Высокоскоростной молот

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции кузнечно-штамповочного оборудования. Цель изобретения - повышение КПД. Высокоскоростной молот содержит установленную в штамповом пространстве ванну 9 с теплоносителем 11 и его электронагревателем 10, подключенным к электрогенератору 37. В стенке ствола с бабой 5 расположены узел 39 подачи топливной смеси и канал 31, которым полость ствола соединена с газовой турбиной 36, а последняя кинематически соединена с электрогенератором 37. При выполнении рабочего хода в штамповое пространство, герметизируемое приводной гильзой 12, впрыскивается и сжигается топливная смесь, повышающая температуру обрабатываемых изделий. При возвратном ходе часть выделившейся теплоты утилизируется путем отвода продуктов сгорания через канал 31 в газовую турбину 36 и последующим подводом выработанной электроэнергии к теплоносителю 11. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 В 21 3 7/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3Б00

1@ЩТ1;.3- . ;1Ь3< :С

-? ã

l 1

7 ) 0

УОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4400440/25-27 (22) 01, 04. 88 (46) 15.05.90. Бюл. N 18 (75) В.П.Коротков (53) 621,074 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ю 1428524, 1987. (54) высокоскорос i.iî :, ио; †;от

{57) Изобретение от".ос: гся к н;".ип .1кстроению, з именно к конструкди - ку,"нечно-штамповочного оборудования.

Цель изобретенllFi - повешение- КВВ., Высокоскорост. о:.; ноле г со,- ег,<.. . ..та-новленную 3 Lта,1пгао; прсстр=-.н -.-ве

1563832

10 ванну 9 с теплоносителем,11 и его лектронагревателем 10, подключенным к электрогенератору 37. В стенке ствола с бабой 5 расположены узел 39 подачи топливной смеси и канал, которым полость ствола соединена с газовой турбиной 36, а последняя кимематически соединена с электрогенератаром 37. При выполнении рабочего ода в штамповое пространство, гер1 !

Изобретение относится к машинос гроению, а именно к конструкции кузнечно-штампованного оборудования.

Цель изобретения - повышение Kllg зв счет утилизации тeflfloTbl продуктов 20 сГорания, На фиг. 1 изображен предлагаемый высокоскоростной молот, общий вид; в. продольном разрезе; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 - фрагмент молота в более крупном масштабе °

Высокоскоростной молот содержит станину 1 и соосно смонтированные в ней камеру 2 сгорания, являющуюся штамповым пространством, расширительный цилиндр 3, рабочий цилиндр 4 и бабу 5 с верхней частью 6 инструмента, нижняя часть 7 которого установлена на шаботе 8. Стенки камеры 2 сгорания выполнены в виде ванны 9

35 с электронагревателе» 10, заполненной жидким теплоносителем 11, и снабжены цилиндрической гильзой 12, охватывающей нижнюю часть 13 расширительного цилиндра 3 и верхнюю часть 14 ванны 9 и имеющей механизм 15 вертикального перемещения, обеспечивающий герметизацию штампового пространства при верхнем положении цилиндрической гильзы 12. В качестве жидкого теплоносителя 11 могут быть использованы расплавы металлов или солей (например, ВаС1 ), обеспечивающие температуру до 1 000-1300 С.,Ванна 9 и шабот

8 могут иметь соответствующие тепло50 защитные покрытия, а нижняя 7 и верхняя 6 части инструмента выполнены из жаростойких материалов. Предусмотре.на возможность заполнения ванны 9 посредством ковша с расплавом, получаемым в отдельной печи, а также слив расплава через летку с механизмом запирания (не показаны). Электронас греватель 10 может быть выполнен в метизируемое приводнои гильзои 12, впрыскивается и сжигается топливная смесь, повышающая температуру обрабатываемых изделий. При возвратном ходе часть выделившейся теплоты утилизируется путем отвода продуктов сгорания через канал в газовую турбину 36 и последующим подводом выработанной электроэнергии к теплоносителю 11. 3 ил. виде электродов, погруженных непосредственно в расплав.

Рабочий цилиндр 4 снабжен поршнем

16, соединенным с бабой 5 посредством штока 17 и образующим поршневую 18 и штоковую 19 охолости, имеющие соответственно обратный 20 и прямой 21 клапаны. Баба 5 выполнена в виде плунжера, снабженного уплотнительны ми кольцами 22, взаимодействующими со стенками расширительного цилиндра 3.

Механизм 15 вертикального перемещения выполнен в виде гидроцилиндров

23, имеющих поршни 24 со штоками 25, прикрепленными к верхней части 26 цилиндрической гильзы 12, и клапаны 27 управления. На нижней части 13 расширительного цилиндра 3 и верхней части 14 ванны предусмотрены уплотнительные кольца 28 и 29 для улучшения герметичности штампового пространства в процессе ковки.

B расширительном цилиндре 3 выполнены впускные 30 и выпускные 31 окна, соеДиненные посредством трубопроводов 32 и 33 соответственно с воздушным фильтром 34 для подачи заряда свежего воздуха и входным патрубком

35 газовой турбины 36. Цля уменьшения пульсаций во входном патрубке 35 может быть предусмотрен коллектор (не показан), а газовая турбина 36 может быть выполнена импульсного типа.

Впускные 30 и выпускные 31 окна расположены в верхней части расширительного цилиндра 3, при этом впускные окна 30 расположены несколько ниже выпускных окон 31 для их более раннего открытия и обеспечения работы молота по более надежной бесклапанной системе петлевого газообмена.

Кроме того, высокоскоростной молот снабжен электрогенератором 37, 5

f .кинематически связанным посредством передачи 38 с газовой турбиной 36, При этом электронагреватель 10 электрически связан посредством бронированного кабеля (не показан) с электрогенератором 37, В стенке нижней части 13 расширительного цилиндра 3 размещен узел 39 подачи в штамповое пространство топливной смеси, выполненный в виде форсунки 40 с плунжерным насосом 41, и клапан 42 с аппаратом 43 управления, выполненным в виде толкателя 44 и электромагнита 45, при этом исполнительный элемент 46 аппарата 43 управления размещен на станине 1 с возможностью взаимодействия с бабой 5. В форсунке 40 предусмотрены регулировочная игла 47 и распылитель 48. Топливо к форсунке 40 подается по трубопроводу (не показан) через отверстие 49 при помощи топливного насоса низкого давления из топливного бака (не показан), Исполнительный элемент

46 выполнен в виде кулачка 50 и прерывателя 51, подключенного к источнику электропитания (не показан).

Для удержания подвижных частей молота в верхнем положении предусмотрен узел фиксации в виде разрезной цанги 52, содержащей втулку 53 с пружинными фиксаторами 54. Между цангой 52 и втулкой 53 имеются пружины 55. В корпусе 56 механизма эапирания смонтированы приводные цилиндры 57, штоки 58 которых соединены с цангой 52., В нижней части

59 корпуса 56 размещена дополнительная разрезная цанга 60, связанная со втулкой 53 рычагами 61 и корпусом

56 пружинами 62 растяженил. Дополнительная разрезная цанга 60 взаимодействует с корпусом 56 по выполненной в нем конической поверхности 63, Поршневые полости приводных цилиндров 57 сообщаются с источником управляющего энергоносителя (не показан) посредствсм трубопровода 64.

Высокоскоростной молот может быть . выполнен в виде ротора с шаговым вращением. В этом случае несколько рабочих цилиндров 4 с расширительными цилиндрами 3, бабами 5 и камерами 2 сгорания установлены по окружности в барабане 65, снабженном механизмом

66 шагового поворота, а шабот 8 выполнен кольцевым, снабжен соответствующим числом ванн 9 с электрона i 3832

6 гревателями 10 заполненных жидким теплоносителем 11 и имеющих цилиндрические гильзы 12 с механизмами 15 вертикального перемещения, и устанол5 лен неподвижно. Такое выполнение молота обеспечивает многаоперационную высокопроизводительную ковку сразу нескольких заготовок. Механизм 66 обеспечивает при этом периодический поворот барабана 65 на определенный угол и включает в себя поводок 67 с приводом (не показан) и фиксирующим диском 68, цевку 69, мальтийский крест 70 и зубчатую передачу 71, Барабан 65 установлен на силовом поворотном узле 72 с токосъемником 73 для обеспечения электрической свлзи электронагревателей 10 с энсргогене20 раторами 37. В барабане 65 предусмотрен свободный погрузо-разгрузочный сектор, обеспечивающий выгрузку готового изделия и установку новой заготовки. Длл ме.<аниэаци« работы со25 гут быть предусмотрены ковочные манипуляторы около каждого рабочего места и другое оборудование.

Выходной диффузор 75 газовой турбины 36 посредством коленчатого трубопровода 76 сообщен с кольцевым коллектором 77 вытяжной вентиляции с фильтром-дожигателеи 78 для вь,пуска и снижения токсичности отработанных газов.

Высокоскоростной молот может быть

35 дополнительно снабжен различными вспомогательными системами. В частности может быть предусмотрена система автоматического регулирования

40 уровня жидкого теплоносителя 11 в ванне 9 в процессе ковки в зависимости от степени деформации заготовки, система автоматического регулирования температуры жидкого теплоносите45 ля 11 изменением тока электронагревателя 10, система пуска и остановки с автоматическими каналами, связанными с источником энергоносителл и пр.

Высокоскоростной молот работает следующим образом.

Ванну 9 заполняют жидким теплоносителем 11, имеющим требуемую температуру, до уровня, учитывающего объем

55 заготовки и степень ее деформации при осадке. При этом удары могут наноситься по свободной от жидкого теплоносителя 11 верхней поверхности заготовки.

7 15638

Перед началом рабочего хода бабы

5 с верхней частью 6 инструмента, шток 17 и поршень 16 удерживаются в верхнем положении узлом фиксации. При этом цанга 52 расклинена, дополнительная разрезная цанга 60 заклинена и прочно охватывает шток 17. Обратный

20 и прямой 21 клапаны рабочего цилиндра 4 закрыты, воздух в поршневой

10 ,полости 18 сжат, а в штоковой 19— разрежен. Цилиндрическая гильза -12 находится в нижнем положении, так как клапаны 27 управления гидроцилиндров 23 механизма 15 вертикально,:го перемещения сообщены со сливной магистралью.

Нагретая до ковочной температуры заготовка погружается в ванну 9 с жидким теплоносителем 11 и устанав ливается на нижнюю часть 7 инструмента. Клапаны-27 управления сообщаются с напорной магистралью, а поршни 24 гидроцилиндров 23 механизма 15 вер тикального перемещения выдвигают 25 цилиндрическую гильзу 12 в верхнее (: положение. При этом в результате . взаимодействия цилиндрической гильзы

12 с уплотнительными кольцами 28 и

29 нижней части 13 расширительного З0 цилиндра 3 и верхней части 14 ванны

9 осуществляется надежная герметиза- . ция камеры 2 сгорания.

Трубопровод 64 сообщен с напорной магистралью, штоки 58 приводных цилиндров 57 перемещаюг разрезную цан35 гу 52 вниз, втулка 53, преодолевая сопротивление пружин 55, садится на пружинные фиксаторы 54, движение втулки 53 через рычаги 61 передается дополнительной разрезной цанге 60, которая, несмотря на сопротивление пружин 62 растяжения, расклинивается и освобождает шток.17.

Потенциальная энергия массы подвижных частей: молота (бабы 5, штока

17 и поршня 16), а также сжатого в поршневой полости 18 и разреженного в штоковой полости .19 воздуха трансформируется в кинетическую энергию

50 верхней части 6 инструмента, используемую для деформирования заготовки, находящейся на нижней части 7 инструмента.

В процессе движения вниз баба 5 перекрывает впускные 30 и выпускные

31 окна и сжимает воздух в замкнутом объеме расширительного цилиндра 3 и камеры 2 сгорания. Протекает ади32 абатный процесс сжатия, температура и давление воздуха повышаются. Незадолго до удара кулачок 50 прерывателя 51 взаимодействует с нижним торцом бабы 5, в результате чего на электромагнит 45 форсунки 40 подается напряжение, а толкатель 44 воздействует на плунжерный наСос 41, который через регулировочную иглу 47, клапан 42 и распылитель 48 выпрыскивает подаваемое из топливного бака топливо в камеру 2 сгорания.

При взаимодействии впрыснутого распыленного топлива с горячим воздухом в камере 2 сгорания происходит его воспламенение и сгорание, т,е. протекает процесс изобарного подвода теплоты к рабочему телу, представляющему собой смесь продуктов сгорания топлива и избыточного горячего воздуха. Температура и давление еще бог лее повышается и достигают максимальных значений, При этом эффекты температуры и давления не просто суммируются, а создается качественно новое состояние, результатом которого является достижение высокой пластичности даже труднодеформируемых металлов и сплавов. Затем наносится удар и происходит деформирование заготовки в верхней 6 и нижней 7 частях инструмента.

Процесс сжатия характеризуется степенью сжатия, равной отношению объемов в начале и конце процесса.

Процесс подвода теплоты характеризуется степенью предварительного расширения, равной отношению объемов в начале и конце процесса. Степень сжатия и степень предварительного расширения определяют термический

КПД термодинамического цикла молота.

Далее протекает процесс адиабатного расширения рабочего тела в расширительном цилиндре 3. В этом процессе подведенная теплота трансформируется в механическую. работу: подвижные части молота быстро устремляются вверх, запасая потенциальную энергию, поршень 16 сжимает воздух в поршневой полости 18 и создает разрежение в штоковой полости 19, что также способствует повышению энергии последующего удара при рабочем ходе. При этом часть теплоты аккумулируется жидким теплоносителем

11 в ванне 9, что способствует предотвращению остывания и:ковки.

63832

45 быть заблокирован, 50

9- 15

При движении бабы 5 вверх сначала открываются впускные 30, а затем выпускные 31 окна. Протекает процесс отвода теплоты вместе с выпускными газами по трубопроводу 33. Объем рас ширительного цилиндра 3 и камеры 2 сгорания через воздушный фильтр 34, трубопровод 32 и впускные окна 30 заполняется зарядом свежего воздуха по бесклапанной системе петлевого газообмена .

Выпускные газы, имеющие достаточно высокую внутреннюю энергию, через трубопровод 33 и входной патрубок 35 попадают в газовую турбину 36, В результате расширения выпускных газов в газовой турбине 36 их внутреннлл энергия трансформируется в механическую работу и электрогенератор 37 приводится во вращение от газовой турбины 36 через передачу 38, Вырабатываемая электрогенератором 37 электроэнергия по кабелю передается в электродвигатель 10 и трансформируется последним в высокопотенциальную теплоту ° Жидкий теплоноситель 11 в ванне

9 и погруженная в нее заготовка дополнительно подогреваютсл и пластифицируются. степень деформации заготовки повышается. Отработанные газы через выходной. диффузор 75, коленчатый трубопровод 76, кольцевой коллектор 77 и фильтр-дожигатель 78 выбрасываются в атмосферу, в результате чего термодинамический цикл замыкается. Осуществлением процесса продолженного расширения в газовой турбине

36 достигается беззатратная трансформация.низкопотенциальной теплоты выпус ных газов в высокопотенциальную теплоту нагрева заготовки;

Шток 17 при движении вверх заклинивает разрезную цангу 52 и увлекает ее вместе со втулкой 53, несмотря на сопротивление пружинных фиксаторов

54. Движение втулки 53 заставляет рычаги 61 и пружины 62 растяжения заклинивать дополнительную разрезную цангу 60,что затормаживает движение штока 17 вверх. Дойдя до определенного положения, шток 17 устремляется вниз, а дополнительная разрезная цанга 60 из-за трения о шток 17 дополнительно самозаклинивается, надежно охватывает шток 17 и препятствует его дальнейшему движению, т.е. нанесению повторного удара, l0

При необходимости многоударной работы молота трубопровод 64 соединяется со сливом, во время хода штока 17 вниз вследствие сил трения о шток 17 разрезная цанга 52 расклинивается, преодолевая усилие пружин 55, и не мешает движению штока 17 вниз, накопленная потенциальная энергия вновь расходуется на деформирование ! и заготовки. Повторяются вышеописанные процессы, составллющие замкнутый термодинамический цикл с продолженным расширением.

При движении бабы 5 вниз, если давление в поршневой полости !8 станет ниже атмосферного в результате неизбежных утечек, то обратный клапан 20 открывается и впускает допол20 нительную порцию воздуха в поршневую .полость 18. При движении бабы 5 вверх обратный клапан 20 автоматически закрывается и не препятствует на коплению потенциальной энергии при холос25 том ходе.

При движении бабы 5 вниз, если давление в штоковой полости 19 станет выше атмосферного в результате неизбежных утечек, то прямой клапан 21 открывается и выбрасывает воздух из штоковой полости 19 в атмосферу. При движении бабы 5 вверх. прямой клапан

21 автоматически закрывается и не п >епятствует накоплению потенциальной энергии за счет создания разрежения в штоковой полости 19 при холостом ходе.

При длительных остановках, когда баба 5 находится в нижнем положении и верхняя часть 6 инструмента покоится на его нижней части 7, пуск молота осуществляется, как отмечалось выше, через автоматический пусковой клапан путем подачи энергоносителя в штоковую полость 19. В этом случае на период пуска прямой клапан 21 должен

Как указывалось выше, в роторном исполнении предла гаемый молот обеспечивает многооперационную ковку. В этом случае механизм 66 шагового поворота периодически поворачивает барабан 65 на определенный угол, чем достигается многооперационная одновременная ковка нескольких заготовок.

Операции выполняются последовательно на нескольких рабочих позициях и прошедшие все операции заготовки выгру11 15638 жаются через погрузо-разгрузочный сектор 74, Формула изобретения

Высокоскоростной молот, содержащий

5 установленный на станине между рабочим цилиндром и штамповым пространством ствол с бабой, расположенную концентрично стволу и.соединенную со штоками приводных цилиндров гильзу с узлами герметизации штампового пространства и смонтированный в стенке ствола узел подачи топливной смеси, (32 l2 о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения КПЦ, он снабжен газовой турбиной, электрогенератором и установленной в штамповом пространстве ванной с теплоносителем и электронагревателем теплоносителя, в стволе над узлом подачи топливной смеси выполнен канал, посредством последнего газовая турбина соединена с полостью ствола, при этом электрогенератор кинематически соединен с газовой турбиной и электрически - с электронаrpeвателем теплоносителя.

1563832

УФ

Составитель И. Базунов

Редактор А.Ревин Техред M.Õoäàíè÷

Корректор Л.Патаи

Заказ 1121

Тираж 486

Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 191