Виконано аналіз роботи кривошипних пресів за допомогою ПК PRADIS Досліджено динаміка приводу. Встановлено правильність вибору електродвигуна і параметрів розрахованої муфти.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Маленічев Анатолій Сергійович


ANALYSIS OF DRIVE CIRCUIT MACHINE DYNAMICS

The work of crank presses was analyzed using PC PRADIS. Studied drive dynamics. The correctness of the choi ce of the el ectr i c motor and the parameters of the cal cul ated cl utch is established.


Область наук:

  • Механіка і машинобудування

  • Рік видавництва: 2019


    Журнал: Известия Тульського державного університету. Технічні науки


    Наукова стаття на тему 'Аналіз динаміки ПРИВОДУ кривошипно МАШИН'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз динаміки ПРИВОДУ кривошипно МАШИН»

    ?If plastic schematization of areas of plastic deformation fields in the slip-line and analytical description of the last identified typical degenerate initial boundary value problem of the characteristic, set the corresponding image in the control room of a plane integral transformation of Laplace - Carson. In the case of initial logarithmic spirals, special cylindrical functions corresponding to the variants of these images are analyzed.

    Key words: plastic deformation processes, analytical method of sliding lines, operational calculus, degenerate boundary value initial characteristic problem.

    Panfilov Gennady Vasilyevich, doctor of technical sciences, professor, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Russia, Tula, Tula State University,

    Gavrilin Ivan Aleksandrovich, postgraduate, gavrilinivanayahoo. com, Russia, Tula, Tula State University,

    Do An Htu, postgraduate, doanhtu1991.ru @, gmail. com, Russia, Tula, Tula State University

    УДК 621.7-1

    Аналіз динаміки ПРИВОДУ кривошипно МАШИН

    А. С. Маленічев

    Виконано аналіз роботи кривошипних пресів за допомогою ПК РЯЛВШ. Досліджено динаміку приводу. Встановлено правильність вибору електродвигуна і параметрів розрахованої муфти.

    Ключові слова: кривошипний прес, динаміка, кінематика, дослідження.

    Основне завдання проектування ковальсько-штампувальних машин (КШМ) - забезпечення реалізації прогресивних технологічних процесів. В іншому випадку будь-прес, незважаючи на його високі технічні показники, швидко морально застаріває, навіть якщо він спроектований на сучасному рівні машинобудування.

    Для КШМ, що мають великі витрати енергії при виконанні технологічного процесу, важливим показником є ​​ефективність їх роботи, яка визначається витратами енергії за час машинного циклу. У зв'язку з цим представляється істотним виявлення можливостей зниження втрат енергії і підвищення ефективної роботи преса як конструктивними рішеннями при його створенні, так і умовами експлуатації.

    Існуючі методи проектувальних розрахунків КШМ не відповідають вимогам, що пред'являються при розробці та створенні сучасних пресів. Багато параметри КШМ вибираються і розраховуються з використанням емпіричних і наближених статичних залежностей, без моделювання динаміки роботи машин.

    Тому розробка з урахуванням динамічних навантажень науково обгрунтованих технічних рішень при створенні сучасних КШМ є актуальною проблемою, вирішення якої дозволить створювати нове обладнання, що забезпечує підвищення ефективності ковальсько-штампувального виробництва.

    Один з таких методів, який дозволяє враховувати при розрахунку велика кількість взаємопов'язаних факторів - це математичне моделювання обладнання. При розробці математичної моделі процеси, що відбуваються в об'єктах і їх елементах, описуються у вигляді системи диференціальних рівнянь. Таким чином, вдається на моделі відтворити поведінку об'єкта, взаємодія тих чи інших його елементів.

    Найбільш поширеним підходом до вирішення завдання аналізу динаміки кривошипного преса є синтез його математичної моделі (ММ), як правило, у вигляді системи звичайних диференціальних рівнянь (ОДУ), що відображають зв'язку і властивості елементів преса і інтегрування цієї системи одним з відомих методів, наприклад методом Рунге - Кутта.

    Можливість застосування математичного моделювання в інженерній практиці дозволить скоротити час на формування ММ (системи диференціальних рівнянь), а процес від формування ММ до її аналізу - автоматизувати.

    В даний час розроблені програмні комплекси (ПК), що є засобом автоматизації синтезу ММ об'єкта по його опису.

    ПК РЯЛ018 і ін. Мають в своєму складі бібліотеку моделей елементів, з яких і «збирається» ММ об'єкта. Оскільки бібліотека моделей однозначно відображає клас об'єктів, що моделюються, застосування комплексу в новій предметної області передбачає створення моделей відповідних елементів і включення їх в бібліотеку комплексу.

    Для аналізу роботи кривошипних пресів за допомогою ПК РЯЛ018 були створені ММ основних елементів преса: асинхронного двигуна (як з фазним, так і з короткозамкненим ротором), двигуна постійного струму, клинопасової передачі, однорідної ділянки вала, зубчастого зачеплення, кривошипа, шатуна, одно- і многокрівошіпного повзуна в піддатливих напрямних, технологічного навантаження, муфти, гальма, пневматичні елементи системи управління пресом (пневмоцилиндр, однорядний ділянку пневмотрубопроводу, командоаппарат, пневмоклапан і ін.).

    Дані моделі розроблені у вигляді підпрограм на мові ФОРТРАН і включені в бібліотеку моделей ПК РЯЛ018 з відповідними іменами.

    Для виконання одноваріантного аналізу в ПК РЯЛОК необхідно описати об'єкт на мові опису об'єкта (ЯОО) і дати завдання на аналіз (наприклад, динамічний розрахунок і т. Д.). Опис об'єкта (преса)

    317

    має містити опис його структури та значення параметрів елементів.

    У ПК PRADIS формування математичної моделі реалізовано у вигляді системи диференціальних рівнянь і, як і її подальший аналіз, здійснюється автоматично. Для формування системи рівнянь використовується метод вузлових потенціалів.

    Входом для програмного комплексу є опис об'єкта, що моделюється на ЯОО, що містить наступну інформацію:

    1) інформація про структуру об'єкта (топологія об'єкта);

    2) параметри об'єкта (опис геометрії, матеріалів і т.д.);

    3) опис розраховуються вихідних змінних, які безпосередньо необхідні користувачеві в результаті рішення задачі аналізу.

    Результатом аналізу, виконаного засобами ПК PRADIS, є масиви значень фазових змінних, обчислених для всіх вузлів топології для кожного моменту часу, дискретизованого при чисельному інтегруванні. В даному випадку при моделюванні динаміки механічних пресів, фазовими змінними є змінні, що описують силові фактори (сили, моменти) і швидкості (лінійні, кутові).

    Динамічну модель об'єкта моделювання зручно відображати у вигляді еквівалентної схеми, на якій входять в модель елементи зображені у вигляді умовних позначень і вказаний зв'язок між ступенями свободи елементів (полюсами).

    Еквівалентну схему складних моделей слід виконувати з декількох взаємопов'язаних між собою фрагментів. При цьому необхідно керуватися наступними правилами.

    1. У межах одного фрагмента слід прагнути зосереджувати моделі однієї фізичної природи.

    2. В якості фрагментів потрібно вибирати функціонально завершені вузли і складальні одиниці реальної машини.

    3. Не слід прагнути до створення великих фрагментів. Це ускладнить його налагодження і тестування.

    4. Необхідно провести тестування і налагодження моделі кожного фрагмента окремо. У цьому випадку існує гарантія, що зібрана з налагоджених і протестованих фрагментів модель машини в цілому буде працювати правильно.

    Після створення еквівалентної схеми необхідно проаналізувати набір параметрів кожної з моделей.

    Принципова кінематична схема приводу преса представлена ​​на рис. 1.

    Еквівалентна схема моделі приводу преса для ПК PRADIS показана на рис. 2.

    Як було сказано вище, складні схеми модельованих систем розбивають на прості. Тому нижче розглянемо ряд етапів моделювання:

    1) робота системи «Електродвигун - маховик - муфта включення»;

    2) робота системи «Електродвигун - маховик - муфта включення - технологічна навантаження».

    Мал. 1. Кінематична схема приводу преса: 1 - електродвигун; 2 - шків; 3 - маховик; 4 - муфта; 5 - гальмо; 6, 7 - левередж; 8 - шатун; 9 - повзун; 10 направляюшій

    Мал. 2. Еквівалентна схема моделі приводу: ЕД - електродвигун; МіПЛ - муфта включення преса; Змах - момент інерції маховика; Змуф - момент інерції муфти; Мтех - технологічний момент; 1 - 3 - номери вузлів моделі

    Дослідження динаміки приводу починається з моделювання роботи асинхронного електродвигуна з маховиком і муфтою включення без технологічного навантаження, що дозволить встановити правильність вибору електродвигуна і параметрів розрахованої муфти.

    Розрахункова і еквівалентна схеми моделі «Електродвигун -маховік - муфта» представлені на рис. 3.

    В якості вихідних даних при моделюванні електродвигуна використовуються його параметри:

    - частота обертання ротора, хв-1 1500;

    - номінальна потужність, кВт 3,0;

    319

    - максимальний крутний момент, Нм 47,9;

    - критичне ковзання 0,385. Кутова швидкість вала двигуна

    С = жпед / 30 [с-1],

    де пед - частота обертання валу електродвигуна.

    Постійна часу для електродвигуна

    гвкл = (3р с) / Мкр ,

    де 3р - момент інерції ротора електродвигуна; З, Мкр - кутова

    швидкість і крутний момент на валу електродвигуна відповідно. Час розгону електродвигуна

    розм

    (1,2 • 3р - п2ед) / Nед -105),

    де Nмощность електродвигуна, кВт.

    1

    3

    ЛГ

    г

    г

    /////

    Г

    77777

    77777

    Лмуф

    Мал. 3. Розрахункова (а) і еквівалентна (б) схеми моделі «Електродвигун - маховик - муфта»: 1 - електродвигун; 2 - маховик; 3 - маховик; 4 - муфта; 5 - головний вал; ЕД - електродвигун; Змах - момент інерції маховика; Змуф - момент інерції муфти

    При дослідженні приводу необхідно привести значення роботи асинхронного електродвигуна з клиноремінною передачею, маховиком і муфтою до валу, на якому встановлена ​​муфта:

    - приведений до валу маховика крутний момент електродвигуна

    Мкр.пр = Мкр.ед 'г,

    де Мкред - крутний момент на валу електродвигуна; г - передавальне відношення від електродвигуна до валу маховика;

    - наведена кутова швидкість електродвигуна

    Спр Сел

    / 1,

    де Сел - кутова швидкість вала електродвигуна.

    момент інерції маховика за результатами енергетичного розра-

    та.

    3 г ад

    6,0 yoа • I

    2

    Вихідними даними для дослідження динаміки приводу на холостому ходу, крім наведених значень вище, є проектний і перевірки розрахунки пневматичної фрикційної муфти включення. В даному випадку необхідно знати:

    - параметри електродвигуна;

    - момент інерції маховика;

    - жорсткість зворотних пружин

    з = N з

    де N пр - число пружин; СПР - жорсткість однієї пружини;

    - осьову жорсткість полумуфт (сос = 2е6);

    - сдвиговую жорсткість полумуфт (ССД = 1е9);

    - робочий хід натискного елемента (^ = 0,003 ... 0,005 м);

    - середній діаметр дисків тертя

    В = 2 ЯСП,

    де Яср - середній радіус тертя;

    - коефіцієнт тертя (т = 0,3 ... 0,6);

    - момент інерції першої напівмуфти, кгм2,

    ^ М1 = 0,8 ^ ін ,

    де Зпр - момент інерції відомою частини приводу без деталей муфти і

    гальма (див. проектний розрахунок муфти);

    - момент інерції другої напівмуфти, кгм2,

    ^ М2 = 0,2 ^ ін;

    - масу натискного елемента, кг,

    т = Р Кор,

    де р - щільність матеріалу поршня (прийняти для стали р = 7800 кг / м3); Упор - обсяг поршня пневмоциліндра муфти

    ^ Пір = ^ пір '$ ,

    де Рпор - площа поршня (див. проектний розрахунок муфти); 8 - товщина

    поршня (прийняти 8 = 0,02 ... 0,04 м);

    - початкову силу притиску

    ^ = 0;

    - максимальну силу притиску

    ^ Шах = ^ пір 'рр ,

    де р р - розрахунковий тиск стисненого повітря (див. перевірочний розрахунок

    муфти);

    - початок включення муфти

    ^ н > ^ розм ,

    де? розм - час розвантажування електродвигуна;

    - тривалість зростання сили (? = 0,2 ... 0,5);

    - час роботи муфти (прийняти = 1000);

    - тривалість спаду сили (прийняти 1спад = 0).

    При моделюванні роботи системи «Електродвигун - маховик - муфта включення» за допомогою ПК рядок необхідно простежити, щоб при включенні муфти кутові швидкості вала електродвигуна і вала муфти не приймали негативних значень.

    За графіком залежності Ем = / (7), де Ем - сила притиску дисків муфти, можна визначити фактичний час включення муфти і порівняти його з даними, отриманими в результаті проектного розрахунку муфти.

    За графіком залежності М кр = / (/) визначаємо, не досягає чи

    при включенні муфти крутний момент електродвигуна критичних значень.

    Результати розрахунку представлені на рис. 4.

    Аналіз розрахунків показує, що момент, що виникає на валу електродвигуна при включенні муфти, не перевищує допустимих значень ковзання двигуна.

    Наступним етапом дослідження динаміки приводу є моделювання приводу кривошипного преса з технологічної навантаженням. При цьому необхідно встановити, чи забезпечуються умови нормальної роботи приводу при виконанні технологічної операції.

    1.Работа приводу Тн = 0,0000е +00 Тк = 5,0000е +00

    0,5 1,0 2,0 3.0 з 5,0

    г-

    1 - Момент на двигуні, кг * м2 0 ... 250

    2 - Кутова швидкість вала двигуна, з "1 0 ... 35

    3 - Кутова швидкість вала, с'1 0 ... 35

    4 - Сила притиску дисків муфти, І 0 ... 60000

    Мал. 4. Графіки залежності моменту, частоти обертання на валу електродвигуна і сили на муфті від часу моделі «Електродвигун - маховик - муфта»

    Кінематична схема і еквівалентна схема представлені на рис. 5.

    Вихідними даними для розрахунку є наступні значення: - параметри електродвигуна;

    322

    - момент інерції маховика;

    - параметри муфти включення;

    - початковий момент від дії технологічного навантаження (прийняти М о = 0);

    - максимальний момент від дії технологічного навантаження

    М = Р | т

    1У ± макс 1 н "1к ном

    де Рн - номінальна сила преса, Н; ткном

    ного моменту (див. технологічний розрахунок);

    - початок дії технологічного навантаження

    номінальне плече крутячи-

    ?нагр > ?муф

    де

    ?муф - час початку включення муфти;

    - період зростання технологічного моменту

    ^ = 0,3? Р ,

    де - час, на протязі якого відбувається технологічна

    операція,

    а

    60

    п

    360 ППР

    де ар - кут повороту кривошипа, протягом якого відбувається робочий хід, град; ППР - частота ходів преса;

    - період дії технологічного моменту

    ^ = 0,4? Р,

    - період спаду технологічного моменту

    ?! = 0,3? Р.

    Результати розрахунку представлені на рис. 6

    ^ ШГ

    77777

    МСРТА

    1 + 1

    1 + 1

    Мал. 5. Розрахункова (а) і еквівалентна (б) схема моделі «Електродвигун - маховик - муфта»: 1 - електродвигун;

    2 - шків; 3 - маховик; 4 - муфта включення; 5 - кривошипний вал; 6 - шатун; 7 - повзун; ЕД - електродвигун; МіПЛ - муфта включення преса; Мтех - технологічний момент

    %

    1 - Момент на двигуні, кг * м2 0 ... 250

    2 - Кутова швидкість вала двигуна, С0 ... 35

    3 - Кутова швидкість вала, С0 ... 35

    4 - Сила притиску дисків муфти, І 0 ... 60000

    5 - Момент технологічний, Н * м 0 ... 10000

    Мал. 6. Графіки залежності моменту, частоти обертання на валу електродвигуна і сили на муфті від часу моделі «Електродвигун - маховик - муфта» при виконанні технологічної операції

    Аналіз графіків показує, що момент, що виникає на валу електродвигуна при включенні муфти і при виконанні технологічної операції, не перевищує допустимих значень. Величина зниження частоти обертання кривошипного вала при виконанні технологічної операції щодо вала електродвигуна (так зване «просаджені-вання») не повинна перевищувати 20%. Період відновлення частоти обертання валу електродвигуна після здійснення операції не перевищує половини часу технологічного циклу.

    Таким чином, можна зробити висновок, що спроектований привід преса є працездатним.

    Список літератури

    1. Айвазян С.А., Енюков І.С., Мешалкин Л. Д. Прикладна статистика. Основи моделювання і первинна обробка даних. - М .: Фінанси і статистика, 1983, 471 с.

    2. Іванова Е.А., Трегубов В.І.Проектірованіе технологічних процесів ОМД і оснастки. Гаряче штампування: керівництво по курсового та дипломного проектування в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 139 с.

    3. Крюханов А.Н. Кування і об'ємне штампування. М .: Машинобудування, 1976. 408 з.

    4. Лапник В. М. Відновлення залежностей за емпіричними даними. М .: Наука, 1979, 447 с.

    5. Одовін С.І. Методи розрахунку і проектування на ЕОМ процесів штампування листових і профільних заготовок. М .: Машинобудування, 1988, 160 с.

    Маленічев Анатолій Сергійович, канд. техн. наук, доцент, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Росія, Тула, Тульський державний університет

    ANALYSIS OF DRIVE CIRCUIT MACHINE DYNAMICS

    A.S. Malenichev

    The work of crank presses was analyzed using PC PRADIS. Studied drive dynamics. The correctness of the choice of the electric motor and the parameters of the calculated clutch is established.

    Key words: crank press, dynamics, kinematics, research.

    Malenichev Anatoly Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula @ rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

    УДК 621.983

    ВПЛИВ КОНСТРУКТИВНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ МАТРИЦІ НА неоднорідність ПОЛЯ напруг і Деформації ПРИ нанесенні сітки Ріфлі

    С.С. Яковлєв, А.С. Архипцев, В.О. Павлушина

    Проведено аналіз впливу кута підйому виступів на неоднорідність поля напружень і деформацій на другому етапі формування зовнішньої рифленої поверхні циліндричної оболонки на підставі даних, отриманих в програмному комплексі QForm 7.

    Ключові слова: сітка рифлів, виступи, кут підйому, оболонка, матриця.

    Одним із способів нанесення сітки рифлів на зовнішній поверхні циліндричної оболонки є спосіб, розглянутий в роботі [!]. Для отримання зовнішньої сітки рифлів необхідно проводити послідовно витяжку через дві матриці. При проведенні цього процесу через дві матриці виходить сітка рифлів по всій висоті деталі (рис.!) За одну технологічну операцію.

    Раніше було розглянуто вплив кута підйому виступів на величини ІН (інтенсивність напружень) та видавничий дім (інтенсивність деформацій) при формозміни в першій матриці [2]. У даній роботі буде розглядатися остаточне нанесення сітки рифлів на другому переході процесу. Для дослідження цього впливу було проведено ряд моделювань в програмному комплексі QForm, моделі для яких були створені САПР [3].

    Використовувалася заготовка з уже нанесеними рифлями (рис. 2), товщина стінки варіювалася від! до 3 мм. Матеріал заготовки ізотропний (сталь! 0). Число виступів матриці становила 24 у всіх випадках, висота виступу була 2 мм, кут підйому виступів змінювався і становив 20, 30 і 40 °.


    Ключові слова: Колонні преси /ДИНАМІКА /КІНЕМАТИКА /ДОСЛІДЖЕННЯ /CRANK PRESS /DYNAMICS /KINEMATICS /RESEARCH

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити