3.4 Расчет и построение графиков изменения плеча силы идеального механизма, реального механизма и мгновенных кпд гим

Расчет мгновенных коэффициентов полезного действия (_мгн) главного исполнительного механизма производится для каждого из значений при повороте ведущего кривошипа через 10 по зависимости:

. (3.9)

Значения коэффициентов трения в расчетах можно принимать следующими:

- для направляющих ползуна =0,1;

- для подшипников кривошипного вала:

=0,05-0,06 (при использовании густой смазки);

=0,03-0,04 (при использовании жидкой смази).

Построение графиков изменения , , и  _мгн проводится с использованием программы кафедры ОМД «Makin» на ПК.

4 Энергетический расчет кривошипного оборудования

Для выполнения энергетического расчета кривошипного пресса необходимо:

- выбрать технологическую операцию, для осуществления которой предназначена машина и жесткость последней;

- построить типовые линеаризованные графики усилия деформации, жесткости и нагрузочный в функции перемещения ползуна;

- определить расход энергии на совершение технологической операции, потери энергии на холостой ход и включение муфты;

- рассчитать необходимую мощность электродвигателя;

- выбрать электродвигатель по каталогу;

- найти коэффициент энергоемкости машины и сравнить расчетное значение с требованиями соответствующего ГОСТа;

- определить момент инерции привода и маховика;

- рассчитать клиноременную передачу;

- определить основные размеры маховика.

Исходные данные для расчета:

- номинальное усилие пресса Р_н;

- частота ходов пресса в минуту n_х;

- технологическое назначение машины

1 – разделительные операции листовой штамповки;

2 - вытяжка листового материала;

3 – горячая обрезка облоя;

4 – чеканка;

5 – холодное выдавливание;

6 – горячая объемная штамповка).

4.1 Построение графика жесткости машины

Жесткость машины, работу холостого хода, работу включения муфты следует определять по статистическим данным ЭНИКМАШ (см. табл. 4.1).

Таблица 4.1 - Значения жесткости пресса , рекомендуемые

ЭНИКМАШем, а также работ, затрачиваемых на включение

муфты (А_ВМ) и холостой ход пресса (А_ХХ) и коэффициента

использования ходов (р_и)

Наименование машины	Жесткость пресса ( )**, кН/мм*	Работа холостого хода , кДж	Работа включения муфты , кДж	Коэффициент использования ходов ри*
Однокривошипные открытые	200-800	0,1-0,01	0,1	0,3-1,0
Однокривошипные закрытые	500-2400	0,08-0,02	0,1-0,02	0,4-0,8
Двухкривошипные закрытые	700-4000	0,06-0,02	0,06-0,02	0,2-0,6
Прессы двойного действия	600-1200	0,02-0,07	0,05	0,3-0,4
Прессы холодноштамповочные кривошипно-коленные	1500-8000	0,02-0,01	0,02-0,01	0,4-0,8
КГШП, ГКМ	2200-12000	0,05-0,02	0,02-0,04	0,1-0,4
Автоматы листоштамповочные: - многопозиционные - с нижним приводом	500-3000 600-2000	0,04-0,02 0,2-0,06	0	1,0
Автоматы ХВА с цельной и разъемной матрицей; одно- и двухударные	250-2500	0,1-0,15	0	1,0
Примечание: жесткость рассчитываемого пресса должна быть выбрана такой, чтобы податливость пресса обеспечивалась в пределах 0,5-3 мм; *большие значения работы холостого хода принимаются для меньшего хода и меньшего усилия; ** большие значения принимаются для больших номинальных усилий; промежуточные значения следует находить интерполяцией.

4.2 Выбор и построение типового линеаризованного графика деформации.

В зависимости от технологического назначения рассчитываемого пресса форму и размеры графика деформаций следует выбирать по рис. 4.1 - 4.6.

Для схемы, приведенной на рис. 4.1:

а) толщину листа h для рассчитываемого пресса рекомендуется выбирать по табл. 4.2.

Рисунок 4.1 – График деформаций при разделительных операциях листовой штамповки для универсальных листоштамповочных прессов I-го исполнения

Таблица 4.2 - Рекомендуемые значения толщины металла при выполнении

разделительных операций листовой штамповки в зависимости

от номинального усилия пресса Р_н

Номинальное усилие пресса, кН	63	160	315	630	1600	3150	6300	16000
Толщина листа h, мм	1,0	2,0	3,0	4,5	7,0	15,0	20,0	30,0

Примечание: при отсутствии в табл. 4.2 данных для заданного номинального усилия пресса, толщину листа следует определять интерполированием лежащих рядом значений; более 30 мм толщину листа не назначать.

б) базу деформации следует определять по формуле, мм:

∆h_max =kh, (4.1)

где h - толщина листа;

k - коэффициент, зависящий от свойств металла и задающий величину смятия металла до образования скалывающей трещины (см. табл. 4.3).

Таблица 4.3 – Значения коэффициента k

Тип разделительной операции	Характеристика пластических свойств стали
	Мягкая (стали: Ст.3, 08кп, Сталь 20)	Средней твердости (Сталь 30, Сталь 35, Сталь 40)	Твердая (Сталь 50, Сталь 60)
Вырубка пробивка в штампе	0,65	0,5	0,4
Отрезка на ножницах с параллельными ножами	0,35	0,3	0,25

Податливость кривошипного пресса следует определять по формуле

, (4.2)

где - жесткость пресса (см. табл. 4.1).

Рисунок 4.2 – График деформации при вытяжных операциях листовой

штамповки для универсальных листоштамповочных прессов

II-го исполнения (график первой вытяжки)

Для графика, приведенного на рис. 4.2, при расчете прессов двойного и тройного действия h_max=S_p , при α_р =83⁰…85⁰. При расчете листоштамповочных прессов простого действия II-го исполнения ∆h _max=S_p, при α_р =45⁰…50⁰.

Рисунок 4.3 - График деформаций при прессовании (выдавливании)

для КГШП, чеканочных прессов

Для графика, приведенного на рис. 4.3, для чеканочных прессов ∆h_max = 0,145S_max. Для КГШП - ∆h_max=S_p (при α_р=30⁰).

Рисунок 4.4. График деформаций при объемной штамповке в открытых

и закрытых штампах для КГШП, ГКМ

Для графика, приведенного на рис. 4.4, для КГШП, ГКМ ∆h_max=S_p, α_р=35⁰, коэффициенты x, y – по табл. 4.4.

Таблица 4.4 – Значения коэффициентов x, y для построения графика

деформаций объемной штамповки

Вид штамповки	Коэффициент
	x	y
В открытых штампах	0,9	0,2
В закрытых штампах	0,8	0,3

Податливость пресса определяется по зависимости (4.2) с использованием данных табл. 4.1. Величина перемещения ползуна в зоне «мертвого» трения (S_М) определяется по зависимостям:

S_M=R[(1-cos_M)+ (1-cos2_M)];

sin ,

где _М угол поворота кривошипа в зоне «мертвого» трения;

R - радиус кривошипа;

r_A, r_O - радиусы шеек кривошипного вала шатунной и опорной, соответственно;

r_B - радиус шарнира, соединяющего шатун с ползуном, как правило r_B=r_O;

- коэффициент трения в подвижных парах механизма (для жидкой смазки =0,03…0,04; для густой - =0,05…0,06);

- коэффициент длины шатуна.

Рисунок 4.5 - График деформации при гибке в штампах для гибочных прессов

База деформации для гибочных операций (см. рис 4.5) определяется по формуле

∆h_max = 0,22S_max,

податливость – по (4.2) с использованием данных табл. 4.1.

Рисунок 4.6 – График деформации при горячей резке металла

(обрезки облоя) для универсальных листоштамповочных прессов

III-го исполнения, ножниц

Для графика, приведенного на рис. 4.6:

- база деформации при обрезке облоя на универсальных листоштамповочных прессах определяется по зависимости:

∆h_max = k h,

где k=1 (при порезке нагретого металла);

h=аh_з + δ - толщина металла;

а - коэффициент, учитывающий влияние штамповочных уклонов (а=2,4-1,6);

δ - плюсовой допуск по высоте, учитывающий недоштамповку (δ=0,3-3,0 мм).

h_з - высота мостика облойной канавки (принимается по данным табл. 4.5).

Таблица 4.5 – Высота мостика облойной канавки в зависимости

от номинального усилия пресса

Рн, кН	1600	2500	3150	4000	6300	10000	16000	25000
hз – высота мостика облойной канавки, мм	1,5	3,0	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0	12,0

- база деформации при порезке прутков на ножницах определяется по формуле:

∆h_max =k h_пр,

где h_пр – толщина (высота, диаметр разрезаемого прутка);

податливость определяется по (4.2) с использованием данных табл. 4.1, величина перемещения ползуна в зоне «мертвого» трения (S_М) определяется по зависимостям:

S_M=R[(1-cos_M)+ (1-cos2_M)],

sin ,

где _М - угол поворота кривошипа в зоне «мертвого» трения;

R - радиус кривошипа;

r_A, r_O - радиусы шеек кривошипного вала шатунной и опорной, соответственно;

r_B - радиус шарнира, соединяющего шатун с ползуном, как правило r_B=r_O;

- коэффициент трения в подвижных парах механизма (для жидкой смазки =0,03-0,04; для густой - =0,05-0,06);

- коэффициент длины шатуна;

4.3 Построение нагрузочного графика машины

Податливость кривошипной машины накладывается на график деформаций, значительно изменяя его. Специфика преобразования графиков деформаций в нагрузочные графики заключается в следующем:

- график деформаций для вытяжных операций преобразуется в нагрузочный график без изменения базы деформации;

- график деформаций для разделительных операций преобразуется в нагрузочный график со значительным изменением базы деформации (на величины податливости машины). Для операций вырубки пробивки при построении нагрузочного графика необходимо учесть величину хода ползуна ( ) для проталкивания детали или отхода сквозь матрицу:

- для тонколистового материала (до 5мм)

=h;

- для толстолистового материала (более 5мм)

.

4.4 Определение расчетного значения мощности электродвигателя и его

выбор по каталогу

Для определения расчетного значения мощности электродвигателя необходимо:

а) по нагрузочному графику определить работу деформации ;

б) определить работу операции А_ОП (работа, затрачиваемая на выполнение технологической операции с учетом потерь в кривошипном механизме и передачах):

А_ОП= ,

где - мгновенный кпд ГИМ пресса, определяемый при 45-50⁰ по графику мгновенных кпд или по следующим ориентировочным значениям:

- для листоштамповочных прессов 0,65-0,55;

- для КГШП и ГКМ 0,60-0,50;

- для ХВА и других автоматов 0,70-0,60;

- для чеканочных прессов 0,80-0,70;

_ПЕР – кпд передач, определение которого осуществляется перемножением кпд ступеней передач. Значения кпд ступеней передач:

- _КЛ=0,94-0,96;

- _{ЗУБ. Б}= _{ЗУБ. Т}=0,96 (подшипники скольжения);

- _{ЗУБ. Б}= _{ЗУБ. Т}=0,98 (подшипники качения).

в) определить работу, затрачиваемую на включение муфты – «А_ВМ», работу, затрачиваемую на холостой ход пресса «А_ХХ», коэффициент использования ходов – р_и (в соответствии с рекомендациями табл. 4.1).

Выбор исходных данных при расчете мощности электродвигателя заключается в определении рекомендуемого скольжения и типа электродвигателя, а также расчетной мощности электродвигателя.

Расчетную номинальную мощность электродвигателя находят по формуле:

N= ,

где – коэффициент запаса (выбирают по данным табл. 4.6).

– время цикла, определяемое по формуле

.

Таблица 4.6 – Значения рекомендуемого скольжения, коэффициента запаса,

коэффициента запаса мощности электродвигателя в зависимости от числа

фактически используемых ходов

Параметр	Число фактически используемых ходов в машине
	До 15	15…40	40…80		80…150	Св. 150
Рекомендуемое скольжение	0,12…0,08	0,08…0,05	0,05…0,03		0,03…0,02	0,02…0,01
Коэффициент запаса мощности электродвигателя	1,15	1,2	1,3		1,4 (1,5…1,6)
Коэффициент запаса ε	0,80	0,85	0,90		0,95
Рекомендуемые серии электродвигателей	4АНК, АКП, АК	4АС, 4АОС, 4АОС2		4А

К основным факторам при выборе системы электропривода кривошипных прессов относятся:

- технические требования;

- экономическая целесообразность.

Подавляющее большинство кривошипных прессов оборудуются маховиковым приводом с асинхронными трехфазными электродвигателями следующих типов:

- с короткозамкнутым ротором (электродвигатели отличаются простотой устройства, невысокой стоимостью, надежностью и безопасностью работы);

- с повышенным скольжением;

- с фазным ротором;

- многоскоростной (с переключением полюсов) и др.

Привод от электродвигателя постоянного тока обеспечивает бесступенчатое электрическое регулирование числа ходов и угловой скорости кривошипа, как на холостом ходу, так и в период рабочего хода. Использование привода от электродвигателя постоянного тока обеспечивает возможность работы кривошипного оборудования без муфты включения и маховика. Однако, стоимость такого привода гораздо выше, чем маховикового с асинхронным электродвигателем, поэтому его применение допускается в особых технически обоснованных случаях (в прессах, используемых для горячего прессования профилей с растянутым во времени рабочим ходом и т. п.)

Выбор электродвигателя осуществляется в следующей последовательности:

1. Определяется рекомендуемое скольжение;

2. Определяется расчетная мощность электродвигателя;

3. Выбирается электродвигатель по каталогу (по табл. В1, В2, В3, В4 приложения В), указываются его паспортные данные.

4. Производится проверка на нагрев электродвигателя [11], при необходимости, корректировка и т.д.

В зависимости от фактической частоты ходов пресса и рекомендуемого скольжения электродвигателя следует принимать двигатели серии (см. табл. 4.6):

- при - менее 15 - серия 4АК (с фазным ротором);

- при от 15 до 50 - серия 4АС (повышенного скольжения). При выборе электродвигателя серии 4АС нужно помнить, что мощность электродвигателя должна быть выбрана по графе каталога «Мощность электродвигателя при ПВ=100%».;

- при свыше 50 - серия 4А (нормального скольжения).

После выбора мощности двигателя по каталогу (табл. В1, В2, В3, В4 приложения В) необходимо определить коэффициент энергоемкости К_Э, формула для расчета которого приводится в соответствующем ГОСТе на кривошипную машину.

Если коэффициент энергоемкости расчетный К_{Э РАСЧ} меньше или равен заданному ГОСТом коэффициенту энергоемкости К_{Э ГОСТ}, мощность электродвигателя определена правильно.

Если коэффициент энергоемкости расчетный К_{Э РАСЧ} окажется больше заданного ГОСТом коэффициента энергоемкости К_{Э ГОСТ}, то после проверки значений А_ОП, А_ВМ, А_ХХ и уверенности в том, что они определены правильно, следует уменьшить коэффициент использования ходов с тем, чтобы обеспечить выполнение условия

К_{Э РАСЧ.}  К_{Э ГОСТ}