13. Приводные молоты

Классификация приводных молотов:

а) электроприводные:

- с доской;

- с ремнем;

- рессорные.

б) пневматические:

- простого действия;

- двойного действия.

Наибольшее применение к настоящему времени нашли пневматические двухцилиндровые молоты двухстороннего действия.

13.1. Пневматические ковочные молоты

Вес шабота молотов равен 12 кратному весу падающих частей. Шабот не связан жестко со станиной и фиксируется относительно нее деревянными клиньями, поэтому на молотах, возможно, выполнять только операции ковки. В работе молота используется энергия электропривода, а воздух играет роль упругого звена, передающего движение от поршня компрессора к рабочему поршню.

Рис. 47.

Рис. 48. Фазы движения подвижных частей пневматического молота

а) начальное положение. Поршень компрессора находится в КВП. Рабочий поршень - на поковке. Верхняя и нижняя полости компрессора и рабочего цилиндров соединены с атмосферой.

При движении вниз в нижних полостях давление увеличивается, в верхних уменьшается - разрежение. В отдельный момент при   40  рабочий поршень отрывается от поковки и идет вверх.

б) При ₂  180  поршень компрессора в КНП и верхняя полость его соединяется с атмосферой. Рабочий поршень продолжает движение вверх и при ₃  250  закрывает верхний канал с адиабатическим сжатием объема воздуха в буферной зоне (V_б). Это приводит к остановке рабочего поршня и началу его движения вниз. В момент, когда давления в цилиндрах сравняются сработает обратный клапан. Угол поворота при этом ₃  250 .

в) Рабочий поршень, испытывая нарастающее давление из верхней полости компрессорного цилиндра, идет вниз и при ₃  350  происходит удар. При этом поршень остается внизу  = ₁. Поэтому удар пневматического ковочного молота называют прилипающим.

13.1.1. Индикаторные диаграммы к.п.д. молота

Рис. 49. Индикаторные диаграммы

- индикаторная работа, (144)

где F - площадь индикаторной диаграммы (рис. 49 в, г);

- масштабы графиков по ходу и давлению.

Индикаторные работы воздуха в рабочем и компрессорном цилиндре:

,

(145)

,

где , - работа воздуха в нижней полости рабочего

и компрессорного цилиндра;

, - работа воздуха в верхней полости рабочего

и компрессорного цилиндра.

Относительный индикаторный к.п.д.  0,85  0,95 характеризует потери энергии воздуха при перетекании его из компрессорного цилиндра в рабочий:

. (146)

- механический к.п.д. рабочего цилиндра,

- механический к.п.д. компрессорного цилиндра,

где L_дв - энергия электродвигателя, подведенная к кривошипному валу,

- механический к.п.д молота.

Если учесть все потери от выработки электроэнергии, ее передачи, работы электродвигателя и т.д., то полный к.п.д. или экономический к.п.д.  0,05  0,06. Для паровоздушных молотов к.п.д.  0,01 0,06.

13.1.2. Расчет пневматических молотов

При расчете пневматических молотов динамика движения рабочих частей машины разбивается на 5 этапов за время одного оборота компрессора (рис. 48).

0 - ₁ - падающие части неподвижны до момента отрыва.

₁ - ₂ - подъем рабочего поршня с момента отрыва бойка от поковки до момента соединения верхней полости компрессорного цилиндра с атмосферой.

₂ - ₃ - подъем рабочего поршня до момента включения буфера.

₃ - ₄ - подъем и последующее движение вниз до момента выхода из буфера.

₄ - ₅ - движение вниз до момента удара.

Уравнение движения падающих частей для всех участков хода:

, (147)

где Р₁, Р₂ - абсолютное давление воздуха в нижней и верхней полостях рабочего цилиндра;

f₁, f₂, - площади поршня в нижней и верхней полостях рабочего цилиндра;

Р₀ - атмосферное давление 0,1 мПа.

 = 1,1 при движении вверх;

 = - 0,9 - при движении вниз;

 = 1 - при неподвижном состоянии.

Для участка 0 -  уравнение равновесия:

. (148)

Текущий объем нижних и верхних полостей обоих цилиндров:

, (149)

,

где V₀₁, V₀₂ - нижний и верхний начальные объемы, включая объемы каналов рабочего и компрессора;

s - путь поршня компрессора;

f₁, f₂ - нижняя и верхняя площади рабочего поршня;

f₃, f₄, - нижняя и верхняя площади компрессорного цилиндра.

Текущее давление в нижней и верхней полостях изменяются по политропе:

, (150)

. (151)

После подстановки в уравнение движения получаем зависимости которые с целью упрощения выражения для Р₁, Р₂ - разлагает в биноминальный ряд:

, (152)

тогда

, (153)

,

. (154)

После подстановки в уравнение движения, например, для хода вверх, получим:

. (155)

Ход поршня компрессора от кривошипно-шатунного механизма:

. (156)

После подстановки и преобразования получим:

, (157)

где

, (158)

, (159)

. (160)

Это уравнение есть частный случай общего линейного неоднородного дифференциального уравнения колебательного движения второго порядка вида:

, (161)

где - сопротивление среды или сил трения;

р²х - внутренние силы системы, стремящиеся вернуть ее в состояние равновесия;

р - частота собственных колебаний системы;

f(t) - свободный член, представляющий собой внешнюю возмущающую силу, действующую на систему.

Для данного случая возмущающая сила создается движением компрессорного поршня с частотой .

, (162)

где  = wt,

w - угловая скорость вращения кривошипа.

Частота собственных колебаний определяется по формуле:

. (163)

Условие резонанса, когда р = . В этом случае достигается максимальная скорость движения рабочего поршня и, следовательно, максимальная кинетическая энергия при ударе.

Полученные зависимости позволяют определить скорость падающих частей в момент удара, и соответственно эффективную энергию удара, построить индикаторные диаграммы давления воздуха для рабочего и компрессорного цилиндров.

По индикаторным диаграммам компрессорного цилиндра определяются силы, действующие на поршень компрессора в любой момент угла поворота кривошипного вала. Далее строится график изменения крутящихся моментов от угла поворота (по аналогии с расчетом для кривошипных прессов) за двойной ход поршня (рис. 50).

, , , (164)

где - к.п.д. компрессора.

Рис. 50.

При проектировочном расчете по ГОСТу задаются величины: G = вес падающих частей в кн, наибольшее число ударов в мин. Энергия удара в кдж. Размеры зеркала бойка. вылет станин и высота рабочей зоны.

Ориентировочно можно принять:

(мм) - монтажный ход бабы;

- радиус кривошипа компрессора;

- длина шатуна;

- диаметр рабочего штока;

- нижняя кольцевая площадь;

- верхняя площадь рабочего цилиндра.

;

;

Последующим расчетам конструктивные параметры корректируются.

13.1.3. Режимы работы и воздухораспределение

пневматических молотов

Рис. 51. Схема управления

Пневматические молоты могут осуществлять следующие режимы работы:

1. автоматические последовательные удары;

2. Удерживание на весу;

3. Прижим поковки;

4. Холостой ход.

Механизм воздухораспределения, состоящий из трех горизонтальных кранов - верхнего, среднего, нижнего. Верхний и нижний управляют работой молота, а средний переводит компрессор на холостой ход. Между верхним и нижним кранами имеется камера с обратным клапаном.

1. автоматические последовательные удары - краны соединяют верхние и нижние полости рабочего и компрессорного цилиндров попарно между собой. Молот будет совершать число ударов в минуту, равное количеству оборотов вала компрессора.

Величина энергии удара зависит от полноты открытия кранов, то есть от степени дросселирования воздуха.

2. Удерживание на весу - воздух из нижней полости компрессорного цилиндра подается в нижнюю полость рабочего через обратный клапан поэтому, когда поршень компрессора идет вверх, в рабочей нижней полости сохраняется давление подкачки. Верхние полости компрессора и рабочего цилиндра соединены с атмосферой.

3. прижим - воздух в верхнюю полость рабочего цилиндра поступает из нижней полости компрессорного. Нижняя полость рабочего цилиндра и верхняя компрессорного цилиндра соединены с атмосферой.

4. холостой ход - чтобы не перегревать компрессор в период длительных пауз, обе полости компрессора соединены с атмосферой.