Расчет энергии, поглощаемой компенсаторами гидравлического удара

При резком изменении скорости течения жидкости в трубопроводах может произойти гидравлический удар (см. гл. 7), в результате которого давление жидкости на отдельных участках увеличивается в 1,5-2 раза. В гидропрессовых установках гидравлический удар может возникнуть при быстром открытии клапанов (золотников), а также при выполнении операций сквозной прошивки, вырубки.

Для предотвращения или смягчения гидравлического удара в системе прессовых установок предусматривают специальные компенсаторы, которые поглощают энергию ударной волны или волны гашения, возникающей при любом резком изменении скорости течения жидкости в трубопроводе. Принцип действия компенсаторов состоит в том, что при любом внезапном местном повышении давления упругий элемент (поршень пневматического цилиндра, пружина и др.) перемещается, в результате чего происходит поглощение избытка энергии при волновых процессах и последние затухают без значительного увеличения давления.

На рис. 9.4 показаны схемы наиболее часто применяемых компенсаторов гидравлических ударов. Первоначальное давление воздуха или затяжка пружины определяют давление жидкости в компенсаторе. Размеры его воздушного колпака или силу сжатия пружины выбирают расчетным путем. На практике пользуются упрощенным расчетом, который проводят для наиболее неблагоприятного случая - мгновенного перекрытия трубопровода без учета упругости самой жидкости и всей гидравлической системы.

В момент перекрытия трубопровода кинетическая энергия жидкости

- скорость течения жидкости на этом участке.

В воздушном компенсаторе кинетическая энергия расходуется на сжатие воздуха, давление которого изменяется по адиабате с показателем к= 1,4. Следовательно,

- конечное давление.

определяют размеры.

В пружинном компенсаторе кинетическая энергия движущейся жидкости расходуется на сжатие пружины:

- соответственно начальная и конечная силы, действующие на пружину.

Приравнивая правые части выражений (9.74) и (9.75), находят конечную силу для выбранной пружины. После этого необходимо рассчитать ее осадку по формуле

и сравнить с допустимой.

Типовые конструкции узлов гидравлического пресса

Станины

Гидравлические прессы применяют в различных отраслях производства. Они разнообразны по своему конструктивному оформлению. Однако конструкции основных узлов - станин и подвижных поперечин; рабочих, возвратных и уравновешивающих цилиндров; столов - имеют много общего.

Вертикальные станины. Эти станины подразделяют на колонные и рамные, одностоечные и двухстоечные, открытого и закрытого типа.

Одностоечные станины открытого типа изготовляют литьем или сваркой; в виде одной детали (рис. 10.1, а) и составными, которые собирают из двух или более деталей и стягивают болтами (колоннами). Их предварительная затяжка должна обеспечить нераскрытие стыков в процессе эксплуатации при приложении сил, равных номинальному усилию. Материал станин, как правило, - углеродистая сталь.

Открытая цельная и составная станины ковочного пресса приведены на рис. 10.1. Составная станина состоит из верхней 2 и нижней 4 поперечин и стойки 3. Стойки стянуты четырьмя стяжными болтами 1.

При выполнении технологических операций ковки и листовой штамповки деформирующая сила не всегда действует в плоскости симметрии станины, поэтому последняя воспринимает дополнительный изгибающий момент относительно

поперечной оси сечения. В связи с этим целесообразно увеличивать расстояние между стойками станины, чтобы момент сопротивления изгибу был достаточно большим. При определении напряжений, действующих в наиболее опасном сечении, необходимо учитывать допустимую эксцентричность приложения равнодействующей давлений. Наиболее опасно нагруженной точкой является одна из угловых точек поперечного сечения стойки 3 и поперечин 2 и 4 (см. рис. 10.1, б).

Составные одностоечные станины применяют в прессах с номинальными усилиями до 5000 МН. Особое внимание обращают на силу предварительной затяжки стяжных болтов. В некоторых случаях она превышает номинальное усилие пресса на 20 %. Поперечное сечение стяжных болтов выбирают таким, чтобы напряжения от предварительной затяжки составляли не более 60 % от предела упругости. Предварительная затяжка должна обеспечить нераскрытие стыков при приложении силы, равной номинальному усилию, с учетом допустимого эксцентриситета. Она существенно снижает упругую деформацию станины, в связи с этим стяжные болты часто применяют в цельных литых одностоечных станинах.

Одностоечные станины гидравлических прессов, предназначенных для выполнения бортовальных работ или прессования порошковых материалов, имеют гнезда для вертикальных и горизонтальных рабочих цилиндров, что выгодно отличает их от других станин. Горизонтальный рабочий цилиндр позволяет проводить прошивку и отбортовку отверстий в стенках крупногабаритных изделий, что значительно расширяет область их применения.

Верхнюю поперечину одностоечной станины используют для установки насосного привода и поворотных кранов, предназначенных для манипулирования заготовкой в процессе ее обработки, подачи и удаления из рабочего пространства пресса. В некоторых одностоечных станинах устанавливают направляющие для подвижной поперечины (ползуна) пресса.

Станины колонного типа применяют в гидравлических прессах, предназначенных для выполнения всех видов кузнечной технологии. Их конструкции содержат верхнюю и нижнюю неподвижные поперечины и колонны (см. схему на рис. 6.1). Такая станина достаточно легкая, обеспечивает хороший обзор и доступность к рабочему пространству пресса, что особенно важно при ковке. В зависимости от номинального усилия и технологического назначения гидравлического пресса конструкции верхней и нижней поперечин имеют свои характерные особенности.

  МПа (рис. 10.2). Высоту верхней поперечины устанавливают в зависимости от диаметра d колонн и принимают h = (2,5...3,5) d. Она имеет гнезда для установки рабочих, а в некоторых случаях возвратных и уравновешивающих цилиндров, а также для колонн. Диаметры гнезд под гидравлические цилиндры больше диаметра самих цилиндров на величину деформации их под действием внутреннего давления. При отсутствии такого зазора стенки цилиндрических гнезд

необходимо рассчитывать на прочность, так как они будут воспринимать силы, возникающие при деформации рабочих цилиндров под действием давления жидкости. Минимальную ширину верхней поперечины устанавливают в зависимости от размеров рабочих цилиндров.

Верхняя поперечина имеет сечение коробчатого типа. В местах приложения сил требуемую жесткость обеспечивают ребра. Особое внимание уделяют восприятию контактных нагрузок со стороны боковой поверхности рабочих цилиндров. Для равномерного распределения давления по фланцу цилиндра необходимо, чтобы жесткость стенок гнезда была равномерной относительно его оси, что достигается симметрично расходящимися ребрами жесткости.

В мощных гидравлических прессах верхнюю поперечину делают составной, так как ее масса и размеры выходят за пределы железнодорожного габарита и грузоподъемности кранов. Плоскость разъема выбирают параллельно фронту пресса. Составную поперечину стягивают стяжными болтами, воспринимающими только растягивающие силы. На боковых поверхностях поперечины предусматривают обработанные площадки для установки и крепления гидравлических подъемников.

В прессах с нижним расположением рабочих цилиндров верхняя поперечина служит только для соединения колонн и крепления верхнего бойка. Особенности такой конструкции для ковочных прессов показаны на рис. 6.4.

Нижняя поперечина (рис. 10.3) представляет собой фасонную стальную отливку, состоящую из секций 3, 5, 6, стянутых болтами 4, или сварную раму, которая при верхнем расположении рабочих цилиндров предназначена для установки стола 1 пресса, а также механизмов его передвижения 2 и выталкивания изделия.

МПа. Для установки пресса на фундамент нижняя поперечина

МН нижние поперечины делают составными. Плоскости разъема их, как и верхних поперечин, выбирают в сечениях с меньшими изгибающими моментами. Стяжные болты воспринимают только растягивающие силы. Для повышения жесткости поперечное сечение выполняют сотовой формы с перегородками равной толщины.

Колонны соединяют верхнюю и нижнюю поперечины и образуют единую рамную конструкцию. Колонны диаметром до 600...800 мм изготовляют сплошными, а свыше 800 мм часто делают пустотелыми. Внутренние отверстия диаметром до 300 мм высверливают, а свыше 350 мм могут быть изготовлены ковкой на оправке. Высверливание отверстий в колоннах позволяет обнаружить внутренние пороки исходной поковки. Материал колонн - вязкая углеродистая сталь, содержащая 0,30...0,45 % С и 1,5...2,0 % Ni Колонны гидравлических прессов служат в качестве направляющих подвижной поперечины, поэтому шероховатость их поверхности должна соответствовать Rz = 0,05 мкм. Жесткость станины зависит от конструкции соединения поперечин с колоннами и затяжки.

Существует несколько конструктивных решений, обеспечивающих жесткое и прочное соединение поперечин с колоннами (рис. 10.4).

Обе поперечины скреплены с колоннами 1 гайками 2. Такая конструкция соединения не гарантирует от смещения колонн в поперечинах на величину зазора (до 2 мм) в гнездах, но существенно упрощает их изготовление и монтаж.

Для предотвращения вращения колонн при навинчивании гаек на нижней поперечине сделаны упоры. Для стопорения верхних гаек предназначена врезная планка, а на торцовой поверхности внутренних гаек делают зубчатый поясок. Чтобы обеспечить равномерную предварительную затяжку колонн, в рабочий цилиндр нагнетают давление, на 20 % превышающее номинальное, и после этого производят завинчивание внутренних гаек. При таком креплении колонн наблюдались случаи срыва резьбы у нижних внутренних гаек при эксцентричном приложении сил.

Крепление буртами и гайками применяют для нижней и верхней поперечин. Применение буртов для соединения с верхней поперечиной требует увеличенных диаметров гнезд в подвижных поперечинах. Направляющие втулки подвижных поперечин должны быть разрезными и с толстыми стенками. Соединение с

недвижными поперечинами при помощи буртов и гаек требует высокой точности их расположения, в противном случае при монтаже возникнут дополнительные напряжения в поперечном сечении колонны и усложнится предварительная затяжка. Для ее осуществления в колонне высверливают отверстия, в которые вставляют нагреватели. После нагревания гайки завинчивают на определенный угол, обеспечивающий требуемую затяжку соединения после остывания.

Крепление гайками и коническими втулками применяют в том случае, если колонны пресса широко расставлены. В этом случае их устанавливают на башмаках. Такое соединение с поперечинами позволяет снизить коэффициент концентрации напряжений в местах контакта. Кроме того, при такой конструкции толщина направляющих втулок подвижной поперечины остается нормальной и точного соблюдения положения опорных поверхностей для верхней поперечины не требуется.

Крепление гайками конических втулок и буртов встречается редко.

Резьбу на колоннах 1 делают упорной, ее примерный профиль показан на рис. 10.4. Наружный диаметр резьбы должен быть на 1 мм меньше ее посадочного размера в гнездах поперечин.

цельными или составными. Наружный диаметр гайки принимают равным 1,5 d, а высоту (1,0...1,5)d, где d - диаметр колонны.

Общая площадь стяжных болтов разъемной гайки должна составлять 6...8 % от площади поперечного сечения колонны. Допустимые давления в резьбе гайки -80 МПа, а допустимые напряжения среза и изгиба - соответственно 25 и 50 МПа. Исследованиями установлено, что основную часть нагрузки воспринимают первые пять-шесть витков, причем на первый в зависимости от шага резьбы приходится от 34 до 44 %. Неравномерность распределения сил по высоте гайки учитывают низким допустимым давлением в резьбе.

В гидравлических прессах с нижним расположением рабочих цилиндров (см. рис. 6.4) масса подвижных частей значительно больше, чем с верхним, поскольку подвижной стала станина, а неподвижной - поперечина. При таком расположении рабочих цилиндров улучшается устойчивость, так как центр силы тяжести пресса расположен ближе к опорной поверхности поперечины.

Станины закрытого (рамного) типа применяют в гидравлических прессах, предназначенных для переработки пластмасс, листовой штамповки и т. д. Их изготовляют литьем и сваркой из стальных листов цельными или составными. Конструкции станин гидравлических и кривошипных прессов аналогичны. В станинах закрытого типа хуже обзор и доступность к рабочему пространству.

Горизонтальные станины. В большинстве случаев это станины колонного типа. Передняя и задняя неподвижные поперечины соединены колоннами и их устанавливают, как правило, на общей сварной раме. Колонны станины - это направляющие для подвижной поперечины пресса. Прессы для пакетирования и брикетирования имеют станины коробчатого типа.