Высокоскоростной молот

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 154092 09 1)5 В 21 3 7/28, 7/3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ельство ССС МОЛОТ сится к машкузнечному фиг.1 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение отностроению, а именно к рудованию, Цель изобретения - повышение КПД. Высокоскоростной молот содержит установленный на станине 1 энергоузел 2, выполненный в виде электромагнитов с обмотками 62-65 и сердечников 66,67, расположенных на штоке 4 бабы 5Последняя смонтированав камере 6 сгорания, окка 8 которойсвязаны со смесительной камерой 16,которая, в свою очередь, соединена с11540920 емкостью 21, заполненной жидкостью с низкой температурой кипенияТурбоэлектрогенератор 55, 56 электрически соединен с магнитамиОсвобожденная фиксатором 9 баба 5 летит внизВ5 , камеру 6 сгорания впрыскивается топливная смесь, где она сгорает, что обеспечивает ударное и тепловое воздействие на заготовку, Баба 5 поднимается под действием продуктов сгораИзобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции кузнечно-штамповочного оборудования,Цель изобретения - повышение КПД,На фиг,1 изображен высокоскоростной молот, продольный разрез; на фиг,2 - фрагмент молота с приводными цилиндрами перемещения гильзы; на фиг,3 - осуществляемый в молоте термодинамический цикл; на фиг4 - фрагмент молота с узлом подачи топливной смеси; на фиг,5 - фрагмент молота с исполнительным элементом аппарата управления; на фиг,б - фрагмент с узлом фиксации верхнего положения бабы,30Высокоскоростной молот содержит смонтированные на станине 1 энерго- узел 2 с диском 3, штоком 4 и бабой 5, расширительный цилиндр б с впускными 7 и выпускными 8 окнами, узел 9 фиксации верхнего положения ба бы 5, гильзу 10, соединенную со штоками 11 приводных цилиндров .12 и установленную на станине 1 с возможностью перемещения в штамповое прост ранство для его герметизации, узел 13 подачи в штамповое пространство топливной смеси и клапан 14 с аппаратом управления, исполнительный элемент 15 которого размещен на станине 1 с воэможностью взаимодействия с бабой 5, Впускные 7 и выпускные 8 окна расположены в верхней части расширительного цилиндра б, при этом впускные окна 7 расположены несколько ниже выпускных окон 8 для их более раннего50 открытия и обеспечения работы по бесклапанной схеме петлевого газообмена,Для обеспечения повьппения энергетической эффективности процесса ковки путем утилизации низкопотенциальной теплоты отработавших газов высокоскоростной молот снабжен смесительной камерой 16 с коническим расходяния, которые затем через окно 8 поступают в камеру 16, где нагреваютжидкость, Пары последней обеспечивают выработку генератором 55, 56 электроэнергии, поступающей к обмоткамэлектромагнитов 62-65 энергоузла,В результате обеспечивается утилизация тепла использованной. топливнойсмеси, 6 ил,щимся насадкам 17, секцией 18 турбоэлектрогенератора 19 и сепаратором 20 пара, последовательно установленными емкостью 21 с низкотемпературной кипящей жидкостью, например, фреоном, насосом 22 и теплообменником 23В корпусе энергоузла 2 размещены электромагниты 24 и 25 и релейный коммутатор 26 с исполнительными элементами 27 и 28; Насос 22 сообщен посредством трубы 29 с емкостью 21 и смесительной камерой 16, подключенной к выпускным окнам 8 расширительного цилиндра 6Турбоэлектрогенератор 19 через релейный коммутатор 26 электрически связан с электромагнитами 24 и 25, Вход теплообменика 23 соединен с отводным патрубком 30 сепаратора 20 пара, а его выход - со всасывающим патрубком насоса 22Штамповое пространство образует камеру 31 сгорания топливной смеси, Баба 5 снабжена верхней частью 32 инструмента, нижняя часть 33 которого установлена на шаботе 34, Баба 5 для обеспечения герметизации камеры 31 сгорания выполнена в виде плунжера, снабженного уплотнительными кольцами (не показаны), взаимо-+ действующими со стенками расширительного цилиндра 6Узел 13 подачи в штамповое пространство топливой смеси выполнен в виде форсунки, содержащей плунжерный насос 35 высокого давления с талкателем 36 и электромагнитом 37, являю- щимся аппаратом управления клапана 14Предусмотрены регулировочнаяигла 38 и распылитель 39Топливо кфорсунке подается по телескопическому трубопроводу 40 топливным насосомнизкого давления из топливного бакачерез топливный фильтр (не показаны)50 5 15409Питание электромагнита 37 плунжерного насоса 35 осуществляется отисточника электроэнергии (не показан) через исполнительный элемент 15в виде прерывателя, кулачок 41 которого в процессе ковки взаимодействует с бабой 5, обеспечивая впрысктопливной смеси в камеру 31 сгоранияс требуемым опережением зажигания,Для удержания подвижных частей молота в верхнем положении предусмотрен узел 9 фиксации верхнего положения бабы 5 в виде разрезной цанги 42,содержащей втулку 43 с пружиннымификсаторами 44Между разрезной цангой 42 и втулкой 43 имеются пружи-ны 45В корпусе 46 механизма запирания смонтированы приводные цилиндры 47, штоки 48 которых соединены с 20разрезной цангой 42В нижней части49 корпуса 46 размещена дополнительная разрезная цанга 50, связанная свтулкой 43 рычагами 51 и с корпусом 46 пружинами 52 растяженияДо-. 25полнительная разрезная цанга 50 взаимодействует с корпусом 46 по выполненной в нем конической поверхности 53Поршневые полости приводных цилиндов 47 сообщаются с источником 30управляющего энергоносителя (не показан) посредством трубопровода 54Турбоэлектрогенератор 19 состоитиз собственно электрогенератора 55и турбины 56, кинематически связанных между собой посредством общеговала 57Выходные клеммы 58 электрогенератора 55 присоединены к входнымклеммам 59 релейного коммутатора посредством кабеля (не показан).40Электромагниты 24 и 25 имеют коаксиально расположенные с зазорами60 и 61 наружные 62 и 63 и внутренние 64 и 65 обмотки, подключенные кконтактам релейного коммутатора 26, 45На диске 3 установлены верхний 66и нижний 67 цилиндрические сердечники, входящие в зазоры 60 и 61 междуверхними 62 и 64 и нижними 63 и 65обмотками,К впускным окйам 7 посредствомпатрубка 68 присоединен воздушныйфильтр 69, К выходному патрубку 70сепаратора 20 пары присоединенфильтр (не показан) для снижения55уровня токсичности выпускных газов,В емкости 21 предусмотрен подпру-,жиненный поршень 71 для поддержаниядавления низкотемпературной кипящей 20 6жидкости при параэитном уносе ее паров в выходной патрубок 70 сепарато "ра 20 пара,В гильзе 10 предусмотрен пусковойклапан 72 с телескопическим трубопроводом 73,Высокоскоростной молот может бытьдополнительно снабжен различнымивспомогательными системами (не показаны): пусковой системой, системойсмазки, системой охлаждения теплонапряженных элементов, системой автоматического регулирования с компьютером, служащей для малоинерционнойоптимизации важнейших параметров молота в процессе ковки, системой диагностики, связанной с системой аварийной остановки, противопожарчой системой и пр,Высокоскоростной молот функционирует следующим образом,Перед началом рабочего хода баба 5 с верхней частью 32 инструмента,шток 4 и диск 3 удерживаются в верхнем положении механизмом эапирания:трубопровод 54 сообщен со сливной магистралью, разрезная цанга 42 расклинена, дополнительная разрезная цанга 50 заклинена и прочно охватываетшток 4, Гильза 10 находится в нижнемположении, полости приводных.цилиндров 12 сообщены со сливной магистралью,Нагретая до ковочной температуры заготовка устанавливается на нижнюю часть 33 инструмента, Полостиприводных цилиндров 12 сообщаются снапорной магистралью и штоки 11 выдвигают.гильзу 1 О в верхнее положениеПри этом в результате взаимодействия гильзы 10 с нижней частью расширительного цилиндра 6 и верхнейчастью шабота 34 обеспечиваются надежная герметизация камеры 31 сгорания и подготовка рабочего хода,Трубопровод 54 сообщается с напорной магистралью, штоки 48 приводныхцилиндров 47 перемещают разрезнуюцангу 42 вниз, втулка 43, преодолеваясопротивление пружины 45 садится напружинные фиксаторы 44, движениевтулки 43 через рычаги 51 передаетсядополнительной разрезной цанге 50,которая несмотря на сопротивлениепружин 52 растяжения, расклиниваетсяи освобождает шток 4Потенциальнаяэнергия подвижныхчастей молота трансформируется в ки 1540920нетиче скую энергию, и спольэуемуюпри ударе для деформирования заготовки верхней 32 и нижней 33 частямиинструмента,5В процессе работы в молоте осуществляется двухкомпонентный двухфазныйтермодинамический цикл, который состоит иэ дизельного цикла а-Ъ-с-д-аи паросилового цикла е-Г-Ь.-Е(фиг,3).При рабочем ходе баба 5, выполненная в виде плунжера, перекрывает впускные 7 и выпускные 8 окна и сжимаетвоздух в замкнутом объеме расширительного цилиндра 6 и камеры 31 сгорания, Протекает процесс а-Ъ адиабатного сжатия, температура и давлениевоздуха повышается, Незадолго доудара кулачок 41 исполнительного эле" 20мента 15 взаимодействует с нижнимторцом бабы 5, на электромагнит 37плунжерного насоса 35 подается напряжение, толкатель 36 воздействуетна плунжерный насос 35, который через регулировочную иглу 38, клапан 14и распылитель 39 впрыскивает подаваемое насосом низкого давления из топливного бака топливо в камеру 31сгорания30При взаимодействии вспрыснутогораспыленного топлива с горячим воздухом в камере 31 сгорания происходятего воспламенение и сгорание: протекает процесс Ь-с изобарного подводатепла к рабочему телу, представляющему собой смесь продуктов сгораниятоплива и избыточного горячего воздуха, Температура и давление рабочеготела еще более повышаются и достигают максимальных значений, воздействуя на заготовку, При этом эффектытемпературы и давления не просто суммируются, а достигается качественноновое состояние, результатом которого является достижение высокой пластичности даже труднодеформируемыхметаллов и сплавов, Затем наноситсяудар и происходит деформирование заготовки в верхней 32 и нижней 33 частях инструмента,Процесс а-Ъ сжатия характеризуется степенью сжатия Г , равной отношению объемов в начале и в конце процесса а-Ь. Процесс Ь-,с подвода тепла характеризуется степенью предварительного расширения, равной отношению объемов в начале и в конце процессаЬ-с. Степень сжатия Я и степень предварительного расширения Я опреде- .ляют термический КПД термодинамического. цикла, осуществляемого в расширительном цилиндре 6 молота,Далее протекает процесс с-Й адиабатного расширения рабочего тела врасширительном цилиндре 6. В этом процессе с-Й подведенное в процессеЬ-с тепло трансформируется в механическую работу: подвижные части молотабыстро устремляются вверх, запасаяпотенциальную энергию,При движении бабы 5 вверх сначалаоткрываются впускные 7, а затем выпускные 8 окна, Протекает процесс й-аотвода тепла вместе с отработавшимигазами в смесительную камеру 16 черезвыпускные окна 8Объем расширительного цилиндра 6 и камеры 31 сгораниязаполняется зарядом свежего воздухачерез впускные окна 7 по бесклапанной схеме петлевого газообмена,В смесительной камере 16 протекает процесс е-Г изобарного нагреванизкотемпературного компонента, нагнетаемого насосом 22 по трубе 29 вжидкой фазе, горячими отработавшимигазами от температуры Т до темпераВтуры Т, Процесс е-Г идет по нижнейпограничной кривой Х = О, В смесительной камере 16 протекают процессЙизотермического испарения и процесс я-Ь изобарного перегрева паровкомпонета до температуры Тп на входев ускоряющее сопло (насадок) 17,Далее протекает процесс Ь- адиабатного истечения низкотемпературногокипящего компонента в ускоряющемсопле 17 с подводом тепла от отработавших газов, Происходит эффективная трансформация тепла отработавших газов в кинетическую энергию потока смеси отработавших газов и перегретых паров низкотемпературной жидкости,Ускоренный поток смеси расширяется в секции турбоэлектрогенератора 19 и в сепараторе 20 пара, Протекает процесс -1 расширения смеси до верхней пограничной кривой Х = 1Результатом процесса драсширения является трансформация тепла отработавших газов в механическую работу вращения турбины 56 и кинематически связанного с ней общим валом 57 электрогенератора 55,.тся, а дг полннтсльная разрезная цанга 50 из-за трения о шток 4 дополни-тельно самозаклинивается, надежноохватывает шток 4 н препятствует его5дальнейшему движению, т,е, осуществлению повторного удараПри необходимости многоударной работы молота трубопровод 54 соединяется со сливом, во время хода штока 4вниз вследствие сил трения о шток 4разрезная цанга 42 расклинивается,преодолевая усилие пружины 45, инемешая движению штока 4 вниз, накопленная, падающими частями молота потенциальная энергия вместе с энергиеймагнитного поля нижнего электромагнита 25 вновь расходуется на деформирование заготовки, Повторяются описан 20 ные процессы,При длительных остановках, когдабаба 5 находится в нижнем положениии верхняя часть 32 инструмента покоится на его нижней части 33, пуск моло 25 та осуществляется через пусковой клафпан 72 путем подачи энергоносителя потелескопическому трубопроводу 73Существует оптимальное значениеопти отношения расходов отработавших30 газов и низкотемпературного компонентй, обеспечивающее максимальную эффективность трансформации низкопотенциальной теплоты отработавших газов вв механическую работу вращения электрогенератора 55 т 1= 2 х гаотав 0 г расход отразоврасход низкпонента;плотность о кипящего к работавших газов; зов остоянная паров щего компонента;ра испарения щего компонента; кокип температ низкокип 0 давление кипящего спарения ниомпонента; авлени конденсации о компонент изф кокипяще г КПД ускор КПД сепар ский эффе обеспечив 7 5 баевоЭкономич щего соплора 20 и т в эобретениовышения ется за с спользов 9 15При верхнем положении бабы 5 срабатывает исполнительный элемент 28,релейный коммутатор 26 подключает кклеммам 58 электрогенератора 55 обмотки 63 и 65 нижнего электромагнита 25, Обмотки 63 и 65 становятсяисточником магнитодвижущей силы,Возникает сила притяжения, стремящаяся втянутьсердечник 67 диска 3 взазор 61Сила притяжения направлена, вниз и суммируется с силой гравитационного притяжения при рабочем ходе бабы 5,Это увеличивает энергию удара ивносит вклад в повышение энергетической эффективности процесса ковки путем утилизации тепла отработавших газов,При нижнем положении бабы 5 срабатывает исполнительный элемент 27, ирелейный коммутатор 26 подключает кклеммам 58 электрогенератора 55 обмотки 62 и 64 верхнего электромагнита 24Обмотки 62 и 64 стяновятся источником магнитодвижущей силы, Возникаетсила притяжения, стремящаяся втянутьсердечник 66 диска 3 в зазор 60Сила притяжения направлена вверх и суммируется с силой, создаваемой давлением рабочего тела в расширительномцилиндре 6 при холостом ходе бабы 5Это позволяет осуществить холостойход бабы 5 при меньших затратах топлива и внести вклад в повышение энергетической эффективности процессаковки путем утилизации тепла отработавших газов,В сеператоре 20 пара отделившиесяв результате аэродинамического взаимодействия с лопатками сепаратора 20пары низкотемпературной кипящей жидкости через отводной патрубок 30 попадают в радиатор 23. Протекает процесс Е отвода тепла и конденсации, Конденсат сжимается насосом 22 и поступаетв смесительную камеру 16 по трубе 29Потери жидкости компенсируются иземкости 21,При движении вверх шток 4 эаклинивает разрезную цангу 42 и увлекает ее 5вместе с втулкой 43, несмотря на сопротивление пружинных фиксаторов 44Движение втулки 43 заставляет рычаги 5 и пружины 52 растяжения заклинивать дополнительную разрезную цангу 50, что затормаживает движениештока 4 вверх. Дойдя до определенного положения, шток 4 устремляетсявниз, разрезная цанга 42 расклиниваКПД при утилизации тепла ой топливной смеси,11 154 ФЬрмула изобретенияВысокоскоростной молот, содержащий смонтированный на станине энерго- узел с исполнительным органом в виде бабы со штоком, размещенной в кольцевой полости станины, в стенке которой расположены выпускные окна, а также гильзу, установленную на шаботе соосно упомянутой кольцевой полости и соединенную со штоками приводных цилиндров, и расположенный в стенке гильзы узел подвода топливной смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен последовательно соединенными между 0920собой смесительной камерой с коническим расходящимся насадком, турбоэлектрогенератором, сепаратором,теплообменником, насосом и емкостью с5жидкостью с низкой температуройкипения, энергоузел выполнен в видесмонтированного в его корпусе кольцевого электромагнита и сочлененного соштоком бабы кольцевого сердечника,насос соединен со смесительной камерой, а последняя соединена с выпускными окнами в стенке кольцевой полости станицы, при этом турбоэлектроге-,15 нератор электрически соединен с элек"тромагнитом энергоузла,1540920 Редактор И,Горна Кравцова 7 Тираж 490 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Зак В изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 оставитель В,Гринбергехред М.Ходанич Коррект 48 й