База рефератов

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:

где F_пл – площадь поршня цилиндра, обслуживаемого данным клапаном;

       u_пл – скорость поршня;

       u_к – скорость движения жидкости через клапан.

       При давлениях жидкости р=20-32Мпа u_к для клапанов выбирают до 20-30 м/c.

$IMAGE6$

            Тогда диаметр условного прохода и диаметр клапана:

$IMAGE7$

       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:

$IMAGE8$

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:

$IMAGE9$

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:

$IMAGE10$      $IMAGE11$  $IMAGE12$

где $IMAGE13$ и $IMAGE14$- соответственно паспортное и заданное значения толкающего номинального усилия на штоке;

  $IMAGE15$ и $IMAGE16$- соответственно паспортное и заданное значения максимального хода штока гидроцилиндра;

$IMAGE17$ и $IMAGE18$-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; $IMAGE19$=6 мм; $IMAGE20$=7400 Н; $IMAGE21$=1,5 $IMAGE22$; $IMAGE23$=0,95; m=1,88 кг при номинальном давлении $IMAGE24$ $IMAGE25$.

$IMAGE26$=7400 Н> $IMAGE27$=2512Н;

$IMAGE28$         =1,5 $IMAGE29$> $IMAGE30$=0,1 $IMAGE22$;

$IMAGE32$=6 мм> $IMAGE33$=4 мм.

Для выбранного типоразмера гидроцилиндра определяем расчётные значения необходимого перепада давления  и объёмного расхода жидкости $IMAGE34$ на входе в гидроцилиндр и $IMAGE35$- на выходе.

Эффективные площади поршня:

$IMAGE36$;

$IMAGE37$.

Необходимый перепад давления:

$IMAGE38$.

Т.к. закрытие и открытие клапана должно проходить в минимальное короткое время, то учитывая минимальное время срабатывания дросселирующего распределителя 0,04с необходимая заданная скорость

u_з=4/0,04=0,1м/с.

Расход жидкости:

$IMAGE39$;

$IMAGE40$.

где $IMAGE41$- необходимый перепад давления, $IMAGE42$;

$IMAGE43$- давление в нагнетательной полости гидроцилиндра, $IMAGE42$;

$IMAGE45$- давление в сливной полости гидроцилиндра, $IMAGE42$ (при выборе гидроцилиндра предполагается, что $IMAGE47$);

$IMAGE48$- диаметр поршня гидроцилиндра, м;

$IMAGE49$- диаметр штока гидроцилиндра, м;

$IMAGE50$- механический КПД гидроцилиндра;

$IMAGE51$ и $IMAGE35$- соответственно объёмные расходы жидкости на входе (в нагнетательном трубопроводе) и на выходе (в сливном трубопроводе) гидроцилиндра, $IMAGE53$.

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

$IMAGE54$

где Q- расчётный объёмный расход жидкости в трубопроводе, $IMAGE55$

[u]- допускаемая скорость движения жидкости, $IMAGE56$

$IMAGE57$- 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 ([u]=3м/c).

$IMAGE58$.

Из справочной литературы [1] выбираем внутренний диаметр бесшовной холоднодеформируемой трубы так, чтобы действительный внутренний диаметр трубы $IMAGE59$ был равен расчётному значению $IMAGE57$ или больше него, т.е.

$IMAGE61$

Принимаем бесшовные холоднодеформируемые трубы на нагнетательном и сливном трубопроводе:

труба $IMAGE62$ имеющая наружный диаметр 16 мм, толщину стенки 2 мм и внутренний диаметр $IMAGE63$мм.

Определяем действительную скорость движения жидкости в нагнетательном и сливном трубопроводах:

$IMAGE64$

$IMAGE65$

где Q- объёмный расход жидкости в трубопроводе, $IMAGE66$

Потеря давления при движении жидкости по нагнетательному трубопроводу (участок АБ) и сливному трубопроводу (участок ВГ) определяется:

$IMAGE67$ $IMAGE68$

$IMAGE69$,

где  $IMAGE70$- потеря  давления, $IMAGE68$  $IMAGE72$- коэффициент сопротивления; 

$IMAGE73$- плотность рабочей жидкости, $IMAGE74$; $IMAGE75$ - длина участка трубопровода, $IMAGE76$  $IMAGE77$ - внутренний диаметр выбранной трубы, $IMAGE76$  $IMAGE79$ - действительная скорость движения жидкости по участку трубопровода, $IMAGE80$

Коэффициент сопротивления

$IMAGE81$ $IMAGE74$;

$IMAGE83$ $IMAGE74$,

где $IMAGE85$ - число Рейнольдса.

Число (критерий) Рейнольдса

$IMAGE86$;

$IMAGE87$

где $IMAGE88$ - кинематический  коэффициент  вязкости  рабочей  жидкости (масло И-20А), $IMAGE89$. 

2.4 ВЫБОР ГИДРОАППАРАТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ

Гидравлическая аппаратура выбирается из справочника при соблюдении следующих условий:

$IMAGE90$

где $IMAGE91$ и $IMAGE92$ - соответственно номинальное паспортное давление гидроаппарата и расчетный перепад давления на исполнительном органе привода;

$IMAGE93$ и $IMAGE94$ -