Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий

КОЛЕНО-РЫЧАЖНЫЕ ПРЕССЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ

Колено-рычажный пресс с гидравлическим противодавлением приме­няется для производства керамических облицовочных и метлахских плиток. Принцип работы пресса сводится в основном к следующему. От коленчатого вала 1 (фиг. 111) через шатун 2 приводятся в движение прессовые рычаги 3 и 4, шарнирно связанные между собой и шатуном 2.

При переходе шарнира 5 из положения А в положение Б осуществляется первое прессование. Далее при перемещении шарнира 5 в точку В происхо­дит подъем верхнего штемпеля 6, вследствие чего обеспечивается возмож­ность выравнивания напряжений в прессуемой массе, а также удаление защемленного воздуха. При обратном движении из точки В в точку Б проис­ходит второе прессование.

Для достижения постоянных по величине усилий прессования в кон­струкции пресса предусмотрена гидравлическая система регулирования прессового давления. Нижний штемпель 7 через шток и поршень 8 опирается на гидравлический буфер. Жидкость в гидравлическом цилиндре 9 нахо­дится под давлением (около 15 кг/см2) воздуха, заключенного в баллоне 10. Как только давление при первом прессовании превзойдет величину противо­давления в цилиндре, нижний штемпель начнеї опускаться, выдавливая жидкость (масло) из 'цилиндра через клапан И в баллон 10. Давление воз­духа в баллоне устанавливается с учетом заданной величины первого прес­сового давления и отношения площади прессования к площади поршня 8.

После окончания первого прессования при переходе шарнира из точки Б в точку В верхний штемпель поднимается, при этом масло из баллона под давлением воздуха возвращается в цилиндр 9, а клапан 11 автоматически перекрывается.

Окончательное прессование при высоком давлении осуществляется при переходе шарнира 5 из точки В в точку Б, при этом масло, выжимаемое

нижним штемпелем из цилиндра 9, по каналу 12 перетекает в цилиндр 13, поршень 14 которого прижат пружиной 15. Давление пружины, а следова­тельно, и давление прессования регулируется винтовым нажимным устрой­ством 16. Сила нажатия пружины подбирается с таким расчетом, чтобы давле­ние масла в цилиндре 9 соответствовало бы требуемому давлению прессова­ния (200—400 кг/см2) с учетом отношения площади прессования к площади поршня 8.

Конструкция пресса (фиг. 112 и 113) в основном сводится к следующему. В чугунной станине 1 смонтированы все механизмы пресса. На верхней плите 2 установлен электродвигатель 3. Привод пресса состоит из электро­двигателя, установленного на верхней плите клиноременной передачи 4, шестеренчатого редуктора 5 и расположенных с двух сторон пресса двух пар зубчатых колес 6 и 7. Зубчатые колеса 7 насажены на коленчатый вал 8, который соединен двумя шатунами 9 с коленчатым валом 10. Режим прес­сования регулируют изменением длины шатунов 9 при помощи специальных прокладок под вкладыши подшипника. С уменьшением числа прокладок увеличиваются высота подъема верхнего штемпеля и продолжительность паузы, во время которой напряжения в массе перераспределяются и из нее удаляется воздух. Коленчатый вал 10 связан с шатуном 11, который через шаровой шарнир 12 сообщает возвратно-поступательное движение ползуну 13 и прикрепленному к нему верхнему штемпелю 14.

В верхней части шпинделя 15 нарезана резьба, которая служит для соеди­нения с разрезной гайкой шатуна 11. Ползун 13 перемещается в направляю­щих 16. Глубину погружения верхнего штемпеля 14 в пресс-форму 17

регулируют поворотом шпинделя 15 в гайке шатуна 11. Нижний штемпель 18 закреплен на стержне 19, опирающемся на траверсу 20. Оба штемпеля нагре­ваются электрическим током до 80—90° для предотвращения прилипания массы к их поверхности.

Наполнение матрицы массой происходит по схеме, показанной на фиг. 114, а. Во время подъема нижнего штемпеля ролики /, перемещаю­

щиеся в пазах 2 зубчатых колес 3, приближаясь к центру, поворачивают рычаг 4 относительно оси 5 и приводят в движение связанную с ним загрузоч­ную каретку 6. Загрузочная каретка, находящаяся во время прессования под бункером-питателем, продвигаясь вперед, сдвигает с нижнего штемпеля опрессованную плитку. После этого нижний штемпель 7 опускается, масса из загрузочной каретки поступает в пресс-форму и каретка возвращается в исходное положение, выравнивая при движении поверхность засыпанной в форму массы.

Толщину плиток регулируют изменением глубины опускания ниж­него штемпеля и, следовательно, количества засыпаемой массы. При этом

необходимо изменить толщину пластинок, прокладываемых между стерж­нем 19 (фиг. 112) и траверсой 20.

Выталкивание плиток из пресс-формы происходит по схеме, показанной на фиг. 114, б. После окончательного прессования ролики 8 накатываются на расположенные на больших зубчатых колесах 3 кулачки 9, вследствие чего поворачиваются рычаги 10, а за ними и зубчатые секторы 11, связанные цепями 12 с ползуном 13. При подъеме ползуна 13 нижний штемпель 7 также поднимается и выталкивает плитку на уровень стола пресса. Когда ролики 8 скатываются с выступов 9, нижний штемпель 7, не удерживаемый цепью 12 и ползуном 13, опускается.

При очистке верхнего штемпеля, смене пресс-формы или регулировании штемпелей загрузочную каретку можно остановить под бункером-питателем. Для этого рукояткой поднимают защелку 21 (фиг. 112 и 113), разъединяя каретку с тягой 22. Каретка остается неподвижной под бункером и не пре­пятствует регулированию штемпелей или их очистке.

Автоматическое регулирование давления при прессовании осуществляется в результате следующего взаимодействия деталей пресса. Траверса 20 (фиг. 112) опирается на поршень 23, перемещаемый в цилиндре 24, соединен­ном трубкой через коробку 25 с воздушным баллоном 26, который заполнен воздухом под давлением около 15 am.

Во время предварительного прессования при малом давлении ролик 21 набегает на кулак (выступ) 28 колеса 7. Тяга 29 поднимается и открывает помощью рычага 30 клапан между гидравлическим цилиндром и баллоном 26. Поршень 23 в цилиндре 24 в это время находится под давлением 15 кг/см2. При предварительном прессовании по достижении заданного давления нижний штемпель с поршнем опускается, выдавливая масло из цилиндра 24 в баллон 26. После прессования ролик 27 скатывается с выступа 28, и под действием пружин клапан между гидравлическим цилиндром и баллоном 26 закрывается.

Во время окончательного прессования давление через поршень 23 пере­дается маслу в цилиндре 24 при закрытом клапане. Масло не может перейти в воздушный баллон 26 и вытесняется в полость пружинного регулятора под поршень, нагруженный пружиной 31. Желаемая величина окончатель -

ного давления устанавливается сжатием пружины 31 при повороте махо­вичка 32. Давление прессования контролируется манометрами низкого и высокого давления. При площади прессования, равной 225 см2,

т°зо

Фиг. 115. Схема к расчету ного пресса.

удельное давление прессования дости­гает 400 кг/см2.

При прессовании плиток разме­ром 15 X 15 см первая ступень прес­сования обычно принимается равной 40—50 кгісм2, при этом давление воздуха в баллоне 15 ати, при плит­ке размером 20 X 20 см давление в баллоне равно 27 ати.

Пресс рассчитан на выпуск 22 плиток в минуту размером 150 X X 150 мм при одноматричной пресс - форме и 44 плиток размером 100 X X 100 мм при двухматричной пресс - форме. При изготовлении метлахских плиток размером 20 X 20 см произ­водительность — 22 плитки в минуту.

Наибольшее усилие прессования 90 т, мощность установленного эле­ктродвигателя 5,5 кет.

Расчет колено-рычажного пресса.

г Ґ и Подъем после

производим из условия, что на прес - перВой ступени

се ИЗГОТОВЛЯЮТСЯ ПЛИТКИ ДЛЯ ПОЛОВ прессования

размером 20 X 20 X 1,6 см, т. е. по наиболее нагруженному режиму. Пло­щадь прессуемой плитки F — 434 см2 (с учетом последующей усадки). В колено-рычажных, как и во всех кривошипных прессах, бсновное значение для расчета имеет положение штемпеля в период прессования.

Обозначим величину пути ползуна (штемпеля) через Н/и х. Найдем путь ползуна (считая от нижней мертвой точки) в зависимости от угла поворота кривошипа а. Пользуясь схемой, показанной на фиг. 115, из треуголь­ников АБВ и АВГ найдем

АБ + АГ = /, + Нр. х, (307)

13 Сапожников

где — верхний прессовой рычаг; 1г = 135 мм;

1г — нижний прессовой рычаг; /2 = 487 мм;

АБ = 1г cos срх; АГ = /2 cos ф2, (308)

где фх и tp2 — углы между рычагами и вертикальной осью пресса.

Из тех же треугольников находим

АВ = /х sin ф! = lz sin ф2, (309)

откуда

sincp,= /г_ = 487 = 3>61_ (3]0)

sin ф2 її 135

Далее, подставляя в формулу (307) значения АБ м АГ т формулы (308),

получаем

1г cos фх + /2 cos ф2 = lt + /2 — Нр х. (311)

Выразив косинусы углов через синусы, получим

їїУ"1 — sin2 фі + hV — sin2 ф2 = /х + /2 — Яр. х. (312)

Поскольку отношение = 3 61, то можно записать

J Sin ф2

lxy l-sin29l+,/2 У і-^і = і1 + і2-НРшХ. (313)

Чтобы избавиться от радикала, разложим подкоренное выражение в ряд по биному Ньютона

1 І ■ 2 1 1 . о 1-4 (314)

У 1 — snr фх = 1 ^ sin Фі--------- g~ sin4 фх • • •

Так как этот ряд весьма быстро сходится, то для практического приме­

нения ограничимся лишь первыми двумя членами и получим

Y 1 — sin2 Фі = 1 sin2 фі; У 1 — sin2 ф2 = 1---------------------- y sin2 ф2. (315)

Далее по аналогии получим

1 f 1 sin^cpT _ ,_________ 1______ _ . Sin2 Фі.

V 3,61а — 2 3,61а ~ 26 ■ ^ ^

Подставим полученные значения в формулу (313)

, , sin' Ті, , sin - фі, . , и.

fcl 2 ' 2 fc2 26 — 1 2 11 р. X У

і sitl”1 і j sill^ rj /^1 і 12. rjr

2 ^ 2 26 P - ** ~2 26^у л: >

так как — 135, а /2 = 487, получим

sin2 Фі • (317)

86,2 ‘

Окончательно будем иметь

sin2 Фі = і/"^- = 0,107 УЯР.

При прессовании плиток для полов толщиной 16 мм высота засыпки массы в форму принимается равной 35 мм. Таким образом, осадка массы составит 19 мм; этой величине и должен равняться рабочий ход штемпеля.

По формуле (318) определим величину угла <рд в начале прессования, приняв Нр. х = 19 мм:

sin ф, = 0,107 У19 = 0,466;

откуда <f>j = 27°50'.

Пользуясь формулой (264):

и найдя по табл. 5, что а — 3,08 и п = 2,22, а также задаваясь различными значениями h в пределах от 0 до 1,9 см, определим величины р в различные рабочие моменты.

Величину угла а поворота кривошипа находим графически, для чего на дуге окружности (см. фиг. 115), радиус которой равен длине верхнего рычага, откладываем величину АВ = ll sin cpj. Из точки В пересечения дуги с концом отрезка А В радиусом, равным длине шатуна (360 мм), делаем засечки на окружности, радиус которой равен эксцентрицитету коленчатого вала, после чего определим графически величину угла а. Принимая различ­ные значения угла <рх, найдем все текущие значения угла а.

Для определения усилия Р, действующего по шатуну, найдем отношение | величины Р к Q, где Q — усилие прессования:

(319)

С этой целью выполним соответствующие графические построения. Вычерчиваем для цапфы верхнего рычага сочленения верхнего и нижнего рычагов, опоры ползуна и цапфы коленчатого вала круги трения (фиг. 115). Радиусы е кругов трения определяются по выражению

е = рл

где [х — коэффициент трения (р = 0,08); г — радиус цапфы в мм.

После этого проводим попарно касательные к кругам трения. Из точки D пересечения касательных проведем перпендикуляр, на котором откла­дываем величину ДЕ, соответствующую силе прессования в данный момент.

Величину силы Q выбираем произвольно, например, равной 10 см. Через точку Е проводим линию, параллельную линии, которая касательна к кру­гам трения шатуна. Отрезок КЕ и будет искомая величина Р в масштабе, принятом для Q. Измерив отрезки КЕ и ДЕ по их отношению, найдем вели­чину I:

(321)

Задаваясь различными значениями Нр х, определим величину р удельного давления прессования и угол фх, далее графически найдем величины угла а и Полученные значения сведем в табл. 6.

Примечание. При первой стадии прессования, начиная с осадки величиной 11,5 мм, происходит опускание нижнего штемпеля и выжимание масла из гидроцилиндра в воздушный баллон. Поскольку при этом воздух в баллоне несколько сжимается, имеет место некоторое увеличение прессового давления (с 40 до 41,4 кг/см2), что и отражено в приведенной табл. 6.

На фиг. 116 представлена кривая прессования, построенная по данным табл. 6.

Определим величину крутящего момента Мкр, создаваемого силой Р, с учетом моментов трения в опорах. Крутящий момент будет равен произ­ведению силы Р, действующей по шатуну, на приведенное плечо 10бщ.

Приведенное плечо крутящего момента определяется по формулам:

Іобщ = С + 4; (322)

Inp — /-(sin а + ~ sin 2а) ; (323)

C = fx[(1 г) га + ~Т гв + Го • (324)

где г — радиус коленчатого вала; г = 9 см;

L — длина шатуна; L = 36 см fi — коэффициент трения; ц = 0,08; гА — радиус цапфы верхней головки шатуна; гв — радиус нижней головки; г0 — радиус коленчатого вала в опорах.

Используя данные табл. 6 и произведя вычисления по формулам (322)— (324), находим приведенное плечо и крутящий момент.

Полученные результаты для первого и второго прессования сводим в табл. 7, после чего строим графики крутящих моментов.

На основании данных, изложенных в табл. 7, строим графики крутящих моментов для первого прессования (график 1, фиг. 117) и для второго прес­сования (график 2). Графики крутящих моментов строим в функции времени 1Мкр = /(0 ].|

Номинальный момент Мн электродвигателя определяется по формуле

мл 4- MJo

М = 1,2 ■- 1 , 2-2-, (325)

гч

где М-х — максимальный момент на коленчатом валу для первого прессо­вания (по табл. 7 Mi — 747 кгм); t — фиктивное время рабочей операции для первого прессования в сек;

М 2 — максимальный момент на коленчатом валу для второго прессо­вания (по табл. 7 М2 = 1470 кгм); t'2 — фиктивное время рабочей операции для второго прессования в сек;

іц — продолжительность всего цикла;

, 60 60 0 -70

їц — — 22 — ’ сек’

здесь п — число ходов ползуна в минуту; п = 22.

Для вычисления фиктивного времени рабочих операций вместо криво­линейной части графиков (см. фиг. 117) берем равновеликие им по площади прямоугольники: А2Б2В 2Г г и А3Б3В3Г3. Вычисляем их основные элементы.

Высота первого прямоугольного графика будет равна

А 2-5 2 = мг.

Основание его будет равно

А2Г2 = t = t{A,

Где tt — продолжительность первой стадии прессования; tt = 0,386 сек; А — коэффициент полноты графика крутящих моментов на коленчатом валу (график 3)

£? 1 Л С.

(327)

А = -= = 0,503.

F ОБВГ

где FOAr — площадь криволинейной части графика; FOAr = 14,5 см2;

Fобвг — площадь прямоугольной части графика; РОБВг = 28,8 см2. Таким образом,

t = 0,386-0,503 = 0,194 сек.

Соответственно получим для второй стадии прессования 12 = t2A = 0,5-0,503 = 0,254 сек,

где t2 — продолжительность второй стадии прессования; t% — 0,5 сек; А — коэффициент полноты графика (см. график 4);

=_ 0,503.

в форму 11, заполненную пресс-порошком. Питание пресс-форм массой осуществляется загрузочной кареткой 12, перемещаемой при посредстве шатуна 13 и рычага 14. В нижней части рычага установлен ролик, который обкатывается по профилированному пазу 15 зубчатого колеса.

На прессе рассмотренной конструкции можно изготовлять керамические плитки для стен и полов. Выталкивание плитки осуществляется рыча­гом 16.

Максимальная величина прессового давления 200 т. Данные о произво­дительности пресса приведены в табл. 8.

Пресс рычажного типа (фиг. 120 и 121) предназначается для прессования огнеупорного кирпича и различных фасонных изделий. Он может быть исполь­зован также и для изготовления строительного кирпича. Пресс приводится в действие от электродвигателя 1 (фиг. 121, б) посредством ременной передачи. При включении фрикционной муфты движение через систему зубчатых колес 2, 3, 4 и 5 передается коленчатому валу 6. От коленчатого вала через шатун 7 движение сообщается верхнему 8 и нижнему 9 прессовым рычагам. Верхний рычаг шарнирно соединен с тягами 10, связанными с нижней под­вижной рамой 14. К нижним прессовым рычагам крепятся верхние штем­пели 11.

После того как ячейки формы заполнены массой, начинают опускаться верхние штемпели, которые производят предварительное уплотнение массы. Нижние штемпели в этот период неподвижны (см. точки 1,2 на диаграмме фиг. 121, а).

Верхний и нижний прессовые рычаги (фиг. 120) соединяются шарнирно посредством оси 12, при этом отверстие нижнего прессового рычага сделано овальным. Таким образом, когда опускается нижний штамп, давление на массу равно весу нижнего прессового рычага, штампов и прессовой головки. При дальнейшем распрямлении верхнего и нижнего рычагов верхние штампы в период выборки зазора в шарнирном сочленении неподвижны (фиг. 121, а, точки 2—3). Нижние штемпели в это время удерживаются от осадки пру­жиной 13. С того момента, как зазор в шарнирном сочленении прессовых рычагов будет ликвидирован, массе начнет передаваться принудительное давление от прессовой рычажной системы. Развиваемое при этом давление Сожмет пружину 13, а следовательно, вызовет осадку всей прессовой системы с верхними и нижними штампами (фиг. 121, а, точки 3, 4 и 8, 9). При даль­нейшем вращении коленчатого вала и движении шатуна 7 тяги 10 и связан­ная с ними подвижная рама 14 начнут свободно перемещаться вверх до того

а — диаграмма пресса; б — кинематическая схема.

момента, пока подвижная рама не упрется в заплечики 15. В этот период штемпели верхние 11 и нижние 16 — неподвижны (фиг. 121, а, точки 4, 5 и 9,10). С того момента, как подвижная рама соприкоснется с заплечиками 15 начнется взаимное сближение штампов, при котором будет обеспечено дву­стороннее прессование массы (фиг. 121, а, точки 5, 6 и 10, 11). На участке, определяемом точками 6, 7 (фиг. 121, а), прессуемое изделие выдерживается под нагрузкой.

Спрессованное изделие выталкивается из ячеек формы системой рыча­гов 17, 18, 19. На конце рычага 19 устанавливается ролик 20, который обка­тывается по профилиро­ванной направляющей 21, закрепленной на зубчатом колесе 5. При отжатии ролика, а вместе с ним и верхней части рычага 19 по направлению к центру коленчатого вала, изделия выталкиваются из ячеек формы.

Заполнение массой ячеек формы осуществля­ется следующим устрой­ством (фиг. 121, б): к зуб­чатому колесу 5 крепится профилированный ку­лак 22, в паз которого за­ходит ролик рычага 23.

При вращении шестерни с кулаком рычаг 23 через тягу 24 обеспечивает возвратно-поступательное движение ящика 25, В ко - Фиг. 122. Схема к расчету рычажного пресса,

торый через шланг 26 под­водится масса. Ящик, продвигаясь в сторону ячеек формы, устанавливается над ними и заполняет их массой. При движении вперед ящика фартуком 27 перекрывается выходное отверстие промежуточного бункера 28. Двигаясь вперед, ящик 25 своей передней кромкой сдвигает ранее отпрессованные изделия.

Производительность пресса 2400 шт. стандартного огнеупорного кирпича в час. Максимальное усилие прессования 425 т. Наибольшее удельное давле­ние прессования 400 кгісм2. Мощность электродвигателя 23,5 кет.

Расчет рычажного пресса производим по тому же методу, что и для рас­смотренного выше колено-рычажного пресса с гидравлическим противодавле­нием.

Высота заполнения форм 120 мм, осадка массы 52 мм, толщина спрес­сованного изделия 68 мм.

По формуле (264) определяем величины удельного давления прессования при изготовлении изделий из шамотной массы влажностью 5%.

где согласно табл. 5 а = 3,32, а п = 0,923. Величина h принимается в пре­делах от 0 до 5,2 см.

Пользуясь схемой (фиг. 122), определяем величину угла ф при различных положениях ползуна (верхнего штемпеля).

Имеем в начале хода вниз

АВ = I cos ф;

АБ + АД = 21- Нпот,

где Нпслн — полный ход ползуна,

АБ = АД;

2АБ =2І - Нпвлн;

21 cos ф = 21 — Ипвлн;

Нпплн

COS Ф = 1

Площадь графика представляет работу А, которую необходимо затратить на одно прессование:

A=Kl-K2F, (338)

где кх — масштаб крутящих моментов 1000 кгм в 1 см;

л-a — масштаб углов 10е в 1 см;

к2 = 10 = 0,175 рад/см;

F — площадь графика (58,25 см2);

А = 58,25-1000-0,175 = 10 200 кгм.

Потребная мощность электродвигателя

N = 6(Ы02г, квт> <339>

где п — число прессований за 1 мин (число оборотов коленчатого вала);

п = 10;

•р — к. п. д. привода г) принимаем равным 0,75 с учетом затрат мощности на выталкивание и передвижение наполнительного ящика

.. 10 200-10 ло 0 N ~ 60-102-0,75 ” 1 Квт'