ПНЕВМОВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ШТАМПОВОЧНОГО МОЛОТА Российский патент 2000 года по МПК B21J7/02 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкции кузнечно-штамповочного оборудования? и предназначено для использования при проектировании новых и реконструкции существующих заготовительных цехов машиностроительных предприятий, оснащенных оборудованием ударного действия.

Известен скоростной молот (см. а. с. СССР N 261125, кл. В 21 J 7/02, 1970), виброизолирующая часть которого включает плунжер, перемещающийся в гидравлическом цилиндре, жестко связанный со станиной молота, устройство, которое выполняет функции демпфирования, использования одной и той же среды, разделяющей молот и фундамент, и поддержания постоянного значения силы давления жидкости на молот в процессе всего цикла работы, уравновешивая вес молота. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве, которое должно создавать постоянную силу давления на плунжер, отсутствует механизм, действительно обеспечивающий постоянство этой силы из-за изменений давления в пневмосети и из-за инерционности жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является пневмовиброизолирующее устройство штамповочного молота, смонтированного на фундаменте и имеющего направляющие колонны и шабот, содержащее опорные пружины, пружины коррекции исходного положения шабота относительно направляющих колонн, закрепленный на фундаменте под шаботом пневмоцилиндр с подвижным поршнем, жестко соединенным штоком с шаботом, и устройство для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот при его движении вверх в виде впускного и выпускного клапанов, связывающих пневмоцилиндр с пневмомагистралью (RU 2109592 C1, 27.04.1998, В 21 J 7/02).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в устройстве отсутствует механизм, который должен выполнять функцию экономного потребления энергии из пневмосети.

Сущность изобретения заключается в следующем. В виброизолирующих устройствах с постоянным давлением на молот расходуется энергия. Для экономного потребления энергии виброизолирующим устройством целесообразно ввести в него перекачивающий механизм, который бы перебрасывал отработанный, например, сжатый воздух в сеть для повторного использования.

Технический результат - экономное потребление энергии при гашении вибрации.

Для достижения указанного выше технического результата известное пневмовиброизолирующее устройство штамповочного молота, смонтированного на фундаменте и имеющего направляющие колонны и шабот, содержащее опорные пружины, пружины коррекции исходного положения шабота относительно направляющих колонн, закрепленный на фундаменте под шаботом пневмоцилиндр с подвижным поршнем, жестко соединенным штоком с шаботом, и устройство для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот при его движении вверх в виде впускного и выпускного клапанов, связывающих пневмоцилиндр с пневмомагистралью, снабжено перекачивающим устройством для обеспечения замкнутого цикла использования сжатого воздуха, выполненным в виде резервуара, электромагнитного клапана с электросхемой его управления, включающей закрепленные на направляющей колонне электроконтакты обратного клапана, выпускного регулируемого клапана, связывающего электромагнитный клапан с атмосферой, и впускного регулируемого клапана, установленного в пневмомагистрали перед резервуаром, при этом впускной и выпускной регулируемые клапаны устройства для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот, резервуар, а также электромагнитный и обратный клапаны образуют замкнутую на пневмоцилиндр цепь с последовательным включением входящих в нее элементов.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена принципиальная схема пневмовиброизолирующего устройства, на фиг. 2 представлены принципиальные схемы впускного (а), выпускного (б) регулируемых клапанов и электромагнитного клапана (в).

Устройство (фиг. 1) содержит направляющие колонны 1, опорные пружины 2, пружины коррекции 3 исходного положения шабота 4 относительно направляющих колонн 1, пневмоцилиндр 5, поршень 6, перемещающийся в пневмоцилиндре 5, жестко связанный штоком 7 с шаботом 4, устройство, обеспечивающее постоянство силы воздействия сжатого воздуха на шабот 4 при его движении вверх, состоящее из впускного 8 и выпускного 9 регулируемых клапанов, перекачивающее устройство для обеспечения замкнутого цикла использования сжатого воздуха, выполненное в виде резервуара 10, электромагнитного 11 и обратного 12 клапанов, выпускного регулируемого клапана 13, связывающего электромагнитный клапан с атмосферой 14, впускного регулируемого клапана 15, установленного в пневмомагистраль 16 перед резервуаром 10. Впускной и выпускной регулируемые клапаны (рис. 2 а, б) состоят из корпуса 17, входного 18 и выходного 19 штуцеров, золотника 20 с выточкой 21, пружины 22, маховика с винтом регулировки пружины 23, канала связи 24. Электромагнитный клапан (фиг. 2 в) состоит из неферромагнитного корпуса 25, обмотки 26, магнитопровода 27, якоря 28, жестко связанного штоком с клапаном 29, входного 30 и выходных 31 и 32 штуцеров пружины 33. Для управления работой электромагнитного клапана на направляющей колонне закрепляются электроконтакты 34 (см. фиг. 1). На входе пневмомагистрали виброизолирующего устройства устанавливается вентиль 35.

Впускной 8 и выпускной 9 регулируемые клапаны устройства для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот, резервуар 10, а также электромагнитный 11 и обратный 12 клапаны образуют замкнутую на пневмоцилиндр 5 цепь с последовательным включением входящих в нее элементов.

Устройство работает следующим образом. Перед работой молота открывается вентиль 35. Из магистрали 16 через резервуар 10 и клапаны 8 и 15 поступает сжатый воздух в пневмоцилиндр 5. По мере увеличения давления в пневмоцилиндре и резервуаре сжатый воздух через каналы связи 24 (см. фиг.2 а) клапанов 8 и 15, воздействуя на золотник 20, перемещает его, преодолевая сопротивление пружины 22. Как только давление в пневмоцилиндре достигнет установленного на клапанах 8 и 15 (см. фиг. 1) значения срабатывания, эти клапаны перекроют доступ воздуха из магистрали 16. В это время клапаны 9 и 13 должны оставаться закрытыми, но близкими к состоянию срабатывания. Давление в пневмоцилиндре должно быть установлено таким, чтобы сила давления сжатого воздуха на поршень 6 была немного меньше веса молота, например, на ΔF =2 кН. Молот займет исходное положение, при котором пружины коррекции 3 окажутся сжатыми, воздействуя на молот силой 2 кН. Пусть, например, давление срабатывания клапанов 8 и 15 должно быть 4,024 ат. Давление срабатывания клапанов 9 и 13 должно быть несколько выше, например, 4,025 ат.

При нажатии на педаль управления молота падающие части приходят в движение, приобретая кинетическую энергию, станина с шаботом под действием сил реакции поднимаются вверх, приобретая перед ударом импульс немного меньший импульса падающих частей. В это время выпускные клапаны 9 и 13 закрыты, а впускные 8 и 15 открыты настолько, чтобы поддерживать неизменным давление воздуха в пневмоцилиндре 5 и резервуаре 10. Из магистрали 16 потребляется определенное количество сжатого воздуха.

После удара падающие части устремляются вверх, а станина с шаботом - вниз. В это время впускные клапаны 8 и 15 закрыты. Поршень 6, опускаясь к исходному положению, вытесняет воздух через клапаны 9, 11, 12 в резервуар 10. Как только шабот достигнет исходного положения, замкнутся контакты 34 цепи управления работой электромагнитного клапана 11, откроется этот клапан. По обмотке 26 (см. фиг.2в) пойдет ток, якорь 28 притянется к магнитопроводу 27, открывая клапан 29, и воздух, поступающий через штуцер 30, начнет выходить через клапан 29, штуцер 32, клапан 13 (см. фиг. 1) в атмосферу 14. Клапан 12 закроется, и часть воздуха из пневмоцилиндра 5 через клапаны 9, 11, 13 выйдет в атмосферу. Давление в пневмоцилиндре, которое возросло при перекачивании воздуха из пневмоцилиндра в резервуар, понизится до исходного значения.

При дальнейшей работе пневмоцилиндр будет потреблять основную часть воздуха, необходимого для работы, из резервуара. Из пневмосети в резервуар будет входить, например, около (2-3)% необходимого для работы за цикл виброизолирующего устройства, воздуха.

Пример расчета виброизолирующих параметров и эффективности работы рассматриваемого устройства для штамповочного молота, например, модели М 2140.

1. Исходные данные: масса падающих частей m = 10³ кг, масса станины с шаботом М = 30•10³ кг, скорость падающих частей перед ударом ν₁₀ =7,1 м/с, время машинного цикла t_м = 0,845 с, наибольший ход падающих частей H = 1,2 м.

2. Выбор и расчет необходимых параметров. Примем: коэффициент упругости опорных пружин K₁ = 1•10⁷ Н/м, коэффициент упругости пружин коррекции K₂ = 0,25•10⁶ Н/м, поперечное сечение пневмоцилиндра S = 1,0 м², объем резервуара с магистралью до клапана 11 V₁ = 2,0 м³, объем газа в пневмоцилиндре и магистрали до клапана 11 при исходном состоянии поршня V₂ = 0,04 м³, объем газа в пневмоцилиндре, магистрали и резервуаре при исходном состоянии поршня V₃ = 2,04 м³. Давление газа в пневмоцилиндре, уравновешивающее вес молота, должно быть P₀ = 4,044 ат (см. пат. RU, N2109592, кл. В 21 J 7/02). Установим значения срабатывания впускных клапанов P₁ = 4,024 ат, а выпускных - P₂ = 4,025 ат. При этих параметрах окажется, что: ΔF = (P₀ - P₁)•S = 0,02•10⁵•1 = 2 кН; скорость падающих частей перед ударом относительно фундамента ν₁ = 6,98 м/с; скорость шабота со станиной перед ударом ν₂ = 0,21 м/с; скорость падающих частей после удара = -2,76 м/с; скорость шабота со станиной после удара = 0,115 м/с; величина перемещения шабота со станиной перед ударом h = 0,035 м, объем газа в пневмоцилиндре, магистрали и резервуаре перед ударом молота V₄ = V₃ + hS = 2,075 м³; кинетическая энергия шабота со станиной после удара T = 0,198 кДж. При движении поршня вниз давление в пневмоцилиндре и резервуаре возрастет до значения P₃ = P₁(V₄/V₃)^γ = 4,024•(2,075/2,04)^1,4 = 4,121 ат. Сжатый воздух совершит работу

Учитывая, что расстояние H падающие части должны пройти за время t = 0,51 с, среднее значение ускорения этого движения

Среднее значение силы реакции пара на станину с шаботом
F=m(g-а') = 10³•(9,82-1,6) = 8,22 кН.

Суммарная работа сил тяжести M•g, атмосферного давление F_AT = P_AT•S и силы реакции пара F при возвращении станины с шаботом в исходное положение
A₁ = (M_ОД + P_AT•S + F)•h = (30•10³•9,82 + 10⁵•1 + 8,22•10³)•0,035 = 14,098 кДж.

С учетом начальной кинетической энергии T суммарная энергия станины с шаботом в исходном положении
T + A + A₁ = 0,189 - 14,25 + 14,098 = 0,037 кДж.

Число молей воздуха, которое должно поступить в пневмоцилиндр через клапан 8 за один цикл,

Число молей в пневмоцилиндре перед открытием клапана 11

Число молей, которое осталось после стравливания воздуха в пневмоцилиндре

При стравливании в атмосферу выйдет ν₂-ν₃ = 0,154 моля, что составляет 2,7% от ν₁.
Максимальное значение динамической составляющей силы давления молота на фундамент
F₁ = (P₃-P₁)•S + ΔF = (4,121-4,024)•10⁵•1 + 2•10³ = 11,7 кН.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проектировании оборудования ударного действия. Пневмовиброизолирующее устройство молота содержит опорные пружины, пружины коррекции исходного положения шабота относительно направляющих колонн, пневмоцилиндр с подвижным поршнем, устройство для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот при его движении вверх и перекачивающее устройство для обеспечения замкнутого цикла использования сжатого воздуха. Устройство для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот включает впускной и выпускной регулируемые клапаны, связывающие пневмоцилиндр с пневмомагистралью. Перекачивающее устройство состоит из резервуара, электромагнитного клапана с электросхемой его управления, обратного клапана, выпускного регулируемого клапана, связывающего электромагнитный клапан с атмосферой, и впускного регулируемого клапана, установленного в пневмомагистрали перед резервуаром. Впускной и выпускной регулируемые клапаны устройства для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот, резервуар, а также электромагнитный и обратный клапаны образуют замкнутую на пневмоцилиндр цепь с последовательным включением входящих в нее элементов. В результате обеспечивается экономное потребление энергии при гашении вибраций. 2 ил.

Пневмовиброизолирующее устройство штамповочного молота, смонтированного на фундаменте и имеющего направляющие колонны и шабот, содержащее опорные пружины, пружины коррекции исходного положения шабота относительно направляющих колонн, закрепленный на фундаменте под шаботом пневмоцилиндр с подвижным поршнем, жестко соединенным штоком с шаботом, и устройство для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот при его движении вверх в виде впускного и выпускного регулируемых клапанов, связывающих пневмоцилиндр с пневмомагистралью, отличающееся тем, что оно снабжено перекачивающим устройством для обеспечения замкнутого цикла использования сжатого воздуха, выполненным в виде резервуара, электромагнитного клапана с электросхемой его управления, включающей закрепленные на направляющей колонне электроконтакты, обратного клапана, выпускного регулируемого клапана, связывающего электромагнитный клапан с атмосферой, и впускного регулируемого клапана, установленного в пневмомагистрали перед резервуаром, при этом впускной и выпускной регулируемые клапаны устройства для обеспечения постоянства силы воздействия сжатого воздуха на шабот, резервуар, а также электромагнитный и обратный клапаны образуют замкнутую на пневмоцилиндр цепь с последовательным включением входящих в нее элементов.