Винтовой пресс с муфтовым приводом

 

Изобретение относится к области кузнечно-прессового машиностроения. Пресс содержит смонтированный в направляющих станины ползун с закрепленной в нем гайкой, сочлененной нарезкой с винтом, размещенным с возможностью вращения в опорах станины, приводной маховик, связанный передачей с главным электродвигателем, связывающую маховик с винтом приводную муфту с ведомым и ведущим нажимными дисками и электродвигателем возвратного хода. Для уменьшения энергозатрат и упрощения и удешевления конструкции пресса и его эксплуатации он снабжен установленным на маховике редуктором, ведущий вал которого связан с винтом, а ведомый вал - с валом электродвигателя возвратного хода, при этом последний установлен на маховике. 4 ил.

Изобретение относится к области кузнечно-прессового машиностроения, а конкретно к винтовым прессам с муфтовым приводом.

Известен винтовой пресс, содержащий станину, в направляющих которой установлен ползун с гайкой, сочлененной нарезкой с винтом. Винт установлен с возможностью вращения в опорах станины пресса. Привод подвижных частей пресса для хода разгона вниз и перемещения ползуна вверх осуществляется от электрического дугостатерного двигателя, ротор которого является одновременно и маховиком пресса, а маховик жестко связан с винтом (см. книгу Ю.А.Бочарова "Винтовые прессы", М., 1976, с. 105, рис. 3.3).

Упомянутый винтовой пресс с электрическим дугостаторным приводом относится к классу винтовых машин с жесткой связью маховика с винтом и безаккумуляторным приводом. Пресс имеет простую конструкцию, прост в управлении и эксплуатации и по своим основным конструктивным признакам может быть принят за аналог.

Однако такие прессы имеют существенные недостатки, заключающиеся в следующем. Отсутствие в приводе пресса аккумулятора энергии существенно увеличивает установленную мощность пресса, которая в несколько раз превышает установленную мощность прессов с аккумуляторным приводом. Кроме того, жесткая связь маховика с винтом приводит к нерациональному использованию энергии при разгоне больших маховых масс на возвратном ходе и потерей энергии при их торможении. Большая установленная мощность и двойной реверс привода за один машинный цикл приводят к перегреву электродугостаторного привода и быстрому выходу его из строя. Большие потери энергии в приводе существенно снижают эффективный КПД пресса. Для охлаждения привода применяются мощные вентиляторы с приводом от дополнительного электродвигателя. Например, в прессе модели Ф1738 с номинальной силой деформирования 6300 кН, имеющем главный привод со среднецикловой мощностью 83 кВт, для охлаждения главного привода установлен электродвигатель с номинальной мощностью 13 кВт. Другим недостатком винтовых прессов с электродугостаторным приводом является небольшая эффективная энергия пресса (в 3 и более раза меньше энергии, например, винтового пресса с муфтовым приводом), что ограничивает возможности пресса при выполнении энергоемких технологических операций. Недостатком электродугостаторного пресса является также пиковый характер нагружения электросети цеха, отрицательно влияющий на работу оборудования, установленного в цехе.

Известен также винтовой пресс, содержащий станину, в направляющих которой установлен ползун с гайкой, сочлененной нарезкой с винтом. Винт установлен с возможностью вращения в опорах станины пресса, а на станине пресса установлен маховик с приводом от электродвигателя. На маховике размещена управляемая фрикционная муфта, посредством которой осуществляется соединение маховика с винтом. При работе пресса в конце хода деформирования муфта отключается и отсоединяет винт от продолжающегося вращения маховика. Возврат ползуна осуществляется двумя гидравлическими цилиндрами (см. обзорную информацию ВНИИТЭМР, серия 3, выпуск 1 авторов А.В. Сафонова, В.Ф.Федоркевича "Винтовые прессы с муфтовым приводом для горячей объемной штамповки", М., 1988, с. 16, рис. 6).

Величина эффективной энергии, необходимой для выполнения полезной работы деформирования, в муфтовых прессах существенно больше энергии, чем у прессов с электродугостаторным приводом. По сравнению с винтовым прессом с электродугостаторным приводом муфтовые прессы имеют существенно меньшую установленную мощность привода при большей величине эффективной энергии. При этом величина эффективной энергии может быть увеличена без увеличения мощности привода за счет уменьшения частоты ходов пресса. В прессах с электродугостаторным приводом увеличение эффективной энергии без увеличения мощности привода невозможно.

Однако этот пресс не лишен недостатков, основными из которых следует считать применение в его конструкции для возвратного хода ползуна пневматических или гидравлических цилиндров. Применение для возвратного хода пневматических цилиндров приводит к тому, что при ходе ползуна вниз пневмоцилиндры соединяются с атмосферой, а это приводит к большим расходам сжатого воздуха и шумовым нагрузкам при выхлопе сжатого воздуха. Постоянное подключение пневмоцилиндров к сети со сжатым воздухом приводит к односторонней выборке зазора в резьбе, что существенно усложняет конструкцию пресса, т.к. на прессе необходимо устанавливать дополнительный механизм раскрытия зазоров в резьбе, и ухудшению условий смазки резьбы и заклиниванию пресса. Применение в приводе возвратного хода гидроцилиндров связано с необходимостью использования в приводе пресса энергоносителя в виде сжатой жидкости, что приводит к дополнительным потерям энергии, а применение гидравлической насосно-аккумуляторной установки усложняет и удорожает эксплуатацию и обслуживание пресса.

Известен также винтовой пресс, содержащий смонтированный в направляющих станины ползун с закрепленной в нем гайкой, сочлененный нарезкой с винтом, размещенным с возможностью вращения в опорах станины, приводной маховик, связанный передачей с главным электродвигателем, связывающую маховик с винтом приводную муфту с ведомым и ведущим нажимными дисками и электродвигателем возвратного хода.

Указанные недостатки устраняются тем, что пресс снабжен установленными на маховике электродвигателем возвратного хода и редуктором, причем ведущий вал редуктора связан с винтом пресса, а ведомый вал редуктора - с валом электродвигателя возвратного хода.

На фиг. 1 показан общий вид пресса; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - место Б на фиг. 1; на фиг. 4 - механическая характеристика электродвигателя возвратного хода.

Винтовой пресс содержит станину 1, в направляющих 2 которой установлен ползун 3, на котором смонтирована гайка 4, сочлененная винтовой нарезкой с винтом 5. Винт 5 установлен подвижно в подпятнике 6 и подшипнике 7 на станине 1 пресса. Подшипник 7 установлен на втулке 8, которая жестко связана со станиной 1. На верхней части винта 5 закреплена шлицевая втулка 9, которая связана с винтом 5, например, шпоночным соединением и закреплена гайкой 10. На втулке 8 на подшипниках 11 установлен маховик 12, который клиноременной передачей 13 связан со шкивом 14 главного электродвигателя 15 привода маховика 12 (фиг. 2). Главный электродвигатель 15 закреплен на станине 1. На маховике 12 установлена управляемая фрикционная муфта, состоящая из ведущего нажимного фрикционного диска 16, связанного шлицевым соединением с маховиком 12. На диске 16 и маховике 12 закреплены фрикционные накладки 17. Со шлицевой втулкой 9 связан ведомый диск 18. Нажимной диск 16 и ведомый диск 18 подпружинены пружинами (на чертежах не показаны) таким образом, чтобы при отключенной муфте фрикционные накладки 17 не соприкасались с диском 18.

На маховике 12 установлен цилиндр 19, поршень 20 которого упирается в нажимной диск 16. Для привода поршня 20 могут применяться сжатые воздух или жидкость. На цилиндре 19 установлены редуктор 21 и электродвигатель возвратного хода 22. Питание к электродвигателю от электросети подводится через коллектор 23 любой известной конструкции. Вал электродвигателя возвратного хода 22 соединен с ведомым валом редуктора 21 (соединение не показано), а ведущий вал 24 редуктора 21 связан с винтом 5.

Между станиной 1 и втулкой 8 установлен тормоз, выполненный в виде тормозного барабана 25, связанного с винтом 5, и тормозных колодок 26. Привод тормозных колодок может иметь любую известную конструкцию, например, от пневмо- или гидроцилиндров (на чертежах не показано).

Пресс работает следующим образом. В исходном положении ползун 3 пресса занимает крайнее верхнее положение, тормоз заторможен, фрикционная муфта отключена, электродвигатель 23 возвратного хода отключен, главный электродвигатель 15 включен и вращает маховик 12.

Скорость холостого вращения маховика 12 где i₁ - передаточное отношение ременной передачи 14; ω_эм - скорость холостого времени вала электродвигателя 15.

Вместе с маховиком 12 вращаются закрепленные на нем цилиндр 19, редуктор 21 и статор электродвигателя 22. Вал электродвигателя 22 не вращается, т.к. он жестко связан через редуктор 21 с неподвижным винтом 5. Скорость вращения статора электродвигателя возвратного хода 22 относительно его вала ω_эв = ω_эм•i_2, (2) где i₂ - передаточное отношение редуктора 21; ω_а = ω_эв - относительная скорость вращения вала электродвигателя 22 относительно его статора. Скорость ω_а оказана на механической характеристике электродвигателя 22 (фиг. 4). Так как электродвигатель 22 отключен от электросети, то момент на валу электродвигателя 22 равен нулю.

Для совершения машинного цикла пресса тормоз растормаживается (тормозные колодки 26 отводятся от тормозного барабана 25) и включается муфта (в цилиндр 19 подаются сжатые воздух или жидкость). Муфта соединяет маховик 12 пресса с винтом 5 и ползун 3 начинает перемещаться вниз со скоростью где h - ход резьбы винта 5 и гайки 4.

Происходит ход приближения, во время которого скорость вращения винта 5 равна скорости вращения маховика 12. Статор и ротор электродвигателя 22 вращаются с одинаковой скоростью. Относительная скорость между ротором и статором электродвигателя 22 равна нулю. В конце хода вниз происходит ход деформирования, во время которого часть энергии маховика, винта и ползуна переходят в работу деформирования заготовки (на чертежах не показана). В конце хода деформирования подается команда на отключение муфты. Цилиндр 19 соединяется с атмосферой (при работе от сжатого воздуха) или со сливным баком гидропривода (при работе от сжатой жидкости), муфта отсоединяет маховик 12 от винта 5. Ползун 3 и винт 5 останавливаются.

Относительная скорость вращения вала электродвигателя 22 относительно его статора становится равной ω_а, как показано на механической характеристике электродвигателя 22 (фиг. 4). Электродвигатель 22 подключается к электросети и на его валу возникает момент М_a. От редуктора 21 на винт 5 передается момент, противоположно направленный относительно направления вращения маховика 12. Происходит движение ползуна 3 вверх, которое описывается уравнением
где m^* - приведенная масса ползуна 3, гайки 4, винта 5 и связанных с винтом тормозного барабана 25 и ведомого диска 18;
m - масса ползуна 3 и гайки 4;
M_ЭВ - момент на валу возвратного электродвигателя 22;
g - ускорение свободного падения;
M_т - суммарный момент трения в резьбовом соединении винта 5 и гайки 4 и опорах винта 5;
h - ход резьбы винта 5 и гайки 4;
R_т - сила трения в направляющих ползуна 3.

Момент M_i • i₁ воздействует также на маховик 12 и направлен в сторону его вращения. Работа электродвигателя 22 осуществляет разгон маховика 12, суммируясь с работой главного электродвигателя 15.

При подходе ползуна 3 к верхнему положению электродвигатель 22 обесточивается и включается тормоз (колодки 25 затормаживают тормозной барабан и винт 5). Ползун 3 и винт 5 останавливаются. Маховик 12 разгоняется главным электродвигателем 15 до скорости холостого хода.

Главный электродвигатель 15 работает во время хода ползуна вверх и вниз и во время технологических пауз, что позволяет существенно уменьшить его установочную мощность. Под действием момента, развиваемого электродвигателем возвратного хода 22, осуществляется подъем вверх ползуна 3 и разгон маховика 12, суммируясь с работой главного электродвигателя 15, что обеспечивает повышение эффективности работы пресса.

Формула изобретения

Винтовой пресс, содержащий смонтированный в направляющих станины ползун с закрепленной в нем гайкой, сочлененной нарезкой с винтом, размещенным с возможностью вращения в опорах станины, приводной маховик, связанный передачей с главным электродвигателем, связывающую маховик с винтом приводную муфту с ведомым и ведущим нажимными дисками и электродвигателем возвратного хода, отличающийся тем, что он снабжен установленным на маховике редуктором, ведущий вал которого связан с винтом, а ведомый вал - с валом электродвигателя возвратного хода, при этом последний установлен на маховике.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4