Высокоскоростной молот

(19) (1 М 32 . ( 1.1 7/28 51 УОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЕТЕНИ ОПИСАНИЕ ИЗО И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕП Е.1 О 3 25-27 21563832 10 ванну 9 с теплоносителем,11 и его лектронагревателем 10, подключенным к электрогенератору 37. В стенке ствола с бабой 5 расположены узел 39 подачи топливной смеси и канал, которым полость ствола соединена с газовой турбиной 36, а последняя кинематически соединена с электрогенератором 37. При выполнении рабочего ода в штамповое пространство,. герИзобретение относится к машиносгроению, а именно к конструкциикУзнечно-штампованного оборудования,Цель изобретения - повышение КПЦза счет утилизации теплоты продуктов 20сГорания,На фиг. 1 изображен предлагаемыйвысокоскоростной молот, общий вид;в продольном разрезе; на фиг. 2 - тож 6, вид сверху; на фиг, 3 - фрагментмолота в более крупном масштабе.Высокоскоростной молот содержитстанину 1 и соосно смонтированныев ней камеру 2 сгорания, являющуюсяштамповым пространством, расширительный цилиндр 3, рабочий цилиндр ч ибабу 5 с верхней частью 6 инструмента, нижняя часть 7 которого установлена на шаботе 8. Стенки камеры 2сгорания выполнены в виде ванны 935с электронагревателе 10, заполненной жидким теплоносителем 11, и снабжены цилиндрической гильзой 12, охватывающей нижнюю часть 13 расширительного цилиндра 3 и верхнюю часть 11 4ванны 9 и имеющей механизм 15 вертикального перемещения, обеспечивающийгерметизацию штампового пространствапри верхнем положении цилиндрическойгильзы 12, В качестве жидкого теплоносителя 11 могут быть использованырасплавы металлов или солей (например, ВаС 1), обеспечивающие температуру до 1000-1300 СВанна 9 и шабот8 могут иметь соответствующие тепло 50защитные покрытия, а нижняя 7 и верхняя 6 части инструмента выполнены изжаростойких материалов. Предусмотре.на возможность заполнения ванны 9посредством ковша с расплавом, получаемым в отдельной печи, а также сливрасплава через летку с механизмомзапирания (не показаны). Электронасгреватель 10 может быть выполнен в метизируемое приводной гильзой 12,впрыскивается и сжигается топливнаясмесь, повышающая температуру обрабатываемых изделий, При возвратномходе часть выделившейся теплоты утилизируется путем отвода продуктовсгорания через канал в газовую турбину 36 и последующим подводом выработанной электроэнергии к теплоносителю 11. 3 ил. виде электродов, погруженных непосредственно в расплав.Рабочий цилиндр ч снабжен поршнем16, соединенным с бабой 5 посредствомштока 17 и образующим поршневую 18и штоковую 19 полости, имеющие соответственно обратный 20 и прямой 21клапаны. Баба 5 выполнена в видеплунжера, снабженного уплотнительными кольцами 22, взаимодействующимисо стенками расширительного цилиндра 3,Механизм 15 вертикального перемещения выполнен в виде гидроцилиндров23, имеющих поршни 2 ч со штоками 25,прикрепленными к верхней части 26 цилиндрической гильзы 12, и клапаны 27управления. На нижней части 13 расширительного цилиндра 3 и верхней части 11 ванны предусмотрены уплотнительные кольца 28 и 29 для улучшениягерметичности штампового пространства в процессе ковки,В расширительном цилиндре 3 выполнены впускные 30 и выпускные 31 окна,соеДиненные посредством трубопроводов 32 и 33 соответственно с воздушным фильтром 34 для подачи зарядасвежего воздуха и входным патрубком35 газовой турбины 36. цля уменьшенияпульсаций во входном патрубке 35 может быть предусмотрен коллектор (непоказан), а газовая турбина 36 можетбыть выполнена импульсного типа,Впускные 30 и выпускные 31 окна расположены в верхней части расширительного цилиндра 3, при.этом впускныеокна 30 расположены несколько нижевыпускных окон 31 для их более раннего открытия и обеспечения работымолота по более надежной бесклапанной системе петлевого газообмена, ,Кроме того, высокоскоростной молот снабжен электрогенератором 37, 5.кинематически связанным посредствомпередачи 38 с газовой турбиной 36.При этом электронагреватель 10 электрически .связан посредством бронированного кабеля (не показан) с электрогенератором 37,В стенке нижней части 13 расширительного цилиндра 3 размещен узел 39подачи в штамповое пространство топливной смеси, выполненный в виде форсунки 40 с плунжерным насосом 41, иклапан 42 с аппаратом 43 управления,выполненным в виде толкателя 44 иэлектромагнита 45, при этом исполнительный элемент 46 аппарата 43 управления размещен на станине 1 с возможностью взаимодействия с бабой 5. Вфорсунке 40 предусмотрены регулировочная игла 47 и распылитель 48. Топливо к форсунке 40 подается по трубопроводу (не показан) через отверстие 49 при помощи топливного насосанизкого давления из топливного бака(не показан), Исполнительный элемент46 выполнен в виде кулачка 50 и прерывателя 51, подключенного к источнику электропитания (не показан),Для удержания подвижных частеймолота в верхнем положении предусмотрен узел фиксации в виде разрезной цанги 52, содержащей втулку 53с пружинными фиксаторами 54, Междуцангой 52 и втулкой 53 имеются пружины 55. В корпусе 56 механизмаэапирания смонтированы приводныецилиндры 57, штоки 58 которых соединены с цангой 52 В нижней части59 корпуса 56 размещена дополнительная разрезная цанга 60, связаннаясо втулкой 53 рычагами 61 и корпусом56 пружинами 62 растяженил. Дополнительная раз.резная цанга 60 взаимодействует с корпусом 56 по выполненной в нем конической поверхности 63.Поршневые полости приводных цилиндров 57 сообщаются с истбчникои управляющего энергоносителя (не показан)посредствси трубопровода 64.Высокоскоростной молот может быть .выполнен в виде ротора с шаговым вра"щением. В этом случае несколько рабочих цилиндров 4 с Расширительнымицилиндрами 3, бабами 5 и камерами 2сгорания установлены по окружностив барабане 65, снабженном механизмом66 шагового поворота, а шабот 8 выполнен кольцевым, снабжен соответствующим числои ванн 9 с электронаЧЯ 32Бгревателями 10, заполненных жидкимтеплоносителем 1 и имеющих цилиндрические гильзы 12 с механизмами 15вертикального перемещения, и устанол 5лен неподвижно. Такое выполнение молота обеспечивает иногаоперационнуювысокопроизводительную ковку сразунескольких заготовок. Механизм 66обеспечивает при этом периодическийповорот барабана 65 на определенныйугол и включает в себя поводок 67 сприводом (не показан) и фиксирующимдиском 68, цевку 69, мальтийскийкрест 70 и зубчатую передачу 71, Барабан 65 установлен на силовом поворотнои узле 72 с токосъемником 73для обеспечения электрической свлзиэлектронагревателей 10 с энсргогене раторами 37, В барабане 65 предусмотрен свободный погрузо-разгрузочныйсектор, обеспечивающий выгрузку готового изделия и установку новой заготовки. Длл ме.аниэации работы со гут быть предусмотрены ковочные манипуляторы около каждого рабочегоместа и другое оборудование.Выходной диффузор 75 газовой турбины 36 посредством коленчатого трубопровода 76 сообщен с кольцевыи коллекторои 77 вытяжной вентиляции сфильтром-дожигателеи 78 для выпускаи снижения токсичности отработанныхгазов.Высокоскоростной молот может быть35дополнительно снабжен различныиивспомогательными системами, В частности может быть предусмотрена система автоматического регулирования 40 УРовня жидкого теплоносителя 11 вванне 9 в процессе ковки в зависимости от степени деформации заготовки,система автоматического регулирования температуры жидкого теплоносите ля 11 изменением тока электронагревателя 10, система пуска и остановкис автоматическими каналами, связанными с источником энергоносителли пр.Высокоскоростной молот работаетследующим образом.Ванну 9 заполняют жидким теплоносителем 11, имеющим требуемую теипеРатуру до Уровня, учитывающего объем 55заготовки и степень ее деформациипри осадке. При этом удары могут наноситься по свободногй от жидкого теплоносителя 11 верхней поверхностизаготовки.7 15638Перед началом рабочего хода бабы5 с верхней частью б инструмента,шток 17 и поршень 16 удерживаются вверхнем положении узлом фиксации. Приэтом цанга 52 расклинена, дополнительная разрезная цанга 60 заклиненаи прочно охватывает шток 17. Обратный20 и прямой 21 клапаны рабочего цилиндра 4 закрыты, воздух в поршневой10,полости 18 сжат, а в штоковой 19 -разрежен. Цилиндрическая гильза 12находится в нижнем положении, таккак клапаны 27 управления гидроцилиндров 23 механизма 15 вертикально,:го перемещения сообщены со сливноймагистралью.Нагретая до ковочной температурызаготовка погружается в ванну 9 сжидким теплоносителем 11 и устанавливается на нижнюю часть 7 инструмента. Клапаны 27 управления сообщаютсяс напорной магистралью, а поршни 24гидроцилиндров 23 механизма 15 вер тикального перемещения выдвигают 25цилиндрическую гильзу 12 в верхнее: положение. При этом в результатевзаимодействия цилиндрической гильзы12 с уплотнительными кольцами 28 и29 нижней части 13 расширительного З 0цилиндра 3 и верхней части 14 ванны9 осуществляется надежная герметиза- .ция камеры 2 сгорания,Трубопровод 64 сообщен с напорноймагистралью, штоки 58 приводных цилиндров 57 перемещаюг разрезную цан 35гу 52 вниз, втулка 53, преодолеваясопротивление пружин 55, садится напружинные Фиксаторы 54, движениевтулки 53 церез рычаги 61 передаетсядополнительной разрезной цанге 60,которая, несмотря на сопротивлениепружин 62 растяжения, расклиниваетсяи освобождает шток.17.Потенциальная энергия массы подвижных частей:молота (бабы 5, штока17 и поршня 16), а также сжатого впоршневой полости 18 и разреженногов штоковой полости 19 воздуха трансформируется в кинетическую энергию50верхней цасти б инструмента, используемую для деформирования заготовки,находящейся на нижней части 7 инструмента,В процессе движения вниз баба 5. перекрывает впускные 30 и выпускные5531 окна и сжимает воздух в замкнутомобъеме расширительного цилиндра 3и камеры 2 сгорания, Протекает ади 32абатный процесс сжатия, температураи давление воздуха повышаются. Незадолго до удара кулачок 50 прерывателя 51 взаимодействует с нижним тор"цом бабы 5, в результате цего наэлектромагнит 45 форсунки 40 подается напряжение, а толкатель 44 воздействует на плунжерный наСос 41, который через регулировоцную иглу 47,клапан 42 и распылитель 48 выпрыскивает подаваемое из топливного бака топливо в камеру 2 сгорания.При взаимодействии впрыснутогораспыленного топлива с горячим воздухом в камере 2 сгорания происходитего воспламенение и сгорание, т,е,протекает процесс изобарного подводатеплоты к рабочему телу, представляющему собой смесь продуктов сгораниятоплива и избыточного горячего воздуха. Температура и давление еще боглее повышается и достигают максимальных значений, При этом эффектытемпературы и давления не простосуммируются, а создается качественноновое состояние, результатом которого является достижение высокой пластичности даже труднодеформируемыхметаллов и сплавов. Затем наноситсяудар и происходит деформированиезаготовки в верхней 6 и нижней 7частях инструмента,Процесс сжатия характеризуетсястепенью сжатия, равной отношениюобъемов в начале и конце процесса.Процесс подвода теплоты характеризуется степенью предварительного расширения, равной отношению объемовв начале и конце процесса. Степеньсжатия и степень предварительногорасширения определяют термическийКПД термодинамического цикла молота,Далее протекает процесс адиабатного расширения рабочего тела в расширительном цилиндре 3. В этом процессе подведенная теплота трансфор"мируется в механическую работу: подвижные части молота быстро устремляются вверх, запасая потенциальнуюэнергию, поршень 1 б сжимает воздухв поршневой полости 18 и создаетразрежение в штоковой полости 19,что также способствует повышениюэнергии последующего удара при рабочем ходе. При этом часть теплоты аккумулируется жидким теплоносителем11 в ванне 9, что способствует предотвращению остывания поковки,63832 35 40 45 быть заблокирован,50 55 9. 15 При движении бабы 5 вверх сначалаоткрываются впускные 30, а затем выпускные 31 окна. Протекает процессотвода теплоты вместе с выпускнымигазами по трубопроводу 33. Объем рас ширительного цилиндра 3 и камеры 2 сгорания через воздушный фильтр 3, трубопровод 32 и впускные окна 30 заполняется зарядом свежего воздуха по бесклапанной системе петлевого газообмена;Выпускные газы, имеющие достаточно высокую внутреннюю энергию, через трубопровод 33 и входной патрубок 35 попадают в газовую турбину 36, В результате расширения выпускных газовв газоврй турбине 36 их внутреннлл энергия трансформируется в механическую работу и электрогенератор 37 приводится во вращение от газовой турбины 36 через передачу 38, Вырабатываемая электрогенератором 37 электроэнергия по кабелю передается в электродвигатель 10 и трансформируетсяпоследним в высокопотенциальную теплоту. Жидкий теплоноситель 11 в ванне 9 и погруженная в нее заготовка дополнительно подогреваютсл и пластифицируются. Степень деформации заготовки повышается. Отработанные газы через выходной. диффузор 75, коленчатый трубопровод 76, кольцевой коллектор 77 и фильтр-дожигатель 78 выбрасываются в атмосферу, в результате чего термодинамический цикл замыкается. Осуществлением процесса продолженного расШирения в газовой турбине36 достигается беззатратная трансформация.низкопотенциальной теплоты выпусКных газов в высокопотенциальнуютеплоту нагрева заготовки; Шток 17 при движении вверх заклинивает разрезную цангу 52 и увлекает ее вместе со втулкой 53, несмотря на сопротивление пружинных фиксаторов5 ч, Движение втулки 53 заставляетрычаги 61 и пружины 62 растяжениязаклинивать дополнительную разрезную цангу 60,что затормаживает движение штока 17 вверх, Дойдя до определенного положения, шток 17 устремляется вниз, а дополнительная разрезная цанга 60 из-за трения о шток 17дополнительно самозаклинивается, надежно охватывает шток 17 и препятствует его дальнейшему движению, т.е.нанесению повторного удара,1 ОПри необходимости многоударнойработы молота трубопровод 61 соединяется со сливом, во время хода штока 17 вниз вследствие сил трения ошток 17 разрезная цанга 52 расклинивается, преодолевая усилие пружин 55,и не мешает движению штока 17 вниз,накопленная потенциальная энергиявновь расходуется на деформированиеозаготовки. Повторяются вышеописанныепроцессы, составллющие замкнутый термодинамический цикл с продолженнымрасширением.При движении бабы 5 вниз, еслидавление в поршневой полости 8 станет ниже атмосферного в результатенеизбежных утечек, то обратный клапан 20 открывается и впускает допол 20 нительную порцию воздуха в поршневую.полость 18, При движении бабы 5 вверхобратный клапан 20 автоматически закрывается и не препятствует на коплению потенциальной энергии при холос 25 том ходе,При движении бабы 5 вниз, если давление в штоковой полости 19 станет выше атмосферного в результате неизбежных утечек, то прямой клапан 21 открывается и выбрасывает воздух изштоковой полости 19 в атмосферу, При движении бабы 5 вверх. прямой клапан21 автоматически закрывается и не пепятствует накоплению потенциальнойэнергии за счет создания разреженияв штоковой полости 19 при холостомходе,При длительных остановках, когдабаба 5 находится в нижнем положениии верхняя часть 6 инструмента покоится на его нижней части 7, пуск молотаосуществляется, как отмечалось выше,через автоматический пусковой клапан путем подачи энергоносителя в штоковую полость 19. В этом случае на период пуска прямой клапан 21 должен Как указывалось выше, в роторном исполнении предлагаемый молот обеспечивает многооперационную ковку, В этом случае механизм 66 шагового поворота периодически поворачивает барабан 65 на определенный угол, уем достигается многооперационная одновременная ковка нескольких заготовок.Операции выполняются последовательнона нескольких рабочих позициях и прошедшие все операции заготовки выгру 1115638жаются через погрузо-разгрузочныйсектор 74,формула изобоетенияВысокоскоростной молот, содержащий5 установленный на станине между рабочим цилиндром и штамповым пространством ствол с бабой, расположенную конентрично стволу и соединенную со Штоками приводных цилиндров гильзу с узлами герметизации штампового пространства и смонтированный в стенке ствола узел подачи топливной смеси,32 12о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПЦ, он снабженгазовой турбиной, электрогенератором и установленной в штамповом пространстве ванной с теплоносителем и электронагревателем теплоносителя, встволе над узлом подачи топливнойсмеси выполнен канал, посредствомпоследнего газовая турбина соединенас полостью ствола, при этом электрогенератор кинематически соединен сгазовой турбиной и электрически - сэлектронагревателем теплоносителя,,Датаи Корр дпис Заказ 11 НИИПИ Госу КНТ СССР крытия д. 4/5 льский комбинат "Патент", г.ужгород, ул,Гагарина изводственно-из Сос ин Тех