13 ПАРОПОВІТРЯНІ МОЛОТИ
Пароповітряний молот (ПВМ) являє собою термомеханічну систему ударної дії. Для
приводу робочих рухомих частин застосовують пару або стиснуте повітря. Пара
надходить по трубах від паросилових установок, а повітря – від групових
компресорних станцій. Таким чином пара чи стиснуте повітря є енергоносієм. Робочий тиск енергоносія
для ПВМ становить 0,6…0,9 МПа.
Рис. 13.1. Схема робочого циліндру молота
jиНm – нижній пустий (шкідливий) простір, j0Нm – верхній пустий простір
Поршень
площею S1 за допомогою
штоку (рис. 13.1) передає дію енергоносія тиском pв у верхній порожнині робочого
циліндру ударній масі m. Баба,
поршень, шток та верхній штамп складають робочі частини молота масою m. Під тиском енергоносія та під дією
сили тяжіння mg
з ККД hp, робочі частини на шляху Hm досягають
швидкості v=6…9 м/с та
кінетичної енергії Te,
яка необхідна для роботи деформування поковки Aд з ККД hд:
де aS1, pн
– площа нижньої поверхні циліндру (без врахування площі штоку) та тиск на ній.
Під час
удару тривалістю 10-3…10-2 c виникає шум, що
перевищує 90 дБ, та на фундамент передаються значні вібрації. Ці фактори
зменшують застосовуючи віброізолюючі фундаменти.
Пароповітряні
молоти згідно вимог екології замінюють, при можливості, пневматичними молотами,
гвинтовими, кривошипними та гідравлічними пресами. Для тонких поковок з
жароміцних та важкодеформівних сталей, для яких
доцільним є ударне деформування, продовжують використовувати пароповітряні
молоти, або вирішують питання їх заміни газогідравлічними
молотами.
В залежності
від характеру розподілення робочих періодів енергоносія молот може працювати у
трьох режимах:
Рис. 13.2 Схема режимів
роботи пароповітряних молотів
а – послідовними
автоматичними ударами, б – одиночними ударами, в – режим качання баби ( – час машинного циклу, tн, tв –
відповідно час ходу вниз і вверх рухомих частин; tп – час паузи; tТ
=
+ tп – час технологічного циклу)
1) послідовні
автоматичні удари.
Це удари, при яких рух робочих частин вгору та вниз
не розділяється паузами (рис. 13.2, а). Баба при переміщенні вверх, досягнувши
верхньої точки ходу одразу направляється вниз.
2) одиночні
удари з верхньою паузою.
Одиночні удари забезпечують більше значення
кінетичної енергії. Цей режим супроводжується верхньою та нижньою паузою.
3) режим
качання.
Цей режим супроводжується циклом качання баби біля
верхнього положення. Він характерний для штампувальних молотів та призначений
для більшого розгону ударної маси. Режим качання відбувається автоматично за
рахунок переміщення золотника шаблеподібним важелем, що контактує з бабою
молоту.
За технологічним
призначенням пароповітряні молоти класифікують на:
1) кувальні
(для вільного кування);
2) штампувальні (для об’ємного штампування);
3) листоштампувальні (для штампування з листової
заготовки);
4) виколоточні (для
локального формування листової заготовки по шаблону серією ударів).
За конструкцією станини:
1) вертикальні і горизонтальні;
2) одностійкові і двохстійкові;
3) арочні і мостові.
За схемою ударів робочих
мас:
1) з нерухомим шаботом (шаботні);
2) з нижнім ударом (рух робочої маси вниз) і
верхнім ударом (з рухом вверх);
3) з рухомим шаботом (із зустрічним рухом різних за
величиною ударних мас);
4) безшаботні (із
зустрічним рухом однакових мас).
Найбільше
поширення в промисловості отримали шаботні
пароповітряні штампувальні молоти з нижнім ударом і з вертикальною двостійковою станиною.
Стан енергоносія в пароповітряних молотах
характеризують тиском р, температурою
Т, і об’ємом V.
При проектуванні пароповітряних молотів тиск пари
приймається рівним 0,7…0,9 МПа, а тиск повітря 0,6…0,8 МПа. Температура
перегріву пари не повинна перевищувати 573°К, а підігріву повітря 473°K (для
попередження загоряння розпилених змащувальних олив).
Пара. В молотах застосовують
суху насичену, вологу насичену і перегріту пару. Робота молота з застосуванням
лише сухої насиченої пари не допускається. Як правило, використовується волога
насичена пара чи змішана. Робочі процеси вологої пари (розширення і стискання)
близькі до адіабатного. Ці процеси характеризуються наближеним рівнянням Цейнера. При вмісті пари в початковому стані
,
де ;
– вміст пари (сухість
пари) у початковому стані. Для сухої насиченої пари
=1 і
=1,135, для перегрітої пари
=1,3.
Повітря. Пароповітряні молоти можуть
працювати на стиснутому повітрі. Зміна стану повітря при робочих процесах
визначається політропою з показником степені =1,4.
Застосування в молотах пари або повітря
відбивається на їх роботі. Періоди розширення і стиснення для пари і повітря
протікають по різному. Якщо застосовувати суху насичену пару і підігріте
повітря, то розширення пари проходить по політропі , а розподіл повітря по політропі
. В результаті
При
виконанні операцій кування мають справу з довгими та великими за січенням
заготовками. Тому для вільного маніпулювання такими заготовками в конструкції
кувального молота слід передбачити великий робочий простір.
За
конструкцією кувальні молоти поділяють на одностійкові
та двохстійкові. Одностійкові
пароповітряні молоти зараз повністю витиснені пневматичними молотами. Вони мали
одностійкову С-подібну станину, застосовувались для
кування невеликих поковок. Маса падаючих частин не перевищувала
Станини двохстійкових молотів виготовляють арочного та мостового
типу (рис. 13.5). Конструкцію та параметри цих молотів регламентує
ГОСТ 9752. Пароповітряні кувальні молоти виготовляють з МПЧ
1000...8000 кг та ефективною енергією удару 25...200 кДж. Стандартом
встановлено кратність мас на рівні 15.
а
б
Рис.13.5 Пароповітряний кувальний молот з двостійковою
станиною:
а – арочного типу; б –мостового типу
Станина
арочного типу дозволяє обслуговувати молот лише з двох сторін – спереду та
ззаду. Станина мостового типу, завдяки широко розміщеним стійкам забезпечує
доступ до поковки зі всіх сторін.
Шабот
кувального молота часто опирається на індивідуальний фундамент. Це зменшує
вібрації в конструкції самого молоту та загалом у ковальському цеху.
У верхній
частині молотів розміщують головний циліндр та систему повітрярозподілення.
В молотах мостового типу їх влаштовують на мостовій плиті. Баба молота
рухається по направляючим, що зменшує навантаження на шток. Керування молотом
здійснюють за допомогою важеля.
При
штампуванні необхідно отримати поковку з максимальним наближенням її форми до
готового виробу. Тому точність спрямування робочих частин та жорсткість
конструкції є основними вимогами, що ставлять до конструкції штампувальних
молотів.
Конструкцію
штампувальних пароповітряних молотів регламентує ГОСТ 7024. Їх
виготовляють з МПЧ 630...25000 кг та ефективною енергією удару
16...630 кДж. Кратність мас складає 20...25 одиниць.
Штампувальні
молоти виготовляють двостійкового типу. Більша
кратність мас цих молотів в порівняні з кувальними обумовлює більші габаритні
розміри шаботу. Тому в компонуванні штампувального молоту шабот займає всю
нижню частину (рис. 13.6). Станина повністю опирається на шабот молота та
конструктивно з'єднана з ним, утворюючи замкнену раму. Простір між стійками
молоту є невеликим для надійної фіксації та спрямування падаючих частин.
Стійки
молоту кріплять до шаботу за допомогою пружин, оскільки болтове з'єднання є
ненадійним в умовах жорстких ударів. Так само кріплять до стійок і верхню підциліндрову плиту.
Таким чином
штампувальний молот має загальний фундамент. Шабот не кріплять до фундаменту, а
лише обмежують його горизонтальне переміщення.
Рис.13.6 Пароповітряний штампувальний молот
1 – шабот; 2 – пружини; 3 – болти стяжні; 4 –
направляючі;
5 – станина; 6 – робочий циліндр; 7 – баба
Керування
штампувальним молотом здійснюється як за допомогою важеля, так і за допомогою
педалі.
При
роботі шаботних пароповітряних молотів виникають
значні віброколивання грунту
навколо фундаменту. Зменшення цього явища шляхом локалізації віброколивань в системі молот – фундамент не є ефективним.
Необхідно щоб кінетична енергія максимально гасилась безпосередньо при ударі
частин молоту та не передавалась на фундамент. Конструкторами було
запропоновано здійснювати не односторонній удар падаючих частин по поковці, що
розміщена на нерухомому шаботі, а зіткнення двох рухомих мас з ударом по
поковці, розташованій в площині їх можливого змикання.
Оскільки
імпульс навантаження при такому ударі не передається на грунт,
відпадає необхідність в шаботі. Тому ці моделі пароповітряних молотів отримали
назву безшаботних.
Проте ці
молоти не витіснили звичайні шаботні молоти, оскількі, внаслідок рухливості нижнього штампу виникають
певні труднощі в обслуговуванні безшаботних молотів.
На безшаботних молотах здійснюють штампування в
торець вісесиметричних деталей на зразок шестерень,
фланців і тому подібне.
Основною
ознакою для класифікації безшаботних молотів є тип
приводу рухомих частин: пароповітряний, механічний і гідравлічний. Другий і
третій типи в чистому вигляді застосовують вкрай рідко, тоді як перший сам по
собі або у поєднанні з другим і третім є типовим.
Безшаботні молоти з
стрічковим механізмом зв’язку
Найбільш
досконалою є конструктивна схема молоту, в якому від пароповітряного циліндру
приводиться в рух лише верхня баба 1 (рис. 13.7), а нижня 5 переміщується від неї за допомогою
механічного зв’язку - двох металевих стрічок 3, що перекинуті через блоки 2.
Рис. 13.7 Безшаботний
молот
Виконати
конструкцію молота за такою схемою нескладно, достатньо лише забезпечити
надійне спрямування баб. Для цього на нижній плиті встановлюють станину з
чотирьох стійок, а зверху закріплюють робочий циліндр. Верхню бабу зазвичай
виготовляють з якісного литва разом зі штоком і поршнем.
З’єднувальні
стрічки працюють в найбільш важких умовах внаслідок пружних коливань, що
виникають в них при ударі. Для підвищення міцності стрічки набирають з
декількох десятків тонких сталевих смуг (марки сталі 45, 50) мм товщиною
0,3...0,8 мм при ширині 120...130 мм. Смуги рекомендується гартувати.
Закріплюють стрічки в бабі обов'язково через амортизуючі
буфери 4.
Блоки
виготовляють з дуралюмінію, щоб зменшити їх момент
інерції і тим самим пробуксовування по стрічках при зупинці останніх у момент удару.
Рухомі
частини молота необхідно виконувати з масами, що дещо розрізняються. Якщо,
наприклад, верхню бабу зробити на 5...10 % легше нижньої, то вона
відскакуватиме після удару з більшою швидкістю і завдяки цьому буде
розвантажувати стрічки. Якщо зробити навпаки, то прискорений відскок нижньої баби приведе до різкого перевантаження
стрічок.
В
молотах з важільним зв'язком, незважаючи на амортизацію за допомогою кільцевих
пружин, швидко вироблялися шарніри важелів, а самі пружини ламалися. Тому
широкого застосування ці молоти не знайшли.
Безшаботні молоти з гідравлічним механізмом зв’язку
Згідно наведеної схеми, сила, що
розгоняє нижню бабу, створюється тиском рідини. Проте під плунжер нижньої баби рідина
поступає не від окремого гідроприводу з електродвигуном, а від дії власного
пароповітряного приводу. Молот працює
таким чином. При впусканні свіжої пари або стислого повітря у
верхній простір робочого циліндра падаючі частини 1 прискорено
переміщаються вниз, шток 3 тисне на плунжер 7, рухаючи його також вниз. В результаті рідина (мінеральне масло)
з бічних порожнин корпусу 10 нижньої поперечини витісняється в середню і
переміщає плунжер 8, а через шток 6 і нижню бабу 4 вгору
аж до зіткнення рухомих мас. Не дивлячись на деякі втрати енергії на стискування
рідини, нижня баба до моменту удару розвиває майже таку ж швидкість, як і
верхня (площі поперечних перетинів плунжера 8 і двох бічних плунжерів 7 рівні).
Для
розвантаження штоків в місцях з'єднання їх з бабами встановлені гумові
амортизатори 2 і 5. Гідравлічні удари в рідині, що заповнює порожнини корпусу 10 пом’якшуються
пружинними компенсаторами 9. Вони ж призначені для амортизації раптового
падіння верхньої баби при аварійному витоку рідини з корпусу.
Безшаботні молоти з гідравлічним
типом зв’язку ударних мас є більш надійними. Як правило, їх застосовують для важкого
штампування. Ці молоти виготовляють з енергією удару до 1,4 МДж.
Відомі також схеми безшаботних молотів з незалежними пароповітряними приводами
рухомих частин.
Система змащування молотів комбінована: від
привідної змащувальної станції і ручна. Для змащення циліндрів, золотника і дроселя застосовується рідке масло, яка надходить безперервно від плунжерного насоса з електродвигуном.
Змащувальна станція встановлюється на опорі поблизу молота. В її склад
входить плунжерний насос з електродвигуном,
фільтр грубої і тонкої очистки масла (в деяких станціях застосовується радіатор для охолодження масла) маслопроводи та інша маслорозподілююча апаратура.
Направляючі і площадку контакту криволінійного важеля механізму розподільника з бабою змащують вручну сумішшю, яка складається із 70% циліндрового мастила, 10% цинкових білил і 20% колоїдного графіту.
Контактні площини опор і шабота, стійок і підциліндрової
плити змащують солідолом марки УС-3 або „літолом” за допомогою ручної прес-маслинки (шприца), а підшипники ковзання – рідким циліндровим маслом.