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 = GСт от веса кантователя, патрона и части веса слитка, кН:
G1=GСт=(αmСл+mГол+mПр+mКнт)g= αGСл+GГол+GПр+GКнт,
где mСл, mГол, mПр, mКнт - массы соответственно слитка, головки патрона, противовеса патрона, кантователя, т;
GСл, GГол, GПр, GКнт - 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= GСл+ GГол+ GПр+ GКнт.
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:
GЗ=GСт+сПр(Δy - lφ1),
где сПр - приведенный коэффициент жесткости упругих элементов крана, кН∙м-1,
,
где см, сп, скнт - 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 спрlφ2. Тогда полная действующая нагрузка, кН:
G4=GСт+спр(Δy-lφ1+lφ2)=G1+спр[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 Δymax и перекоса осей патрона и слитка φmax. 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):
Gmax=αGСл+GКнт+спрΔymax.
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:
спр(Δymax - lφ1max);
2 - мгновенного приложения силы, равного спрlφ2max, вследствие резкого опускания противовеса патрона.
При ковке без патрона динамический характер нагрузки обусловлен только внезапной разгрузкой системы от силы спрΔymax.
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
.
