа. При этом в момент появления перекоса необходимо уменьшить подачу жидкости в крайнем гидроцилиндре и возобновит ее при исчезновении перекоса.

Достоинства такого поддержания траверсы в бесперекосном горизон-тальном положении во время рабочего хода при эксцентричном нагружении пресса в том, что освобождается рабочее пространство в нижней части тра-версы, возможно более точное поддержание необходимого давления штам-повки.

Регулировать расход в рабочих (синхронизирующих) цилиндрах можно с помощью напорного клапана, который включает в свой состав гидроци-линдр, перемещение поршня которого регулирует расход жидкости через клапан в рабочий гидроцилиндр. Т.о. стоит задача проектирования системы управления перемещением поршня цилиндра напорного клапана в зависимо-сти от величины перекоса поперечины пресса.

Структурная схема системы синхронизации траверсы представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Структурная схема синхронизации траверсы пресса

Регулируемым объектом является траверса пресса. В качестве чувстви-тельного элемента используем датчик положения. В качестве усилительно- преобразующего устройства применим дросселирующий распределитель. Ре-гулирующий орган – гидроцилиндр напорного клапана.

Важный элемент алгоритма работы системы синхронизации – опреде-ление зависимости величины расхода жидкости в рабочем цилиндре от по-ложения траверсы. Для этого необходимо ввести в схему контроллер, кото-рый будет обрабатывать информацию с датчиков положения и выдавать сиг-налы на установку положения золотников в соответствующих дросселирую-щих распределителях. В результате управляемые клапаны будут открываться и закрываться на необходимую величину, подавая в синхронизирующие гид-роцилиндры определенную подачу рабочей жидкости.

Расход жидкости в каждом синхронизирующем цилиндре управляется отдельно, по два цилиндра на одну насосную установку. Это решение обу-словлено конструктивными особенностями гидравлического пресса. Насос-ные установки располагаются в верхней части пресса, непосредственно вбли-зи напорных клапанов, регулирующих расход в синхронизирующих цилинд-рах. Таким образом предотвращаются потери давления по длине трубопрово-да и в местных гидравлических сопротивлениях. Два крайних цилиндра слева управляются от одной насосной установки, два крайних цилиндра справа – от другой. При этом повышается надежность эксплуатации системы синхрони-зации, т.к. при аварийных ситуациях, таких как отказ в работе приводного электродвигателя, имеется возможность с помощью второй насосной уста-новки вернуть гидроцилиндры в исходное положение. Т.о. отказ в работе системы ограничения перекоса не окажет существенного влияния на функ-ционирования всей системы.

Для повышения надежности работы системы синхронизации необхо-димо предусмотреть возможные аварийные ситуации. В основном это повы-шение давления при выходе из строя гидроаппаратуры. При этом необходи-мо сигнализировать о повышении давления в соответствующих точках схемы и при необходимости отключить приводной электродвигатель для предот-вращения аварийных ситуаций.

Первоочередной задачей при разработке системы синхронизации по-ложения траверсы пресса является расчет управляемого впускного клапана, т.к. данный гидроаппарат не является типовым и не имеет справочных дан-ных. После расчета впускного клапана необходимо для него спроектировать систему управления, рассчитать и выбрать гидроаппаратуру. Для контроля положения траверсы выбрать датчики положения и спроектировать схему сопряжения этих датчиков с выбранным микроконтроллером. В алгоритме работы необходимо учесть сигналы с датчиков аварийных ситуаций.

Построение динамической модели системы синхронизации позволит получить ее переходной процесс и оценить объект управления на устойчи-вость и быстродействие.

Функциональная схема системы синхронизации приведена на рисунке 1.3. Схема разработана в пакете AUTOCAD2000.

Рисунок 1.3 – Функциональная схема системы синхронизации положе-ния траверсы пресса

2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СИНХРОНИЗАЦИИ

2.1 РАСЧЕТ ВПУСКНОГО УПРАВЛЯЕМОГО КЛАПАНА

Принципиальная схема клапана представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Впускной управляемый клапан гидравлического пресса

1-5 – клапан; 6 – втулка; 7 – отверстия; 8 – уплотнения; 9 – крышка; 10 – пружина; 11 – указатель.

Проходное сечение клапана:

где Fпл – площадь поршня цилиндра, обслуживаемого данным клапаном;

пл – скорость поршня;

к – скорость движения жидкости через клапан.

При давлениях жидкости р=20-32Мпа к для клапанов выбирают до 20-30 м/c.

Тогда диаметр условного прохода и диаметр клапана:

Исходя из полученного диаметра основного клапана принимаем диаметр разгрузочного клапана d1=22м, а диаметр штока клапана соответственно d2=12 мм.

Для клапана усилие для подъема штока определяется по формуле:

где d1 – диаметр разгрузочного клапана;

d2 – диаметр штока клапана;

Т – сила трения в манжетах;

П – усилие пружины.

Пренебрегая силами трения и усилием пружины найдем необходимое усилие:

Обычная величина подъема разгрузочного клапана 4мм.

2.2 ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ГИДРОЦИЛИНДРА

Для регулирования потоком жидкости в синхронизирующих цилиндрах гидравлического пресса применен напорный клапан, для его подъема исполь-зуем гидроцилиндр исходя из следующих условий:

где и - соответственно паспортное и заданное значения толкающего номинального усилия на штоке;

и - соответственно паспортное и заданное значения максимального хода штока гидроцилиндра;

и -соответственно паспортное и заданное максимальные значения скорости движения штока.

Выбираем гидроцилиндр с односторонним расположением штока ЦРГ25Х12, имеющий техническую