СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАТЯЖКИ КОЛОНН ПРЕССА
METHOD TO CONTROL PRESS COLUMN THERMAL TIGHTENING

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к гидравлическим прессам, и может быть использовано для контроля термической затяжки колонн пресса в процессе его эксплуатации.
Силовая рама гидравлического пресса образована двумя поперечинами, соединенными между собой колоннами посредством внутренних и наружных гаек. Для обеспечения необходимой жесткости рамы гидравлического пресса во время его монтажа производится термическая затяжка участков колонн между внутренними и наружными гайками. Такое соединение колонн с поперечинами должно обеспечивать нераскрытие стыков при приложении максимально допустимой нагрузки пресса, (патент RU 2252874, МКИ В30В 15/00). В целом система статически неопределима.
При эксплуатации пресса вследствие пластических деформаций контактных поверхностей витков резьбы гаек и привалочных поверхностей поперечин, их изнашивания ослабляется усилие затяжки, что приводит при нагружении к раскрытию стыков между внутренними гайками и поперечинами. Для прогнозирования и предотвращения раскрытия стыков необходимо контролировать усилие затяжки и, в случае необходимости, принимать меры для их устранения.
Известен способ контроля термической затяжки, принятый в качестве прототипа, (А.И.Сурков, С.А.Шпыгарь. «Контроль усилия затяжки колонн гидравлических прессов» // Кузнечно-штамповочное производство, №3, 1986, стр.28), при котором измеряют напряжение вблизи внутреннего торца колонного стакана и по установившимся постоянным его значениям определяют факт раскрытия стыка. Кроме этого дополнительно измеряют напряжение на колонне и по графикам показаний колонных тензодатчиков и тензодатчика колонного стакана определяют нагрузку, при которой произошло раскрытие стыка. После установления факта раскрытия стыка пресс останавливают и производят новую затяжку гаек.
Недостатком этого способа является то, что невозможно прогнозировать раскрытие стыка и произвести упреждающую затяжку гаек. Таким образом, раскрытие стыка между гайками и поперечинами может произойти при работе пресса, что может привести к аварийной ситуации.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении возможности прогнозирования раскрытия стыка за счет получения упреждающей информации путем определении остаточной доли минимальной величины затяжки.
Эта задача решается следующим образом.
В известном способе контроля термической затяжки гаек колонн пресса, включающем измерение напряжений в сечении колонного стакана поперечины пресса и определение по этим данным состояния стыка между гайками и поперечинами пресса, согласно изобретению предварительно определяют минимальные теоретические напряжения от полного номинального рабочего усилия пресса в колонном стакане, сравнивают значение измеренного напряжения с определенным минимальным теоретическим и по полученному соотношению определяют остаточную долю первоначальной величины затяжки, на основании которой прогнозируют раскрытие стыка, при этом измерение напряжений производят в среднем по длине сечении колонного стакана и сравнивают удвоенное значение измеренного напряжения с определенным минимальным теоретическим.
На фиг.1 изображен общий вид силовой рамы пресса с установленными тензодатчиками и контролирующей аппаратурой.
На фиг.2 изображены эпюры усилий одного термически затянутого участка силовой рамы пресса при номинальном усилии в момент времени, когда остаточное усилие на внутренней гайке пресса близко к нулю.
На фиг.3 изображены эпюры усилий в элементах этого же затянутого участка при снятии номинального усилия пресса сразу после нагружения, показанного на фиг.2.
На фиг.4 изображены величины оставшихся усилий затяжки в колонном стакане при номинальном усилии пресса и начавшейся стадии их потерь в произвольном поперечном сечении колонного стакана по его длине.
Способ термической затяжки гаек колонн пресса включает в себя предварительное определение минимальных теоретических напряжений от полного номинального рабочего усилия пресса в колонном стакане и измерение фактических напряжений в среднем по длине сечении колонного стакана. Затем сравнивают удвоенное значение измеренного напряжения с определенным минимальным теоретическим и по полученному соотношению определяют остаточную долю первоначальной величины затяжки, на основании которой прогнозируют раскрытие стыка.
Номинальное усилие пресса достигается при отсутствии утечек в гидросистеме пресса и рабочего хода подвижной поперечины, т.е когда гидроцилиндры пресса нагружаются «в упор» на полное рабочее давление. Такие нагружения обычно производятся перед термической затяжкой гаек и при настройке следящих систем.
Технологическое усилие пресса достигается гидросистемой пресса при определенной скорости подвижной поперечины на протяжении всего рабочего хода, когда мощность аккумуляторной станции используется наиболее полно, при этом технологическое усилие пресса в полтора раза меньше номинального, т.е. при работе пресс практически никогда не развивает номинального усилия.
Способ реализуется следующим образом.
Станина гидравлического пресса образована двумя поперечинами 1, 2 с колонными стаканами 3, 4, соединенными между собой колоннами 5 посредством внутренних и наружных гаек 6, 7, затяжка которых осуществляется термически. Контролю подлежит стык «а» между внутренними гайками 6 и поверхностями поперечин 1, 2.
В середине длины колонных стаканов 3, 4 установлены тензодатчики 8, 9, связанные с периферийной аппаратурой, которая включает контроллер 10, систему автоматического управления прессом 11, исполнительные элементы гидросистемы пресса 12.
Предварительно определяют минимальные теоретические напряжения от полного номинального рабочего усилия пресса в колонном стакане, которые при известных геометрических размерах стакана вычисляются исходя из минимально допустимой величины усилия предварительной затяжки согласно следующему выражению:
σ=T/F.
Минимальная допустимая величина усилия предварительной затяжки определяется по теории резьбовых соединений (см. например, Серенсен С.В. и др. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М.: «Машиностроение», 1975, стр.345-363) по формуле
Т=к(1-χ)·Р,
где Т - величина усилия затяжки;
к - коэффициент затяжки;
χ - коэффициент внешней нагрузки (для прессовых резьбовых соединений колеблется в пределах χ=0,2÷0,3);
Р - величина усилия на колонну.
Из всех возможных значений величин усилия затяжки для рассматриваемой цели необходимо определить минимально допустимое значение этого усилия. Таковое усилие определится при значении коэффициента затяжки к=1 и будет равно
Т=(1-χ)Р.
При возникновении номинального усилия пресса к каждой колонне прибавится часть рабочего усилия, равная χP, и по плоскостям примыкания наружных гаек к поперечинам возникнет усилие
T=(1-χ)·P+χ·P=P,
т.е. для четырехколонного пресса минимальные значения усилия затяжки равны четверти номинального усилия пресса.
Эпюры этих усилий показаны на фиг.2. Из рассмотрения эпюр следует, что они действительно предельные, т.к. при любом увеличении рабочего усилия на колонну начинается образование зазора между гайкой и поперечиной, т.е. это и есть нижняя граница усилия затяжки, от которой начинается раскрытие стыка.
При коэффициенте затяжки k>1 усилие под наружными гайками может значительно превышать минимальное, но уменьшение усилия в колонном стакане при наличии номинального усилия пресса всегда будет равняться минимальному усилию затяжки Р при отсутствии раскрытия стыка.
При раскрытии стыка уменьшается усилие в колонном стакане и его отношение к минимальному теоретическому усилию затяжки становится меньше единицы, при этом можно определить процентное уменьшение усилия термической затяжки в зависимости от величины раскрытия стыка, а отношение упомянутых усилий в любом поперечном сечении колонного стакана равно отношению соответствующих напряжений.
х
Более подробно это поясняется фиг.4 чертежа, где изображен уменьшающийся треугольник с катетом Р.
х
Отношение площади треугольника с катетом Р к площади треугольника с катетом Р очевидно и будет мерой уменьшения отношения их площадей, а значит, и мерой уменьшения усилия на внутренней гайке.
Px
Px
F=1/2L
P
F=1/2PL
Таким образом, отношение площадей
1
Из рассмотрения треугольников с катетами Р и P получаем
2
х
Из рассмотрения треугольников с катетами Р и Р получаем
Подставляя полученные значения (2) и (3) в уравнение «m», получаем
x
2
2
1
m=P/P=P/αP=P/P.
2
2
1
1
Поскольку σ=P/F и σ=P/F, при одинаковых F получаем
2
1
m=σ/σ.
х
2
Тензодатчик для замеров напряжений, установленный в рассматриваемом сечении, при уменьшенном усилии на торце внутренней гайки и номинальном усилии пресса Р покажет напряжение σ, которое, помноженное на величину площади поперечного сечения, позволит определить величину усилия в этом сечении. Разделив это усилие на величину минимального усилия термической затяжки при номинальном усилии пресса, получим усредненный коэффициент потери термической затяжки в соединении (то же самое получим по соотношению напряжений). Коэффициент является усредненным, так как полученное усилие отнесено к среднему усилию на колонну, которое для колонного пресса будет равно
cp
P=Q/i,
где Q - усилие пресса, i - количество колонн.
Отношение усилий, как уже упоминалось, соответствует отношению напряжений в сечении колонного стакана к минимальному теоретическому, причем это относится к любому по высоте поперечному сечению колонного стакана. Оно же характеризует уменьшение усилия на внутренней гайке.
cp
Для сравнения напряжений под верхней гайкой с напряжениями в подколенном стакане при начале раскрытия стыка выбираем поперечное сечение колонных стаканов посередине их длины (см. фиг.2), площадь которых одинакова и равна F, поскольку именно в этом сечении удвоенное напряжение соответствует напряжению в колонном стакане по плоскости примыкания верхней гайки к поперечине.
Напряжение от усилия в колонном стакане от полного усилия термической затяжки
3
cp
cp
σ=2×0,5P/F=P/F.
Это напряжение измеряется при первом нагружении пресса номинальным усилием и запоминается контролирующей аппаратурой.
Затем сравнивают удвоенное значение показаний тензодатчика 8 или 9 в тех же условиях с вычисленным теоретическим и по результатам судят о проценте оставшейся термозатяжки.
На основании полученного соотношения определяют остаточную долю величины затяжки.
Ориентировочные пороги срабатывания системы слежения за термозатяжкой колонны могут быть любыми, в том числе и следующими:
Первый порог 0,98 [σ] - 2%;
Второй порог 0,95 [σ] - 5%;
Третий порог 0,90 [σ] - 10%;
Четвертый порог <0,9 - отключение рабочего давления.
Таким образом, достигается объективный контроль состояния термической затяжки соединения при эксплуатации пресса.