Молоты / глава 2-3

36

А. И. Зимин указывает, что напряжения изгиба почти линейно возрастают до 300—320 МПа в интервале значений зазоров = 0...1,0 мм. При дальнейшем увеличении зазоров эта зависимость хотя и угасает, но напряжения могут достичь 350—370 МПа. Вместе с тем подчеркивается, что даже при очень жестком ударе с максимальным эксцентриситетом величина напряжений изгиба при нормальном зазоре не превышает 100—150 МПа. Этот факт хорошо объясним, так как чем меньше поворот бабы из-за ограниченного зазора, тем меньше параметры изгиба — деформация и напряжение. Поэтому слишком большие величины напряжений изгиба при ударе являются следствием ненормальных условий эксплуатации. Для их устранения нет необходимости в каких-либо конструктивных изменениях молота. Достаточно лишь строго выдержать зазоры между бабой и направляющими. В пределах требований на нормы точности для штамповочных молотов эти зазоры должны быть следующими: 0,20—0,35 мм на сторону для мелких и средних молотов и 0,40—0,50 мм — для крупных. Для ковочных молотов допускаются зазоры 0,25—0,375 мм на сторону независимо от размеров молота.

Для повышения прочности штоков полезны технологические мероприятия, устраняющие обработку металла в эксцентрично расположенных заготовительных и черновых ручьях в результате применения периодического проката или вальцованной заготовки.

2.8. Парораспределительный механизм и механизм управления

Принцип управления молотом заключается в регулировании дви­жения падающих частей по характеру цикла и скорости к началу удара. Для паровоздушной машины, а значит и для молота, текущие пара­метры движения поршня определяются соотношением сил, возбуждающих это движение или препятствующих ему. Силы эти создаются носителем энергии (паром или воздухом) и зависят от его энергонасыщенности Э, характеризующейся произведением объема носителя на дав­ление: Э = Vp.

Регулирование называется количественным, если соотношения меж­ду силами изменяются за счет объема энергоносителя, поступающих в рабочий цилиндр. Бели же изменяется качество энергоносителя, т. е. давление, то регулирование называется качественным. Количе­ственное регулирование можно осуществить, изменяя время открытия проходных сечений для впуска энергоносителя с начальными парамет­рами (свежего) в рабочий цилиндр или выпуска отработавшего. Качественное регулирование достигается дросселированием энергоноси­теля при протеками его через специальные переменные сечения с из­меняющимся сопротивлением.

Механизм, предназначенный для регулирования параметров энергоносителя, называется парораспределительным. Рабочие органы этого механизма могут выполняться в виде:

• клапанный устройств, в которых подъем клапанов от седловины открывает проход энергоносителю, а посадка на место прекращает;

• золотниковых устройств, в которых полки цилиндрического или плоского золотника в ходе возвратно-поступательного движения перекрывают отверстия (окна) золотниковой втулки или плиты, прекращая впуск свежего энергоносителя или начиная выпуск отработавшего;

• крановых устройств, в которых проходные окна открываются или закрываются поворотом внутренней втулки относительно наружной.

При помощи клапанного устройства можно обеспечить большие площади проходных сечений и, следовательно, впуск или выпуск больших порций энергоносителя. Однако при эксплуатации клапанных устройств обнаруживается повышенный износ и увеличенные в связи с этим утечки энергоносителя. От плоских золотников из-за их нескомпенсированности в настоящее время отказались. Цилиндрические золотники — наиболее распространенная конструкция устройства количественного регулирования. Поворотные устройства, позволяющие тонко изменять проходные сечения, применяются для качественного регулирования и обычно называются дросселями.

Перемещение рабочих органов парораспре­дели­тельного механизма производит механизм управления, образующий кинемати­ческую цепь из качающихся рычагов и поступательно движущихся тяг. Механизм управления приводится в движение:

• непосредственно кузнецом или машинистом молота, воздействующим на конечное звено кинематической цепи (рукоять, педаль);

• ходом бабы, воздействующей на особое звено, связанное с остальной цепью управления.

Первый тип управления называется ручным, второй — автоматическим. Если управление устроено так, что оказывается возможным ручное и автоматическое управление, то оно называется смешанным.

Рассмотрим работу органов парораспределения и механизма управ­ления штамповочного и ковочного молотов в типовом исполнении ВЭКПО им. Калинина.

Штамповочный молот. Золотниковый механизм для регулирования количества пара (или воздуха), поступающего в главный цилиндр, включает втулку 7 (см. рис. 2.6), вертикально установленную в той части корпуса 3 рабочего цилиндра, которая обычно называется зо­лотниковой коробкой, и двухполочный золотник 6 с его скалкой 5 для связи с механизмом управления. Втулка имеет три ряда окон. Верхний и нижний ряды соединяют при помощи соответствующих каналов полости золотниковой коробки с верхней и нижней полостями ци­линдра, а средний — с полостью дросселя, а через него — с подводящей трубой 12 свежего пара. Сквозная полость внутри золотника соединяет­ся с выхлопной трубой 10 отработав­шего пара. За счет изменения поло­жения полости, отсеченной полками золотника и стенкой втулки, обеспе­чивается попеременное соединение верхнего и нижнего рядов окон со средним на впуск свежего пара. Через ряд окон, находящихся в это время за внешней кромкой золотника, происходит выпуск отработавшего пара (из верхних окон — через внутреннюю полость золотника).

Золотниковый механизм успешно работает, если выполнено важнейшее условие : золотник быстро и плавно опускается во втулке по всей длине под действием силы тяжести. Для этого зазор между втулкой и золот­ником назначается из расчета 0,1 мм на 100 мм диаметра с обязательной при­тиркой. Втулка и золотник в послед­них моделях штамповочных молотов изготовлены из СЧ 21.

Дроссель кранового типа состоит из наружной втулки 8, неподвижно установленной в золотниковой короб­ке, и внутренней 9, скалка 13 которой соединена с механизмом управ­ления. Обе втулки имеют окна, совпадение которых обеспечивает максимальный проход для свежего пара. Поворотом внутренней втулки площадь окон уменьшается вплоть до полного перекрытия с прекращением доступа свежего пара.

Рис. 2.9. Механизм управления штамповочного молота

В состав механизма управления (рис. 2.9) входят следующие детали: педаль 14, ось которой закреплена в приливах шабота; тяга 13, шарнирно соединенная с рычагом 1; пружина 12, удерживающая ры­чаг 1, а следовательно, и педаль 14 в верхнем положении; контроллер 11, состоящий из наружного обода с тягами 2 и 10 к рычагу 1 и балансиру 4, а также внутреннего поворот­ного диска с ручкой, сцепленного тягой 9 с рычагом 8 скалки дросселя; балансир 4 (двупле­чий рычаг), ось качания которого укреплена в стойке молота; сабля 3 (кривой двупле­чий рычаг), качающаяся на оси левого плеча балансира, причем сабля контактирует с плоским скосом бабы, а ее правое плечо шарнирно соединено с тягой 5, идущей к внешнему плечу рычага 6, сред­нее плечо которого через серьгу 7 связано со скалкой золотника. Такое устройство механизма управления дает возможность:

• менять установочное положение дросселя, поворачивая его внутреннюю втулку, а золотника — поднимая или опуская его при помощи скалки;

• обеспечивать движение золотника, при котором падающие части автоматически совершали бы цикл холостых катаний или управляемых единичных ходов с нанесением полных или неполных ударов.

Для управления дросселем предназначен контроллер. При длительных перерывах в работе ручку контроллера устанавливают горизонтально, в результате чего рычаг скалки повора­чивается вверх на 15° и окна перекрываются (рис. 2.10, а). Для осуществления пуска ручку контроллера поворачивают вниз и рычаг скалки переводится тягой в горизонтальное положе­ние. Окна дросселя открываются примерно на половину своего полного проходного сечения (рис. 2.10, б).

Рис. 2.10. Схема работы контроллера

Пока педаль молота не нажата, золотник занимает исходное положение (рис. 2.11, а): нижний ряд окон втулки полностью открыт на впуск свежего пара (с. п.) в нижнюю полость рабочего цилиндра, а верхний соединен с выхлопной трубой, и из верхней полости происходит выпуск отработавшего пара (о. п.). В результате начинается подъем падающих частей. Тотчас вступает в действие кинематическая цепь, связывающая бабу с золотником (рис. 2.9); скос бабы нажимает на саблю, поворачивая ее против часовой стрелки вокруг оси левого плеча неподвижного балансира. Правое плечо сабли при этом подни­мается, автоматически поднимается и золотник. Сначала он отсекает окна (рис. 2.11, б), затем соединяет нижние окна с выхлопной трубой, а верхние приоткрывает на впуск свежего пара. В конце хода вверх, пройдя путь величиной h_m, золотник занимает положение, указанное на рис. 2.11, в.

Движение по принципу «падающие части вверх — золотник тоже вверх» с предваряющим открытием верхних окон обеспечивает гашение кинетической энергии падающих частей на сжатие пара в верхней полости цилиндра. Это не только предотвращает удар в крышку ци­линдра, но и (самое главное) позволяет падающим частям после достижения к. в. п. немедленно реверсировать свое движение под действием большой силы противодавления верхнего пара.

Сабля при ходе вниз поворачивается по часовой стрелке. Золотник опускается, переходя из позиции в в б, а затем в а, вновь копируя дви­жение падающих частей. Из-за относительно низкого начального по­ложения золотника нижние окна не полностью открываются на вы­пуск пара из-под поршня. Это тормозит падающие части, приводя к мгновенной остановке в промежуточном положении с недоходом до к. н. п. и немедленному реверсу движения.

Рис. 2.11. Перемещения золотника при управлении молотом

При полуоткрытом дросселе и не нажатой педали реверсивное движение падающих частей выполняется сколь угодно долго и состав­ляет цикл холостых качаний. Соотношение между величинами ходов золотника h и падающих частей H в любой период этого цикла подчи­нено линейной закономерности

h = k_э H, (2.3)

где k_э – коэффициент кратности; для молотов с м. п. ч. 630—3150 кг k_э = 0,025...0,040, а для молотов с м. п. ч. 5000—16000 кг k_э = 0,050...0,066.

Если теперь при подходе падающих частей к к. в. п. до конца нажать педаль; то: во-первых, опустится контроллер и тяга к рычагу скалки дросселя дополнительно повернет внутреннюю втулку, полностью открывая окна (рис. 2.10, в); во-вторых, левое плечо балансира поднимается, передвигая золотник на величину h_п„ в самое высокое положение (рис. 2.11, г), при этом сабля, двигаясь вверх, проскользнет по скосу, но сохранит с ним контакт.

В течение всего хода вниз педаль выдерживается нажатой, поэтому ось вращения сабли неподвижна в своем верхнем положении. Однако сабля при падении бабы может поворачиваться вокруг этой оси. Движение сабли обеспечивается силой тяжести, опускающей золотник пропорционально ходу падающих частей. При подходе падающих частей к к. н. п., т. е. перед ударом, золотник занимает позицию д {рис. 2.11), оставляя верхние окна чуть приоткрытыми на впуск све­жего пара, а нижние — на выпуск.

В течение всего хода вниз верхние окна открыты на впуск, в ре­зультате чего в верхнюю полость цилиндра постоянно вводится свежий пар, энергия которого непрерывно ускоряет движение падающих частей. Нижние окна открыты на выпуск, что создает минимально воз­можное сопротивление со стороны отработавшего пара в нижней поло­сти. В результате к моменту достижения к. н. п. падающие части приобретают максимальную скорость и производят полный удар с максимальной энергией.

Тотчас после удара штамповщик отпускает педаль. Под действием отжимной пружины балансир опускает золотник в положение а (рис. 2.11), а дроссель занимает позицию б (рис. 2.10). Парораспределительный механизм оказывается в исходном положении, и падающие части начинают первый холостой ход вверх. Если при подходе к к. в. п. штамповщик вновь нажмет педаль, падающие части пойдут вниз и произведут удар без разделения циклом качаний. Если же рабочему надо осуществить вспомогательные операции, например взять новую заготовку, то при свободной педали падающие части начнут качаться и очередной удар .последует только после нажатия ее.

Глубина нажатия на педаль несколько возрастает при увеличении номинала молота: в моделях молотов ВЗКПО им. Калинина с массой падающих частей 630—3150 кг она изменяется от 55 до 80 мм. Подъем золотника от педали не превышает -70—75 % его полного хода от сабли:

h_п = (0,70...0,75) h_m. (2.4)

Если педаль нажата частично, то подъем золотника происходит не до высшего положения (рис. 2.11, г), а ниже. Поэтому при автоматическом опускании золотника от хода падающих частей возможна не только отсечка верхних и нижних окон, но и открытие нижних окон на впуск, а верхних — на выпуск. В результате поступление пара в верхнюю полость цилиндра на разгон падающих частей сократится, а сопротивление пара в нижней полости увеличится, поэтому конечная скорость в к. н. п. уменьшится и произойдет неполный удар с энергией тем меньше максимальной, чем меньше нажата педаль.

Механизм управления штамповочного молота позволяет работать и сериями очень легких автоматических последовательных ударов при чуть нажатой педали. По сути это преобразо­ванный цикл качаний, когда из-за приподнятого золотника в верхнюю полость поступает столько свежего пара, что его энергии достаточно для совершения полного хода с нанесением удара. Однако противодавление нижнего пара оказывается большим, так как золотник от сабли опускается слишком низко, и падающие части без задержки в к. н. п. после лег­кого удара немедленно начинают подъем при нажатой педали.

Профиль сабли строится графическим способом с учетом обеспечения прямой пропор­циональности хода золотника h ходу падающих частей Н и минимального износа трущихся поверхностей сабли и бабы.

Ковочный молот. У ковочных молотов наблюдается большое разнообразие схем парораспределения и управления. Рассмотрим управление унифицированным парораспределительным механизмом молота М1343 с массой падающих частей 2 000 кг выпуска ВЗКПО им. Калинина.

Механизм управления (рис. 2.12) обеспечивает возможность нанесе­ния управляемых единичных ударов, держание падающих частей на весу, а также прижим поковки и состоит из рукоятки 9 дросселя с тя­гой 6 к рычагу 3; рукоятки 8 золотника; балансира 5 с осью качания в станине молота; сабли 7 с осью качания в балансире. Правое плечо сабли шарнирно соединено тягой 4 через двуплечий рычаг 1 и серьгу 2 со скалкой золотника.

Рис. 2.12. Механизм управления ковочным молотом

Перед началом работы рукоятка 9 находится внизу и поэтому дроссельные окна перекрыты. Для доступа пара в золотниковую коробку эту рукоятку поднимают. Золотник в исходном положении (падающие части внизу) также опущен, наполовину приоткрывая нижние окна на впуск свежего пара (рис. 2.13, а). Поэтому падающие части тотчас после подъема рукоятки 9 начинают ход вверх. Теперь при по­мощи сабли в действие вводится кинематическая связь бабы с золот­ником. Поворот сабли против часовой стрелки автоматически поднимает золотник на величину h_m, отсекая полости цилиндра (рис. 2.13, б). В результате дальнейший подъем падающих частей происходит только за счет энергии расширения отсеченного объема пара. Как только будет достигнуто равновесие подъемной силы нижнего пара и сил сопро­тивления (силы тяжести, силы трения, верхнего противодавления), падающие части остановятся и осуществится цикл держания их на весу в к. в. п.

Для нанесения удара резко опускают рукоятку 8 (рис. 2.12). Золотник дополнительно поднимается на h_п, открывая верхние окна на впуск, а нижние — на выпуск (рис. 2.13, в). Падающие части под действием давления свежего пара, поступающего в верхнюю полость цилиндра, и силы тяжести устремляются вниз. При этом ру­коятка остается неподвижной, но золотник, благодаря сабле, автома­тически опускается на h_m, сначала уменьшая проходные сечения верх­них окон на впуск и соответственно нижних окон на выпуск, а затем и перекрывая их (рис. 2.13, г). Для возвращения золотника после удара в исходное положение смещают рукоятку 8 вверх лишь настолько, чтобы золотник опустился на h_п в начальную позицию (рис. 2.13, а). После этого падающие части вновь начинают подъем до к. в. п.

Итак, автоматическая часть механизма управления ковочного молота, несмотря на внешнее сходство, выполняет совершенно иные функции, нежели у штамповочного. Здесь сабля предназначена для того, чтобы, во-первых, обеспечить автоматическую отсечку нижнего пара при ходе вверх для предотвращения сильного удара в крышку и удержать падающие части на весу, а, во-вторых, облегчить труд маши­ниста, уменьшая почти вдвое амплитуду качания рукоятки золотника.

Для нанесения полного удара рукоятку 8 нажимают полностью, и золотник совершает ход вверх h_п. При неполном ударе ход рукоятки уменьшают. Подъем золотника уменьшается, а от сабли при ходе падающих частей вниз верхние и нижние окна полностью перекры­ваются опускающимся золотником.

Рис. 2.13. Перемещения золотника при

управлении молотом

Цикл прижима осуществляется так. Когда падающие части нахо­дятся в к. в. п., машинист немного опускает рукоятку золотника, приоткрывая нижние окна, и тут же закрывает их, поднимая рукоятку. Порция нижнего пара уходит на выхлоп, и баба слегка опускается. Совершая такие качания рукояткой, машинист плавно опускает падаю­щие части на поковку, а затем резким движением рукоятки вниз впускает верхний пар.

Экономичность работы ковочного молота достигается качественным регулированием энергоносителя. В зависимости от условий эксплуа­тации: машинист на основе своего опыта устанавливает несколько положений дросселя, соответствующих наименьшему расходу пара. Для фиксации этих положений на рукоятке дросселя есть защелка, при помощи которой рукоятка закрепляется на зубчатом секторе станины.

2.9. Система смазки

В современных молотах применяется комбинированный способ смазки минеральными маслами или консистентными смазками. Выбор системы смазки и смазочного материала зависит от условий работы сопрягаемых деталей или узлов.

От приводной маслостанции, состоящей из плунжерного насоса с электродвигателем и установленной на специальной стойке рядом с молотом, непрерывно подается цилиндровое масло марок 11 или 24 для смазки цилиндра, золотника и дросселя.

Направляющие и скос под саблю смазывают вручную смесью из 70 % цилиндрового масла, 10 % цинковых белил и 20 % коллоидного графита.

Контактные плоскости, например стоек с шаботом, шприцуют солидолом УС-3. Все подшипники качения смазывают консталином УТ-1, а скольжения — цилиндровыми маслами.

2.10 Фундаменты

Молоты монтируют на фундаментах — массивных железобетонных блоках, которые могут опираться непосредственно на грунт, упругие амортизаторы и подвижные пневмоопоры.

Фундаменты, подошва которых опирается на грунт. На этих фундаментах смонтировано большинство молотов. В конструкциях таких фундаментных блоков для штамповочных и ковочных молотов имеются некоторые различия.

Фундамент для штамповочного молота — это цельнолитой блок в форме прямоугольного параллелепипеда с выемкой в верхнем торце (см. рис. 2.2). На дно выемки укладывают подшаботную проклад­ку (подушку) из нескольких рядов деревянных плит. На эту проклад­ку устанавливают шабот молота и фиксируют его в выемке при помо­щи двух продольных и двух поперечных брусьев-распорок без жест­кого крепления их к фундаменту. Для удобства работы линию разъема штампов располагают на высоте 840 мм над уровнем пола и соответ­ственно заглубляют подошву шабота и верхний торец блока. До уров­ня пола делают засыпку сухим песком. Справа в фундаменте преду­сматривают отверстие для стойки маслостанции.

Плиты прокладки — это квадратные брусья, изготовленные из ка­чественного дуба или бука после воздушной сушки их на влажность до 20—25 %. Брусья стягивают болтами и располагают так, чтобы во­локна брусьев верхних плит были перпендикулярны к волокнам ниж­них. Высота деревянной прокладки составляет 400... 1800 мм для мо­лотов с м. п. ч. 630...25000 кг.

Поверхность выемки в блоке, на которую опирается прокладка, должна быть строго горизонтальна. Если при изготовлении фундамента был допущен перекос, то устранять его при помощи цементной под­ливки нельзя из-за выкрашивания ее при работе молота. Горизонталь­ности добиваются, стесывая лишний бетон.

Железобетонные блоки для ковочных молотов также делают цельнолитыми. Стойки ковочного молота крепятся отдельно, поэтому в фун­даменте предусматривают колодцы для стяжных болтов (см. рис. 2.1). Выемка под шабот здесь значительно глубже, так как он весь распола­гается ниже уровня пола. Подшаботная прокладка также деревянная из нескольких рядов плит. Рекомендуется класть однорядные дере­вянные плиты и под подошвы стоек.

Во время удара шабот подвергается воздействию силового импульса и, начиная перемещаться вниз, сжимает подушку, а через блок оказывает давление на грунт. В процессе нагружения прокладки и грунта создается энергетический потенциал, поэтому последующая разгрузка связана с возникновением колебательного движения обеих масс. При этом амплитуда колебаний фундаментного блока может до­стигать большой величины (1,5 мм и более). Под действием неоднократ­ного динамического нагружения в грунте от фундаментного блока распространяются поперечные и продольные упругие волны, которые и называются вибрациями.

Вибрации приводят к нежелательным последствиям: 1) под дейст­вием вибраций изменяются механические свойства грунта. Это вызы­вает неравномерную осадку строительных сооружений и может явиться причиной повреждения; 2) даже в далеко расположенных зданиях ис­кажаются показания приборов, начинает вибрировать технологиче­ский инструмент, обваливаются земельные литейные формы и т. п. 3) основная частота виброколебаний находится в интервале инфразвуковых частот и чаще всего в той области, которая обладает наиболее вредным физиологическим воздействием на человека.

Рис. 2.14. Виброизолированный фундамент

Рис. 2.15. Пружинный аммортизатор Рис. 2.16. Резиновый виброгаситель

Опорные виброизолированные фундаменты (рис. 2.14). Они при­меняются для того, чтобы смягчить воздействие ударного импульса на грунт и предупредить распространение упругих волн. В этих фун­даментах на грунт опирается железобетонный короб 2. Фундаментный блок 1 обычной конструкции свободно устанавливают на расположенных на дне короба амортизаторах 4 и виброгасителях 3.

Амортизаторы воспринимают большую часть энергии первого сме­щения фундаментного блока после удара, осуществляя этим его виброизоляцию. Воздействие на грунт будет тем меньше, чем больше масса блока или амплитуда упругого сжатия амортизаторов (рис. 2.15) — пружинных блоков из локомотивных и вагонных пружин. Однако пружинные амортизаторы очень слабо рассеивают энергию колебаний фундаментного блока, поэтому необходимы еще и виброгасители (рис. 2.16). Чаще всего для них используют резиновые подушки с большим внутренним трением.

Приближенный расчет виброизолированного фундамента рассматривается в курсе САПР технологических процессов и оборудования КШП. Суть расчета виброизолированного фундамента заключается в определении массы фундаментного блока, количества и жесткости пружин и удельного давления подошвы на грунт. Ограничением при этом является максимальная амплитуда и частота колебаний фундамента после удара.