WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

А – А А – А а) б) Рис. 3. Расчетная схема подвижной поперечины при восприятии момента эксцентричного нагружения центральным плунжером (а) и колоннами пресса (б) На рис. 4 показаны эпюры напряжений на внешнем контуре поперечины.

Максимальные напряжения при эксцентричном нагружении возрастают по сравнению с центральным нагружением, но их величина не превышает 70 МПа. Разница между максимальными напряжениями при центральном и эксцентричном нагружениях составляет 20 МПа.

а) б) Рис. 4. Напряжения 1, МПа, на контуре поперечины при восприятии момента эксцентричного нагружения центральным плунжером (а) и колоннами пресса (б) – центральное нагружение;

– эксцентричное нагружение Напряженное состояние на контуре технологических отверстий в верхней растянутой плите представлено на рис. 5. Максимальные напряжения при эксцентричном нагружении не превышают 53 МПа, максимальная разница между напряжениями при центральном и эксцентричном нагружениях не превышает МПа. На большей части контуров отверстий I и II разница между напряжениями при центральном и эксцентричном нагружениях пренебрежимо мала.

Подвижная поперечина выполнена из литой стали 35. Предел выносливости этой стали при пульсирующем цикле составляет = 190 МПа. Максимальные напряжения при эксцентриситете 220 мм не превышают 70 МПа, т.е. запас прочности по усталости составляет n = 2,7.

Приведенные выше результаты показали, что в подвижной поперечине эксцентриситет силы не вызывает напряжений, опасных для прочности поперечины, а разница между напряжениями при центральной и эксцентричной силах не содержит информации, достаточной для оценки эксцентриситета силы пресса. Поэтому подвижная поперечина не может быть использована в качестве индикатора эксцентриситета силы пресса.

Рис. 5. Напряжения на контуре технологических отверстий I и II 1, МПа:

– центральное нагружение;

– эксцентричное нагружение (момент воспринимается хвостовиком);

– эксцентричное нагружение (момент воспринимается колоннами) Исследование напряженного состояния колонн прессов 60 МН и 300 МН при центральном и эксцентричном нагружениях выполнено в предположении, что зазоры между направляющими подвижной поперечины и колоннами больше прогиба колонн, т.е. поперечина не оказывает непосредственного влияния на колонны.

Для пресса 60 МН и 300 МН точка приложения эксцентричной силы пресса расположена в продольной плоскости симметрии. Для пресса силой 300 МН распределение центральной и эксцентричной нагрузок принято одинаковым для всех секций, поэтому расчеты проводились для одной секции (рис. 6).

Расчеты показали, что сила трения в шаровых опорах плунжеров больше силы Т, поэтому момент эксцентричного нагружения воспринимается плунжерами и передается на архитрав в области посадочных мест под рабочие цилиндры. Эта сила может быть определена из условия равновесия:

e T = P, (1) H + L где Р – усилие пресса, Н – высота подвижной поперечины со штамповым набором, L – высота от подвижной поперечины до приложения силы Т к архитраву, е – величина эксцентриситета.

Рис. 6. Расчетная схема секции пресса 300 МН при эксцентричном нагружении После определения сил Т напряжения в колоннах определяются на локальных моделях, состоящих из архитрава, колонн и основания. Архитравы прессов 60 МН и 300 МН имеют меньшую жесткость, чем основания, поэтому в колоннах напряжения в зоне архитрава выше, чем в зоне основания. На рис.7 и рис. 8 представлены эпюры напряжений по контурам колонн прессов 60 МН и 300 МН в сечениях с линейным распределением напряжений, лежащих в непосредственной близости от верхних внутренних гаек колонн.

При эксцентриситете 220 мм по сравнению с центральным нагружением максимальные напряжения в колоннах возрастают вдвое, а их величины для прессов 60 МН и 300 МН достигают, соответственно, 110 МПа и 200 МПа. Эти величины вполне достаточны для технических измерений, а линейное распределение напряжений по сечению колонны позволяет определить величину и угловое положение плоскости с максимальными напряжениями по замерам в трех точках сечения. Поэтому в качестве индикатора эксцентриситета силы пресса принимается напряженное состояние колонн. Для оценки величины и направления эксцентриситета используются векторы максимальных напряжений в сечениях колонн, расположенных вблизи верхних внутренних гаек.

а) б) Рис. 7. Осевые напряжения по контуру колонн пресса 60 МН в сечении вблизи внутренних гаек архитрава, МПа:

а) при центральном нагружении;

б) при эксцентричном нагружении а) б) Рис. 8. Осевые напряжения по контуру колонн пресса 300 МН в сечении вблизи внутренних гаек архитрава, МПа а) при центральном нагружении;

б) при эксцентричном нагружении Глава 4. Алгоритм и программно-аппаратное обеспечение системы контроля и ограничения эксцентриситета силы гидравлического пресса силой 300 МН Система контроля и ограничения эксцентриситета силы мощного гидравлического пресса (в дальнейшем Система) для измерения напряжений в колоннах использует тензометрические датчики с базой 10 мм. Датчики устанавливаются в зонах действия максимальных напряжений вблизи верхних внутренних гаек колонн. Для обеспечения возможности расчетной оценки величины и углового положения максимального напряжения в сечении колонны датчики должны располагаться в сечении с линейным распределением напряжений, т.е. вне зоны влияние краевого эффекта гайки. Расчетом показано, что это влияние заканчивается на расстоянии 390 мм от нижнего торца верхней внутренней гайки колонны. Но при верхнем положении подвижной поперечины верхняя кромка ее колонного стакана находится на расстоянии 300 мм от торца гайки. Поэтому для обеспечения механической безопасности четыре датчика с угловым расстоянием между ними 90о (рис. 9) были установлены на расстоянии 270 мм от нижнего торца внутренней гайки архитрава. Расчет показал, что в этом сечении за счет влияния краевого эффекта гайки замеренные напряжения будут на 8% выше номинальных напряжений. Разница между замеренными и расчетными растягивающими напряжениями учитывается введением поправочного коэффициента. На угловое положение максимального напряжения краевой эффект влияния не оказывает.

При линейном распределении напряжений в сечении колонны напряжения по ее контуру (на поверхности колонны) изменяются по закону = + и cos (2) р Рис. 9. Расположение датчиков на колонне и направление отсчета углов Записав выражения для напряжений на каждом датчике и решив эту систему относительно р, и и, получаем следующие зависимости = +3 1 +4 1 +2 +3 +(1 )= 2 (2 )= 4 );

(p и = - + - = - + - = (1 )2 (2 )2 (3 )2 (4 )р р р р (3) = + (1 -3)2 (2 -4)2 - 4 - 2 -pp tg ===.

( ) 1 - 3 - 1 -pp Показание четвертого датчика используется для контроля точности замеров.

Программная часть Системы выполнена на основе комплекса АСTest®, предназначенного для автоматизации технологических установок. Система работает на трех уровнях:

а) уровень оператора, позволяющий своевременно реагировать на чрезвычайные ситуации, но не дающий возможности вмешиваться в её работу;

б) уровень технолога, позволяющий производить корректировку нулей и допустимых значений контролируемых параметров, анализировать результаты замеров и проводить их статистическую обработку;

в) уровень администратора, при котором возможен полный контроль работы системы без вмешательства в исходный программный код.

Программное обеспечение Системы позволяет проводить настройку на эксперимент, хранить сценарии эксперимента, проводить измерения в реальном масштабе времени с одновременной архивацией и визуализацией экспериментальных данных. В масштабе реального времени выполняется первичная математическая обработка и допусковый контроль значений измеряемых параметров При работе пресса Система в автоматическом режиме опрашивает 32 канала, оцифровывает поступающие данные, производит их математическую обработку, отображает измеряемые, расчётные и логические параметры на экране монитора (рис.10). Вся визуальная информация привязана к колоннам и расположенным на них тензодатчикам.

Установлены пороговые предаварийный (120 МПа) и аварийный (150 МПа) уровни напряжений. Если при работе пресса предаварийный уровень будет превышен хотя бы одним из 32 измеряемых или 8 расчетных напряжений, то на пульт управления подается сигнал предаварийной ситуации. Если превышен аварийный уровень, то на пульт управления подается сигнал аварийной ситуации и автоматически прекращается подача давления в рабочие цилиндры. Информация по изменению всех 78 параметров на протяжении процесса прессования заносится в файл на жесткий диск. Вся информация сохраняется в формате базы данных и доступна для последующей обработки и сравнительного анализа.

Рис.10. Внешний вид экрана при работе системы в автоматическом режиме.

Стрелки показывают направление действия максимального напряжения по колонне:

G – показания датчика (МПа); Gр – растягивающее напряжение по колонне;

Gmax - максимальное напряжение по колонне номер i; Gи - максимальное изгибающее напряжение по колонне; Gmin – минимальное напряжение по колонне;

dG% - отклонение, (%), растягивающего напряжения по колонне от среднего растягивающего напряжения по колоннам Глава 5. Отработка системы управления при пусковых испытаниях и результаты ее использования во время эксплуатации пресса Значительный объем работ при пусковых испытаниях Системы был связан с оценкой скорости работы Системы, необходимой для предотвращения аварийных ситуаций. При возникновении в колоннах аварийных величин напряжений Система должна своевременно прекратить подачу рабочей жидкости высокого давления в главные цилиндры. В качестве критерия своевременности принимается время, в течение которого напряжения в колонне от аварийного уровня 150 МПа вырастают до предела текучести материала колонны 280 МПа.

Время реакции Системы на сигнал аварии складывается из двух частей. В первую входят затраты времени на оцифровку сигналов с тензодатчиков, ввода паке та данных в компьютер, компьютерной обработки поступившего пакета информации. Вторая часть определяется временем реакции системы управления пресса, в которую входят затраты времени на срабатывание реле, выработку решения и срабатывание клапана аварийного сброса давления. Среднее время реакции системы на сигнал аварии определено экспериментально и составило 2,7 секунды.

На прессе 300 МН аварийная ситуации была предотвращена при осадке цилиндрической заготовки, проведенной без предварительной технологической проработки. Заготовка была расположена на штамповой плите со значительным эксцентриситетом, поэтому при силе 91 МН напряжения в колонне № 6 достигли 120 МПа, и был дан сигнал предаварии. Сила пресса продолжала расти и при МН напряжения в колонне достигли аварийного уровня 150 МПа, после чего был дан сигнал на сброс давления рабочей жидкости. С момента подачи сигнала до начала сброса давления прошло 2,5 сек., что позволило ограничить максимальные напряжения в колонне на уровне 185 МПа и предотвратить аварийную ситуацию на прессе.

Ввод в эксплуатацию Системы дал возможность восстановить проектные технологические параметры пресса 300 МН и повысить качество получаемых изделий. После установки Системы по напряженному состоянию колонн было установлено, что штамповка изделий различной конфигурации происходит с эксцентриситетом в поперечной плоскости пресса, что приводило к их клиновидности. Это увеличивало объем последующей механической обработки, а, в ряде случаев, приводило к отбраковке изделий. Максимальные напряжения в колоннах при силе пресса 244 МН достигали аварийного уровня 150 МПа. Причина постоянного одностороннего эксцентриситета заключалась в клиновой выработке внутренних, недоступных для наблюдения, элементов штампового набора в направлении поперечной оси пресса. Устранение эксцентриситета с минимальными затратами времени было достигнуто за счет создания в верхних элементах штампового набора клина противоположного направления. После корректировки поверхностей элементов штампового набора при силе пресса 245 МН максимальные напряжения по колоннам не превышали 90 МПа, направления изгиба колонн стало симметричным относительно осей пресса, что подтверждает центральное нагружение пресса. Геометрия изделия стала соответствовать техническим требованиям.

Общие выводы по работе 1. Проведено исследование напряженно-деформированного состояния базовых деталей прессов со станиной колонного типа силой 60 и 300 МН при центральном и эксцентричном нагружениях методом математического моделирования. На основании результатов исследований:

- показано, что наличие эксцентриситета приложения силы пресса в существенной степени сказывается на прочности колонн, поэтому индикатором величины и направления эксцентриситета силы пресса является напряженное состояние колонн пресса;

- установлено, что наиболее напряженными зонами колонн, где должны быть расположены измерительные элементы, являются сечения вблизи верхних внутренних гаек колонн;

- найдены зависимости, связывающие показания чувствительных элементов с величинами и угловыми положениями максимальных напряжений в колоннах, которые характеризуют эксцентриситет силы пресса.

2. Разработана постоянно действующая Система контроля и ограничения эксцентриситета силы пресса. Применение Системы позволяет:

- предотвращать критические ситуации на прессе при возникновении недопустимых величин напряжений вследствие эксцентриситета нагружения путем ограничения силы пресса;

- устанавливать зависимость клиновидности штамповок и перегрузок колонн от формоизменения недоступных для наблюдения поверхностей контакта элементов штампового набора;

- контролировать эффективность внедрения технических решений по устранению недопустимых величин эксцентриситета силы пресса;

- выполнять корректировку параметров технологического процесса и оценивать качество монтажа колонн.

3. Впервые в практике мирового прессостроения создана постоянно действующая Система контроля и ограничения эксцентриситета силы пресса.

Система внедрена на ОАО «ВСМПО-АВИСМА» на прессе силой 300 МН конструкции УЗТМ и находится в эксплуатации с 2004 г. Претензий к работе системы нет.

Основные содержание диссертации изложено в публикациях:

1. Коркин Н.П., Кулагин Д.А., Моисеев А.П., Сурков И.А., Анализ отказов, предупреждение разрушений и восстановление базовых деталей мощных гидравлических прессов // Технология легких сплавов. 2006. № 1-2. С. 181-189.

2. Коркин Н.П., Сурков И.А., Тимохин И.В. Влияние эксцентриситета нагружения гидравлического пресса на напряженное состояние подвижной поперечины // КШП-ОМД. 2008. № 4. C. 28-32.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»