Разработка системы синхронизации положения траверсы гидравлического пресса усилием 75000тс

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В данной курсовой работе разработана система синхронизации положения

траверсы гидравлического пресса усилием 75000тс. Необходимость разработки

такой системы объясняется тем, что в процессе штамповки из-за

эксцентричного нагружения пресса происходит перекос траверсы относительно

нижнего штампа с заготовкой. Из-за перекосов траверсы появляется

клиновидность получаемых заготовок, т.е. ухудшаются их качественные

параметры, требуется дополнительная обработка в механическом цехе, что

ведет к повышению затрат на производство продукции. Причины возникновения

эксцентриситета нагрузки: несимметричность форм штампуемых изделий,

неравномерный нагрев заготовки, неравномерное остывание из-за специфики

формы изделия. Т.к. данные причины являются неустранимыми, то поддержание

параллельности траверсы относительно стола необходимо осуществлять с

помощью системы синхронизации.

Модернизация системы синхронизации позволит получать штампованные

заготовки высокой точности, снизится объем работ по дальнейшей обработке

деталей, снизится время обработки заготовок, повысится производительность,

а следовательно себестоимость получаемых изделий будет ниже. Т.о.

экономический эффект от использования системы синхронизации траверсы 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 перекоса

поперечины пресса, возросшее давление в одном синхронизирующем цилиндре

повышает давление в другом до выравнивания траверсы. Но в процессе

эксплуатации такой системы выявили ее малую надежность и точность. В

современных условиях требования к точности получаемых заготовок возросли,

поэтому появилась необходимость в разработке новой системы синхронизации

положения траверсы.

Рисунок 1.1 – Схема системы ограничения перекоса подвижной поперечины

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 возможен

набор усилия от 50 до 750 МН.

Пресс имеет привод от двухсекционной насосно-аккумуляторной станции

(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 возвратными

цилиндрами.

Система синхронизации действует по принципу изменения усилия в рабочих

цилиндрах при перекосе траверсы посредством регулирования количества

поступающей в них жидкости. Данное регулирование можно осуществлять

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 рабочее 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 горизонтальном

положении во время рабочего хода при эксцентричном нагружении пресса в том,

что освобождается рабочее пространство в нижней части траверсы, возможно

более точное поддержание необходимого давления штамповки.

Регулировать расход в рабочих (синхронизирующих) цилиндрах можно с

помощью напорного клапана, который включает в свой состав гидроцилиндр,

перемещение поршня которого регулирует расход жидкости через клапан в

рабочий гидроцилиндр. Т.о. стоит задача проектирования системы управления

перемещением поршня цилиндра напорного клапана в зависимости 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

чувствительного элемента используем датчик положения. В качестве

усилительно- преобразующего устройства применим дросселирующий

распределитель. Регулирующий орган – гидроцилиндр напорного клапана.

Важный элемент алгоритма работы системы синхронизации – определение

зависимости величины расхода жидкости в рабочем цилиндре от положения

траверсы. Для этого необходимо ввести в схему контроллер, который будет

обрабатывать информацию с датчиков положения и выдавать сигналы на

установку положения золотников в соответствующих дросселирующих

распределителях. В результате управляемые клапаны будут открываться и

закрываться на необходимую величину, подавая в синхронизирующие

гидроцилиндры определенную подачу рабочей жидкости.

Расход жидкости в каждом синхронизирующем цилиндре управляется

отдельно, по два цилиндра на одну насосную установку. Это решение

обусловлено конструктивными особенностями гидравлического пресса. Насосные

установки располагаются в верхней части пресса, непосредственно вблизи

напорных клапанов, регулирующих расход в синхронизирующих цилиндрах. Таким

образом предотвращаются потери давления по длине трубопровода 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 синхронизации, т.к. при

аварийных ситуациях, таких как отказ в работе приводного электродвигателя,

имеется возможность с помощью второй насосной установки вернуть

гидроцилиндры в исходное положение. Т.о. отказ в работе системы ограничения

перекоса не окажет существенного влияния на функционирования всей системы.

Для повышения надежности работы системы синхронизации необходимо

предусмотреть возможные аварийные ситуации. В основном это повышение

давления при выходе из строя гидроаппаратуры. При этом необходимо

сигнализировать о повышении давления в соответствующих точках схемы и при

необходимости отключить приводной электродвигатель для предотвращения

аварийных ситуаций.

Первоочередной задачей при разработке системы синхронизации положения

траверсы пресса является расчет управляемого впускного клапана, т.к. данный

гидроаппарат не является типовым и не имеет справочных данных. 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 устойчивость и

быстродействие.

Функциональная схема системы синхронизации приведена на рисунке 1.3.

Схема разработана в пакете AUTOCAD2000.

Рисунок 1.3 – Функциональная схема системы синхронизации положения

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:

[pic]

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.

[pic]

Тогда диаметр условного прохода и диаметр клапана:

[pic]

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:

[pic]

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:

[pic]

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 используем

гидроцилиндр исходя из следующих условий:

[pic] [pic] [pic]

где [pic] и [pic]- соответственно паспортное и заданное значения

толкающего номинального усилия на штоке;

[pic] и [pic]- соответственно паспортное и заданное значения

максимального хода штока гидроцилиндра;

[pic] и [pic]-соответственно паспортное и заданное максимальные значения

скорости движения штока.

Выбираем гидроцилиндр с односторонним расположением штока ЦРГ25Х12,

имеющий техническую характеристику:

D=25 мм; d=10 мм; [pic]=6 мм; [pic]=7400 Н; [pic]=1,5 [pic]; [pic]=0,95;

m=1,88 кг при номинальном давлении [pic][pic].

[pic]=7400 Н>[pic]=2512Н;

[pic] =1,5 [pic]>[pic]=0,1 [pic];

[pic]=6 мм>[pic]=4 мм.

Для выбранного типоразмера гидроцилиндра определяем расчётные значения

необходимого перепада давления и объёмного расхода жидкости [pic] на входе

в гидроцилиндр и [pic]- на выходе.

Эффективные площади поршня:

[pic];

[pic].

Необходимый перепад давления:

[pic].

Т.к. закрытие и открытие клапана должно проходить в минимальное короткое

время, то учитывая минимальное время срабатывания дросселирующего

распределителя 0,04с необходимая заданная скорость

(з=4/0,04=0,1м/с.

Расход жидкости:

[pic];

[pic].

где [pic]- необходимый перепад давления, [pic];

[pic]- давление в нагнетательной полости гидроцилиндра, [pic];

[pic]- давление в сливной полости гидроцилиндра, [pic] (при выборе

гидроцилиндра предполагается, что [pic]);

[pic]- диаметр поршня гидроцилиндра, м;

[pic]- диаметр штока гидроцилиндра, м;

[pic]- механический КПД гидроцилиндра;

[pic] и [pic]- соответственно объёмные расходы жидкости на входе (в

нагнетательном трубопроводе) и на выходе (в сливном трубопроводе)

гидроцилиндра,[pic].

2.3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТРУБОПРОВОДОВ

Гидравлический расчёт трубопроводов заключается в выборе оптимального

внутреннего диаметра трубы и в определении потерь давления по длине

трубопровода.

Расчётное значение внутреннего диаметра трубы

[pic]

где Q- расчётный объёмный расход жидкости в трубопроводе, [pic]

[(]- допускаемая скорость движения жидкости, [pic]

[pic]- диаметр трубы, м.

Допускаемая скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе

гидропривода выбирается по нормативным данным, в зависимости от расчётного

перепада давления р на исполнительном органе привода ([(]=3м/c).

[pic].

Из справочной литературы [1] выбираем внутренний диаметр бесшовной

холоднодеформируемой трубы так, чтобы действительный внутренний диаметр

трубы [pic] был равен расчётному значению [pic] или больше него, т.е.

[pic]

Принимаем бесшовные холоднодеформируемые трубы на нагнетательном и

сливном трубопроводе:

труба [pic] имеющая наружный диаметр 16 мм, толщину стенки 2 мм и

внутренний диаметр [pic]мм.

Определяем действительную скорость движения жидкости в нагнетательном и

сливном трубопроводах:

[pic]

[pic]

где Q- объёмный расход жидкости в трубопроводе, [pic]

Потеря давления при движении жидкости по нагнетательному трубопроводу

(участок АБ) и сливному трубопроводу (участок ВГ) определяется:

[pic][pic]

[pic],

где [pic]- потеря давления, [pic] [pic]- коэффициент сопротивления;

[pic]- плотность рабочей жидкости, [pic]; [pic] - длина участка

трубопровода, [pic] [pic] - внутренний диаметр выбранной трубы, [pic] [pic]

- действительная скорость движения жидкости по участку трубопровода, [pic]

Коэффициент сопротивления

[pic][pic];

[pic][pic],

где [pic] - число Рейнольдса.

Число (критерий) Рейнольдса

[pic];

[pic]

где [pic] - кинематический коэффициент вязкости рабочей жидкости (масло

И-20А), [pic].

2.4 ВЫБОР ГИДРОАППАРАТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ

Гидравлическая аппаратура выбирается из справочника при соблюдении

следующих условий:

[pic]

где [pic] и [pic] - соответственно номинальное паспортное давление

гидроаппарата и расчетный перепад давления на исполнительном органе

привода;

[pic] и [pic] - соответственно номинальный паспортный объемный расход

гидроаппарата и расчетный максимальный расход на входе в исполнительный

орган привода.

Для выбранного типоразмера гидроаппарата определяется действительная

потеря давления при прохождении расчетного расхода через гидроаппарат:

[pic]

Страницы: 1, 2