Материал главного эксцентрикового вала – сталь 40ХН2МА.
Усилие на ползуне определим по формуле (69):
, (69)
где d0 – диаметр опорной шейки вала, м (d0 = 0,66);
l0 – длина опорной шейки вала, м (l0 = 0,765);
σ-1u – предел выносливости при изгибе гладкого вала при знакопеременном цикле, МПа (σ-1u = 420);
n – коэффициент запаса (n = 1,3) [4, стр.133];
kЭ – коэффициент эквивалентной нагрузки (kЭ = 0,8) [4, стр.133];
mкр – приведенное плечо крутящего момента, м;
ФσВ, ФτВ – справочные величины, определяются по номограмме [4, рис.62 стр.137] (ФσВ = 1,77; ФτВ = 3,78).
Результаты расчета приведены в таблице 6
Таблица 6
| α, град | mk, мм | PД, МН |
| 0 | 29,633 | 76,303 |
| 10 | 67,499 | 62,365 |
| 20 | 103,776 | 52,871 |
| 30 | 136,973 | 46,325 |
| 40 | 165,796 | 41,794 |
| 50 | 189,214 | 38,702 |
| 60 | 206,518 | 36,690 |
| 70 | 217,334 | 35,533 |
| 80 | 221,620 | 35,095 |
| 90 | 219,633 | 35,297 |
Смазывание пресса
К кривошипным горячештамповочным прессам предъявляется требование по сохранению минимальных зазоров в трущихся деталях в течение сравнительно долгого времени. С увеличением износа трущихся деталей узлов пресса, особенно в опорах главного вала, резко увеличиваются зазоры, ухудшаются условия работы пресса. Кроме того, необходимо учитывать попадание окалины в зазоры между трущимися деталями, влияние нагрева некоторых деталей прессов, подвергающихся воздействию теплоты, возникающей при трении, а также от горячих поковок.
Следует учитывать потери кинетической энергии пресса на трение, особенно в опорах главного вала и шатуна. В расчетах по определению крутящего момента на главном валу принимается величина приведенного коэффициента трения 0,03-0,06 при смазке пресса пластичным смазочным материалом. Считается, что коэффициент трения при жидком смазочном материале значительно уменьшается, примерно до 0,01. Хорошо выполненная система принудительного смазывания, своевременное регулирование зазоров между трущимися деталями увеличивает срок службы прессов и способствует получению поковок с минимальным припуском на последующую механическую обработку.
Смазыванию подвергаются следующие основные узлы и детали: подшипники скольжения главного вала и шатуна; опоры приемного вала и муфты пресса, снабженные подшипниками качения; движущиеся возвратно-поступательно детали пресса, причем это движение осуществляется постоянно, периодически или только во время наладки пресса (ползун в станине, клинья стола пресса, поршень и уравновешиватель ползуна, клапаны управления и др.).
В опорах главного вала и шатуна на главном валу, имеющих значительные размеры, при высоком удельном усилии применяют смесь солидола с машинным маслом или жидкий смазочный материал. Обычно опоры приемного вала и муфты пресса, снабженные подшипниками качения, смазываются периодически вручную солидолом с помощью специальных устройств.
При смазывании прессов большое внимание следует обращать на защиту тех узлов и деталей, к которым смазочный материал (особенно жидкий) не должен попадать (трущиеся диски муфты-тормоза). Опыт эксплуатации прессов показал, что при попадании в них смазочного материала ухудшаются фрикционные свойства трущихся поверхностей, возможно стопорение пресса и самопро 
извольное опускание ползуна. Для защиты от попадания смазки могут применяться лабиринтные уплотнения муфты пресса.
Постоянно движущиеся части пресса, имеющие большие опорные поверхности трения, например ползун в направляющих станины, смазывают периодически с помощью специальной системы.
Периодически движущиеся части пресса, перемещающиеся обычно при наладке пресса, например, клинья в столах пресса, смазываются солидолом. Движущиеся части пресса, например клапаны воздухораспределения, поршень уравновешивателя и др., смазывают жидким смазочным материалом, поступающим с воздухом в распыленном виде с помощью специальных устройств. Наибольшее число смазываемых точек имеется на главном валу, шатуне и станине пресса.
В настоящее время во многих точках смазки пресса, особенно в подшипниках скольжения главного вала, шатуна, приемного вала, устанавливают специальные датчики контроля температуры с выводом показаний датчиков на специальное устройство (дисплей). С повышением температуры выше допустимой, примерно (50-60) °С, выключается система управления прессом и загорается сигнальная лампа.
При выборе смазки и сорта смазочного материала необходимо учитывать следующее:
смазка густыми мазями дороже смазки минеральными маслами;
густой смазочный материал хуже отводит избыточную теплоту,
чем жидкий;
3)при неравномерном поступлении пластичного смазочного мате риала возможны случаи, когда его оказывается недостаточно для образования сплошной масляной пленки;
4)расход энергии на преодоление трения при пластичном смазочном материале больше, чем при рационально подобранном масле. Кроме того, увеличение трения происходит от того, что мази содержат посторонние примеси, которые не смываются, как при жидкой смазке, а удерживаются в смазочном слое, образуя задиры и ускоряя износ трущихся поверхностей;
5) жидкий смазочный материал смывает с трущихся деталей прессов окалину, легко перемещается по трубопроводам, не засоряя их. Однако для удержания такого смазочного материала следует иметь хорошие уплотнения, а также маслосборники;
6)при эксплуатации прессов с подачей пластичного смазочного материала насосом наблюдается образование на станине пресса около направляющих ползуна, шатуна, главного вала наростов использованного смазочного материала, смешанного с окалиной, сдуваемой со штампов, что приводит к большому загрязнению пресса. Кроме того, такой смазочный материал, смешиваясь с окалиной и графитом, сдуваемыми со штампов, оседает на станине пресса, может загореться от горячих поковок. Загорание смазочного материала на прессах приводит к разрушению электропроводки, электродвигателя, клиноременной передачи и других приборов, монтируемых на прессе.
Таким образом, наиболее рационально применять в КГШП автоматическую систему жидкой смазки, когда смазочный материал подается к смазываемым точкам с давлением до 10 МПа, с обязательным контролем его подачи, сигнализацией отсутствия смазочного материала и выключением пресса. Отработанный смазочный материал нужно собирать и регенерировать для дальнейшего повторного использования.
Кроме того, периодически может применяться ручная смазка жидким смазочным материалом в конической передаче и в цилиндрах вспомогательного устройства и густым смазочным материалом к отдельным точкам пресса.
Для продления срока службы пресса необходимо строго соблюдать инструкции по смазке, на периодичность смазки, применение рекомендуемых смазочных материалов, проверку устройств насосных установок.
В таблице 7 приведены данные о режиме и типе смазки характерных узлов типового КГШП.
Данные о смазке узлов пресса таблица 7
| Смазываемые узлы | Способ смазки | Периодичность смазки | Доза смазки, л | Смазывающий материал для умеренного климата | Примечание |
| Направляющие ползуна | От централизованной системы густой смазки | 4 раза в смену, продолжительность работы при включении 2 мин | 10,1 | Солидол УР-1 (ГОСТ 1033-79) | Полная смена смазочного материала не реже 1 раза в год |
| Подшипники нижнего выталкивателя | 3,92 | ||||
| Подшипники штока выталкивателя | 1,56 | ||||
 Подшипники рейки
| 2,35 | ||||
| Направляющие колонки штампа | 1,56 | ||||
| Коническая передача | 2 раза в смену | 1,28 | Масло индустриальное И-50А (ГОСТ 20799-75) | Емкость бака станции смазки (ГОСТ 11700-80) 16 л | |
| Поршни цилиндров | 0,64 | ||||
| Подшипники качения опор вала маховика | От централизованной системы циркуляционной жидкой смазки | Постоянно при работе | 384 | Масло-П28 (ГОСТ 6480-78) 50% | Емкость бака станции смазки ЦС 5/63 350 л |
| Подшипники скольжения больших головок шатуна | 259,2 | ||||
| Подшипники скольжения малых головок шатуна | 86,4 | Масло индустриальное И-50А (ГОСТ 20799-75) 50% | |||
| Зубчатая передача | 144 | ||||
| Подшипники скольжения опор эксцентрикового вала | 384 |
Обслуживание и организация ремонта пресса
Кривошипные горячештамповочные прессы относятся к числу наиболее трудоемких машин по обслуживанию и ремонту. Они требуют более высокой культуры обслуживания и ремонта в сравнении с другими машинами, установленными в кузнечных цехах (молотами, обрезными прессами и горизонтально-ковочными машинами). Тяжелые условия работы прессов вызываются возможной их перегрузкой по усилию на ползуне и перегрузкой электродвигателя; высокими удельными усилиями в сопрягающихся деталях, например в шлицевых ступицах, зубчатых парах, бронзовых опорах и др. Кроме того, следует учитывать, что прессы работают в абразивной среде, создающейся сдуваемой окалиной при штамповке деталей и находящейся около пресса во взвешенном состоянии.
При перегрузках пресса усилием на ползуне или неудовлетворительной работе муфты возникает заклинивание (стопорение) кривошипно-ползунного механизма пресса с перенапряжением его отдельных деталей, появлением в них трещин и даже поломок. При высоких удельных усилиях в сопрягающихся деталях главного вала с опорами, шатуном и др. наблюдается их быстрое изнашивание, раскалывание (раздавливание), задиры и т. п. Из-за высоких удельных усилий в сопрягающихся деталях (например, в соединении ступицы муфты или тормоза с главным валом и с дисками, ступицы маховика или малой шестерни с приемным валом и т. п., при неудовлетворительной их посадке друг с другом или малых опорных поверхностях), наблюдается быстрое разрушение сопрягающихся поверхностей. В этом случае ремонтники прибегают к посадкам деталей с подогревом, что затрудняет их последующий демонтаж.
Вопросам правильной и точной подгонки сопрягающихся деталей не уделяется достаточного внимания, и часто у ремонтников для этих операций нет нужного оборудования. Абразивная среда, в которой работают трущиеся детали прессов, заставляет закрывать их для предохранения от попадания в смазочный материал окалины, но одни кожухи не защищают такие детали, как, например, трущиеся зубчатые пары и др.
Таким образом, при плохой организации ремонта прессов, неудовлетворительном ежедневном контроле за их работой происходит быстрый износ основных деталей: опор главного вала и шатуна в ползуне, деталей муфты, тормоза, зубчатой пары, деталей механизма управления и др. Следовательно, увеличиваются эксплуатационные расходы цеха на ремонт и обслуживание прессов.
Устанавливая приборы контроля усилий на ползуне можно установить величину необходимого усилия штамповки деталей при данной наладке штампов; правильно налаживать штампы, изменяя закрытую высоту пресса при различной изношенности штампов. При перегрузках пресса отключается управление прессом. Собранная информация по нагружению прессов позволяет установить цикличность их нагружения определенными усилиями и использовать эти данные в расчетах узлов и деталей прессов.
При анализе дефектов, выявленных при ремонте, и нагружений прессов можно определить состояние следующих основных узлов и деталей пресса: 1) кривошипно-ползунного механизма: бронзовых вкладышей эксцентрикового вала с шатуном, шатуна, шпилек шатуна, валика соединения шатуна с ползуном, главного (эксцентрикового) вала; 2) привода пресса: зубчатых пар, приемного вала, подшипников вала, ступицы, бронзовой втулки маховика и других его деталей; 3) муфты - тормоза пресса: ступиц, дисков, фрикционных накладок, пружин, болтов, уплотнительных элементов; 4) деталей верхнего и нижнего выталкивателей; 5) деталей механизма управления прессом (воздухоразводки, электроразводки); 6) деталей уравновешивающего устройства и др.
На преждевременное разрушение и износ вышеуказанных деталей пресса влияют технологические, конструктивные и эксплуатационные факторы.
К технологическим факторам относятся: неправильный выбор пресса для штамповки; неудовлетворительная наладка инструмента со значительными нагрузками, даже при холостом ходе пресса; резка заготовок для штамповки с излишними припусками; штамповка поковок при недостаточном нагреве заготовки; заштамповка детали, попадание посторонних предметов в штампы.
К конструктивным факторам относятся: неправильное конструктивное выполнение деталей в результате неправильного расчета, неправильного выбора материала или металла и его термообработки; отклонение по качеству обработки и доводки деталей, при их механической обработке без выполнения упрочняющих операций; отсутствие проверки деталей на наличие в них внутренних дефектов.
К эксплуатационным факторам относятся: снижение уровня требовательности к качеству ремонтируемых деталей, несоблю дение технологии ремонта узлов и деталей прессов; стремление к упрощению наблюдения за средствами (приборами), контролирующими работу узлов и деталей прессов; несвоевременная и недостаточная смазка; недостаточный уровень знаний современных сложных механизмов, оснащенных электронными устройствами.
В целях повышения надежности прессов изготовители прессов монтируют, где это возможно, гидравлические и другие механизмы предохранения прессов от перегрузок; устанавливают в прессах приборы контроля усилий; оснащают прессы приборами контроля расходуемой кинетической энергии; устанавливают в особо нагруженных опорах (подшипниках) скольжения приборы контроля температуры с выключением пресса в случае повышенной температуры и др. Удовлетворительно работают измерители усилий типа СУ-1М.
В настоящее время в ряде кривошипных горячештамповочных прессов устанавливают электронные устройства контроля усилий, развиваемых на ползунах прессов.
В КГШП быстро изнашиваются и разрушаются бронзовые опоры (подшипники скольжения) главного вала и шатуна, поэтому многие изготовители прессов значительно увеличивают размеры этих опор.
Большое значение для нормальной работы муфты имеет давление воздуха, подаваемого в муфту пресса. С целью контроля давления воздуха, подаваемого в муфту, ставятся в воздухоподводящей сети датчики давления воздуха, связанные с системой управления прессом.
Для проверки правильной работы электродвигателя и маховика обычно монтируют тахогенератор.
Большое значение для продолжительной работы узлов и деталей прессов имеет смазка, особенно трущихся подшипников эксцентрикового вала и зубчатой пары пресса. Многие фирмы считают, что количество смазывающего материала, подаваемого к эксцентриковому валу и шатуну, составляет примерно 80 %. В подшипники вала и шатуна подводят устройства, контролирующие температуру нагрева подшипников, которая не должна превышать 60 °С. При повышении температуры выше допускаемой блокируется управление пресса и включается соответствующая сигнализация. Опыт кузнечного цеха ЗИЛа показал, что необходимо осуществлять контроль температуры, особенно подшипников вала и шатуна. Считается предпочтительной смазка жидким смазочным материалом с последующим его сбором и регенерацией.
Срок службы многих деталей прессов в значительной мере зависит от правильного расчета, выбора формы детали, ее размеров, выбора материала, термической обработки металла, точной механической обработки, применения современных методов проверки качества деталей и др. Необходимо на базе опыта эксплуатации прессов, исследования их нагружения силами и моментами разрабатывать методику расчета, которая отражала бы истинное нагружение деталей прессов.
Более правильно изготовлять крупные детали прессов для ремонта изготовителями прессов. Это мероприятие позволит экономить средства, затрачиваемые заводами, эксплуатирующими прессы, так как в большинстве случаев ремонтные детали изготовляют с отступлениями от правильной технологии изготовления деталей, что резко снижает срок их службы.
Кривошипные горячештамповочные прессы по сложности их ремонта следует отнести к наиболее трудоемкому оборудованию. Узлы и детали прессов, которые приходится монтировать или демонтировать с прессов, имеют значительную массу. На основании данных по массе деталей типовых прессов заказывают необходимое крановое оборудование. Особое внимание конструкторы прессов должны обратить на необходимость изготовления отверстий с нарезкой под рым-болты для подъема деталей прессов при ремонтных операциях.
Заключение
При выполнении курсового проекта ознакомился с конструкцией пресса LZK 4000 усилием 40 МН, с работой его узлов: тормоза, муфты, шатуна, ползуна, привода и др.
А также провели расчет муфты, привода, кинематических параметров пресса, энергетический и силовой расчеты. В курсовом проекте:
1. Приведен расчет привода пресса.
2. Рассчитана муфта включения.
3. Рассчитаны кинематические параметры пресса: S, V, j.
4. Проведен силовой расчет, вычислен момент инерции маховика.
5. Проведен энергетический расчет машины.
6. Выбран двигатель серии 4А с короткозамкнутым ротором. Тип двигателя 4A315M2У2 имеющий следующие характеристики: номинальная мощность Nн = 200 кВт, номинальная частота вращения nн = 750 об/мин;
7. Описана система смазки и особенности обслуживания и ремонта пресса.
Список литературы
1. «Кривошипные кузнечно-прессовые машины». Власов, Барзыкин и др. – М.: Машиностроение, 1982.
2. «Кузнечно-штамповочное оборудование». Учебник для машиностроительных вузов / А.Н. Банкетов, Ю.А. Бочаров, Н.С. Добринский и др.; под ред. А.Н. Банкетова, Е.Н. Ланского.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1982.-576 с.
3. Игнатов А.А., Игнатова Т.А. «Кривошипные горячештамповочные прессы». 3-е изд.,перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1984.-312 с.
4. Ланской Е.Н., Банкетов А.Н. «Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов». М.: Машиностроение 1966.
5. Асинхронные двигатели: Справочник.- М.: Энергоиздат,1982.
6. Детали машин /Ю.Н.Березовский и др.- М.: Машиностроение, 1983.
7. Общемашиностроительный справочник по деталям машин.- М.: Машиностроение, 1980.
8. Методика расчета кривошипных машин.- Воронеж, ЭНИИТМАШ, 1975.
9. Расчет на прочность деталей машин / И.А.Бигдер и др.- М.: Машгиз, 1959.
10. Справочник машиностроителя,- М.: Машгиз, 1956, т. 4.
11. Анурьев И.А. Справочник, 4 тома, Д.М.- М: Машиностроение, т.2.