СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ВЕРХНЕЙ ПОПЕРЕЧИНЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА С РАБОЧИМ ЦИЛИНДРОМ
CONNECTION OF HYDRAULIC PRESS TOP CROSSBAR WITH WORKING CYLINDER

Данное изобретение относится к тяжелому машиностроению и применяется в прессостроении при создании и модернизации гидравлических прессов различного назначения.
В металлургической промышленности при производстве поковок и штамповок широко применяются гидравлические прессы, станина которых состоит из верхней и нижней поперечин, стянутых колоннами, по которым направляется подвижная траверса. Главные цилиндры, в которые подается рабочая жидкость высокого давления, крепятся к верхней поперечине с помощью шпилек, проходящих через опорный фланец цилиндра, или прижимными кольцами. На наружной стенке цилиндра предусмотрены посадочные пояски для центрирования его в расточках верхней поперечины. Известен способ соединения верхней поперечины гидравлического пресса с рабочим цилиндром, при котором посадочные пояски рабочего цилиндра соединяют с расточками верхней поперечины по посадке с некоторым зазором, который определяется деформацией цилиндра под действием внутреннего давления, см. Э. Мюллер. Гидравлические прессы и их приводы. - М.: Машиностроение, 1965, с. 31.
При многолетней эксплуатации гидравлических прессов посадочные поверхности цилиндров на верхней поперечине имеют выработку в несколько миллиметров. Часто зазор появляется только с одной стороны - это объясняется большей частью односторонним использованием гидравлического пресса.
При работе гидравлического пресса главные цилиндры и верхняя поперечина находятся в условиях сложного напряженного и деформированного состояния. На сопряженных поверхностях опорного фланца цилиндра и верхней поперечины возникают высокие контактные давления, достигающие 120-150 МПа, и взаимные смещения, величина которых может достигать величины зазора между посадочными поясками рабочего цилиндра и расточками верхней поперечины. Совместное действие контактных давлений и взаимных смещений вызывает формоизменение сопряженных поверхностей и значительное увеличение контактных давлений на опорный фланец цилиндра, см. Шпыгарь С.А., Сурков А.И., Монахов-Ильин Г.П. Исследование фреттинг-износа плоских поверхностей при пульсирующем нагружении // Вестник машиностроения. - 1986, №1, с. 14-18. Концентрация контактных давлений большой величины на ограниченных участках сопряженной поверхности опорного фланца рабочего цилиндра вызывает в его галтели напряжения, превышающие предел прочности материала, что приводит к возникновению и развитию трещин в галтели опорного фланца и разрушению цилиндра, см. Сурков А.И., Шпыгарь С.А., Лобанов Н.А. Исследования повреждений цилиндров прессов для формовки труб большого диаметра. В сб.: Новое в создании и исследовании кузнечно-прессовых машин. // Труды ВНИИМЕТМАШ. 1982, с. 69-74.
Известен вертикальный гидравлический четырехколонный ковочный пресс силой 120 МН, созданный немецкой фирмой "SMS". Верхняя поперечина пресса массой 352 т состоит из 6 частей, стянутых шпильками. В верхней поперечине размещаются два рабочих цилиндра силой 60 МН и массой 56 т каждый. Цилиндры притянуты шпильками к нижней поверхности верхней поперечины прижимными кольцами.
Конструкция верхней поперечины имеет расположение колонн в плане по вытянутому прямоугольнику, вызывающая разные деформации поперечины в продольном и поперечном направлениях. Каждый рабочий цилиндр по наружному диаметру имеет посадочные пояски относительно расточек верхней поперечины. Между этими посадочными поясками и расточками предусмотрены соответствующие зазоры.
При работе гидравлического пресса сопряженные поверхности верхней поперечины имеют перемещения в направлении ее поперечной плоскости cимметрии, сопряженные поверхности опорных фланцев цилиндров под действием давления рабочей жидкости перемещаются в радиальном направлении относительно оси цилиндров в пределе зазоров между цилиндром и верхней поперечиной. Взаимные смещения точек сопряженных поверхностей опорного фланца цилиндра и верхней поперечины приводят к значительному износу и резкому увеличению контактных давлений на опорный фланец цилиндра. Что, в свою очередь, вызывает резкое увеличение напряжений в галтели опорного фланца, возникновение трещин и разрушение цилиндра. Правильность предложенной схемы работы узла цилиндр - верхняя поперечина подтверждается разрушением одного из цилиндров пресса силой 120 МН по галтели опорного фланца.
Недостатками известного способа соединения цилиндра с верхней поперечиной являются:
1. Разнонаправленные значительные перемещения сопряженных поверхностей опорных фланцев цилиндров и верхней поперечины вызывают их износ, резкое увеличение контактных давлений и напряжений в галтелях опорных фланцев цилиндров, развитие трещин и разрушение цилиндров.
2. При работе гидравлического пресса, в случае размещения колонн в плане по вытянутому прямоугольнику, возникают разные деформации верхней поперечины относительно ее продольной и поперечной плоскостей симметрии.
Технической задачей данного изобретения является устранение износа сопряженных поверхностей опорного фланца рабочего цилиндра и верхней поперечины пресса.
Сущность изобретения заключается в том, что соединение по диаметру посадочного пояска рабочего цилиндра, ближайшего к опорному фланцу, с расточкой в верхней поперечине выполняется по посадке с натягом, что обеспечивает совместную работу цилиндра и верхней поперечины без взаимных смещений сопряженных поверхностей, предотвращая их износ.
Внедрение данного изобретения позволит реализовать следующие преимущества:
- предотвратит износ сопряженных поверхностей опорных фланцев рабочих цилиндров и верхней поперечины;
- исключит затраты на изготовление новых рабочих цилиндров для замены разрушенных и на восстановление геометрии изношенных поверхностей;
- исключит простои пресса на время изготовления нового рабочего цилиндра, демонтажа-монтажа цилиндров.
Пример осуществления изобретения приведен на фиг. 1, где изображено соединение рабочего цилиндра с верхней поперечиной вертикального гидравлического пресса.
Рабочий цилиндр в сборе содержит корпус 1, плунжер 2, грундбуксу 3, сальниковое уплотнение 4 с крышкой 5. На наружной поверхности корпуса выполнены посадочные пояски 6, 7, сопрягаемые с расточками верхней поперечины 8, при этом корпус снабжен опорным фланцем 10, сопрягаемым с нижней поверхностью 11 верхней поперечины посредством натяжения шпилек 12 через прижимное кольцо 13. Плунжер цилиндра опирается на верхнюю поверхность 14 подвижной поперечины 15 и соединяется с ней посредством разъемного фланца 16. При этом посадочный поясок 6 соединяется с расточкой верхней поперечины 8 посредством посадки с натягом, а посадочный поясок 7 сопрягается с расточкой верхней поперечины с помощью зазора 9, равного или больше величины упругой деформации цилиндра при его нагружении. Подвод жидкости в полость цилиндра осуществляется через отверстие 17 в днище цилиндра.
От гидропривода жидкость высокого давления подается через отверстие 17 в полость корпуса 1 цилиндра. Развиваемое давление жидкости передается на внутреннюю поверхность днища цилиндра и на верхний торец плунжера 2. Давление жидкости в днище цилиндра передается через стенку и опорный фланец 10 на поперечину 8, при этом плунжер 2 от давления жидкости на его торец будет перемещаться вниз вместе с подвижной поперечиной 15, опираясь на поверхность 14, до касания инструментом заготовки, а затем деформируя ее до заданного размера.
Под действием давления жидкости в полости цилиндра будет происходить упругая деформация корпуса 1. Поскольку наружный диаметр пояска 6 корпуса с расточкой верхней поперечины 8 имеет соединение с натягом, радиальная деформация корпуса будет полностью передаваться на верхнюю поперечину, при этом работа цилиндра с поперечиной будет совместной, исключаются относительные перемещения опорного фланца 10 цилиндра и нижней поверхности 11 верхней поперечины, что позволит предотвратить износ сопряженных поверхностей и образование трещин в галтели опорного фланца цилиндра.