Чоста Наталія Вікторівна. Удосконалення клиношарнірних механізмів пресів для розділювальних процесів обробки тиском

brief description

Чоста Наталія Вікторівна. Удосконалення клиношарнірних механізмів пресів для розділювальних процесів обробки тиском : Дис... канд. наук: 05.03.05 2009

Чоста Н.В. Удосконалення клиношарнірних механізмів пресів для розділювальних процесів обробки тиском. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 процеси та машини обробки тиском. Донбаська державна машинобудівна академія, Краматорськ, 2009.
Дисертація присвячена підвищенню ефективності роботи ковальсько-пресового обладнання на розділювальних операціях, де потрібна максимальна початкова робоча сила, на основі розробки й впровадження клиношарнірного механізму з увігнутим клином. Обґрунтована доцільність застосування в пресах клиношарнірного механізму з увігнутим клином, у якого графік зміни сили навантаження найбільш наближений до технологічного типового графіка зміни сили при відрізуванні. На основі аналізу розроблених математичних моделей клиношарнірного механізму з увігнутим клином запропонована методика розрахунків геометричних, кінематичних і силових параметрів цього механізму, вірогідність яких підтверджена експериментально. Запропоновані перспективні схеми обладнання з клиношарнірним механізмом з увігнутим клином та розроблені програмні засоби з автоматизованого проектування геометричних і силових параметрів пресів з клиношарнірним механізмом для відрізування сортового прокату великих перерізів різної форми.

У дисертації виконані нові науково-технічні розробки щодо вдосконалення, подальшого розвитку методів автоматизованого розрахунку й проектування ковальсько-пресового обладнання із клиношарнірним механізмом з увігнутим клином стосовно до розділювальних процесів і рішення на цій основі актуальних завдань підвищення ефективності роботи обладнання при забезпеченні якості заготовок і економії матеріальних ресурсів.
1. На підставі виконаного аналізу технологій та обладнання для розділювальних операцій установлено, що традиційні виконавчі механізми ковальсько-пресових машин не можуть створити силовий режим навантаження, характерний для розділювальних процесів, які вимагають забезпечення максимальної технологічної сили на початку робочого ходу. Крім того, вони є багатоланковими і мають порівняно невисоку жорсткість. Доцільними для розділювальних операцій є клиношарнірні механізми, що розроблюються в ДДМА та мають велику опорну поверхню, невелику висоту ланок в напрямку дії робочої сили, змінність співвідношення між приводною й робочою силами, більш високу жорсткість.
2. Обґрунтована доцільність застосування в пресах для реалізації розділювальних процесів обробки тиском клиношарнірного механізму з увігнутим клином, у якого графік зміни сили навантаження найбільш наближений до технологічного типового графіка зміни сили при відрізуванні заготовок. Обґрунтовано використання в пресах із клиношарнірним механізмом з увігнутим клином додаткового клинового механізму для забезпечення ходу наближення, що дозволяє зменшити витрати енергії на пружну деформацію й знизити динамічні навантаження.
3. Розроблені математичні моделі клиношарнірного механізму з увігнутим клином, представленого у вигляді двоповзунного важільного механізму, що дозволяють виконати його структурний, кінематичний і динамічний аналіз. На основі аналізу запропонованих математичних моделей виявлені залежності й розроблена методика розрахунків геометричних, кінематичних і силових параметрів пресів із клиношарнірним механізмом з увігнутим клином для різних режимів розділювальних процесів. Порівняння результатів кінематичного й динамічного аналізів, проведених аналітичним і графоаналітичним методами, підтверджує вірогідність розрахунків, оскільки їхня розбіжність становить не більше 2,5%.
4. На основі аналізу теоретичних досліджень реалізації різних умов тертя на контактних поверхнях преса із клиношарнірним механізмом з увігнутим клином установлено: основним фактором, що впливає на ККД преса, є коефіцієнт тертя (перехід від тертя ковзаннядо тертя коченняпідвищує ККД: на початку ходу на 60...65%,наприкінці ходу на 45...50%); раціональний діапазон значень співвідношення радіуса шарніра до радіуса увігнутого клина ( від 0,1 до 0,3). Розроблено методику розрахунку величини зазору для реалізації режиму рідинного тертя на контактних поверхнях виконавчого механізму преса.
5. Результати виконаних експериментальних досліджень кінематичних і силових параметрів обладнання із клиношарнірним механізмом з увігнутим клином за різних умов тертя на контактних поверхнях механізму, стосовно до реалізації безвідхідних способів відрізування сортового прокату, свідчать про достатній ступінь вірогідності розроблених чисельних математичних моделей. Під час обробки результатів досліджень методами математичної статистики були підтверджені нормальність розподілу експериментальних даних і відсутність грубих помилок.
6. На основі результатів експериментальних досліджень розділювання прокату триточковим холодним ламанням згинанням при статичному й динамічному навантаженнях установлено: використання клиношарнірного механізму з увігнутим клином забезпечує потрібну якість отриманих заготовок; швидкість навантаження несуттєво впливає на геометричну точність заготовок; величина коефіцієнта динамічності навантаження для різних марок сталей становить: ШХ15 0,75...0,80; 45 2,30...2,40; 40Х 1,30...1,35; 20 1,90...1,95.
7. На основі аналізу конструкцій клиношарнірних механізмів і проведених теоретичних досліджень установлено, що, змінюючи кути нахилу клина й шарніра, можна реалізувати різні режими роботи преса із клиношарнірним механізмом відповідно до графіків технологічних сил. Цей висновок був покладений в основу розроблених перспективних схем машин для реалізації розділювальних процесів, у тому числі конструкції клиношарнірного механізму, що підлаштовується до сили опору заготовки, яка відрізається.
8. З використанням засобів комбінаторики розроблена конструкція пристрою для відрізування сортового прокату (труб) ексцентричним закручуванням у втулкових ножах, яка містить клиношарнірний механізм у сполученні з рамним повзуном, що дозволяє знизити енергосилові витрати, зменшити величину сили, яка відповідає моменту відрізування прокату, а, отже, зменшити наслідки миттєвого розвантаження обладнання. На основі аналітичного кінематичного розрахунку запропонованої конструкції пристрою дані рекомендації з вибору величини кута нахилу увігнутого клина 5...10, з метою забезпечення раціональної траєкторії руху втулкових ножів і якості заготовок.
9. Запропоновано рекомендації з вибору раціонального розташування прокату, який розділяється, щодо напрямку сили відрізування залежно від його форми, з метою зниження енергосилових параметрів процесу відрізування. Розроблено програмні засоби з автоматизованого проектування геометричних і силових параметрів клиношарнірного механізму з увігнутим клином для відрізування сортового прокату великих перерізів різної форми.
10. Результати роботи у вигляді технічних рішень і рекомендацій, а також конструкторських пропозицій впроваджені на ТОВ "Завод автогенного обладнання Донмет", ТОВ "Крамстальконструкція". Ефективність конструкцій пресів із клиношарнірним механізмом з увігнутим клином, отриманих з використанням запропонованих методик розрахунків, забезпечується за рахунок зменшення пружної деформації й динамічного розвантаження машини, підвищення коефіцієнта корисної дії та показника використання преса по зусиллю. Окремі положення дисертації використовуються в ДДМА під час викладання дисциплін "Ковальсько-штампувальне обладнання" та "Обладнання з гідроімпульсним і клиношарнірним приводом".