Амортизатор плунжера узла гидросвязи вертикального бесшаботного молота

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к бесшаботным молотам. Цель изобретения - повышение надежности , Амортизатор плунжера узла гидросвязи вертикального бесшаботного молота содержит пакет (П) гофрированных листов с одинаковым шагом гофров. Опорные элементы (ОЭ) выполнены в виде С-образных скоб. В П со стороны верхних и нижних впадин выполнены по два ряда вертикальных отверстий глубиной, в 1,15-1,2 раза превышающей длину отогнутых концов (ОК) упомянутых скоб. ОЭ этими концами установлены в отверстиях П. По меньшей мере в двух ОЭ, расположенных в верхних и нижних впадинах П, один из ОК выполнен Длиной , превышающей половину высоты П. 2 з.п. ф-лы. 5 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 21 J 13/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4802069/27 (22) 27.12.89 (46) 07,04,92. БюЛ. N 13 (71) Луганский машиностроительный институт (72) P.È. Рей, Т.С. Сушкова, В.А. Шевердяков и А.Г. Карев (53) 621.074(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1228959, кл. В 21 J 13/06, 04.12.84. (54) АМОРТИЗАТОР ПЛУНЖЕРНОГО УЗЛА

ГИДРОСВЯЗИ ВЕРТИКАЛЬНОГО БЕСШАБОТНОГО МОЛОТА (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшаботным молотам.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкции кузнечно-штамповочного оборудования, Известен бесшаботный молот с гидравлической связью баб.

К недостаткам молота относится увеличение массы боковых штоков ввиду введения в конструкцию дополнительных плунжеров, а также сохранения в конструкции тяжелонагруженных, труднодоступных для ремонта амортизаторов боковых и центрального штоков. Наличие резинометаллических амортизаторов существенно уменьшает работоспособность молота".

Известен бесшаботный молот с энергией удара 630 кДж. На кузнечном молоте применяются резинометаллические амортизаторы. Резиновые листы соединены с металлическими прокладкам вулканизацией.

В плане листы имеют форму круглых шайб с внутренней перфорацией. Торцы -резиновых шайб имеют скругления, направленные

„.,5U„„1724413 А1

Цель изобретения — повышение надежности, Амортизатор плунжера узла гидросвязи вертикального бесшаботного молота содержит пакет (П) гофрированных листов с одинаковым шагом гофров. Опорные элементы (ОЭ) выполнены в виде С-образных скоб. В

П со стороны верхних и нижних впадин выполнены по два ряда вертикальных отверстий глубиной, в 1,15 — 1,2 раза превышающей длину отогнутых концов (ОК) упомянутых скоб. ОЭ этими концами установлены в отверстиях П. По меньшей мере в двух ОЭ, расположенных в верхних и нижних впадинах П, один из ОК выполнен длиной, превышающей половину высоты П. 2 з.п. ф-лы. 5 ил, внутрь материала. Материал — резиновая смесь на основе натурального каучука, Амортизаторы фирмы "Inmeta" имеют рабочую продолжительность 8 — 12 нед, амортизаторы, выполненные на основе резиновых пластин, имеют рабочую продолжительность до 1 нед. Резиновые листы этих амортизаторов имеют форму круглых шайб с обычной перфорацией и шестью отверстиями g60 мм. Листы устанавливаются свободно на металлические прокладки и образуют конструкцию амортизатора, аналогичную конструкции узла бесшаботного молота.

Недостатком резинометаллических амортизаторов является низкая долговечность, которая ведет к потерям, связанным с заменой амортизаторов и простоями молота.

Известна также виброизолирующая подшаботная прокладка вертикального молота, содержащая расположенные эквиди1724413 стантно друг над другом плитовины в виде пакетов гофрированных листов с одинаковым шагом гофров, снабженная опорными элементами с вогнутой рабочей поверхностью, верхними опорными элементами с выпуклой рабочей поверхностью и разделительными элементами.

Данное техническое решение не применимо в качестве амортизатора плунжера узла гидросвязи бесшаботного молота ввиду его неработоспособности, что объясняется несколькими причинами, Наличие упругой связи между бабами, которой являются амортизаторы, приводит к тому, что при движении на удар бабы совершают колебания относительно общего центра масс и к удару подходят с разными скоростями, причем рассогласования в скоростях тем выше, чем меньше жесткость амортизаторов. Так, для бесшаботного молота с энергией удара

1500 кДж разницу в скоростях движения баб на удар не выше 0,3 м/с можно получить, если суммарная жесткость боковых амортизаторов будет больше 1,8 .10 Н/м.

После удара верхняя баба со скоростью отскока, равной 1,5 м/с, движется вверх, а боковые штоки вместе с амортизаторами со скоростью удара 3 м/с продолжают движение вниз и тормозятся за счет давлений, действующих со стороны жидкости в гидробаке на торцовые поверхности плунжеров, взаимодействующих со штоком, B резул ьтате движения верхней бабы и боковых штоков в разные стороны, а между ними и установлены амортизаторы, нагрузка с амортизатора снимается и между опорной поверхностью бабы и амортизатором возникает зазор, величина которого достигает

30 — 40 мм. Зазор можно уменьшить или устранить путем снижения жесткости амортизаторов, но при этом увеличивается величина рассогласования скоростей баб к удару, что влечет за собой другие неблагоприятные явления, такие как гидроудар жидкости в гидробаке, удар нижней бабы по стационарным амортизаторам и т,п. После остановки боковых штоков они начинают движение вверх, зазор между опорной поверхностью бабы и амортизатором выбирается и происходит торможение боковых штоков, при котором давления, отнесенные к площади амортизаторов в плане, достигают 9,0 10 Па (90 атм), Прокладка рассчитана для работы при давлениях до 1 2 10 Па (12 атм), повышение давления на прокладку приводит к потере устойчивости листов у вершин гофров, контактируемых с нижними и средними разделительными элементами, со значительным снижением ресурса цикли5

55 ческой прочности. Кроме того, возникает неопределенность в положении всех разделительных и опорных элементов. В момент образования зазора амортизатор оказывается полностью разгружен, а наличие вибраций приводит к смещению разделительных и опорных элементов относительно пакетов с вероятным их касанием о станину и возможным заклиниванием между бабой и станиной.

Цель изобретения — повышение долговечности амортизатора путем сохранения

его работоспособности и демпфирующих свойств в процессе эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что с целью повышения надежности, опорные элементы выполнены в виде (-образных скоб, в пакете гофрированных листов со стороны верхних и нижних впадин выполнены по два ряда вертикальных отверстий глубиной в 1,15 — 1,2 раза превышающих длину отогнутых концов упомянутых скоб, причем опорные элементы этими концами установлены в отверстиях пакета. По меньшей мере у двух опорных элементов, расположенных в верхних и нижних впадинах пакета, один из отогнутых концов выполнен длиной, и ревышающей половину высоты пакета. Для устранения возможного поворота пакета с установленными в нем опорными элементами вокруг вертикальной оси штока .служат промежуточные плиты, Каждая промежуточная плита выполнена с двумя противоположными кромками, отогнутыми под прямым углом в противоположные стороны, причем встречно направленными кромками промежуточные плиты соединены с боковой поверхностью пакета, а разнонаправленными кромками, соответственно, верхняя — с боковой поверхностью бабы, нижняя — с боковой поверхностью плунжера, На фиг. 1-5 изображен амортизатор; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг, 3— разрез Б — Б на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез  — В на фиг, 1; на фиг, 5 — разрез à — Г на фиг. 3.

Амортизатор плунжера узла гидросвязи содержит пакет из гофрированных листов 1 с отверстиями, в которых размещены отогнутые концы верхних 2 и нижних 3 опорных элементов, выполненных в виде (-образных скоб, контактирующих соответственно с верхней 4 и нижней 5 промежуточными плитами. Встречно направленными кромками промежуточные плиты соединены с боковой поверхностью пакета 1, а разнонаправленными кромками соответственно верхняя — с боковой поверхностью бабы 6, нижняя — с боковой поверхностью опорного башмака 7 плунжера 8 (фиг, 3). Оси

1724413

55 глухих отверстий расположены во впадинах гофров и перпендикулярны опорным поверхностям Е и F амортизатора.

Амортизатор работает следующим образом.

Верхняя баба 6 посредством пневмопривода (не показан) начинает ускоренное движение вниз, воздействует на промежуточную плиту 4, которая передает усилие на верхние опорные элементы 2, те в свою очередь воздействуют на пакет гофрированных листов 1. Пакет, воздействуя на нижние опорные элементы 3, передает усилие на нижнюю промежуточную плиту 5, опорный башмак 7 и плунжер 8. Молот симметричен относительно фронтальной плоскости, проходящей через его вертикальную ось, имеет соответственно два боковых плунжера (на чертежах представлен один амортизатор и один плунжер). Боковые плунжеры 8, получившие движения от верхней бабы 6, воздействуют на жидкость в гидробаке.

Давление в последнем повышается, на центральный плунжер действует сила от повышенного давления жидкости, которая передается на центральный шток и через центральный амортизатор на нижнюю бабу, которая приходит в движение навстречу верхней бабе(гидробак, центральный плунжер, центральный амортизатор и нижняя баба не показаны). Обратный холостой ход осуществляется аналогично с тем лишь отличием, что ведущим является плунжер 8.

Ни прямой, ни обратный холостые хода не являются для амортизатора лимитирующими. При прямом холостом ходе ускорение баб находится на уровне 0,5 о (о — ускорение свободного падения), а динамическая составляющая усилия, действующего на амортизатор, не превышает 50% от статической.

Максимальные нагрузки возникают на амортизаторе непосредственно после удара. В момент удара нижняя и верхняя бабы, а также амортизатор и боковой плунжер имеютскорости на уровне 3 м/с. В процессе удара нижняя и верхняя бабы тормозятся и приобретаютскорости отскока, равные примерно 1,5 м/с при жестком ударе, Плунжер

8 в ударе по поковке не участвует, а в момент удара продолжает движение вниз со скоростью 3 м/с и движется вниз до тех пор, пока его кинетическая энергия не преобразуется в потенциальную энергию сжатия жидкости в гидробаке. Во время движения бабы 6 и плунжера 8 в разные стороны амортизатор освобождается от нагрузки, а энергия упругой деформации расходуется на увеличение кинетической энергии плунжера и бабы и на сжатие жидкости в гидробаке, Учитывая, что снижение жесткости аморти5

40 заторов ограничено возникновением рассогласования в величинах скоростей баб при прямом холостом ходе, для реальных молотов разница в перемещениях плунжера

8 и бабы 6 оказывается больше величины упругой деформации амортизатора в момент удара, что приводит к образованию зазора между опорными поверхностями бабы и амортизатора.

Предотвращение поворота амортизатора и опорного башмака 7 относительно оси плунжера достигается наличием промежуточных плит 4 и 5, каждая из которых выполнена с двумя противоположными кромками, отогнутыми под прямым углом в противоположные стороны. Встречно направленными кромками промежуточные плиты соединены с боковой поверхностью пакета 1, а разнонаправленными кромками соответственно верхняя — с боковой поверхностью бабы 6, нижняя — с боковой поверхностью опорного башмака 7 плунжера (фиг. 3), Повороту друг относительно друга отдельных гофрированных листов препятствуют концы опорных элементов,. которые выполнены в виде(-образных скоб и установлены в выполненных в пакете отверстиях со стороны верхних и нижних впадин, и так как длина отогнутого конца опорного элемента больше половины высоты пакета, то отогнутые концы верхних и нижних опорных элементов перекрывают друг друга, что гарантирует предотвращение поворота друг относительно друга любых двух гофрированных листов пакета.

После остановки плунжера 8 в крайнем нижнем положении он под действием сил от давления жидкости в гидробаке начинает движение вверх, зазор между опорной поверхностью бабы 6 и опорной поверхностью

F промежуточной плиты 4 выбирается, начинается динамическое деформирование амортизатора, в процессе которого часть кинетической энергии плунжера превращается в энергию упругой деформации амортизатора, а так как плунжер снижает скорость до величины скорости бабы, то часть кинетической энергии плунжера остается не израсходованной.

Пример. Исходные данные; молот вертикальный бесшаботный с энергией удара 1600 кДж; скорость баб к началу удара 1/у=З м/с; масса каждой бабы М=170 т; скорость отскока баб 1/О=1,5 м/с; масса боковых плунжеров m=4 т; объем жидкости в системе гидросвязи баб V -0,6 м; модуль упругости жидкости (вода) Е=2,2 10

Н/м, давление жидкости: статическое

Р =10 МПа; при прямом холостом ходе

Рл=15 МПа; при обратном холостом ходе

РО=8 МПа; суммарная эквивалентная жес1724413 ткость боковых амортизаторов С=1,8 10

Н/м. Габариты одного амортизатора 1,0 м х 0,6 м х0,46 м.

По закону сохранения энергии работа упругой деформации амортизаторов после 5 удара равна

А=А кш+Ауа+Ауж (1) где Акш — изменение кинетической энергии боковых плунжеров за время между началом удара (скорость плунжера 3 м/с) и в 10 конце деформации амортизаторов (скорость плунжера равна скорости отскока бабы — 1,5 м/с);

Акш=в(Чу — V )/2;

Акш=1,35 10 Дж; (2) 15

Ауа — потенциальная энергия боковых амортизаторов при их разгрузке в момент удара

Ауа=Р (1 — p)/2 С (3) здесь P — усилие, действующее на амортизаторы при прямом. холостом ходе падаю- 20 щих частей, P=1,5 g M, Р=2,5 10 Н; ут коэффициент поглощения энергии, амортизаторами за цикл нагрузка — разгрузка, p=0,34; 25

Ауа= 1,2 1 0 Дж; з

Ауж — изменение энергии упругой деформации жидкости, расходуемое на изменение кинетической энергии боковых плунжеров и затем превращаемое в упругую деформа- 30 цию амортизатооов;

Ауж=(Рп — Ро )Чж/(2Е)=2,2 10 Дж (4)

После подстановки в (1) численных значений составляющих (2) — (4) получим значение энергии, сообщенной амортизаторами после удара:

A=3,67 10 Дж.

Максимальное усилие, развиваемое плунжерами при их торможении при упругой деформации амортизаторов, составляет 40 величину

Ра= 2А C=1.15 10 Н (5)

На основе полученных данных изготовлен лабораторный образец амортизатора и определена его жесткость при условии воз- 45 действия соответствующих усилий, Высота лабораторного амортизатора принята равной высоте рабочего амортизатора молота, Площа2дь амортизатора в плане составляет

0,05 м, что составляет 1/24 от суммы площадей в плане двух боковых амортизаторов, Лабораторный амортизатор включает пакет из 185 гофрированных листов толщиной листа 2 мм, при параметрах гофра: шаг

60 мм, высота (размах) гофра 16 мм, внут- 55 ренний радиус у вершины гофра равен 15 мм, материал — сталь 65Г, габариты пакета в плане 0,15х0,33 м, образующая гофра рас- . положена вдоль короткой стороны пакета, опорные элементы в виде гладких цилиндров диаметром 30 мм, Усилие, приложенное к 0.05 м площади рабочего пакета, составляет

Рэ=Ра/24=4,8 10 Н.

Экспериментальные исследования пооведены при максимальном усилии 5,0 10 Н (50 т с), жесткость лабораторного амортизатора составляет 7,03 10 Н/м. С учетом отношения площадей лабораторного и рабочих амортизаторов, равного 1/24, жесткость двух боковых амортизаторов составляет величину

С=1,68 10 Н/м, При такой жесткости максимальное усилие на боковые амортизаторы равно Pa=

=Л А.С = 1,1 109Н.

Основные параметры амортизатора плунжера узла гидросвязи вертикального бесшаботного молота с энергией удара 1600 кДж; габариты 1,0хО,бх0,4 м; число гофрированных листов в пакете 185; параметры гофра; шаг 60 мм, размах 16 мм, радиус внутренней поверхности у вершины гофра

15 мм; характеристики заготовки для производства гофрированных листов: материал— сталь 65Г, толщина листа 2 мм, габариты

1,0х0,67 м; диаметр опорного элемента 30 мм, материал — сталь 40ХН; эквивалентная жесткость 8,4 10 Н/м; номинальное усилие

5,5 10 Н (550 т с).

Длина одного (большего) из двух отогнутых концов опорных элементов не случайно имеет одностороннее ограничение, так как именно минимальная длина, которая должна быть больше половины высоты пакета в ненагруженном состоянии, обеспечивает достижение поставленной цели. Длина одного из двух отогнутых концов хотя бы в двух опорных элементах, расположенных по обе стороны пакета, если она больше половины его высоты, обеспечивает стабильное положение отдельных гофрированных листов в пакете, предотвращая их поворот относительно друг друга в процессе работы молота, Обоснование же предела максимальной длины большего отогнутого конца опорного элемента является нецелесообразным, Для каждо-о возможного варианта исполнения амортизатора длина большего отогнутого конца опорного элемента имеет свой максимально допустимый предел. Например, при расположении ряда отверстий в пакете в одной вертикальной плоскости, диаметр которых чуть превышает диаметр опорных элементов (отогнутые концы такого же диаметра), максимальная длина отогнутого конца практически составляет не более 60 от высоты пакета в ненагруженном состоянии.

1724413

25 в них разместить длинные и короткие ото- 30

B противном случае отверстия, расположенные сверху и снизу во впадинах гофров, частично перекроют друг друга в средних листах пакета, что совершенно недопустимо из-за разрушения этих листов до эксплуатации. Если же отверстия в пакете расположить иначе, например отверстия, выполненные сверху, разместить в одной плоскости, а нижние отверстия сместить в другую вертикальную плоскость, или уменьшить диаметр отогнутых концов опорных элементов (соответственно уменьшится и диаметр отверстий), тогда никакого наложения отверстий друг на друга на встречных направлениях не произойдет, даже если выполнить отверстия сквозными. В этих случаях (при сквозных отверстиях) максимальная длина отогнутого конца может быть на 15—

20 / меньше высоты пакета в ненагруженном состоянии, что исключает возможность соприкосновения отогнутых концов с промежуточными плитами при максимальной упругой деформации пакета.

На использование амортизатора, исключающее расположение трех соседних отверстий в одной вертикальной плоскости и позволяющее выполнить в пакете сквозные отверстия, совершенно бесполезно. Отверстия в пакете нужны только для того, чтобы гнутые концы опорных элементов. Назначение коротких отогнутых концов заключается в надежной фиксации самих опорных элементов в момент образования зазора между амортизатором и бабой, а длинные отогнутые концы предотвращают разворот отдельных гофрированных листов относительно друг друга. И каждый из упомянутых отогнутых концов надежно выполняет свои функции при указанных минимальных пределах их длины, увеличение которой приводит к неоправданному повышению металлоемкости, а выполнение сквозных отверстий бесполезно увеличивает их количество в каждом гофрированном листе. Особенно это отражается на средних гофрированных листах пакета, в которых число отверстий возрастает в 17 раз, т.е. при отогнутых концах минимальной длины и глухих отверстиях достаточно в средних листах выполнить всего два отверстия, а при максимально возможной длине отогнутых концов и сквозных отверстиях в пакете их количество достигает 34.

Отогнутые концы, входящие в отверстия, не должны иметь острых кромок, но и не обязательно, чтобы они заканчивались сферой. Во избежание среза или загиба в

55 зоне отверстий случайно сдвинувшихся относительно друг друга гофрированных листов достаточно скруглить торцовые поверхности отогнутых концов радиусом 8—

10 мм.

Для нормального сопряжения средней части опорного элемента с впадиной гофра и отогнутого конца с цилиндрической поверхностью отверстия в пакете опорный элемент, нагретый до ковочной температуры, следует изгибать без радиуса внутренней части изгиба с последующей механической обработкой этого участка до получения формы двух пересекающихся под прямым углом цилиндров одинакового диаметра.

Экономический эффект при использовании предлагаемого амортизатора получен за счет сокращения простоев молота, вызванных заменой амортизаторов, и сокращения затрат на производство собственно амортизаторов.

Формула изобретения

1. Амортизатор плунжера узла гидросвязи вертикального бесшаботного молота, содержащий пакет гофрированных листов с одинаковым шагом гофров, опорные элементы, установленные во впадинах гофров между пакетом и соответственно верхней и нижней промежуточными плитами, из которых первая соединена с опорной поверхностью бабы, а вторая — с опорной поверхностью плунжера, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности, опорные элементы выполнены в виде -образных скоб, в пакете гофрированных листов со стороны верхних и нижних впадин выполнены по два ряда вертикальных отверстий глубиной, в 1,15 — 1,2 раза превышающих длину отогнутых концов упомянутых скоб, причем опорные элементы этими концами установлены в отверстиях пакета.

2. Амортизатор по и. 1, о т л и ч à ю щ ий с я тем, что по меньшей мере у двух опорных элементов, расположенных в верхних и нижних впадинах пакета, один из отогнутых концов выполнен длиной, превышающей половину высоты пакета.

3, Амортизатор по пп. 1 и 2, о т л и ч аю шийся тем, что каждая промежуточная плита выполнена с двумя противоположными кромками, отогнутыми под прямым углом в противоположные стороны, причем встречно направленными кромками промежуточные плиты соединены с боковой поверхностью пакета, а разнонаправленными кромками соответственно верхней — с боковой поверхностью бабы, нижней — с боковой поверхностью плунжера, 1724413

1724413

1724413

Г-Г

30

40

50

Составитель А,Карев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Король

Редактор Н.Яцола

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1137 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5