Повышение точности прессования элементов колес
Выполнено исследование работы тяжелого гидравлического пресса с различ- ными алгоритмами управления одной из операций прессования элементов колес. Предложен и опробован алгоритм управления, при котором точность прессования увеличивается более чем на 70%, время операции уменьшается на 30%...
Saved in:
| Published in: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21087 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Повышение точности прессования элементов колес / В.И. Большаков, И.Б. Листопадов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 369-374. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859621556771094528 |
|---|---|
| author | Большаков, В.И. Листопадов, И.Б. |
| author_facet | Большаков, В.И. Листопадов, И.Б. |
| citation_txt | Повышение точности прессования элементов колес / В.И. Большаков, И.Б. Листопадов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 369-374. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description | Выполнено исследование работы тяжелого гидравлического пресса с различ-
ными алгоритмами управления одной из операций прессования элементов колес.
Предложен и опробован алгоритм управления, при котором точность прессования
увеличивается более чем на 70%, время операции уменьшается на 30%
|
| first_indexed | 2025-11-29T06:07:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
369
УДК: 62−8:621.777
Большаков В.И., Листопадов И.Б.
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПРЕССОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕС
Выполнено исследование работы тяжелого гидравлического пресса с различ-
ными алгоритмами управления одной из операций прессования элементов колес.
Предложен и опробован алгоритм управления, при котором точность прессования
увеличивается более чем на 70%, время операции уменьшается на 30%.
Режимы обжатий заготовок на различных агрегатах технологической
линии при формообразовании колес оказывают существенное влияние не
только на эффективность процесса, но и на качество продукции. Темпера-
турно−скоростные условия деформации, разовые и суммарные обжатия
наряду с калибровкой инструмента влияют на получение точных геомет-
рических параметров колес, поверхностные и внутренние дефекты, опре-
деляют комплекс свойств колес.
Одной из технологических операций, определяющих точность гео-
метрических размеров черновых колес, является осадка (разгонка) цен-
тральной части заготовки, находящейся в кольце [1], которая производит-
ся на прессе усилием 50 МН колесопрокатных линий на ОАО «Нижне-
днепровский трубопрокатный завод» (НТЗ) и Выксунском металлургиче-
ском заводе (ВМЗ). Существенное влияние на предотвращение дефектов
колес типа «зажим» оказывает строгое соблюдение рациональной, ста-
бильной величины разгонки [2].
Гидравлическая схема пресса (рис.1) состоит из сервопривода 1
управления кулачковым валом 2, клапанных распределителей 3 и 4 систе-
мы управления гидроцилиндром прессования 5 и гидроцилиндрами подъ-
Рис.1 Гидравлическая схема управления прессом усилием 50 МН
370
ема 6 траверсы 7, клапана наполнения 8, бака−наполнителя 9, ручки 10
управления клапанами распределителя сервоуправления 11, клапана с
пневмоуправлением 12 торможения траверсы в верхнем положении.
Операция «разгонка заготовки пуансоном» осуществляется следую-
щим образом. После подачи на ось пресса пуансона 13 (осуществляется с
помощью наметки – рычажного механизма с гидроприводом), пуансон
прижатый приводом к траверсе 7, опускается на заготовку. Оператор, по-
ворачивая ручку управления прессом 10, переключает клапаны распреде-
лителя управления сервоприводом 11, включает сервопривод 1 на поворот
кулачкового вала 2. Последний поворачивает кулачки, открывая напор-
ный и закрывая сливной клапаны распределителя 3 управления гидроци-
линдром прессования. Клапаны распределителя 4 управления подъемны-
ми гидроцилиндрами 6 находятся в следующем состоянии: напорный кла-
пан закрыт, сливной клапан открыт. Жидкость высокого давления от на-
сосно−аккумуляторной станции (НАС) поступает в гидроцилиндр прессо-
вания 5 и происходит разгонка заготовки пуансоном со скоростью прес-
сования 0,06 м/с. По достижении заданной величины разгонки оператор
сбрасывает высокое давление из гидроцилиндра 5, одновременно подавая
высокое давление в гидроцилиндры 6. Траверса пресса 7 вместе с пуансо-
ном отходят от заготовки. Длительность операции по проекту составляет
2с.
Гидросистема пресса не оборудована специальными устройствами для
управления режимом его работы при выполнении отдельных операций.
Все операции осуществляются четырехклапанным распределителем (ди-
стрибутором) с групповым приводом клапанов и рычажной сервосисте-
мой ручного управления (привод дистрибутора и сервоуправление на
схеме не показаны). В процессе эксплуатации пресса установлено, что при
разгонке заготовки в кольце с проектной скоростью деформации 0,06 м/с
не обеспечивается требуемая точность глубины разгонки. С помощью
ручного запорно−регулирующего устройства, установленного на входе в
напорную магистраль распределителя (на рис.1 не показано), скорость
подачи высокого давления в гидроцилиндр была ограничена. В результате
скорость обработки заготовки на прессе (операции «обжатие заготовки в
кольце» и «разгонка заготовки») была снижена до 0,027 м/с. Однако, и
такая скорость обработки заготовки не обеспечила требуемую точность
глубины разгонки. Среднеквадратичное отклонение глубины разгонки (σ)
составляло 2,49мм. Математическое ожидание – 28,42мм. Зафиксирован-
ный размах отклонений от математического ожидания составил 7,74мм.
Длительность операции «разгонка заготовки» выросла до 2,4 с, т.е. на
20%. Машинное время обработки заготовки на прессе увеличилось на
15%. Для установления причин неравномерности глубины разгонки и раз-
работки мероприятий по созданию условий обработки заготовки с тре-
буемой точностью, сотрудниками Института черной металлургии прове-
371
ден анализ факторов, определяющих точность разгонки заготовки пуан-
соном.
Расчетная схема пресса в фазе разгонки (рис.1) принята в виде одно-
массовой системы с массой m, которая взаимодействует с деформируе-
мым металлом и с упругим столбом жидкости в гидроцилиндрах пресса.
Масса m представляет собой массу подвижных частей пресса и приведен-
ную к площади гидроцилиндра прессования F массу жидкости в гидроци-
линдрах подъема и магистралях. Согласно данным экспериментальных
исследований, давление в гидроцилиндрах подъема во время разгонки
заготовки равно давлению слива.
Уравнение движения массы m при таких начальных условиях имеет
вид:
),()(1
⋅
−−+= xTxPGFp
dt
dUm (1)
где U = f(
⋅
х )− скорость траверсы пресса, х – перемещение плунжера гид-
роцилиндра, р1 − давление в гидроцилиндре прессования, Р(х) – сила тех-
нологического сопротивления, G – сила тяжести подвижных масс пресса и
жидкости в гидроцилиндре, )(
⋅
xT − сила сопротивления перемещению
траверсы пресса, которое включает в себя силы трения в направляющих
траверсы и уплотнениях гидроцилиндров, потери давления по длине и на
местных сопротивлениях напорного трубопровода.
2
)(
⋅⋅⋅
+= xaxRSgnxT (2)
Поскольку скорость траверсы в фазе разгонки мала, то действие жид-
костного трения в дальнейшем не учитывалось. Силу технологического
сопротивления Р(х) определяем по формуле Э.Зибеля [3]
,
3
1)( ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ +=
H
DFxP ns
μσ (3)
где Fn – площадь пуансона, σs – сопротивление деформации материала
заготовки, D и H – диаметр пуансона и высота заготовки в рассматривае-
мый момент.
Для уменьшения длительности обработки заготовки на прессе и по-
вышения точности разгонки рассматривался алгоритм управления прес-
сом при операции «разгонка заготовки», заключающийся в следующем.
Начало разгонки производится на скорости 0,06 м/с. При достижении пу-
ансоном глубины, близкой к заданной, прекращается подача в гидроци-
линдр жидкости высокого давления (соответствует состоянию f=0 на
рис.1). Траверса пресса по инерции перемещается на величину «выбега»
Δх и останавливается. Таким образом, величина разгонки h должна состо-
ять из пути х, проходимого траверсой при скорости 0,06м/с и перемеще-
ния по инерции Δх, т.е. h= х +Δх. Величину выбега Δх можно определить
из расхода запасенной траверсой пресса кинетической энергии на преодо-
372
ление сил сопротивления движению. Для этого необходимо проинтегри-
ровать уравнение (1) с учетом падения давления в гидроцилиндре прессо-
вания. Изменение давления в гидроцилиндре будет иметь вид
V
xyEF
FpFp
)0(2
01
−
−= (5)
где р0 – давление в гидроцилиндре в момент прекращения подачи высоко-
го давления, Е – приведенный модуль упругости жидкости и трубопрово-
дов, х0 – величина разгонки до прекращения подачи высокого давления в
гидроцилиндр, V − объем гидроцилиндра и напорной магистрали, у − ко-
ордината, х0 < у < x0+Δх.
∫
Δ −
−−−
⋅
+=
+
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡xx
x
dy
V
xyEF
FpGxTxPmU 0
0
;)
)0(2
0()()(
2
2 (6)
Полагая в уравнении (3) переменную H=Н0 – х, где Н0 – начальная
высота заготовки и решая уравнение (6) относительно Δх, получаем:
;0
2
)ln
3
1()(
2
2
0
0
0
2
2
=−Δ⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
Δ−−
−
Δ
+−−+−Δ
⋅ mUx
xxH
HH
x
DFxTGFpx
V
EF
ns
μσ
откуда, обозначая коэффициент при Δх через ∑ Р и жесткость гидросис-
темы ,
2
V
EFС = получаем
2
2
2)(
C
CmU
C
P
C
P
x ++=Δ ∑∑ .
Обозначая
стхС
Р
Δ=∑ и 2
2
2
динx
C
CmU Δ= , получаем окончательно:
22
динстст хххх Δ+Δ+Δ=Δ . (7)
Из уравнения (7) следует, что выбег траверсы пресса по инерции име-
ет статическую и динамическую составляющие. Статический выбег зави-
сит от реологических свойств металла и размеров заготовки. Реологиче-
ские свойства материала заготовки могут изменяться при изменении тем-
пературного режима прокатки и поэтому отклонения глубины разгонки от
заданной будут пропорциональны разбросу температуры заготовки. Ди-
намический выбег является определяющим и зависит от скорости прессо-
вания перед запиранием напорной магистрали. Опробование деформации
заготовок при скорости 0,06 м/с с запиранием напорной магистрали перед
достижением заданной глубины разгонки не дало положительных резуль-
татов. Основной причиной является сложность точного определения мо-
мента прекращения подачи в гидроцилиндр жидкости высокого давления.
После анализа влияния различных факторов на величину выбега тра-
версы при разгонке, был предложен и опробован другой алгоритм управ-
ления прессом при разгонке заготовки. По этому алгоритму разгонка на-
чинается на проектной скорости обжатия 0,06 м/с. За 4−5мм до заданной
глубины разгонки траверсу пресса переводят на ползучую скорость. По
достижении заданной глубины разгонки траверсу останавливают. В двух-
ступенчатом алгоритме управления используется основной вывод иссле-
373
дования – величина выбега траверсы зависит от начальной скорости прес-
сования перед запиранием напорной магистрали.
Реализация алгоритма управления с введением ползучей скорости
траверсы может осуществляться с использованием штатных средств
управления двумя способами. Первый способ перехода на ползучую ско-
рость основан на использовании конструктивных особенностей клапанов
распределителей – возможность открытия при подаче высокого давления
только разгрузочного клапана без открытия основного клапана. Примене-
ние такого способа требует идеальной настройки системы управления
прессом и высокой квалификации операторов. Кроме того, эрозия элемен-
тов разгрузочного клапана из−за высоких скоростей потока жидкости
приводит к выходу клапанов из строя. Второй способ снижения скорости
прессования состоит в пе-
риодическом закрытии кла-
панов (работа в релейном
режиме). Такой способ тре-
бует дополнительных дейст-
вий оператора по управле-
нию прессом, но более прост
в реализации. На рис.2 при-
ведена осциллограмма рабо-
ты пресса при реализации
разгонки заготовки с ис-
пользованием ползучей ско-
рости. Ползучая скорость
реализуется периодическим
закрытием напорного клапа-
на. На рис.2 обозначено: U –
скорость траверсы пресса, Р
− давление в гидроцилиндре
прессования, S – перемеще-
ние ручки управления прессом, h – перемещение траверсы пресса. Видно,
что начало разгонки происходит на скорости 0,06 м/с. Затем оператор за-
крывает и тут же приоткрывает напорный клапан (кривая S на рис.2). Тра-
верса приостанавливается, а затем движется на ползучей скорости (кри-
вые U и h на рис.2). По достижении заданной глубины разгонки оператор
закрывает напорный клапан и поднимает траверсу.
Снижение скорости траверсы при разгонке заготовки без дополни-
тельных операций и связанных с ними гидроударов возможно созданием
локальной системы управления скоростью прессования. Система, в зави-
симости от состава ее элементов, может работать в автоматическом, полу-
автоматическом и ручном режимах. Такая система повышает надежность
работы пресса и обеспечивает высокую точность разгонки при минималь-
ном времени обработки заготовки. Для создания системы управления в
Рис.2. Осциллограмма работы пресса 50МН
при разгонке заготовки
374
гидросистему пресса вводится дополнительный запорный клапан с дрос-
селем, выделенные на рис.1. Отличие разгонки заготовки с локальной
системой управления заключается в том, что вместо дополнительного
ручного управления оператор закрывает дополнительный клапан. Жид-
кость высокого давления поступает в гидроцилиндр прессования через
дроссель f (рис.1), ограничивая скорость подачи жидкости высокого дав-
ления и скорость разгонки. Перед подъемом траверсы оператор открывает
дополнительный клапан. Все операции по разгонке можно производить и
в автоматическом режиме.
Локальная система управления скоростью прессования была опробо-
вана на прессе усилием 50 МН колесопрокатной линии ОАО НТЗ и введе-
на в опытно−промышленную эксплуатацию на аналогичном прессе коле-
сопрокатной линии ВМЗ. Результаты исследований работы пресса при
различных значениях скорости прессования приведены в таблице.
Таблица. Точность и время выполнения операции «разгонка заготовки
пуансоном» при различных скоростях осадки.
Скорость
осадки, м/с
Ползучая
скорость,
м/с
Матема-
тич.ожидание,
М, мм
Ср.квадрат.
отклонение σ,
мм
Максималь-
ное. откло-
нение, мм
Время
рагонки,
с
0,027 − 28,42 2,49 7,74 2,4
0,06 0,01 32,70 2,04 6,9 1,41
0,06 0,003 32,57 0,67 1,34 1,69
Результаты исследований, опытных и опытно−промышленных обра-
боток заготовок на прессе показывают, что применение локальной систе-
мы управления разгонкой дает положительный эффект. При применении
ступенчатой скорости деформации со второй ступенью – ползучей скоро-
стью равной 0,005 – 0,003 м/с обеспечивается точность глубины разгонки
не ниже ±0,7мм. Изменение закона распределения отклонений глубины
разгонки от равномерного при осадке заготовок без ползучей скорости
или с ползучей скоростью > 0.005 м/с до нормального при ползучей ско-
рости ≤ 0.005 м/с свидетельствует о том, что влияние сил инерции под-
вижных масс пресса на точность разгонки при такой скорости окончания
осадки незначительна. Дальнейшее повышение точности разгонки воз-
можно путем стабилизации температурного режима обработки колес.
1. Прокатное и трубное производство / И.Я. Тарновский, С.В.Макаев, О.А. Га-
наго и др. // М.: Металлургиздат, 1959, С. 3−12.
2. Производство железнодорожных колес / Г.А. Бибик, А.М. Иоффе, А.В.Празд-
ников, М.И.Староселецкий // М.: Металлургия, 1982, С. 145.
3. Теория обработки металлов давлением / И.Я. Тарновский, А.А. Поздеев,
О.А.Ганаго и др. // М.: Металлургиздат, 1963 – 672 с.
Статья рекомендована к печати д.т.н. С.М.Жучковым
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-21087 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0070 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T06:07:03Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Большаков, В.И. Листопадов, И.Б. 2011-06-14T22:01:41Z 2011-06-14T22:01:41Z 2004 Повышение точности прессования элементов колес / В.И. Большаков, И.Б. Листопадов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 369-374. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21087 62−8:621.777 Выполнено исследование работы тяжелого гидравлического пресса с различ- ными алгоритмами управления одной из операций прессования элементов колес. Предложен и опробован алгоритм управления, при котором точность прессования увеличивается более чем на 70%, время операции уменьшается на 30% ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Металлургическое машиноведение Повышение точности прессования элементов колес Article published earlier |
| spellingShingle | Повышение точности прессования элементов колес Большаков, В.И. Листопадов, И.Б. Металлургическое машиноведение |
| title | Повышение точности прессования элементов колес |
| title_full | Повышение точности прессования элементов колес |
| title_fullStr | Повышение точности прессования элементов колес |
| title_full_unstemmed | Повышение точности прессования элементов колес |
| title_short | Повышение точности прессования элементов колес |
| title_sort | повышение точности прессования элементов колес |
| topic | Металлургическое машиноведение |
| topic_facet | Металлургическое машиноведение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21087 |
| work_keys_str_mv | AT bolʹšakovvi povyšenietočnostipressovaniâélementovkoles AT listopadovib povyšenietočnostipressovaniâélementovkoles |