Донбаська державна машинобудiвна академiя

Корчак Олена Сергiївна

УДК 621.22.011

УДОСКОНАЛЕННЯ РЕЖИМIВ РОБОТИ

КОВАЛЬСЬКИХ ПРЕСIВ З

НАСОСНО-АКУМУЛЯТОРНИМ ПРИВОДОМ

ПРИ РОЗВАНТАЖЕННI ТА ЗВОРОТНОМУ ХОДI

Спецiальнiсть
05.03.05 —процеси та машини обробки тиском

Автореферат

диссертацiї на здобуття вченого ступеня
кандидата технiчних наук

Краматорськ, 2007

Дисертацiєю є рукопис.

Роботу виконано у Донбаськiй державнiй машинобудiвнiй академiї
(ДДМА) Мiнiстерства освiти i науки України (м. Краматорськ).

Науковий кандидат технiчних наук, доцент
керiвник: Шинкаренко Олег Михайлович,

доцент кафедри “Машини та технологiя обробки металiв
тиском”, Донбаська державна машинобудiвна академiя.

Офiцiйнi доктор технiчних наук, професор
опоненти: Iскович-Лотоцький Ростислав Дмитрович

завiдувач кафедри “Металорiзальнi верстати i обладнання
автоматизованих виробництв”, Вiнницький нацiональний
технiчний унiверситет.

Провiдна
установа:

кандидат технiчних наук, доцент
Гожiй Сергiй Петрович

доцент кафедри “Механiка пластичностi матерiалiв та
ресурсозберiгаючих процесiв”, Нацiональний технiчний
унiверситет “Київський полiтехнiчний iнститут”.

Запорiзький нацiональний технiчний унiверситет Мiнi-
стерства освiти i науки України, кафедра “Обробка металiв
тиском”

Захист вiдбудеться “27” червня 2007 р. о 10 на засiданнi спецiалiзо-
ваної вченої ради Д 12.105.01 Донбаської державної машинобудiвної академiї
(84313, м. Краматорськ, вул. Шкадiнова, 72, 1-навчальний корпус, 1319)

З дисертацiєю можна ознайомитись у бiблiотецi Донбаської держав-
ної машинобудiвної академiї (84313, м. Краматорськ, вул. Шкадiнова, 72,
1-навчальний корпус)

Автореферат розiслано “24” травня 2007 р.

Вчений секретар
спецiалiзованої вченої ради
Д 12.105.01 к.т.н., доцент

Ю.К. Доброносов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Розробка та освоєння нових ресурсозберiгаючих технологiй в машино-
будуваннi є одним iз найбiльш прiоритетних напрямкiв при створеннi конкурентоспроможної продукцiї в ринкових умовах. Це потребує пiдвищення
технiчного рiвня виробництва за рахунок впровадження нових технологiй та
обладнання. На теперiшнiй час Україна займає важливе мiсце серед свiто-
вих виробникiв поковок та розробникiв ковальсько-пресового обладнання. В
той же час наявнiсть великої кiлькостi фiзично та морально зстарiлого парку
ковальсько-пресових машин потребує розробки та впровадження кардиналь-
но нових та прогресивних рiшень, спрямованих на пiдвищення технiко-еко-
номiчних показникiв зазначеного обладнання, до числа якого вiдносяться
ковальськi гiдравлiчнi преси з насосно-акумуляторним приводом (НАП).

Актуальнiсть теми. Досвiд експлуатацiї ковальських пресiв з НАП
дозволяє стверджувати, що розгiн та гальмування рухомої поперечини на
зворотному ходi, а також розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску є
важливими етапами машинного циклу, що визначають продуктивнiсть преса
та особливостi динамiки його роботи.

Iснуючi математичнi моделi зворотного ходу та розвантаження робочих
цилiндрiв вiд тиску не дозволяють провести глибокий аналiз процесiв, що
вiдбуваються в цi перiоди, та розробити рацiональнi режими їх здiйснення.

Затримка при розвантаженнi робочих цилiндрiв вiд тиску по довготри-
валостi дорiвнює основному ходу деформування та складає приблизно 25%
часу робочого циклу преса. При робочих ходах з великим кiнцевим тиском у
цилiндрах час розвантаження подовжується. Це, крiм зниження продуктив-
ностi преса, значно збiльшує час контакту бойкiв з гарячим металом, що
прискорює їх зношення та охолодження заготовки. Гальмування рухомої по-
перечини у верхньому положеннi здiйснюється шляхом закриття впускного
клапана зворотних цилiндрiв. Цей процес супроводжується коливаннями, гi-
дроударами, вакуумуванням гiдросистеми та пiдсосом зовнiшнього повiтря,
що є небажаним та може призвести до порушення роботи приводу.

Дiючi системи керування зворотним ходом та розвантаженням робо-
чих цилiндрiв вiд тиску не вiдповiдають вимогам забезпечення швидких та
безударних режимiв здiйснення цих процесiв.

У вiдповiдностi з викладеним, удосконалення роботи ковальських пре-
сiв з НАП на зворотному ходi та при розвантаженнi робочих цилiндрiв вiд
тиску є актуальним та має важливе наукове та практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами органiзацiї. Тема дисерта-
цiї вiдповiдає науковому напрямку “Розробка ресурсозберiгаючих техноло-
гiй i машин обробки тиском” однiєї з провiдних наукових шкiл Донбаської
державної машинобудiвної академiї. Дисертацiйну роботу виконано в межах
держбюджетної науково-дослiдної роботи (НДР) Мiнiстерства освiти i на-

уки України, що проводилася на кафедрi “Машини та технологiя обробки
металiв тиском” (МТО) ДДМА (ДК-02-02 №держ. реєстр. 0103U004446),
а також в межах мiжнародної госпдоговiрної НДР (№ UA-01-2006).

Мета та задачi дослiдження. Метою дисертацiйної роботи є: пiдви-
щення продуктивностi та надiйностi ковальських пресiв з НАП на основi
розробки рацiональних з швидкодiї режимiв їх роботи при розвантаженнi
робочих цилiндрiв вiд тиску та зворотному ходi, а також нових пристроїв та
рекомендацiй для реалiзацiї у виробництвi.

Для досягнення поставленої мети в дисертацiйнiй роботi поставлено
та вирiшено наступнi основнi задачi:

-

-

-

-

Об'єкт дослiдження. Ковальськi преси з насосно-акумуляторним при-
водом.

Предмет дослiдження. Процеси, що вiдбуваються у гiдроприводi ко-
вальських пресiв з НАП на рiзних етапах зворотного ходу та пiд час роз-
вантаження робочих цилiндрiв вiд тиску з урахуванням їх взаємозв'язку, а
також вплив цих процесiв на продуктивнiсть та надiйнiсть роботи преса.

Методи дослiдження. Основними методами при плануваннi та про-
веденнi дослiджень, розробцi аналiтичних залежностей, аналiзi та обробцi
результатiв дослiджень є:

-

-

-

-

процесу розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску;

- методи теорiї iмовiрностi та математичної статистики для обробки резуль-
татiв дослiджень.

Наукова новизна. Наукову новизну дисертацiйної роботи складають
наступнi основнi її результати та положення:

-

-

-

Практична цiннiсть роботи. Практичну цiннiсть дисертацiйної робо-
ти складають наступнi її результати:

-

-

-

Результати роботи у виглядi програмних продуктiв, практичних рекоменда-
цiй та технiчних рiшень, спрямованих на досягнення рацiональних з швид-
кодiї режимiв роботи пресiв при розвантаженнi робочих цилiндрiв вiд тиску
та зворотному ходi прийнято до впровадження Самарським металургiйним
заводом СМЗ-Alcoa (м. Самара, Росiя), а також використано:

-

-

-

Особистий внесок здобувача. Автором розроблено математичнi моде-
лi та встановлено закономiрностi окремих етапiв зворотного ходу i процесу
розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску, сформульовано практичнi реко-
мендацiї з удосконалення та рацiонального проектування систем керування
ковальськими пресами з НАП. Проведено експериментальнi дослiдження
зворотного ходу та процесу розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску.
Розроблено практичнi рекомендацiї для рацiонального здiйснення цих ре-
жимiв та системи безударного розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску i

гальмування поперечини у верхньому положеннi, а також ряд елементiв та
вузлiв керування цими процесами.

Апробацiя результатiв дисертацiї. Основнi положення дисертацiйної
роботи, науковi та практичнi результати було повiдомлено на 6 мiжнародних
науково-технiчних конференцiях:

- “

- “

- “

-

- “

- “

Публiкацiї. Матерiали дисертацiйної роботи опублiковано у 8 друко-
ваних роботах, з яких 5 опублiковано у 5 спецiалiзованих виданнях, якi
включено до перелiку ВАК України, 1 статтю опублiковано у зарубiжно-
му виданнi (м. Тула, Росiя). Новi технiчнi рiшення захищено 6 патентами
України, отримано 3 рiшення про видачу патентiв.

Структура та обсяг роботи. Дисертацiя складається iз вступу, ше-
сти роздiлiв, висновкiв, списку використаних джерел та додаткiв. Загаль-
ний обсяг роботи 217 сторiнок, у тому числi 128 сторiнок основного тексту,
71 малюнок на 59 сторiнках, 2 таблиць на 3 сторiнках, список використаних
джерел iз 117 найменувань та 10 додаткiв на 27 сторiнках.

ОСНОВНИЙ ЗМIСТ РОБОТИ

У вступi приведено загальну характеристику роботи, обґрунтовано
актуальнiсть теми дисертацiї, її зв'язок з науковими програмами, сформу-
льовано мету та задачi дослiджень, дано опис об'єкту, предмету та методiв
дослiдження, визначено наукову новизну та практичну цiннiсть отриманих
результатiв, а також особистий внесок здобувача та апробацiю результатiв
дисертацiї.

Аналiз iснуючих способiв, методiв розрахунку та пристроїв керування
зворотним ходом ковальських пресiв з насосно-акумуляторним

приводом

На основi теоретичного аналiзу було встановлено, що розвантаження
робочих цилiндрiв вiд тиску, розгон та гальмування поперечини на зворо-

тному ходi є важливими етапами машинного циклу преса, якi визначають
його технiко-економiчнi показники.

Великий внесок у вивчення динамiки гiдравлiчних пресiв та удоско-
налення систем їх керування внесли Бєляєв С.М., Бочаров Ю.О., Васи-
льєв Б.П., Кресин В.А., Лiнц В.П., Лижнiков Є.I., Попов М.I., Празднi-
ков А.В., Розанов Б.В., Синицький В.М., Топалер С.М., Устiнов В.Є., Шин-
каренко О.М., а також ряд iнших вчених та спецiалiстiв.

Вiдомi математичнi моделi розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску
та руху поперечини на зворотному ходi не враховують змiну опору регулю-
ючого клапану пiд час його вiдкриття та закриття, характеристику клапана,
частку опору клапана у загальному опорi магiстралi i тому не дозволяють
провести повний аналiз динамiчних процесiв, що вiдбуваються упродовж
цих перiодiв, та розробити рацiональнi режими для їх здiйснення.

Конструкцiї наповнювально-зливних клапанiв (НЗК) не забезпечують
запобiгання гiдроудару у зливнiй магiстралi, а також є нерацiональними з
точки зору тривалостi процесу розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску.

Iснуючi системи керування не забезпечують рацiональних режимiв
розгону та гальмування поперечини на зворотному ходi, а також швидкого
та безударного розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску.

Напрям i методика проведення дослiджень зворотного ходу та

процесу розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску ковальських

пресiв з насосно-акумуляторним приводом

Дослiдження зворотного ходу та процесу розвантаження робочих ци-
лiндрiв вiд тиску ковальських пресiв з НАП спрямовано на пiдвищення їх
продуктивностi та надiйностi. В основу дослiджень покладено теоретико-
експериментальний метод. Цей метод покладено також в основу визначення
основних параметрiв ковальських пресiв з НАП, якi необхiднi для побуду-
вання та аналiзу математичних моделей зворотного ходу та процесу розван-
таження робочих цилiндрiв вiд тиску. Побудування математичних моделей
здiйснювалося на базi диференцiйних рiвнянь Даламбера руху поперечи-
ни, рiвнянь рiвностi витрати, рiвнянь теорiї коливань та теорiї пружностi.
Для рiшення систем нелiнiйних диференцiйних рiвнянь другого порядку за-
стосовано чисельний метод Рунге-Кутта. Обробку результатiв дослiджень
здiйснювали методами теорiї вiрогiдностi та математичної статистики.

Експериментальнi дослiдження проводили в два етапи. На першому
етапi дослiджували ковальськi преси зусиллям 60 МН заводу “Днiпроспец-
сталь” (м. Запорiжжя) та 100МН Новокраматорського машинобудiвного за-
воду (м. Краматорськ) в промислових умовах. На другому етапi здiйснюва-
ли дослiдження процесу прискореного розвантаження робочих цилiндрiв вiд
тиску на спецiально збудованiй лабораторнiй установцi.

Експериментальнi дослiдження ковальських пресiв з НАП в проми-
слових умовах дозволили виявити динамiчнi особливостi зворотного ходу
та процесу розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску, а в лабораторних
умовах — дослiдити процес прискореного розвантаження робочих цилiндрiв
вiд тиску та розробити рекомендацiї для його реалiзацiї у виробництвi.

Експериментальне дослiдження зворотного ходу та процесу

розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску ковальських пресiв з

насосно-акумуляторним приводом в промислових умовах

Упродовж дослiджень фiксували такi параметри: хiд рухомої попере-
чини, тиск в робочих та зворотних цилiндрах, а також у трубопроводi, що
пiдводить, вiд насосно-акумуляторної станцiї (НАС), хода зливних та впу-
скних клапанiв робочих та зворотних цилiндрiв, хiд НЗК.

Динамiчнi особливостi зворотного ходу та розвантаження робочих ци-
лiндрiв вiд тиску преса зусиллям 60МН дослiджували в процесi проми-
слового кування i в спецiальних режимах. З цiєю метою опускали рухому
поперечину на бойок без поковки, здiйснювали натискання бойка на бойок з
тривалою витримкою пiд тиском НАС, розвантаження робочих цилiндрiв вiд
тиску, пiдняття поперечини уверх та гальмування її у верхньому положеннi.

В ходi дослiджень визначено параметри ковальських пресiв, необхiднi
для побудування математичної моделi зворотного ходу.

Встановлено, що сповiльнене скидання тиску iз робочих цилiндрiв пi-
сля робочого ходу суттєво знижує продуктивнiсть преса, затягує початок
руху поперечини уверх, призводить до бiльш iнтенсивного охолодження за-
готовки та перегрiву бойкiв. Практично вiдсутнi регулюючi властивостi у
впускного клапана зворотних цилiндрiв, в наслiдок чого при гальмуваннi
поперечини у верхньому положеннi має мiсце її великий вибiг уверх пi-
сля закриття клапана, падiння тиску та вакуумування рiдини у зворотних
цилiндрах, пiдсос зовнiшнього повiтря в цилiндри, сповiльнений реверс по-
перечини, який супроводжується коливаннями та гiдроударами.

Математичне моделювання динамiки зворотного ходу та процесу

розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску ковальських пресiв з

насосно-акумуляторним приводом

Аналiз експериментальних дослiджень виявив, що затяжне розванта-
ження робочих цилiндрiв вiд тиску суттєво затримує початок зворотного
ходу. Побудування та аналiз математичної моделi розвантаження робочих
цилiндрiв вiд тиску дозволить вибрати рацiональнi режими здiйснення цьо-
го процесу, прискорить початок руху поперечини уверх, забезпечить менш
iнтенсивне охолодження заготовки та зношення бойкiв.

В основу опису процесу розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску
покладено рiвняння балансу тискiв. Математична модель змiни тиску в ро-
бочих цилiндрах преса упродовж розвантаження має вигляд:

(1)

где pц — тиск у робочому цилiндрi;

Eц — приведений модуль пружностi рiдини та металоконструкцiї;

Wц — об'єм робочого цилiндра;

ftp — площа перетину зливного трубопроводу;

жkmin — коефiцiєнт гiдравлiчного опору повнiстю вiдкритого клапана;

tотк — час вiдкриття клапана;

п — показник виду конструктивної характеристики клапана;

б — коефiцiєнт якостi гiдросистеми;

с — щiльнiсть робочої рiдини;

L — приведена до плунжеру робочого цилiндра довжина трубопроводу;

рд — тиск у наповнювально-зливному бацi.

Змiна тиску в робочих цилiндрах з урахуванням стисливостi рiдини
та пружностi металоконструкцiї має коливальний характер та описується
рiвнянням, отриманим в результатi рiшення рiвняння (1):

(2)

де h и щ — параметри коливальної системи.

Моделювання розвантаження показало, що в робочому цилiндрi пiки
тиску не досягають великих значень незалежно вiд характеристики клапана.

Для забезпечення швидкого розвантаження робочих цилiндрiв вiд ти-
ску пропонується здiйснювати його безпосередньо у наповнювально-зливну
магiстраль вiдкриттям НЗК з дроселюючим елементом вiдразу ж пiсля робо-
чого ходу преса, тобто при високому тиску в робочих цилiндрах. При цьому
сам процес розвантаження та пов'язанi з ним коливання тиску в наповню-
вально-зливному трубопроводi повнiстю залежать вiд характеристики НЗК
та часу його вiдкриття. Коливання тиску у зливнiй магiстралi описуються
наступною математичною моделлю:

(3)

(4)

где pсл — тиск у зливнiй магiстралi;

kр — лiнiйна жорсткiсть стовпа рiдини у зливному трубопроводi;
S1 — перемiщення стовпа рiдини, що виходить iз робочого цилiндра;
S2 — перемiщення стовпа рiдини у зливному трубопроводi.

Чисельним аналiзом рiвнянь (3) - (5) стосовно преса зусиллям 60 МН
встановлено, що при розвантаженнi з tотк = 0.2 с релейним клапаном (n =
0.5) тиск в робочих цилiндрах падає до тиску зливного бака за 0.04с, а
лiнiйним (n = 1.0) — за 0.17 с. При цьому у першому випадку гiдроударнi
явища в наповнювально-зливному трубопроводi носять яскраво виражений
пiковий характер та є слабо затухаючими навiть пiсля повного вiдкриття
клапана. Максимальне пiкове значення тиску складає pсл = 16.7 МПа, що
свiдчить про наявнiсть iнтенсивних гiдравлiчних ударiв в зливнiй магiстралi,
якi можуть привести до її руйнування. При розвантаженнi лiнiйним клапа-
ном виражених пiкiв тиску у зливному трубопроводi не спостерiгається. За
час розвантаження тиск плинно пiдвищується до 1.2 МПа. Потiм коливання
затухають i до моменту повного вiдкриття клапана тиск стає рiвним тиску у
зливному бацi. Таким чином дроселюючий елемент НЗК поглинає потенцiй-
ну енергiю стиснутої в робочому цилiндрi рiдини, не викликаючи гiдроудари
у зливнiй магiстралi навiть при швидкому (за 0.2...0.3с) вiдкриттi НЗК.

Для побудування математичної моделi зворотного ходу рух поперечини
доцiльно розбити на два етапи: розгiн i сталий рух уверх та гальмування i
зупинка у верхньому положеннi.

Рух поперечини пiд час розгону та сталого руху уверх описується ди-
ференцiйним рiвнянням другого порядку з постiйними коефiцiєнтами, що
вiдповiдає “жорсткiй” моделi гiдроприводу. При цьому, як показує аналiз,
динамiка процесу розгону поперечини мало залежить вiд часу вiдкриття i
характеристики впускного клапана зворотних цилiндрiв, а визначається ве-
личинами площин робочих, зворотних та врiвноважуючих цилiндрiв, рiвнем
тиску у вiдповiдних магiстралях та їх гiдравлiчним опором.

где a1, a2 — приведенi до поперечини рухливi маси рiдини та металокон-
струкцiї преса на першiй та другiй дiлянках гiдроприводу;

Математична модель гальмування рухомої поперечини у верхньому
положеннi має вигляд системи, рiвняння якої вiдповiдають двом з'єднаним
мiж собою пружною складовою дiлянкам гiдроприводу:

c1, c2 — активнi сили, що дiють на рухливi маси;
S1, S2 — перемiщення першої та другої рухливих мас;
tз — час закриття регулюючого клапана при гальмуваннi;
kT — приведена до поперечини лiнiйна жорсткiсть пружних елементiв
на другiй дiлянцi гiдроприводу.

Аналiзом рiвняння (6) встановлено, що регулюючi властивостi у впу-
скного клапана зворотних цилiндрiв практично вiдсутнi, iз-за чого навiть
при найбiльш сприятливих режимах гальмування вибiг поперечини уверх
неминучий. При цьому процес гальмування супроводжується гiдроударами
рiзної iнтенсивностi. Збiльшення часу гальмування бiльше, нiж 0.2 с до-
зволяє знизити удари, проте затяжне гальмування призводить до рiзкого
зниження продуктивностi преса, що є неприпустимим.

За основу математичного опису вибiгу поперечини пiсля закриття кла-
пана прийняли друге рiвняння системи (6), що описує рух маси a2. При
цьому величина S1 залишається постiйною i вiдповiдає значенню шляху,
що пройдено масою a1 до моменту закриття клапана.

Аналiз математичної моделi показав, що вибiг поперечини пiсля закри-
ття клапана є результатом складної взаємодiї ряду сил: iнерцiйних, гiдро-
статичних, тертя. В залежностi вiд того, якi сили переважують у кожному
конкретному випадку, поперечина здiйснює вибiг тiєї чи iншої величини,
яка визначається у значнiй мiрi квадратом швидкостi поперечини в момент
закриття регулюючого клапана.

Дослiдження показали, що виключення гiдроударiв та вакуумування
системи зворотних цилiндрiв, пiдвищення продуктивностi преса, його на-
дiйностi та довговiчностi можна досягти шляхом удосконалення приводу
преса наступним шляхом. Необхiдно оснастити НЗК iндивiдуальним слiд-
куючим сервоприводом та додатковим дроселюючим елементом, якi разом
утворюють наповнювально-зливний блок наповнення i зливу робочої рiди-
ни та гальмування поперечини у верхньому положеннi. Тобто гальмування
поперечини у верхньому положеннi буде здiйснюватися одночасним закри-
ттям впускного клапана зворотних цилiндрiв та НЗК робочих цилiндрiв.
Цим буде забезпечено чiтке без вибiгiв гальмування рухомої поперечини у
верхньому положеннi без коливальних явищ, вакуумування i гiдроударiв.

Для аналiзу динамiки гальмування поперечини шляхом закриття НЗК
приймається одномасова “жорстко-пружна” модель гiдроприводу. Рiдина в
приводi та металевi рухливi частини рухаються як одна приведена до попере-
чини маса. За основу математичного опису гальмування за запропонованою
схемою було взято перше рiвняння системи (6), що характеризує зростаючий
гiдравлiчний опiр дроселюючого елемента НЗК.

Чисельним аналiзом математичної моделi гальмування поперечини шля-
хом закриття НЗК стосовно преса зусиллям 60 МН встановлено, що при
гальмуваннi з tз = 0.2 с релейним клапаном максимальне значення приско-

10

рення дорiвнює 10 м/с2, а лiнiйним i квадратичним — 2.2 м/с2 i 2 м/с2 вiд-
повiдно. При цьому при застосуваннi релейного НЗК зниження швидкостi
руху поперечини спостерiгається тiльки в кiнцi закриття клапана з утворен-
ням пiкового значення прискорення, що свiдчить про наявнiсть iнтенсивного
гiдроудару, який може спричинити руйнування системи керування. Шлях
гальмування в цьому випадку дорiвнює 40 мм.

При гальмуваннi лiнiйним клапаном зниження швидкостi має плавний
характер з пiдвищенням прискорення в кiнцi закриття НЗК. Гальмування
квадратичним НЗК характеризується зниженням швидкостi з самого поча-
тку закриття клапана, а пiкове значення прискорення спостерiгається на
серединi його ходу. При цьому шлях гальмування у першому випадку ста-
новить 29 мм, а у другому 20 мм. Таким чином, дроселюючий елемент НЗК
поглинає енергiю рухомих частин преса та забезпечує швидке i плавне без
коливань i гiдроударiв гальмування поперечини на зворотному ходi.

Експериментальне дослiдження процесу прискореного безударного
розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску на лабораторнiй установцi

Для дослiдження процесу розвантаження цилiндрiв високого тиску бу-
ло виготовлено два НЗК (рис. 1): з лiнiйною (рис. 1а) та з релейною (рис. 1б)
конструктивними характеристиками дроселюючого елемента.

а) б)

Рис. 1. Конструкцiї НЗК, що дослiджуються, з лiнiйною — а (n = 1.0) та
релейною — б (n = 0.5) конструктивними характеристиками

При однакових режимах роботи НЗК з лiнiйною конструктивною ха-
рактеристикою (рис. 2) забезпечує бiльш сприятливi умови для здiйснення
процесу швидкого розвантаження цилiндру високого тиску. При цьому зi

11

збiльшенням часу розвантаження НЗК з бiльшою ефективнiстю поглинає
енергiю стиснутої рiдини.

Рис. 2. Загальний вигляд основних деталей НЗК з лiнiйною конструктивною
характеристикою (n = 1.0)

Експериментальнi дослiдження, проведенi на фiзичнiй моделi в лабо-
раторних умовах, пiдтвердили, що:

-

-

-

-

-

-

12

- результати, що були отриманi в ходi експериментальних дослiджень, пiд-
тверджують адекватнiсть математичної моделi процесу розвантаження ро-
бочих цилiндрiв вiд тиску с точнiстю 5-14%, що говорить про достовiрнiсть
розробленої математичної моделi розвантаження.

Розробка та впровадження пристроїв та рекомендацiй з

удосконалення роботи ковальських пресiв з НАП на зворотному ходi

та в процесi розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску

На основi теоретичних та експериментальних дослiджень розроблено
рекомендацiї щодо здiйснення швидкого i безударного розвантаження ро-
бочих цилiндрiв вiд тиску та запропоновано нову конструкцiю НЗК для
реалiзацiї цього процесу. При цьому розвантаження здiйснюється безпосе-
редньо у наповнювально-зливну магiстраль, а НЗК, в свою чергу, повинен
мати наступнi параметри: конструктивна характеристика з показником n,
мiнiмальне значення якого складає 1.0, коефiцiєнт якостi гiдросистеми а не
нижче 0.8, мiнiмальний час вiдкриття 0.2 с.

Розроблено схему приводу ковальського преса, в якому гальмування
рухомої поперечини у верхньому положеннi здiйснюється шляхом закриття
НЗК з дроселюючим елементом, чим забезпечується ефективне гальмування
поперечини без коливальних явищ та гiдроударiв. При цьому НЗК повинен
мати наступнi параметри: конструктивна характеристика з показником n,
мiнiмальне значення якого складає 1.0, коефiцiєнт якостi гiдросистеми б не
нижче 0.9, мiнiмальний час закриття 0.3 с.

Дано практичнi рекомендацiї щодо удосконалення конструкцiй та ре-
жимiв роботи систем керування ковальськими пресами з НАП на зворотно-
му ходi та в процесi розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску. Розро-
блено конструкцiї чутливих запобiжних систем та крiплення тяг зворотних
цилiндрiв гiдропреса до рухомої поперечини, що забезпечують пiдвищення
працездатностi, довговiчностi та надiйностi вузла зворотних цилiндрiв.

Запропоновано новi конструкцiї кавiтацiйно i динамiчно стiйких дро-
сельних регулюючих клапанiв та слiдкуючого гiдравлiчного пiдсилювача
для покращення якостi та надiйностi керування зворотним ходом, якi прийня-
то до впровадження Самарським металургiйним заводом СМЗ-Alcoa.

Розроблено програмне забезпечення для розрахунку процесiв розван-
таження робочих цилiндрiв вiд тиску та гальмування рухомої поперечини у
верхньому положеннi.

Крiм цього, результати роботи у виглядi теоретичних рiшень, про-
грамного забезпечення та практичних рекомендацiй було використано До-
нецьким заводом компресорiв, Красноармiйським заводом “Електродвигун”
та Донбаською державною машинобудiвною академiєю.

13
ЗАГАЛЬНI ВИСНОВКИ

В дисертацiйнiй роботi виконано новi науково-технiчнi розробки, спря-
мованi на пiдвищення продуктивностi та надiйностi ковальських пресiв з
НАП на основi розробки рацiональних з швидкодiї режимiв їх роботи при
розвантаженнi робочих цилiндрiв вiд тиску та зворотному ходi, а також
нових пристроїв та рекомендацiй для реалiзацiї у виробництвi.

1.

2.

3.

4.

-

-

5. Аналiз розробленої математичної моделi процесу розвантаження робочих
цилiндрiв вiд тиску показав, що:

-

-

6. Аналiз розробленої математичної моделi гальмування поперечини на зво-
ротному ходi показав, що:

- при гальмуваннi рухомої поперечини у верхньому положеннi закриттям

14

впускного клапана зворотних цилiндрiв вiдбувається значний її вибiг уверх
пiсля закриття клапана незалежно вiд його конструктивної характеристики
та часу закриття, а також величини коефiцiєнта б;

- швидке та безударне гальмування рухомої поперечини у верхньому поло-
женнi забезпечується закриттям НЗК з дроселюючим елементом з показни-
ком конструктивної характеристики в межах n = 1.0ч2.0, часом закриття не
менше 0.3 с та коефiцiєнтом б — не менше 0.9. При цьому час гальмування
скорочується на 70%.

7.

8.

9.

10. Запропоновано для впровадження у виробництво цiлу низку пристроїв,
що дозволяють покращити якiсть та надiйнiсть керування ковальськими пре-
сами з НАП: конструкцiї нових динамiчно та кавiтацiйно стiйких НЗК та
дросельних регулюючих клапанiв, швидкодiючих чутливих запобiжних си-
стем, крiплення тяг зворотних цилiндрiв гiдропреса до рухомої поперечини,
гiдравлiчного слiдкуючого пiдсилювача. Результати роботи у виглядi теоре-
тичних рiшень, програмного забезпечення та практичних рекомендацiй було
прийнято до впровадження Самарським металургiйним заводом СМЗ-Alcoa
(м. Самара, Росiя), а також використано Донецьким заводом компресорiв
(м. Донецьк), Красноармiйським заводом “Електродвигун” (м. Красноар-
мiйськ) та Донбаською державною машинобудiвною академiєю.

СПИСОК ОПУБЛIКОВАНИХ РОБIТ

1.

2.

1.

15

сконалення процесiв та обладнання обробки тиском в металургiї i машино-
будуваннi: тематичний збiрник наукових праць. — ДДМА,
Краматорськ, 2003. - С.484-486.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

10.

16

03.05.2006, Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11.

13. Патент 18519 Українa, B21 J9/00. Крiплення тяг зворотних цилiндрiв гi-
дропреса до рухомої поперечки/ О.М. Шинкаренко, О.С. Корчак (Україна). -
№ u200604871, Заяв. 03.05.2006, Опубл. 15.11.2006,

Бюл. №11.

14. Патент 16840 Українa, F16 K17/00, F16 K47/00. Дросельно-регулю-
вальний клапан/ Л.Л. Роганов, О.М. Шинкаренко, В.Є.Устiнов, М.Л. Ро-
ганов, О.С. Корчак (Україна). - №u200603356, Заяв. 28.03.2006, Опубл.
15.08.2006, Бюл. №8.

Особистий внесок автора у роботах, що опублiковано у спiвавторствi

[1] — виявлено вплив характеристик регулюючого клапана на динамiку
роботи ковальських гiдравлiчних пресiв з НАП;

[2, 7] — виявлено зв'язок мiж процесом знемiцнення металу поков-
ки та динамiчним станом ковальського преса, а також характером процесу
розвантаження робочих цилиндрiв вiд тиску;

[3] — розроблено схеми запобiжних пристроїв систем керування зво-
ротними цилiндрами;

[4, 5] — запропоновано методику проведення експериментальних до-
слiджень зворотного ходу, виявлено його динамiчнi особливостi;

[6] — розроблено методику проведення експериментальних дослiджень
роботи НЗК, виявлено особливостi їх роботи, дано практичнi рекомендацiї
з усунення недолiкiв їх конструкцiй та режимiв роботи;

[8] — дано практичнi рекомендацiї з покращення динамiки гальмува-
ння, розроблено математичну модель гальмування рухомих частин коваль-
ських пресiв з НАП на зворотному ходi;

[9, 12, 14] — розроблено конструкцiї дросельно-регулюючих клапанiв;

[10] — запропоновано конструкцiю НЗК;

[11] — розроблено привод гiдравлiчного ковальського преса.

[13] — удосконалено конструкцiю крiплення тяг зворотних цилiндрiв
гiдропреса до рухомої поперечки

АНОТАЦIЇ

Корчак О.С. Удосконалення режимiв роботи ковальських пресiв з на-
сосно-акумуляторним приводом при розвантаженнi та зворотному ходi. —
Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня кандидата технiчних наук
за спецiальнiстю 05.03.05 “Процеси та машини обробки тиском”. — Донба-
ська державна машинобудiвна академiя, Краматорськ, 2007.

Дисертацiю присвячено пiдвищенню надiйностi та продуктивностi ко-
вальських пресiв з насосно-акумуляторним приводом на основi удоскона-

17

лення режимiв їх роботи на зворотному ходi та в процесi розвантаження
робочих цилiндрiв вiд тиску.

В роботi на основi експериментальних дослiджень та розроблених ма-
тематичних моделей проведено повний аналiз динамiчних процесiв, що вiд-
буваються упродовж розвантаження робочих цилiндрiв вiд тиску та руху
поперечини на зворотному ходi. Розроблено рацiональнi режими здiйснення
цих етапiв. Дано практичнi рекомендацiї для їх реалiзацiї у виробництвi.

Розроблено цiлий ряд пристроїв та вузлiв, що дозволяють покращити
роботу ковальських пресiв з насосно-акумуляторним приводом та забезпечи-
ти пiдвищення їх продуктивностi, працездатностi та надiйностi, а саме: кон-
струкцiї нових динамiчно та кавiтацiйно стiйких дросельних регулюючих та
наповнювально-зливних клапанiв, швидкодiючих чутливих запобiжних си-
стем, крiплення тяг зворотних цилiндрiв гiдропреса до рухомої поперечини,
гiдравлiчного слiдкуючого пiдсилювача.

Ключовi слова: розвантаження робочих цилiндрiв, тиск, гальмування
рухомої поперечини, зворотний хiд, коливання, гiдроудар, наповнювально-
зливний клапан.

Корчак Е.С. Совершенствование режимов работы ковочных прессов с
насосно-аккумуляторным приводом при разгрузке и возвратном ходе. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по
специальности 05.03.05 "Процессы и машины обработки давлением". -
Донбасская государственная машиностроительная академия, Краматорск, 2007.

Диссертация посвящена повышению надежности и производительности
ковочных прессов с насосно-аккумуляторным приводом на основе
совершенствования режимов их работы на возвратном ходе и в процессе
разгрузки рабочих цилиндров от давления.

В работе на основе экспериментальных исследований и разработанных
математических моделей проведен полный анализ динамических процессов,
происходящих в течение разгрузки рабочих цилиндров от давления и движения
поперечины на возвратном ходе. Разработаны рациональные режимы
осуществления этих этапов. Даны практические рекомендации для их
реализации в производстве.

Экспериментальными исследовании выявлено, что замедленный
сброс давления из рабочих цилиндров после рабочего хода существенно
снижает производительность пресса, затягивает начало движения
поперечины вверх, приводит к более интенсивному остыванию заготовки и
износу рабочих бойков, а при торможении имеет место значительный выбег
поперечины вверх при закрытом впускном клапане возвратных цилиндров,
падание давления и вакуумирование в них жидкости, подсос наружного
18

воздуха, замедленный реверс поперечины, который сопровождается интенсивными колебаниями и гидроударами.

Экспериментальными исследованиями, проведенными на физической
модели в лабораторных условиях, подтверждено, что быструю и безударную
разгрузку рабочих цилиндров от давления можно осуществлять путем от-
крытия НСК с дросселирующим элементом сразу же после рабочего хода, то есть при высоком давлении в рабочих цилиндрах.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований предложен новый