3.5. Расчет уравновешивателей механических прессов

Все прессы усилием свыше 16 тс должны иметь устройства для уравновешивания ползуна и верхней части штампа. Конструкции этих устройств представляют собой пневматические цилиндры и поршни, находящиеся под давлением сжатого воздуха, поступающего из компенсирующего бака (ресивера); шток поршня соединен с ползуном пресса (рис. 46).

Уравновешивание заключается в том, что в систему машины вводят дополнительные массы, присоединенные к массам кривошипно-шатунного механизма таким образом, чтобы уменьшить главный вектор сил инерции до приемлемых в практике эксплуатации пределов.

\

а) КГШП	б) Листовая штамповка

Рис. 46. Конструкция современных уравновешивающих устройств

в) Чеканочный пресс	г) Объемное выдавливание

Рис. 46. Конструкция современных уравновешивающих устройств

При опускании ползуна пресса находящийся под поршнями уравновешивающих цилиндров сжатый воздух выталкивается в ресиверный бак. Количество уравновешивающих цилиндров, устанавливаемых на листоштамповочных прессах, обычно не превышает четырех; на небольших однокривошипных прессах устанавливается один цилиндр.

При подъеме ползуна пресса сжатый воздух, поступая под поршни уравновешивающих цилиндров, разгружает главный вал пресса от усилий, связанных с преодолением веса ползуна и штампа. При этом затраченная энергия маховиком 114рессса дополнительная энергия на вытеснение воздуха из цилиндров частично снова возвращается маховику. Важно, чтобы уравновешивающие цилиндры могли уравновешивать вес верхней части самого тяжелого штампа, который может быть установлен на данном прессе.

Если это не обеспечивается, то тормоз пресса может сильно перегружаться, и быстрая остановка ползуна при выключении муфты включения окажется невозможной.

Правильное уравновешивание достигается соответствующим подбором воздушного давления, изменяемого при помощи редукционных вентилей.

Пневматические уравновешиватели классифицируют по следующему ряду конструктивно-эксплуатационных признаков (рис. 47):

а) по характеру изменения усилия по пути ползуна.

1) Уравновешиватель с малоизменяющимся по пути ползуна усилием (P = const). Степень изменения усилия ограничивается соответствующим выбором объема ресивера и сечения соединительного трубопровода. Применение данного типа уравновешивателя не предполагает обязательную выборку зазоров в соединениях механических прессов. Он используется в большинстве типов универсальных листоштамповочных 114ресссов простого и двойного действия, чеканочных, обрезных и в других прессах;

2) Уравновешиватель с плавно-переменным усилием по пути ползуна . Конструктивно выполняется обычно в виде цилиндра с встроенным дополнительным объемом (ресивером). Величина конечного усилия P₂ обеспечивается соответствующим выбором конечного объема цилиндра V₀. Применяется для уравновешивания и выборки зазоров в сочленениях механических прессов, где силы инерции деталей малы по сравнению с весом этих деталей;

3) Уравновешиватель со ступенчато-переменным усилием по пути ползуна (уравновешиватель с отсечкой). Конструктивно выполняется в виде устройства, в котором происходит разобщение полости цилиндра от ресивера при движении поршня вниз. Ограничение роста усилия на участке хода до отсечки и обеспечение конечного усилия P₂ в конце хода обеспечивается соответствующим выбором объема ресивера V_P и конечного объема цилиндра V₀.

Б) по характеру передачи усилия от цилиндра к ползуну уравновешиватели делятся на два вида.

Рис. 47. Конструктивные типы уравновешиватели

1) тянущие, у которых воздух подводится со стороны выхода штока цилиндра;

2) толкающие, у которых воздух подводится со стороны, противоположной выходу штока.

В) по числу цилиндров уравновешиватели делятся на три вида:

1) состоящие из одного цилиндра;

2) состоящие из нескольких цилиндров одинакового диаметра;

3) состоящие из сочетания цилиндров разного диаметра.

Расчет уравновешивателей ползуна выполняется по следующей методике.

Исходными данными для расчета уравновешивателей являются:

Для уравновешивателей типа P = const – начальное усилие P₁;

Для уравновешивателей типа и для уравновешивателей с отсечкой – начальное усилие P₁ и конечное усилие P₂.

А) Усилие уравновешивателей, необходимое для предотвращения опускания ползуна при разладке тормоза:

(3.34)

где k₁ – коэффициент запаса уравновешивателя (см. табл. ).

Б) из условия предотвращения падения ползуна в случае аварии системе механического пресса.

(3.35)

Усилие P₂ определяется из условия уравновешивания веса и максимальной величины силы инерции (вблизи нижнего крайнего положения):

(3.36)

Усилие уравновешивателей при заданном объеме воздуха:

(3.37)

Таблица №18

Тип пресса	Величина K1
2-х и 4-х кривошипные листоштамповочные прессы простого и двойного действия с муфтой и тормозом на быстроходном ил промежуточном валу	1,0
Прессы всех типов с муфтой и тормозом на главном валу	1,0
КГШП	1,0
Однокривошипные прессы простого и двойного действия с муфтой и тормозом на быстроходном или промежуточном валу	0,95
Ножницы	0,95
Чеканочные прессы	0,95

Приращение давления в цилиндрах уравновешивателей при нижнем положении ползуна:

(3.38)

Наибольшее усилие уравновешивателей при заданном давлении воздуха

(3.39)

Наибольшая скорость в трубопроводе на выходе из цилиндра уравновешивателя (при максимальной скорости ползуна):

(3.40)

Напряжения в стенках цилиндра уравновешивателя:

(3.41)

Конечное усилие

(3.42)

Далее определим конструктивные параметры уравновешивателей по следующим зависимостям:

внутренний диаметр D и диаметр штока d_Ш:

для толкающего цилиндра

(3.43)

(3.44)

для тянущего цилиндра

(3.45)

, (3.46)

где и - коэффициенты.

Эффективная площадь одного поршня

для тянущего цилиндра:

(3.47)

для толкающего цилиндра

(3.48)

Эффективная площадь поршней

(3.49)

В завершении расчета скорректируем начальное давление

(3.50)

0. Для эффективного использования объема ресивера определяют по следующей формуле:

(3.51)

Полученная величина V_p округляется до ближайшей большей величины согласно действующим стандартам.

2) Если рост давления при ходе ползуна вниз от сжатия и сопротивления трубопровода ограничивается допустимым относительным повышением давлением ₁, то величину V_p можно определить по формуле:

(3.52)

где ;

значение n выбирается по таблице .

В случае проектирования уравновешивателя конечный объем V₀ (одного цилиндра) определяют по следующей формуле:

(3.53)

Таблица №19

nH, 1/мин	1…2 (микропривод)	Св. 5 до 20	Св. 20 до 60	Св. 60 до 100
n	1,0	1,1	1,2	1,3

При проектировании уравновешивателя с отсечкой объем ресивера определятся из следующего соотношения:

(3.54)

Конечный объем цилиндра

. (3.55)