АИС диагностики работы ковочного пресса

курсовая работа

3.1 Построение математической модели

Установление причин и предупреждение разрушений базовых деталей требуют уточненного анализа условий взаимодействия и напряженного состояния деталей пресса. Базовые детали станины имеют сложную геометрическую форму, работают в силовом контакте, поэтому метод решения должен позволять находить как условия взаимодействия деталей, так и величины максимальных напряжений в зонах концентрации. Поставленным требованиям отвечает математическое моделирование методом конечных элементов.

Полное моделирование силовых конструкций прессов силой 60 МН является весьма сложным и трудоемким. Кроме того, оценка влияния

эксцентриситета на базовые детали прессов не требует полного воспроизведения геометрии силовых конструкций. Это позволяет провести исследование напряженного состояния базовых деталей при различных режимах нагружения на локальных математических моделях, что существенно упрощает конструкцию моделей и сокращает объем вычислений.

Исследование напряженного состояния колонн прессов 60 МН при

центральном и эксцентричном нагружениях выполнено в предположении, что зазоры между направляющими подвижной поперечины и колоннами больше прогиба колонн, т.е. поперечина не оказывает непосредственного влияния на колонны.

Расчеты колонн, являющихся элементом станины гидравлического пресса, подробно освещены в работах по гидропрессостроению.

Рис. 3.1.1 - Гидравлический пресс конструкции УЗТМ силой 60 МН: 1 - гидроцилиндр; 2 - плунжер; 3 - поперечина верхняя; 4 - подвижная поперечина; 5 - плиты верхнего штампового набора; 6 - плиты нижнего штампового набора; 7 - основание; 8 -колонна; 9 - гайка внутренняя; 10 -гайка внешняя.

Для пресса 60 МН точка приложения эксцентричной силы пресса расположена в продольной плоскости симметрии. Расчеты показали, что силатрения в шаровых опорах плунжеров больше силы Т, поэтому момент эксцентричного нагружения воспринимается плунжерами и передается на архитрав в области посадочных мест под рабочие цилиндры. Эта сила может быть определена из условия равновесия:

(3.1.1)

Рисунок 3.1.2 - Расчетная схема пресса при внецентренном нагружении: Р - усилие пресса; Н - высота подвижной поперечины со штамповым набором; L - высота от подвижной поперечины до приложения силы Т к архитраву; е - величина эксцентриситета.

После определения силы Т, напряжения в колоннах определяются на локальных моделях, состоящих из архитрава, колонн и основания. Архитравы прессов 60 МН имеют меньшую жесткость, чем основания, поэтому в колоннах напряжения в зоне архитрава выше, чем в зоне основания. На рисунках представлены эпюры напряжений по контурам колонн прессов 60 МН в сечениях с линейным распределением напряжений, лежащих в непосредственной близости от верхних внутренних гаек колонн.

Рисунок 3.1.3 - Эпюры напряжений в колоннах при центральном нагружении

Рисунок 3.1.4 - Эпюры напряжений в колоннах при внецентренном нагружении

При эксцентриситете 220 мм по сравнению с центральным нагружением максимальные напряжения в колоннах возрастают вдвое, а их величины для прессов 60 МН достигают величины 110 МПа. Эти величины

вполне достаточны для технических измерений, а линейное распределение напряжений по сечению колонны позволяет определить величину и угловое положение плоскости с максимальными напряжениями по замерам в трех точках сечения. Поэтому в качестве индикатора эксцентриситета силы пресса принимается напряженное состояние колонн. Для оценки величины и направления эксцентриситета используются векторы максима-льных напряжений в сечениях колонн, расположенных вблизи верхних внутренних гаек.

Как уже отмечалось выше, на каждой колонне установлено четыре датчика с угловым расстоянием межу ними 90°:

Рисунок 3.1.5 - Схема расположения тензодатчиков в сечении колонны

По показателям четырех тензодатчиков , , , (измеряемые каналы) определяется поле напряжений в сечении каждой колонны и другие расчетные параметры. При линейном распределении напряжений в сечении колонны напряжения по ее контуру (на поверхности колонны) изменяются по закону:

(3.1.2)

Записав выражения для напряжений на каждом датчике и решив эту сис-тему относительно , и в, получаем следующие зависимости:

(3.1.3)

(3.1.4)

(3.1.5)

где:

-растягивающее напряжение;

-изгибающее напряжение;

в - угол приложения напряжения.

Как отмечалось выше, аварийный уровень напряжений устанавливается из условия предотвращения опасных для целостности колонн перегрузок. А предварительный уровень должен быть заметно ниже аварийного, но с запасом выше рабочих напряжений в колоннах.

В автоматическом режиме работы система опрашивает 18 каналов, оцифровывает поступающие данные, производит их математическую обработку, отображает измеряемые, расчетные и логические параметры на экране монитора. Вся визуальная информация для легкости восприятия привязана к положению колонн пресса и расположению тензодатчиков.

Делись добром ;)