Состояние и перспективы развития виброизоляции кузнечно-штамповочных машин ударного действия

Ижевский государственный технический университет: Иванов Ю.В., кандидат технических наук Севастьянов Б.В., доктор технических наук, профессор

Актуальной задачей для кузнечно-штамповочного производства является создание на рабочих местах условий, удовлетворяющих современным санитарным нормам, прежде всего по уровню действующих вибраций и шумов. Медицинское обследование производственного персонала кузнечно–штамповочного цеха одного из предприятий показало, что у 15% пациентов обнаружена профессиональная тугоухость, а у 65% – общие заболевания. Современные цеха, в составе оборудования которых присутствуют кузнечные молоты, проектируются, как правило, с установкой их на виброизолированное основание [1], так называемая фундаментная виброизоляция, по проектам ЭНИКМАШа, ВНИИМЕТМАШа и ЦНИИПромзданий. Однако эти проекты практически устарели, поскольку эксплуатация и обслуживание данных виброустановок затруднительны и достаточно дороги.

В процессе разработки конструкций виброизолирующих установок  определилось направление подшаботной виброизоляции молотов,  когда амортизаторы устанавливаются непосредственно под шабот молота. Данная схема наиболее прогр ессивна, т.к. позволяет использовать различные типы амортизаторов, обеспечивая варьирование частотной настройки системы и упрощая обслуживание виброустановки. Существуют конструкции виброизолирующих установок, использующие в качестве амортизаторов гофрированные металлические листы [2], резиновые пакеты [3], а также вязкоупругие эластомерные амортизаторы фирмы «GERB» (Германия). Как показывает опыт эксплуатации, гофрированные листы и резиновые пакеты не обеспечивают необходимой частотной настройки виброустановки и долговечности работы амортизаторов. Амортизаторы фирмы «GERB» очень дорогие. Наиболее распространены конструкции подшаботной виброизоляции молотов с использованием железнодорожных рессор [4]. Данные амортизаторы в условиях кузнечных цехов зарекомендовали себя с наилучшей стороны. Они обладают достаточным демпфированием для снижения вибраций до нанесения повторного удара молота, эффективно работают в условиях наличия конденсата энергоносителя и окалины в приямке фундамента, весьма долговечны при отсутствии перегрузок.   

При использовании рессор в качестве амортизаторов для случая тяжелых молотов, возникает следующая проблема. Тяжелые штамповочные молоты имеют, как правило, составные шаботы, вес которых достигает 100-780 т. Для упрощения монтажа указанные шаботы выполняются составными из плит, сопрягаемых посредством штифтов. Установки тяжелого молота на рессоры опорной площади шабота недостаточно, чтобы разместить необходимое количество амортизаторов исходя из требуемой частотной настройки системы и условия обеспечения долговечной работы рессоры без перегрузки. Используется 2,3-этажная компоновка рессор, однако это затрудняет их монтаж и замену, не вызывая существенного повышения  долговечности. Перегрузка рессор вызывает их хрупкие разрушения и необходимость замены в период проведения ежегодного капитального ремонта. В современных условиях, при достаточно высокой стоимости рессор, это весьма актуально.

  Опыт конструирования, эксплуатации и модернизации виброизолирующих систем всей гаммы кузнечно-прессовых машин, составляющий более 15 лет, показал следующее. Снижение вибраций, создаваемых кузнечными молотами, достигается за счет использования виброизолированных фундаментов и подшаботной виброизоляции. Второй метод более эффективен, прост в обслуживании и эксплуатации, существенно уменьшает вибрации от молота.

Метод фундаментной виброизоляции молотов используется давно. Сложные и дорогие, эти установки, тем не менее, как правило, снижают вибрации фундамента до значений регламентируемых ГОСТ 12.1.012-90, т.е. до величин виброперемещения 0.1–0.2 мм. Указанные значения обеспечиваются при парциальных частотах колебаний виброустановок 5–5.5 Гц даже в условиях слабых грунтов.

Известны случаи, когда при фундаментной виброизоляции молотов вибрации на фундаментах существенно превышают указанные значения, что негативно влияет на персонал и не позволяет размещать виброчувствительное оборудование в соседних цехах. Причиной является, как правило, наличие водонасыщенных грунтов в основании фундамента. В этом случае основным направлением снижения вибраций будет уменьшение жесткости амортизаторов. Это позволяет уйти от резонансов в системе фундамент-грунт-здание. Рекомендуемые значения частот 3 – 3.5 Гц в фундаментной виброизоляции не используются. Получить их с традиционно применяемой резино-пружинной виброизоляцией не удается, т.к. не обеспечивается достаточное демпфирование колебаний. Указанные значения частот реализуются в системах подшаботной виброизоляции молотов, где динамические перемещения виброустановки достигают 15–20 мм и в качестве амортизаторов используются рессоры.

Динамическое перемещение блоков при указанных частотах в фундаментной виброизоляции составляет 2–5 мм, поэтому здесь следует провести модернизацию виброустановки с заменой виброизоляторов и использовать комбинированные пружинно-рессорные амортизаторы. В результате удается понизить собственную частоту колебаний блока до 4 Гц и обеспечить повышение демпфирования, что создает снижение виброактивности молота.

Опыт эксплуатации действующих виброизолирующих установок с подшаботной виброизоляцией молотов в современных условиях показывает, что в связи с ужесточением требований по безопасности труда персонала и проведением аттестации рабочих мест необходимо реализовать режим работы виброустановки молота с использованием частотной парциальной подстройки системы. Использование режима текущей подстройки парциальной частоты системы позволяет дистанцироваться от практики однократной настройки системы виброизоляции при сборке молота, у которой в процессе эксплуатации повышается жесткость, и приблизиться к созданию гибких, регулируемых адаптивных систем виброизоляции молотов. Учет характера воздействия технологической операции, выполняемой на молоте, например, эксцентричные удары при осадке, на систему виброизоляции позволяет, при возможности частотной подстройки, предварительно изменить жесткость амортизаторов и уменьшить перегрузку рессор, повысив долговечность системы виброизоляции. Кроме того, при регулировании появляется возможность эффективно настраивать систему виброизоляции молота в зависимости от состояния грунтов в основании фундамента, а также времени года при максимально возможном снижении вибраций. Указанные режимы реализуются при использовании комбинированных рессорно-пневматических систем виброизоляции всей гаммы ковочных и штамповочных молотов, а особенно необходимы при виброизоляции тяжелых штамповочных молотов.

Таким образом, обобщая вышесказанное, следует констатировать, что системы виброизоляции молотов в современных условиях весьма актуальны и часто используются. Для повышения эффективности действующих систем фундаментной виброизоляции необходимо выполнять модернизацию с заменой амортизаторов на комбинированные пружинно-рессорные, которые повысят степень демпфирования, уменьшат парциальную частоту системы и генерируемые вибрации. При виброизоляции ковочных и штамповочных молотов с использованием рессорных амортизаторов обеспечивается режим благоприятной эксплуатации при условии отсутствия перегрузки рессор. Появляется необходимость создания сервисных функций механизированного сбора и удаления окалины. В случае виброизоляции тяжелых молотов с составными шаботами эффективная и долговечная система виброзащиты реализуется при использовании комбинированных рессорно-пневматических амортизаторов. Указанные мероприятия рекомендуются к внедрению в кузнечно-прессовых цехах как повышающие безопасность труда персонала и способствующие проведению сертификации рабочих мест.

Список литературы

1. Руководство по проектированию виброизоляции машин и оборудования. – М.: – Стройиздат, 1972. – 158 с.
2. Рей Р.И., Сушкова Т.С., Шевердяков В.А. К расчету подшаботной виброизоляции молотов // Вестник машиностроения. – 1987. –№ 6. – С. 58 – 60.
3. Козлов А.В. Испытания виброизоляции фундамента тяжелого штамповочного молота // Кузнечно-штамповочное производство. – 1977.- № 12. – С. 40 – 43.
4. Климов И.В., Кошелев В.П., Носов В.С. Виброизоляция штамповочных молотов. – М.: – Машиностроение, 1979. – 136 с.