Глава 3. Заклинивание кривошипных прессов.

ОБОСНОВАНИЕ СОЗДАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

НЕЗАКЛИНИВАЮЩИХСЯ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ

3.1. Предпосылки и механизм заклинивания кривошипных прессов

Заклинивание (или стопорение, стопор, распор) кривошипных прессов – довольно часто случающееся на практике явление. Проявляется оно в том, что пресс, будучи не в состоянии преодолеть силу, действующую на ползуне (по различным причинам), в результате останавливается вблизи его крайнего ниж-него положения и остаётся в таком положении под нагрузкой. Бесспорно, это явление крайне нежелательно, поскольку нарушает нормальный процесс эксплуатации прессов.

Как правило, заклинивание является следствием перегрузки пресса, что происходит по причинам неправильного выбора пресса по силе, нарушения силового режима технологического процесса, вызванного, например, неправильной наладкой штампа, затуплением инструмента, завышенным объемом исходной заготовки и т.д. В связи с изложенным, при эксплуатации заклинивание является синонимом перегрузки пресса.

Однако следует отметить, что заклинивание может произойти и при силах на ползуне существенно меньших номинальной силы пресса, например, при величинах сил, равных 0,3 ÷ 0,5 от Р_н. Такое заклинивание не оказывает серьезного влияния на эксплуатацию пресса, так как расклинивание (вывод пресса из состояния стопора) может быть произведено включением привода в благоприятную для этого сторону.

Среди других наиболее частых причин заклинивания, которые нельзя устранить с помощью привода, необходимо указать недопустимо большую загрузку пресса, приводящую к несоответствию выполняемой работы его энергетическим возможностям (например, из-за недопустимо частого включения пресса для выполнения технологической операции или при включении пресса для выполнения рабочего хода при недостаточно разогнанном маховике), или причины, вызывающие при нагрузке проскальзывание муфты включения при моменте, меньшем расчетного (например, из-за недостаточного давления воздуха в рабочей полости или попадания смазки на трущиеся поверхности муфты).

На основе рассмотрения схемы сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме (КШМ) при его нагружении (рис. 3.1, на котором через ρ_о, ρ_а и ρ_в обозначены радиусы кругов трения [1, 41] в шарнирах О, А и В, соответственно), показано [5], что, если бы КШМ пресса был бы идеальным, т.е. в его шарнирах отсутствовало бы трение, то после остановки ползуна под нагрузкой он всегда совершал бы обратное движение под действием силы упругодеформированной системы деталей, направленной по оси шатуна (линия АВ) и создающей крутящий момент на кривошипном валу.

В этом случае заклинивание пресса никогда не имело бы места. Даже при остановке ползуна в крайнем нижнем положении (вероятность такой остановки ничтожно мала) было бы достаточным приложить к кривошипному валу незначительный по величине крутящий момент, чтобы вывести механизм из состояния равновесия.

В реальном КШМ при наличии трения в шарнирах имеет место несколько иная картина. После остановки ползуна под нагрузкой вблизи крайнего нижнего положения в механизме также проявляется тенденция к обратному движению, но теперь уже сила упругодеформированной системы действует на кривошипный вал не по линии АВ, а по касательной к кругам трения в шарнирах А и В (рис. 3.1 − линии II, III).

В этом случае, если указанная касательная пересекает круг трения в шарнире О, то кривошипный вал (а, следовательно, и весь механизм) останется в том же положении, которое он занимал в момент остановки. В результате происходит заклинивание пресса.

Предельное положение механизма, в котором может наступить заклинивание, соответствует положению кривошипа, когда общая касательная к кругам трения в шарнирах А и В будет касательной к кругу трения в шарнире О (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме

Таких положений может быть два:

– при недоходе кривошипа до крайнего нижнего положения (линия II);

– при переходе кривошипа через крайнее нижнее положение (линия Ш).

Эти предельные положения кривошипа определяют максимальный угол заклинивания ±α_3mах (рис. 3.1), который называют углом трения кривошипно-шатунного механизма.

Иными словами, заклинивание наступает в тех случаях, когда при остановке ползуна под нагрузкой момент сил трения (М_тр), возникающий в шарнирах КШМ, превосходит по величине момент, стремящийся повернуть кривошипный вал в благоприятную для снятия нагрузки сторону (М_и).

Предельное положение механизма, определяющее α_3mах, соответствует равенству М_тр и М_и.

Отсюда получена формула [5]:

(градусов).

В данной формуле:

– приведенный коэффициент трения в подшипниках кривошипно-шатунного механизма;

r_о, r_а и r_в – радиусы коренных и шатунных подшипников кривошипного вала и нижней опоры шатуна;

R – радиус кривошипа кривошипного вала;

– коэффициент шатуна, равный отношению R к L, где, в свою очередь, L – длина шатуна.

Учитывая, что заклинивание происходит вблизи крайнего нижнего положения ползуна, а для углов α < 20° sin α ≈ α в радианах, с достаточной для практики точностью можно принять, что

(радиан).