Особенности кузнечно-штамповочных машин как объектов проектирования

Согласно современным представлениям, КШМ является динамически возбуждаемой системой, для которой характерны следующие главные компоненты (рис. 23.2):

конструкция К, определенная в количественном отношении массами М, упругостью связей У между ними и уровнями диссипации Д;

движение Д с источником в виде двигателя Дв через передачу П к исполнительному механизму И с рабочим органом и инструментом;

силы С, возникающие в результате физико-механических процессов преобразования энергии их источников в кинетическую и потенциальную энергию частей машины: движущие нагрузки Н как результат преобразования кинетической и потенциальной энергии в полезную энергию пластического деформирования при технологическом сопротивлении Т или в тепловую энергию в связи с преодолением сил вредного сопротивления Сп, а также внешние возмущающие силы В.

Силы, возникающие при работе КШМ, характеризуются значительной скоростью изменения как при их нарастании, так и при уменьшении, и потому являются источником сильного динамического возбуждения. Динамическая составляющая процессов, протекающих в КШМ, как правило, значительна, а часто и преобладает над статической. Рабочие нагрузки, возникающие при работе машины, в значительной мере определяют ее надежность и долговечность. Поэтому возможность достоверного предсказания процессов в проектируемых КШМ дает возможность выявить влияние тех или иных факторов на уровень нагрузок, существенно снизить их и повысить на этой основе надежность и долговечность машин.

Динамическая система КШМ отличается большим количеством отдельных масс, каждая из которых благодаря упругости связей с другими массами при работе машины имеет самостоятельное движение. Поэтому динамическая система КШМ отличается большим числом степеней свободы, т. е. многомассовостью. Число степеней свободы КШМ может достигать десятков и сотен единиц и быть

переменной величиной. Поведение масс и упругих элементов подчиняется простым физическим законам (Ньютона, Гука, Кулона и др.). Однако в конкретной КШМ, характеризующейся своей индивидуальной структурой, многократное проявление этих законов и их взаимодействие приводят к высокой сложности, неочевидности и плохой предсказуемости протекающих в машине процессов и ее свойств. Ситуация усугубляется наличием в составе динамической системы КШМ элементов с существенной нелинейностью характеристик. Это, например, зазоры в кинематических парах, силы Кулонова трения и др. Эти элементы, являясь дополнительными источниками динамических возбуждений, делают систему нелинейной, что вместе с большим числом степеней свободы создает значительные трудности математического (вычислительного) характера для анализа процессов, протекающих в КШМ.

Это приводит к необходимости проведения исследовательских работ, которые, как правило, носят характер предпроектных исследований. В данном случае исследование и проектирование разделены во времени и являются самостоятельными мало связанными между собой процессами. Получаемые в предпроектных исследованиях результаты имеют отношение к определенному, достаточно широкому классу объектов, например кривошипным прессам. Они отражают общие свойства объектов этого класса, но не отражают специфику конкретного его представителя, которая часто оказывается существенной.

Ситуация меняется, если исследования сделать составной частью процесса проектирования конкретного образца КШМ. Такие возможности предоставляет математическое моделирование работы КШМ. Получаемые при этом результаты исследования будут относиться к данному объекту проектирования, отражать его специфику и являться надежной основой для повышения качества проектирования.

При проектировании КШМ в отдельных случаях возникает необходимость решения задач кинематического и статического анализа. Их можно рассматривать как частные случаи решения задач динамического анализа. Это позволяет не выделять эти задачи в отдельные классы, а решать их в рамках общего подхода.