Динамика и совершенствование рабочего процесса гидравлического вырубного пресса с рычажным механизмом синхронизации тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

РГ6 од

На правах рукописи

ПИЛИПЕНКО Ольга Васильевна

ДИНАМИКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВЫРУБНОГО ПРЕССА С РЫЧАЖНЫМ МЕХАНИЗМОМ СИНХРОНИЗАЦИИ

Специальность 01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел 1998

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

в Орловском государственном техническом университете.

Петров Николай Владимирович, кандидат технических наук, доцент.

Долотов Алексей Митрофановнч, доктор технических наук, доцент. Желтков Владимир Иванович, кандидат физико-математических наук, доцент.

АО Машиностроительный завод нм. Медведева.

Защита состоится 30 июня 1998 года в 14 часов на заседании спецналширо-ванного Совета Д 064.75.01 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, Орел, Наугорское шоссе, 29, ОрелГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОрелГТУ.

Ваш отзыв на автореферат в 1 экземпляре, заверенный печатью, просим вы слать по указанному адресу.

Автореферат разослан 29 мая 1998 г.

Ученый секретарь Совета, доктор технических наук, доцент

Чернышев В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время на предприятиях легкой промышленности для раскроя заготовок и вырубки изделий из неметаллических искусственных и натуральных материалов начали широко применять быстроходные гидравлические вырубные прессы ПТО-25, ГТГО-40, ПТО-63, силой соответственно 250, 400 и 630 кН. Прессы разработаны Научно-исследовательским институтом легкого машиностроения (НИИЛегМаш) и выпускаются его опытным цехом и АО Машиностроительный завод им. Медведева. Имеется положительный опыт использования подобных прессов в авиационной и автомобильной промышленности, где они применяются для изготовления деталей обивки сидений и салонов.

Вырубка изделий на таких прессах производится методом просечки материала одиночными или комбинированными резаками (ножевыми штампами). Нормальным условием работы оборудования является внецентренное приложение рабочей нагрузки, т.е. возможность расположения резака по всей ширине рабочего прохода стола. Это вызывает перекос траверсы, и как следствие приводит к увеличению расхода опорных плит и резаков, снижению производительности работы прессов и качества получаемых изделий, увеличению их себестоимости.

Для уменьшения перекоса траверсы работниками НИИЛегМаш впервые в отечественных быстроходных прессах был применен рычажный механизм синхронизации траверсы. Однако, в ходе промышленной эксплуатации и проведенными исследованиями установлено, что возникающий при внеценгренном приложении нагрузки перекос траверсы существенно превышает допустимый. Это вызвано тем, что на этапе проектирования не производились динамические расчеты и исследования влияния конструктивных параметров прессов на перекос траверсы.

Поэтому исследование динамики рабочего процесса гидравлического вырубного траверсного пресса с рычажным механизмом синхронизации и разработка методики расчета его оптимальных основных конструктивных параметров, обеспечивающих качественную работу рассматриваемого пресса, является актуальной научно-технической задачей.

Работа соответствует "Приоритетным направлениям развития науки и техники" 2727п-П8, утвержденным Правительственной комиссией по научно-технической политике 21 июля 1996 г. по направлению "Механика, машиноведение и процессы управления".

Цель работы: разработка научно-обоснованной методики выбора оптимальных основных конструктивных параметров, обеспечивающих качественную работу гидравлического вырубного траверсного пресса

Для достижения поставленной цели были определены следующие задач исследования:

- разработать и исследовать математическую модель кинематики рыча» ного механизма синхронизации;

- провести анализ влияния упругих деформаций звеньев рычажного меха ншма синхронизации и элементов конструкции пресса на перекос траверсы;

- разработать математическую модель и исследовать динамику рабочее процесса гидравлического вырубного пресса с рычажным механизмом синхро низации;

- провести экспериментальную проверку влияния технологических пара метров и условий вырубки на величину перекоса;

- разработать научно-обоснованную методику и осуществить оптнмиза цию основных конструктивных параметров пресса;

- разработать рекомендации по совершенствованию конструкшш и работ* гидравлического вырубного траверсного пресса для неметаллических матерна лов, снабженного рычажным механизмом синхронизации.

Автор защищает:

1) математическую модель кинематики рычажного механизма синхрони зации и результаты ее исследования;

2) анализ влияния упругих деформаций звеньев рычажного механизм; синхронизации и элементов конструкции пресса на перекос траверсы;

3) математическую модель динамики рабочего процесса гидравлической вырубного траверсного пресса с рычажным механизмом синхронизации и ре зультаты ее исследования;

4) научно-обоснованную методику оптимизации основных конструктив пых параметров пресса;

5) рекомендации по совершенствованию конструкшш и работы гидравли ческого вырубного траверсного пресса с рычажным механизмом синхронша

ЦШ1.

Методы исследования

Теоретические исследования рычажного механизма синхронизации провс дились с использованием метода кинематического исследования плоских мехг низмов В.А. Зиновьева.

Исследования влияния упругих деформаций звеньев рычажного механга.м синхронизашш и элементов конструкшш пресса на перекос траверсы провод! лись с использованием линейной теории точности и метода нахождения ошибк положения механизма, разработанного Н.Г. Бруевичем.

Разработка математической модели динамики рабочего процесса выпо: нена с использованием общих уравнений динамики и уравнений неразрывност потока с учетом упругих деформаций рабочей жидкости, пщромагнетрален, м(

таллических частей пресса и рычажного механизма синхронизации. Теоретические исследования динамики проводились с использованием численных методов решения систем дифференциальных уравнений (метод Рунге-Кутта), представленных в форме уравнений Кошм, методов имитационного моделирования, регрессионного анализа, метода оптимизации сопряженных градиентов.

Экспериме1гтальные исследования выполнены с использованием прямых геометрических методов измерения перемещений. Результаты гамерений подвергаюсь статистической обработке на основе теории «малой выборки».

Научная новизна

1. Разработана и исследована математическая модель кинематики рычажного механизма синхронизации.

2. Проведен анализ влияния упругих деформаций звеньев рычажного ме-ханшма синхронизации на перекос траверсы.

3. Разработана и исследована математическая модель динамики рабочего процесса гидравлического вырубного траверсного пресса с рычажным механизмом синхронизации, учитывающая нелинейность рабочей нагрузки, жесткост-ные и инерционные характеристики рассматриваемой машины, с целью определения влияния основных динамических и конструктивных параметров на перекос траверсы.

4. Экспериме1гтально проверено влияние технологических параметров и условий вырубки на перекос траверсы.

Достоверность результатов математического моделирования обеспечивается строгим использованием классических механических, динамических концепций и эквивалентного математического аппарата, современной вычислительной техники и программного обеспечения (ПЭВМ класса Pentium, программное обеспечение MathCad 7.0, Excel 7.0, Statius vl.01, Mathematica 220, AutoCad R13, Statistica 4.5, DataFit Version 5.1), подтверждается соответствием анаиггическнх результатов данным эксперимента и положительным опытом внедрения рекомендации по совершенствованию конструкции и работы гидравлического траверсного вырубного пресса с рычажным механизмом синхронизации при проектировании аналогичных прессов в НИИЛегМаш.

Практическая ценность

1. Разработана методика исследования влияния геометрических параметров звеньев рычажного механизма синхронизации на перекос траверсы и определены их возможные соотношения для выполнения условий замкнутости контуров.

2. Разработана методика исследования влияния упругих деформаций звеньев рычажного механшма синхронизашш на перекос траверсы.

3. Определены основные конструктивные параметры пресса, оказывающие наибольшее влияние на перекос траверсы и границы их варьирования.

4. Разработана научно-обоснованная методика оптимизации основных конструктивных параметров гидравлического траверсного вырубного пресса, снабженного рычажным механизмом синхронизации.

Реализация работы

Оптимизированы основные конструктивные параметры, обеспечивающие работу вырубных гидравлических траверсных прессов, снабженных рычажным механизмом синхронизации, усилием 250, 400 и 630 кН с допустимым перекосом траверсы. Даны рекомендации, которые использованы конструкторским бюро НИИЛегМаш на этапе проектировании и конструировании аналогичных прессов.

Результаты работы используются в курсовом и дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности 120400 "Машины и технология обработки металлов давлением" в ОрелГТУ, в курсе лекций "Кузнечно-штамповочное оборудование" по разделу "Динамика гидравлических прессов".

Апробации работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технической конференции ОФ МИП в 1993 году, научно-технической конференции ОрелГПИ в 1994 году, научно-технической конференции ОрелГТУ в 1995 году, 1996, 1997, 1998 годах, научно-техническом семинаре в Тульском ГУ в 1998 году. В полном объеме работа обсуждалась на совместном заседании кафедр "Теория механизмов машин" и "Автоматизированные процессы и машины пластической обработки материалов" в 1998 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Объем н структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка литературы из 162 наименований и 8 приложений. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 12 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность и формулируется цель работы.

В первом разделе приводится обзор и анализ существующих систем синхронизации движения траверсы и методов исследования работы гидравлических прессов.

Отмечается, что в диссертации использованы результаты исследовшшй Б.В. Розанова, А.И. Зимина, Н.С. Добринского, Л.И. Живова, Ю.А. Бочарова, Б.П. Васильева, посвященные теории гидравлических прессов, методики исследования динамики их работы, выбору оптимальных параметров насосно-аккумуляторного и насосно-безаккумуляторного привода. В работах показано, что большое значение для расчета процессов в гидросистеме пресса имеет учет

сжимаемости рабочей жидкости и деформации металлических частей пресса и пренебрежение ими может привести к искажению количественных и качественных результатов теоретических исследований.

Работы Е.М. Хаймовича, Ю.А. Сахно, В.К. Кулика, Ю.В. Пересадько посвящены анализу работы систем синхронгаации, применяемых в металлорежущих станках.

Существующие системы синхронизации движения главного исполнительного механизма гидравлических прессов можно разделить на системы, применяемые в тихоходных штамповочных, листогибочных и других прессах обработки металлов давлением и системы, применяемые в быстроходных вырубных траверсных прессах для вырубки изделий из неметаллических материалов.

Исследованию и методам расчета существующих систем синхронизации гидравлических траверсных прессов посвящены работы Н.И. Баканова, Д.Р. Амирханова, Н.В. Петрова, O.A. Сокова, В.Я. Осадчего, В.В. Третьякова, Ф.В. Семенихина, H.A. Снвченко.

В последнее время быстроходные гидравлические прессы для вырубки изделий ю неметаллических материалов выпускаются с рычажным механизмом синхронизации движения траверсы. Несмотря на свою металлоемкость и большие габариты, oini просты в изготовлении, дешевы и надежны.

Однако, эффективному применению таких механизмов в прессах отечественного проюподства препятствует отсутствие методики их расчета и анализа динамики рабочего процесса, а также выбора оптимальных конструктивных параметров, обеспечивающих качественную работу прессов.

На основании проведенного обзора и анализа систем синхронизации и методов исследования работы гидравлических прессов сформулированы задачи исследования.

Во втором разделе проведен кинематический анализ рычажного механизма синхронизации; разработана и исследована математическая модель кинематики рычажного механизма; проведен расчет упругих деформаций звеньев рычажного механизма синхронизации и элементов конструкции пресса и установлено их влияние на перекос траверсы.

Кинематический анализ рычажного механизма синхронизации проведен с использованием метода кинематического исследования плоских механизмов, разработанного В.А. Зиновьевым. Этот метод позволяет представить кинематическую цепь в виде замкнутых векторных контуров, связанных друг с другом.

Рассматриваемую систему синхронизации структурно можно представить в виде двух кривошипно-ползунных четырехзвешшков (контуры 1 и 3, рис.1), и одного шарнирного четырехзвенннка (контур 2, рис.1). Для каждого in эп« KoirrypoB составлены уравнения замкнутости (уравнения связи (!)-(3)),

Рисунок 1 - Принципиальная схема пресса (оси цилиндров и колонн условно смещены): 1 - траверса; 2, 3 - левая и правая колонны; 4, 5 - рабочие цилиндры; 6, 7 - левая и правая балки; 8, 9 - возвратные цилиндры; 10 - инструмент (резак); 11 - вырубаемый материал; 12 - механизм синхронизации; 13 -распределитель; 14 - насосно - маховнчный привод; I - крнвошипно-ползунный четырехзвенник (контур 1); II - шарнирный четырехзвенннк (контур 2); Ш -крнвошипно-ползунный четырехзвенник (контур 3).

неизвестными переменными в которых являются углы поворотов звеньев рычажного механизма синхронизации а/, {Ц и перемещение одной из балок пресса, (например, Х2п), при известном перемещении другой балки (например, Х2л)\ - для кривошипно-ползунного четырехзвенника (кошур 1):

Я4 л Ы т л п

—соза4--созрЗ +1 = О,

£1 Е1

Д4 . . ¿3 . Х1л _

—5ша4--51пДЗ +-= 0;

Е\ Е1 £1

- для шарнирного четырехзвенника (контур 2):

(1)

——cos/76-— cos/75-— cos/34-1 = 0, El El El

—sin /76 - — sin РЬ + — sin £4 = 0; El El El

■ для кривошипно-ползунного четырхзвенника (контур 3):

(2)

-LI „ R6 , , „

-cos 07--cosao -1 = 0,

£3 И £3

-¿7 . „ R6 . , Xln

-sin #7 + —sinao +-=

E3 £3 £3

(3)

Решение системы уравнений замкнутости представляет собой математическую модель, с помощью которой можно описать кинематические характеристики рычажного механизма синхронгоации гидравлического траверсного вырубного пресса для неметаллических материалов:

(МЧЗгУ-

а4 = 2-arclg

Х2л + Х2л £1 + £1

2-il £1

--I

(4)

/73 = arccos

f RA ^

--cosa4 +1

£1

13 £1

(5)

где <pt - const;

р4 = СЦ-<Р4,

(6)

(¡6 = 2игс1ц

( £4^ £6 14 ((ЬбЛ2 16 ( 14 V "V " ^

где М =

/75 = пгссо5

1А

Е2

а6=(р6+<р6)-18СР,

где фб = со/ш;

/?7 = агссо^— • соб аб

4.

(8) (9)

(10) (11)

Х2п = П-ьтр!- Яб-йпаб-,

5 = Х2л - Х2п; (12)

Проведены исследования полученной математической модели кинематики (4)-(11) с целью определения влияния геометрических параметров рычажного механизма синхронизации на перекос траверсы пресса Установлено, что соотношения параметров Я4/Е1, Ь5/Е2, 13/Е1, Ы/Е2, ЕЫЕ2, Я4/Ь4, Лб/£б не существенно влияют на перекос траверсы (рис.2). Однако, неверно выбранные длины звеньев и их соотношения могут привести к невыполнению условий замкнутости. Поэтому при проектировании пресса с рычажным механизмом синхронизации рекомендуется провести проверку условий замкнутости по графикам рисунка 2 или формулам (4) - (11).

Далее в разделе предложена методика исследования влияния упругих деформаций звеньев рычажного механизма синхронизации на перекос траверсы.

Для определения перекоса траверсы в зависимости от упругих деформаций звеньев рычажного механизма автором применен метод нахождения ошибки положения механизма Н.Г. Бруевича:

где ^ - передаточное отношение ошибок (деформаций) звеньев;

Д1( - ошибка (деформация) звена. Передаточные отношения в соответствие с линейной теорией точности определены дифференцированием в частных производных уравнений замкнутости контуров (1)-(3).

Рисунок 2 - Зависимость перекоса траверсы 8 от геометрических параметров рычажного механизма синхронизации, (т. А соответствует исходным

значениям геометрических параметров рычажного механизма,--значения,

при которых условия замкнутости не выполняются)

Перекос траверсы пресса (ошибка положения главного исполнительного органа) с учетом упругой деформации звеньев механизма синхронизации определяется выражением:

«V-. =juЫ'Зe^■j|t4¿ЬMe +ja4^ы +

+ у„6Д16и + ]/иШ„ + Л7 Д£7р + ЬАЯ6С + уо6ЛЛ61( Расчеты показали, что перекос траверсы пресса за счет упругих деформаций звеньев рычажного механизма синхронизации не превышает 0,6 - 1 % от допустимого. На основании чего принято допущение, что упругие деформации звеньев рычажного механизма синхронизации не оказывают существенного влияния на перекос траверсы пресса и в дальнейших исследованиях динамики рабочего процесса ими можно пренебречь.

Перекос траверсы за счет упругих деформаций колош? пресса вычислялся как разница деформаций левой и правой колонн и составил 21-26 % от допустимого. Таким образом, в дальнейших исследованиях этот фактор нужно учитывать. Влияние остальных жесткостных, инерционных, конструктивных и других параметров пресса на перекос траверсы рассматривается в работе далее.

В третьем разделе разработана и исследована математическая модель гидромеханической системы быстроходного гидравлического вырубного пресса с рычажным механизмом синхронизации.

Во время рабочего хода при внецентренном приложении нагрузки тра всрса пресса совершает сложное движение, которое описывается уравнение» поступательного движения:

мг-^рт = Ог-Р + С\-{31+5,)-Я1- (13

и вращательного движения относительно собственного центра масс:

где: Мт - масса траверсы и колонн; л:/ - перемещение центра масс траверсы; йт вес траверсы и колонн; Р - сопротивление деформации вырубаемого материа ла= к • хм> к - коэффициент пропорциональности линеаризованной зависи мости Р(Ь-ч), Им - толщина вырубаемого материала; х„ - перемещеш1е траверсы I месте приложения рабочей нагрузки; С1 - приведенный коэффициент жесткосп колонн; 8Л и & - абсолютная деформация левой и правой колонн соответственно 5, = х1я -х2л, Зп = х,„ - х2п ; и х/„ - перемещение левого и правой концов траверсы по осям колонн; взаимосвязь величин х/я, х/„ , хм с перемеще нием центра масс траверсы X/ и ее углом поворота <рг следует из геометрически;

Ь I

соотношений: хи = х, - —• <рт ; лг,„=д:,+уРг; х„ = Х1 -е-(рт; хь и х*

перемещение левой и правой балок с присоединенными плунжерами рабочих 1 возвратных цилиндров; Я/ - силы трения в направляющих колонн; ^ - момен инерции траверсы относительно центра масс; д>г- угол поворота траверсы; е эксцентриситет приложения рабочей нагрузки; £ - расстояние между осями ци линдров и колонн пресса.

Траверса через колонны пресса жестко связанна с левой и правой балка ми, движение которых описывается:

- уравнением движения левой балки:

м" ' - Я,; (15

- уравнением движения правой балки:

Мбп-^- = Слб+ргР1-р2-Р2-С\-5п-С2-8р^-К1, (16

ш

где М6л , Меп и Слв , Спв - приведенная масса и вес левой и правой балок с при соединенными плунжерами соответственно ; /7/ и рз - давление жидкости в рабо чих и возвратных цилиндрах ; ^ и Р] - площадь плунжеров рабочих и возврат них цилиндров (плунжеры левого и правого рабочих цилиндров имеют о.шша ковую площадь Ри^Р/п-Р/, а также плунжеры левого и правого возвратных ци линдров имеют одинаковую площадь С2 - приведенный коэффи

циент жесткости рычажного механизма синхронизации; брц. - суммарная де

формация рычажного механизма; Яз - силы трения в направляющих балок и в уплотнениях цилиндров.

Изменение давления жидкости в полостях цилиндров определяется га зависимостей, связывающих расход жидкости и изменение давления с учетом упругости гидромагистралей:

.(п -C.fe._r.i4i

Л 2 V

4 — -I 07)

где а; и со - коэффициенты жесткости гидромагистралей рабочих и возвратных цилиндров ; (£„ - подача насоса, так как характеристика насосов, применяемых в таких прессах, практически линейна, то (2„—к0'(О; к0 - коэффициент пропорциональности ; а> - угловая скорость маховика привода , <у =<щ> (1-8) ; с*) - синхронная угловая скорость электродвигателя ; Б - скольжение электродвигателя; <7/ н Я2 - удельный расход жидкости соответствующих магистралей (утечки через зазоры и уплотнения); - удельный расход слива жидкости через золотник (?/, Щ2 , яз выражаются известными зависимостями в функции соответствующего переменного давления).

Вращательное движения насосно-маховичного привода описывается уравнением:

(19)

где Уд - момент инерции маховика и ротора электродвигателя ; Мд- вращательный момент асинхронного электродвигателя ; Мд = к^ ; - коэффициент пропорциональности, так как рабочий участок характеристики электродвигателя принят линейным; Мс - момент сопротивления на валу электродвигателя, 0, с1а ¿Б

Кинематическая связь левой и правой балок с присоединенными плунжерами обеспечивается рычажным механизмом синхронизации, перемещения звеньев которого описываются уравнениями (4) - (11).

Система уравнений (4)-(19) представляет собой математическую модель гидромеханической системы пресса с рычажным механизмом синхрошоацни.

Для упрощешш модели приняты следующие допущения:

- упругие деформации звеньев рычажного механизма синхронгаашт отсутствуют;

- давление жидкости гоменяется по всей длине трубопровода и цилиндра одновременно, т.к. трубопроводы короткие;

- потерн давления жидкости на трение в гндромагистралях отсутствуют;

- коэффициенты жесткости гидромагистралей принимаются постоянными, так как изменением длины полостей цилиндров за счет хода поршня при вырубке пренебрегаем;

- коэффициенты жесткости левых и правых колонн равны, т.к. геометрические параметры и материал одинаковы;

- силы трения в направляющих траверсы не учитываются, т.к. они малы по сравнению с номинальным усилием пресса;

- зазоры в направляющих и шарнирах рычажного механизма отсутствуют.

С учетом принятых допущений, система уравнений (4)-(19) примет вид:

Л, dt

dx

ь _

dt

= и

2л-

d<PT _

dt

Щ.

dx,

— = [í/7-sin/?7- ñósinaó] ;

dt

dS dt ''

к, 'S k„ :p, "t*

Л O

J a

dt

= «2 ■F'2-u2,+a1- F2-u2„-a2-(q1 +q})\

dt

Juu

ИГ

= P i

dt

dt

"ib-Mi, f2 ' M* С1 Cl CIL '<Pr+ Hu g„

a ~ Мь, •Jfi Cl Cl-L

2-Cl-k Mr ■x, ■ ci --X MT ■ 1л ~ Cl ke Gr ь+ТГг'Ъ+ТГг * »

k-e JT С1 L Cl k-e1 +C1-Z.2 ■<Pr\

Jr 2 Jr • 2 ' Jr-2

(20)423)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

da4 dt

2 • arctg

X2.i 1 Х2л ТГ-8'

4£1 + 41

l 1 4

.1

м

El

dpi dt

arceos

(R4 л Л

—~-cosa4 + l

El_

d£4 dt

L3 E1

da4 , ' dt

(32)

(33)

Система дифференциальных уравнений (20) - (40) представляет собой математическую модель динамики рабочего процесса гидравлического вырубного траверсного пресса с рычажным механизмом синхронизации, учитывающую же-сткосгные к инерционные параметры рассматриваемой машины.

Решение представленной системы уравнений проведено на ПЭВМ интерактивным программированием в системе МаШСас! с использованием встроенных функций нахождения решения системы дифференциальных уравнений Ко-шн методом Рунге - Кутга. Шаг интегрирования выбирался в зависимости от требуемой точности. Были опробованы варианты с малым и с большим шагом шггегрирования. Отладка программы проводилась при центральном и внецен-тренном приложении нагрузки. Расчет заканчивался при полном прорубании материала и касании резака вырубной плиты.

Исследование влияния параметров пресса на перекос подвижной траверсы осуществлялось варьированием соответствующих коэффициентов при неизвестных величинах системы дифференциальных уравнений (20)-(40). В результате исследования математической модели динамики рабочего процесса получены зависимости перекоса траверсы от различных конструктивных параметров пресса (рнс.З) и его динамические характеристики.

Установлено, что существенное влияние на перекос траверсы оказывают: жесткость колонн; массы подвижных элементов конструктш; площадь возвратных цилиндров; жесткость возвратной пщромагистралн.

б, мм-9.5

4,5 3,45 2,5 1,5 1,0

6(С1)

0,1 0.5 1 2 3 4 5 6

0,10.2 0.4 1 2 3 4 5 6 ■ 7 ——

0,02 1 1.4 1,8 2.2 ___

0,5 1 2 3 5 7

а|, а2, я,

Млб, М„б Fi.Fi

,о

Рисунок 3 - Зависимость перекоса траверсы 5 от основных конструктивных параметров пресса

Определены границы варьирования указанных параметров исходя ю конструктивных соображешш и требований мшшмизации перекоса траверсы и сделан вывод о необходимости параметрической оптимизации.

В четвертом разделе представлена методика и результаты экспериментальной проверки влияния технологических параметров (величины и направления эксцентриситета приложения нагрузки, величины усилия вырубки) и условий вырубки (включенные или выключенные механизмы упоров) на перекос траверсы.

Эксперименты проводились на прессах ПТО-40 и ПТО-63 силон 400 и 630 кН соответственно.

На рис.4 приведена схема расположения на поверхности стола пресса точек замеров перекоса и мест приложения нагрузки. Нагружение пресса производили через резиновые пластины с усилием, близким к номинальному. Точность синхронизации проверяли по расстоянию между плоскостями стола и траверсы в ее крайнем нижнем положении с точностью 0,1 мм по осадке легкодеформи-руемых элементов в одних и тех же точках 1,2,3,4 (рис.4) при разных условиях натр ужения.

7}0 , У УРО .

_ИМ._

Рисунок 4 - Схема расположения точек замера перекоса траверсы (1,2, 3, 4, 5, 6) и мест приложения нагрузки (7, 8, 9).

В ходе проведения экспериментов измерялись следующие величины: расстояние от цетра стола до резака (эксцентрнаггет приложения рабочей нагрузки), перемещение левого и правого концов траверсы, высота испытуемых образцов.

Статистическая обработка полученных данных основана на известных уравнениях теории вероятности и математической статистики, в частности, на теории "малой выборки". Для полученных данных определялось среднее арифметическое, дисперсия и погрешность измерения при заданной доверительной вероятности.

Экспериментальные исследования показали, что условия вырубки оказывают существенное влияние на перекос траверсы прессов. Подтверждена необходимость теоретических исследовании работы прессов с рычажным механизмом синхронизации, так как даже при включенном механгоме упоров наблюдается существенный перекос траверсы.

Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных показал их удовлетворительное совпадешь (расхождения составили 3%) и подтвердил

адекватность математической модели динамики рабочего процесса гидравличе ского вырубного траверсного пресса с рычажным механизмом'спнхронизации

В пятом разделе предложена разработанная на основе методов имитаци онного моделирования и регрессионного анализа научно-обоснованная методи ка оптимизации основных конструктивных параметров пресса, при которых це левая функция - перекос траверсы - достигает минимума. В качестве управляе мых выбраны параметры пресса, оказывающие наибольшее влияние на переко< траверсы. Установлены ограничения по каждому из параметров. Для нахожде шш целевой функции были проведены вычислительные эксперименты по план} В4 на кубе, методом наименьших квадратов получены оценки искомых коэффи циентов регрессии, построена полиномиальная четырехфакторная регрессной ная модель.

В частном случае проведена минимизация полученной целевой функцш методом сопряженных градиентов. Определены оптимальные конструктивны! параметры пресса ПТО-40 обеспечивающие перекос траверсы меньше 0,1 мм I построены номограммы, позволяющие в зависимости от заданного перекос; выбрать остальные параметры пресса.

Основываясь на приведенной методике, результатах проведенных теоре тическнх и экспериментальных исследованиях разработаны рекомендации дл) проектирования вырубных гидравлических траверсных прессов с рычажньм механизмом синхронизации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1) Экспериментально установлено, что в существующих прессах даже пр| наличии механизма упоров при внецситреииом приложении рабочей нагрузк1 возникает перекос траверсы, существенно превышающий допустимое значение.

2) Установлено, что для прессов типа ПТО-25, ПТО-40, ПТО-63 с рычаж ным механизмом синхронизации целесообразно:

- уменьшить длину колонн на 20-30%, соответственно спроектировав снс тему синхронгаашш выше существующего положения в пределах внутреннее пространства станины;

- увеличить жесткость возвратной гндромагнстрали на 30-40% за сче уменьшения объема рабочей жидкости;

- выровнять приведенные массы левой и правой балок за счет выравнива ния длин левого и правого трубопроводов;

- уменьшить в два раза площадь возвратных цилиндров.

3) Установлено, что геометрические параметры и упругие деформаци звеньев рычажного механшма синхронизации не оказывают существенног влияния на перекос траверсы пресса.

4) Проведена оптимгоация основных конструктивных параметров прессов ПТО-25, ПТО-40, ПТО-63 и разработаны номограммы для определения оптимальных параметров, обеспечивающих качествощую работу подобных прессов.

5) Так как все расчеты проводились без учета работы механизма упоров и дали положотельнын результат, можно рекомендовать исключить этот механизм из конструкции пресса, если другие параметры будут выбраны с учетом предложенных рекомендаций.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пилнпенко О.В., Петров Н.В., Катков Н.П. Математическая модель кинематики рычажных механизмов синхронизации траверсных прессов // На-уч.труды ОФ МИП, т. 1. - Орел, 1992. с.117-122.

2. Пилнпенко О.В., Петров Н.В., Третьяков В.В. Математическая модель кинематики одного из рычажных механизмов синхронизации. // Науч.труды ОФ МИП, т.2. - Орел, 1993. с. 16-20.

3. Пилнпенко О.В. Исследование кинематической модели кинематики рычажных механизмов сннхронюации ГВП / Тез. док. науч.-тех. конф., апрель 1995 г.- Орел, 1995.

4. Проверка на точность рычажного механизма синхронизации пресса ПТО-63 / Третьяков В.В., Смирнов В.А., Петров Н.В., Пилнпенко О.В// Коже-венно-обувная промышленность. - Москва, № 3-4 1995. с. 32-33.

5. Петров Н.В., Пилнпенко О.В., Грядунов М.М. Проверка на точность рычажного механизма синхронизации пресса ПТО-40 // Сб.науч.тр., ОрелГТУ, т.7 - Орел, 1995, с.164-167.

6. Петров Н.В., Третьяков В.В., Пилнпенко О.В. Математическая модель гидравлического вырубного пресса с рычажным механизмом синхронизации // Кузнечно-штамповочное производство. - Москва, №1, 1996. с.27-30.

Типография ОрелГТУ. г. Орел, Наугорское ш., 29. Заказ №280. Тираж 100 экз.