Исследование виброактивности механических систем виброизолирующих установок ковочных молотов

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

Ковочные молоты в среде кузнечно-прессового оборудования составляют весьма значительную часть. Модельный ряд ковочных молотов определяется большим разнообразием конструкций, регламентируемых вариацией массы падающих частей машины, составляющих диапазон от 50 кг до 5–7 т. Скорость движения бабы (ударника) достигает 6-9 м/с. Простота эксплуатации и типовой набор упрощенного инструментария определяют широкий спектр воспроизводимых работ, выполняемых на стадии заготовительного производства.

Традиционный недостаток кузнечных молотов – высокий уровень создаваемых вибраций, возникающих при работе данного оборудования. Источником вибраций является фундамент молота, который проявляет свою виброактивность при работе машины. Рабочее место кузнеца находится на фундаменте молота, поэтому воздействие вибрации на него максимально. Существующий уровень вибраций значительно превышает санитарные нормы, определяемые ГОСТом 12.1.012-90, что негативно влияет на обслуживающий персонал, прогрессируя число профзаболеваний.

Вибрации, генерируемые ковочными молотами, представляют собой импульсные неустановившиеся колебания. Основная доля энергии спектральных составляющих располагается в области частот 5-50 Гц. Максимальные значения виброперемещения достигают 1,5 мм, виброскорости – 100 мм/с. Максимальные перемещения в низкочастотной области (8-20 Гц) составляют до 1,2 мм, в высокочастотной (25-50 Гц) – до 0,5 мм. Несмотря на различный характер вибраций, создаваемых молотами, частота колебаний грунта на некотором расстоянии от молота одинакова для любого вида установки молота и равна 8-12 Гц. При распространении их по грунту наблюдается расплывание волнового пакета, при этом волны возмущения, достигающие элементов зданий, формируют возбуждение резонансных колебаний несущих элементов конструкции здания, что приводит к появлению признаков разрушения.

Для снижения уровня действующих вибраций используются различные конструкции виброизолирующих установок молотов. Традиционно используемые, с установкой молота на громоздкий виброизолированный инерционный блок, они являются дорогостоящими по исполнению и затруднительными по эксплуатации. Для штамповочных молотов традиционно используется схема подшаботной виброизоляции, в которой амортизаторы устанавливаются непосредственно под шабот молота. Данные виброизолирующие установки успешно эксплуатируются в течение продолжительного времени как у нас в стране, так и за рубежом. Для ковочных молотов, у которых разомкнутая схема станины и шабот размещается отдельно от стоек, установка амортизаторов непосредственно под шабот оказалась не эффективной. При данной установке шабот при ударе поворачивался относительно стоек, неподвижно закрепленных на фундаменте, что приводило к сбрасыванию поковки с нижнего штампа. Кроме того, по данным завода, на котором установлен молот, снижается КПД удара.

Рис. Схемы виброизолирующих установок ковочных молотов: а - арочный ковочный молот; б - пневматический ковочный молот.

Разработаны и внедрены в производство конструкции виброизолирующих установок гаммы ковочных молотов, в которых реализованы схемы штамповочных молотов (см.рис.). В разработанных конструкциях шабот и стойки станины связаны между  собой опорной сварной рамой и проставками. Шабот на раме установлен на прокладке из конвейерной ленты и снабжен ограничителями смещения с клином. Проставки, опоры стоек и рама не имеют взаимного смещения за счет ограничителей, навариваемых после сборки молота. Для сочленения элементов станины конструкции виброизолирующей установки используются специальные шпильки с амортизаторами. Рама установлена на амортизаторах, в качестве которых используются тепловозные рессоры. В случае аналогичной виброизолирующей конст-рукции ковочного пневматического молота используется груз-уравновешиватель, который центрирует вертикальные статические нагрузки установки.

Конструкция виброизолирующей установки ковочного молота при ударе ведет себя подобно штамповочному молоту. Сочлененная замкнутая станина плавно смещается на рессорах. Вибрации демпфируются внутри системы и на фундамент не передаются. После ударное перемещение опорной рамы достигает 11-15 мм, время затухания колебаний – 0,1-0,3 с. При скорости падающих частей перед ударом до 6,4 м/с собственная частота колебаний конструкции составляет 2,6–3,6 Гц. Параметры вибраций фундамента следующие: виброперемещение – 0,15 мм; виброскорость – 5 мм/с. Таким образом, полученные параметры вибрации при сопоставлении с ГОСТом 12.1.012 – 90 соответствуют нормам.

Разработанные конструкции прошли длительный срок апробации, составляющий более 10 лет, и зарекомендовали себя с наилучшей стороны. Рессоры, в случае отсутствия перегрузки, эффективно работают весьма продолжительное время без разрушения и не требуют замены. Выявлено, что данная конструкция виброизолирующей установки повышает КПД удара на 9% по сравнению с жесткой установкой молота. Упругая установка молота не ухудшает технологических параметров оборудования и не меняет кинематику машины после удара. Частотная настройка виброизолирующей установки обеспечивает виброзащиту персонала в зарезонансной области с 6–8 Гц, как наиболее неблагоприятных для человека. При этом параметры вибрации приводятся в область допустимых значений, составляющих по виброперемещению 015–0,4 мм, по виброскорости 5–8 мм/с, что благоприятно отражается на безопасности труда обслуживающего персонала. 

Таким образом, разработанные конструкции виброизолирующих установок ковочных молотов в процессе опытной эксплуатации показали свою эффективность и надежность, что позволяет их рекомендовать к внедрению в кузнечных цехах.

Список литературы:

1. Проектирование, строительство и эксплуатация виброизолированных фундаментов для штамповочных и ковочных молотов с весом падающих частей до 16 т. Воронеж: ЭНИКМАШ, 1967. – 83с.
2. Климов И.В., Кошелев В.П., Носов В.С. Виброизоляция штамповочных молотов. – М.: Машиностроение, 1979. – 134с.
3. Жачкин Ю.В., Лапин С.К. Фундамент ковочного молота с м.п.ч. 3 т мод. М134А с подрессоренным шаботом // Кузнечно–штамповочное производство. – 1976. – №3. – С. 22-24.