Особенности расчета динамики ковочного крана

Расчет механизма главного подъема производится с учетом его нагружения в процессе выполнения операции по обжиму слитка, когда, кроме статических, возникают значительные динамические и ударные технологические нагрузки. Первоочередной задачей расчета является определение максимальной действующей нагрузки, для чего рассматривают конкретные случаи силового взаимодействия пресса, обрабатываемой заготовки и крана.

При наиболее распространенной ковке с патроном в каждом цикле процесса можно выделить четыре характерных этапа.

1. Состояние статического равновесия, когда слиток лежит частично на столе пресса (рис.10.1), частично поддерживается через патрон цепью кантователя.

 

Рисунок 10.1 - Состояние статического равновесия при

ковке с патроном (первый этап)

 

В этом случае на кран передается статическая нагрузка G₁ = G_Ст от веса кантователя, патрона и части веса слитка, кН:

G₁=G_Ст=(αm_Сл+m_Гол+m_Пр+m_Кнт)g= αG_Сл+G_Гол+G_Пр+G_Кнт,

где m_Сл, m_Гол, m_Пр, m_Кнт - массы соответственно слитка, головки патрона, противовеса патрона, кантователя, т;

G_Сл, G_Гол, G_Пр, G_Кнт - массы соответственно слитка, головки патрона, противовеса патрона, кантователя, кН.

2. Кантовка слитка. В отдельные моменты этого этапа на кран может передаваться полный вес слитка, т.е. действовать нагрузка, кН:

G₂= G_Сл+ G_Гол+ G_Пр+ G_Кнт.

3. Период обжима слитка, когда ось слитка смещается вниз на величину Δy, равную половине хода бойка пресса. В этом случае точка подвеса патрона к кантователю смещается вниз вместе с осью слитка также на Δy, за счет перекоса осей патрона и слитка при наличии зазоров в головке патрона одновременно поднимается на величину lφ₁. Как видно из схемы,

l - расстояние от центра вращения слитка в головке патрона до оси кантователя, м; φ₁ - угол перекоса осей, рад.

В итоге результирующее смещение точки подвеса патрона к кантователю равно величине Δy = lφ₁, а действующая нагрузка на кране с учетом возникающей упругой силы, кН:

G_З=G_Ст+с_Пр(Δy - lφ₁),

где с_Пр - приведенный коэффициент жесткости упругих элементов крана, кН∙м^-1,

,

где с_м, с_п, с_кнт - коэффициенты жесткостей соответственно моста, полиспастной подвески, кантователя.

 

Рисунок 10.2 - Схема процесса ковки с патроном в период

обжима слитка (третий этап)

 

4. Возвращение системы в положение статического равновесия, когда вследствие отхода вверх бойка пресса происходит почти мгновенное освобождение от нагрузки, вызванной жимом пресса. Ось патрона поворачивается относительно оси слитка на угол φ₂ и к крану прикладывается дополнительная ударная нагрузка, вызванная резким опусканием точки подвеса патрона на величину lφ₂, равную с_прlφ₂. Тогда полная действующая нагрузка, кН:

G₄=G_Ст+с_пр(Δy-lφ₁+lφ₂)=G₁+с_пр[Δy-l(φ₁- φ₂)].

 

Рисунок 10.3 - Схема возвращения системы в положение статического

равновесия после обжима слитка (четвертый этап)

 

Расчет максимальных нагрузок производится для наибольших значений обжима слитка Δy_max и перекоса осей патрона и слитка φ_max. Величина максимального обжима слитка определяется по технологическим картам, а угол перекоса зависит от зазоров в соединении слитка с патроном и ориентировочно определяется (рад):

,

где δ - величина зазора, м;

а - глубина отверстия в головке патрона, м.

Максимальная нагрузка при ковке без патрона возникает в период обжима слитка и определяется (кН):

G_max=αG_Сл+G_Кнт+с_прΔy_max.

Приложение технологических нагрузок сопровождается колебательными процессами в подвеске, звеньях механизма и несущих конструкций моста. При ковке с патроном колебательные явления возникают в результате приложения двух последовательных импульсов:

1 - внезапного освобождения от нагрузки, равного:

с_пр(Δy_max - lφ_1max);

2 - мгновенного приложения силы, равного с_прlφ_2max, вследствие резкого опускания противовеса патрона.

При ковке без патрона динамический характер нагрузки обусловлен только внезапной разгрузкой системы от силы с_прΔy_max.

Расчет механизма подъема и металлоконструкции моста можно выполнять с использованием следующих динамических коэффициентов:

1 - коэффициент динамичности при ковке с патроном

;

2 - коэффициент ударной нагрузки при ковке с патроном

;

3 - коэффициент динамичности при ковке без патрона

.