Устройство для обработки материалов давлением Советский патент 1992 года по МПК B30B15/00 

V4 00

4

Јь

00 CJ

Использование: в машиностроении. Сущность: устройство содержит станину 1, ийструментодержатель 2 неподвижного рабочего инструмента, воздействующий на него инструментодержатель 3 подвижного рабочего инструмента и оболочку 4 с пьезо- элементами 5. Инструментодержатель 2 в месте стыковки с опорной поверхностью 6 cfaHHHbi имеет выемки 7, в которых размещены оболочки 4 с пьезоэлементамм 5 и упоры 9. Толщина оболочки 4 с пьезоэле- ментами 5 в исходном положении больше высоты упоров 9 на величину зазора 10 дз .определяемую по соотношению: 5з а 21/Е0. где допускаемое напряжение для пьезоэлемента, Па; I - толщина оболочки, м; ЕС - модуль упругости материала оболочки, Па. В периоды воздействия инструментодержателя 3 на инструментодержатель 2 выполняется соответствующий технологический процесс и одновременно оказывается давление на пьезоэлементы 5. до тех пор, пока упоры 9 не упрутся в опорную поверхность станины 1. В результате изменения давления на пьезоэлементах 5 создается ЭДС, которая подается на потребители электроэнергии.2 ил.

Фи&1

Изобретение относится к устройствам для обработки материалов давлением, в которых подвижный рабочий инструмент периодически воздействует на неподвижный, таким, например, как прессы и молоты.

Известно устройство, содержащее основание с расположенным на нем электродвигателем с червячной передачей, ходовым вШнтом направляющим элементом, двумя рычагами с противовесами, один из которых снабжен сменным грузом, а другой - скобой с пьезокварцевой пластиной и поворотным рычагом, Сменный груз выполнен в виде стакана, снабжен питающей трубкой, закрепленной на кронштейне и соединенной трубопроводом с гидроцилиндром.

Устройство предназначено для получения постоянного тока на базе пьезоэффек- та.

Указанное устройство имеет следующий недостаток - не может быть использовано для утилизации, преобразованием в электроэнергию, не используемой механической энергии устройств, работающих по прямому назначению, без увеличению подводимой к ним энергии.

Известен кривошипный горячештампо- вочный пресс, предназначенный для горячей штамповки в многоручьевых штампах поковок различных конфигураций из цветного и стального проката в условиях массового и крупносерийного производства, с Рн 2500 - 4000 тс.

Указанное устройство имеет следующий недостаток - часть подводимой к нему энергии не используется на полезную работу по прямому назначению, а расходуется на деформации подвижного и неподвижного рабочих инструментов и станины.

Это устройство принято прототипом изобретения.

Целью изобретения является повышения экономичности работы устройства, путем преобразования в электрическую энергию, не используемой устройством для обработки материалов давлением на полезную работу механической энергии.

Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем смонтированные в направляющих станины соответственно для подвижного и неподвижного рабочих инструментов инструментодержэтели, первый из которых связан с приводом, а второй установлен на плите станины с возможностью перемещения в направлении перемещения первого инструментодержателя, а также средства ограничения перемещения второго инструментодержателя, средства ограничения перемещения выполнены в виде упоров. Упоры расположены на обращенной к плите станины стороне второго инструментодержателя. Пьезоэлементы, включены в плоскую герметичную оболочку

выполненную из упругого материала. Оболочка установлена на плите станины между упорами второго инструментодержателя. Толщина оболочки с пьезоэлементами больше высоты упоров на величину зазора 5з

между упором и опорной поверхностью плиты станины, определяемую соотношением:

15

21 Ео

0

5

0

5

0

5

0

5

где а - допускаемое напряжение для пьезоэлемента, Па;

I - толщина оболочки, м;

Ео - модуль упругости материала оболочки, Па,

На фиг 1 представлено устройство; на фиг 2 - отдельные части устройства.

Устройство, например пресс или молот, содержит станину 1, неподвижный рабочий инструментодержатель 2, воздействующий на него подвижный рабочий инструментодержатель 3 и оболочку 4 с пьезоэлементами 5.

Для получения требуемой площади пье- зоэлементов 5, пьезокристаллы соединены между собой проводниками в необходимые группы, либо применены пьезоэлементы 5 в виде пьезоэлектриков-полимеров, например поливинилденфторид.

Неподвижный рабочий инструментодержатель 2 в месте стыковки с опорной поверхностью б станины 1 имеет йыемки 7, в которых размещены оболочки 4 с пьезоэлементами 5.

Количество выемок 7 и оболочек 4 может быть различным.

Неподвижный рабочий инструментодержатель 2 имеет пазы 8 и упоры 9. Толщина оболочки 4 с пьезоэлементами 5, при отсутствии воздействия подвижного рабочего инструментодержателя 3 на неподвижный 2, больше высоты упоров 9 на величину зазора 10 - 5з между упором 9 неподвижного рабочего инструментодержателя 2 и опорной поверхностью б станины 1, определяемую по следующему соотношению

,

На станине 1 имеются направляющие 11, входящие в пазы 8 неподвижного рабочего инструментодержателя 2, и упоры 12, контактирующие с рабочей поверхностью

неподвижного рабочего инструментодер- жателя 2, при отсутствии воздействия на него подвижного рабочего инструментодер- жателя 3, для предотвращения перемещениянеподвижногорабочегоинструментодержателя 2, в сторону, противоположную направлению воздействия на него подвижного инструментодержателя 3.

Устройство работает следующим образом. При работе, например, пресса или молота, по прямому назначению, в периоды без воздействия подвижного рабочего и нс- трументодержатели 3 на неподвижный 2, на пьезоэлементы 5 давления не оказывается, за исключением давления от веса неподвижного рабочего инструментодержателя 2.

В период воздействия подвижного рабочего инструментодержателя 3 на неподвижный 2, выполняется соответствующий технологический процесс, для которого предназначен, например, пресс или молот, и, одновременно оказывается давление на пьезоэлементы 5 до тех пор, пока упоры 9 не упрутся в опорную поверхность 6 станины 1.

Материал и толщина оболочки 4 и величина зазора 10 выбираются такими, чтобы при воздействии подвижного рабочего инструментодержателя 3 на неподвижный инс- трументодержатель 2 не было превышено допускаемое напряжение для конкретного пьезоэлемента 5.

Например, примем пьезоэлемент с допускаемым напряжением 7 250 кгс/см 25 106 Па и модулем упругости En 1,01 1011 Па.

Оболочку примем из композитного материала с модулем упругости Ео Ю8 Па.

Толщину оболочки I 0,01 м. Величина зазора 10 для указанного случая составит

.106

-2

10J

5-10 3 м 0,5 см

Деформации пьезоэлементов и изоляционного материала, модули упругости которых близки по величине, при выборе величины зазора 10 не учитываются вследствие малых их величин.

Так, например, для кварца толщиной I 0,005 м, с количеством слоев пластин - 5 деформация составит

10

,6 1 Ю

-2

10

11

2,5

.

Вместе с этим, указанная деформация уменьшает величину предельного механического напряжения, создаваемого на пьезоэлементах.

Величина получаемой от пьезоэлементов электроэнергии, за один цикл воздействияподвижногорабочегоинструментодержателя 3 на неподвижный 2, при следующих исходных данных:

F 250 кгс/см2 25 Ю6 н/м2, е 1000 (для пьезокерамики) S пластины 1 м2; 3пл. 0,005 м; количество слоев пластин - 5 шт.

Емкость всех пластин

,-12

г E0gS 8,85 -10 ц 10J 5 «, 0 . С --;- 9 мкф

d5 10 3

20

Напрях енность поля, возникающая в пье- зоэлементе

-ор

У г- ./

1 ,2 I

25 10б

еье2 8,85 -10 12 10б

1,68 Ю6 В/м .

Напряжение на обкладках пьезоэле- ментов U Ed 1,68.106. 8400В

Энергия, запасенная в пьезоэлементах за цикл сжатия и освобождения от давления

35

С U2 0 9-10 684002

- О

635 Дж

Применение в качестве пьезоэлемента сегнетовой соли ( е 10) обеспечит получение запасенной энергии W 630 104Дж,

В результате применения изобретения будет преобразована в электроэнергию, не используемая на полезную работу механическая энергия устройств, например, прессов или молотов, работающих по прямому

назначению, без увеличения подводимой к ним энергии, и пьезоэлементы будут предохранены от разрушения, что даст значительных экономический эффект.

Формула изобретения

Устройство для обработки материалов давлением, содержащее смонтированные в направляющих станины соответственно для подвижного и неподвижхого рабочих инструментов инструментодержатели, первый

из которых связан с приводом, а второй установлен на плите станины с возможностью перемещения в направлении перемещения первого инструментодержателя, а также средства ограничения перемещения

iBTopbto инструментодержателя, о т л и ч а ю- щее с я тем, что, с целью повышения экономичности, средства ограничения пе- рШещения выпЬлнены в виде Упоров, расположенных на обращенной к плите станины стороне второго инструмёнтодер- жателя, устройство снабжено пШзбэле мен- taMH, включенными в плоскую герметичную оболочку иустановленными н плите стани- ны между упорами второго инстру1мёнто- держателя, оболочка выполнена из упругого материал а, а тол щи на обол оч ки С пьёзоэле- ментами больше высоты упомянутых упоров

0

на величину зазора дз между упором и опорной поверхностью плиты станины, определяемую соотношением

J-

-О

где а - допускаемое напряжение для пьезоэлемента, Па;

I - толщина оболочки, м;

Ео - модуль упругости материала оболочки Па.

1Л

Фоь1..