RU2779735C2 - Centrifugal press flywheel (options) - Google Patents
Centrifugal press flywheel (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779735C2 RU2779735C2 RU2021130565A RU2021130565A RU2779735C2 RU 2779735 C2 RU2779735 C2 RU 2779735C2 RU 2021130565 A RU2021130565 A RU 2021130565A RU 2021130565 A RU2021130565 A RU 2021130565A RU 2779735 C2 RU2779735 C2 RU 2779735C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flywheel
- ring
- rotation
- press
- possibility
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 41
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 41
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000036633 rest Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механическим прессам, использующим в своей работе центробежные силы. Кроме этого оно может найти применение как механизм для преобразования вращательного движения в поступательное.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to mechanical presses using centrifugal forces in their work. In addition, it can be used as a mechanism for converting rotational motion into translational.
Как цельная конструкция, среди известных в технике машин и прессового оборудования, данное изобретение аналогов не имеет.As an integral structure, among the machines and press equipment known in the art, this invention has no analogues.
Но отдельная и главная ее часть - рабочий орган пресса, внешне похож и имеет в качестве прототипа стальной ленточный маховик, только с двумя отличиями от классической конструкции. Самое главное - это отсутствие внутренней части со ступицей, которая не позволяла маховику менять форму. И второе отличие - поворот оси вращения относительно витков ленты, что привело к нарушению внутреннего равновесия (баланса сил) в ободе маховика и создало возможность для преобразования вращательного движения в поступательное.But its separate and main part - the working body of the press, is outwardly similar and has a steel belt flywheel as a prototype, with only two differences from the classical design. The most important thing is the absence of an internal part with a hub, which did not allow the flywheel to change shape. And the second difference is the rotation of the axis of rotation relative to the turns of the tape, which led to a violation of the internal balance (balance of forces) in the flywheel rim and made it possible to convert the rotational motion into translational.
А по способу создания усилия, центробежный пресс, как видно из его названия, имеет сходство с центрифугой, использующей те же центробежные силы, только в ней они действуют напрямую на обрабатываемый объект, и их уровень (при равном ускорении) полностью зависит от его массы, которая имеет свои ограничения. В данном же изобретении, центробежные силы возникают в боковых частях вращающегося маховика, и уже оттуда передаются на саму заготовку. А поскольку масса маховика может быть очень большой, на несколько порядков превышать массу заготовки, то и его эффективность будет во столько же раз выше, чем в случае с центрифугой.And according to the method of creating force, a centrifugal press, as its name implies, is similar to a centrifuge using the same centrifugal forces, only in it they act directly on the object being processed, and their level (with equal acceleration) completely depends on its mass, which has its limitations. In this invention, centrifugal forces arise in the side parts of the rotating flywheel, and from there are transferred to the workpiece itself. And since the mass of the flywheel can be very large, exceeding the mass of the workpiece by several orders of magnitude, then its efficiency will be as many times higher than in the case of a centrifuge.
Схема центробежного пресса в нерабочем состоянии изображена на фиг. 1The scheme of the centrifugal press in the idle state is shown in Fig. one
Устройство состоит из станины 1 внутри которой расположен рабочий орган пресса -кольцо 2 ленточного маховика, имеющее форму овала вытянутого по вертикали. Оно закреплено на держателях кольца 3, которые насажены на валы вращения 4, верхний из которых, имея возможность двигаться вверх-вниз, выходит наружу станины и удерживается в верхнем положении пружиной 5. Нижний вал вращения 4 выходит через ферму станины наружу и соединяется с валом электропривода, который на схеме не показан. К держателям кольца 3 крепятся стальные плиты 6, на нижнюю из которых установлена заготовка 7.The device consists of a
Схема центробежного пресса в рабочем состоянии изображена на фиг. 2The scheme of the centrifugal press in operation is shown in Fig. 2
После начала вращения маховика на боковые части кольца 2 начинают действовать центробежные силы, приводящие к его деформации и опусканию верхней части вместе с кольцедержателем 3 и плитой 6 на заготовку 7. После достижения маховиком расчетных оборотов, усилие пресса возрастает настолько, что начинает превышать предел текучести материала заготовки и она начинает деформироваться. После совершения прессом полезной работы, вращение маховика замедляют, применяя пассивное или активное (рекуперативное) торможение. После его остановки, под действием сил упругости кольца 2 и пружины 5, обод маховика выпрямляется, занимая верхнее положение. На этом рабочий цикл пресса завершается.After the start of the flywheel rotation, centrifugal forces begin to act on the side parts of the
Как видно из приведенного описания, рабочим органом пресса является стальной ленточный маховик, только не с цельной обмоткой, а полый - с удаленной сердцевиной, витки которого могут свободно скользить относительно друг друга. Благодаря такой конструкции, кольцо или обод маховика может деформироваться с достаточной амплитудой, меняя свою форму с овальной на круглую и обратно.As can be seen from the above description, the working body of the press is a steel tape flywheel, but not with a solid winding, but hollow - with a removed core, the turns of which can freely slide relative to each other. Thanks to this design, the flywheel ring or rim can be deformed with sufficient amplitude, changing its shape from oval to round and vice versa.
Из теории машин известно, что в классическом ленточном маховике ось вращения перпендикулярна плоскости намотки ленты, а сам он представляет цельную конструкцию без возможности изменения формы. Поэтому центробежные силы возникающие в таком маховике при вращении, направлены радиально от его центра и полностью уравновешивают друг друга, не вызывая никаких внутренних деформаций и перемещений, а сама лента работает только на растяжение (вид сверху на фиг. 3).It is known from the theory of machines that in a classical tape flywheel the axis of rotation is perpendicular to the plane of the tape winding, and the flywheel itself is an integral structure without the possibility of changing its shape. Therefore, the centrifugal forces arising in such a flywheel during rotation are directed radially from its center and completely balance each other without causing any internal deformations and movements, and the tape itself only works in tension (top view in Fig. 3).
Но вышеописанная картина совершенно изменится, если вместо цельного взять полый маховик, а ось его вращения повернуть на 90°, расположив ее параллельно плоскости намотки ленты. В результате этого векторы центробежных сил совершат разворот в той же плоскости и станут параллельными друг другу и перпендикулярными оси вращения (показано стрелками на фиг. 4). При этом горизонтальная составляющая этих сил достигнет максимума, а их вертикальная составляющая (проекция центробежных сил на ось вращения), наоборот станет равной нулю.But the above picture will completely change if instead of a solid flywheel we take a hollow flywheel, and rotate its axis of rotation by 90 °, placing it parallel to the plane of the tape winding. As a result, the vectors of centrifugal forces will make a turn in the same plane and become parallel to each other and perpendicular to the axis of rotation (shown by arrows in Fig. 4). In this case, the horizontal component of these forces will reach a maximum, and their vertical component (the projection of centrifugal forces on the axis of rotation), on the contrary, will become equal to zero.
Теперь баланс сил в кольце маховика будет нарушен и на его полюсах (в точках пересечения с осью вращения) возникнут силы P1 и P2 направленные внутрь кольца, под действием которых оно начнет деформироваться и давить на заготовку, совершая тем самым полезную работу.Now the balance of forces in the flywheel ring will be disturbed and at its poles (at the points of intersection with the axis of rotation) forces P 1 and P 2 will appear directed inside the ring, under the influence of which it will begin to deform and put pressure on the workpiece, thereby doing useful work.
Главной характеристикой пресса является развиваемое им усилие, которое полностью определяется центробежными силами Fц действующими на массу заключенную в ободе маховика, которые можно найти по формуле:The main characteristic of the press is the force it develops, which is completely determined by the centrifugal forces F c acting on the mass enclosed in the flywheel rim, which can be found by the formula:
где m - масса маховика в кг;where m is the mass of the flywheel in kg;
а - центробежное ускорение в м/с2;a - centrifugal acceleration in m / s 2 ;
V - линейная скорость обода маховика в м/с;V is the linear speed of the flywheel rim in m/s;
R - радиус вращения обода маховика (среднее значение) в метрах.R is the radius of rotation of the flywheel rim (average value) in meters.
Из этой формулы следует вывод, что усилие пресса пропорционально кинетической энергии маховика (mV2) и обратно пропорционально его диаметру.From this formula it follows that the press force is proportional to the kinetic energy of the flywheel (mV 2 ) and inversely proportional to its diameter.
Дальше, в качестве примера для расчета, возьмем кольцо намотанное из стальной ленты с внешним диаметром 3 м, средним радиусом вращения 1,2 м, шириной обода 0,6 м и массой равной 20000 кг, а линейную скорость движения зададим 500 м/сек. Подставив эти значения в формулу получим результат 4170000000 Н, из которых только небольшая ее часть принимает участие в создании полезной силы P1 (см. фиг. 4). Условно примем, что на ее долю приходится четвертая часть из суммарных сил Fц. Тогда разделив полученный результат 4170 МН на 4 и переведя ньютоны в тонны, получим, что при круговой скорости вращения в 70 об/сек маховичное кольцо массой 20 т создает полезное усилие P1 равное 100000 тонна-сил.Further, as an example for calculation, we take a ring wound from a steel tape with an outer diameter of 3 m, an average radius of rotation of 1.2 m, a rim width of 0.6 m and a mass of 20,000 kg, and we set the linear speed of movement to 500 m / s. Substituting these values into the formula, we get the result 4170000000 N, of which only a small part of it takes part in the creation of the useful force P 1 (see Fig. 4). We conditionally accept that it accounts for a fourth of the total forces F c . Then, dividing the result of 4170 MN by 4 and converting newtons to tons, we get that at a circular rotation speed of 70 rpm, a flywheel ring with a mass of 20 tons creates a useful force P 1 equal to 100,000 tons-force.
Надо понимать, что приведенный выше способ вычисления является весьма приближенным и пригодным только для грубой оценки усилия центробежного пресса.It should be understood that the above method of calculation is very approximate and suitable only for a rough estimate of the force of a centrifugal press.
Тем не менее он наглядно показывает какую колоссальную мощь способны создать центробежные силы во вращающемся маховике и свидетельствует о высоких удельных характеристиках данной машины, ведь пресс на максимальных оборотах способен развить усилие превосходящее его собственную массу в 5000 раз!Nevertheless, it clearly shows what colossal power centrifugal forces can create in a rotating flywheel and testifies to the high specific characteristics of this machine, because the press at maximum speed is able to develop a force that exceeds its own weight by 5000 times!
Конечно, в нее не вошла масса самой станины и другого оборудования, но все равно это очень высокий показатель и для сравнения скажем, что у самого мощного гидравлического пресса НКМЗ с усилием в 70000 тонн, он составляет всего 4 единицы, что на три порядка меньше, чем у центробежного пресса.Of course, it did not include the mass of the frame itself and other equipment, but still this is a very high figure and for comparison, let's say that the most powerful hydraulic press of NKMZ with a force of 70,000 tons has only 4 units, which is three orders of magnitude less, than a centrifugal press.
Если теперь пропорционально увеличить размеры маховика в три с лишним раза, доведя наружный диаметр до 10 м и сохранив туже линейную скорость в 500 м/сек, то его масса увеличится до 700 т, а усилие пресса вырастит до 1000000 тонна-сил.If we now proportionately increase the size of the flywheel by more than three times, bringing the outer diameter to 10 m and maintaining the same linear speed of 500 m / s, then its mass will increase to 700 tons, and the press force will increase to 1,000,000 tons-force.
Если дальше продолжить туже операцию с увеличением размеров, то получим пресс с диаметром маховика 30 м, а его масса уже составит 20000 т, а усилие вырастит до 10000000 тонна-сил.If we continue the same operation with an increase in size, we will get a press with a flywheel diameter of 30 m, and its mass will already be 20,000 tons, and the force will increase to 10,000,000 tons-force.
Из полученных результатов видно, что при увеличении линейных размеров маховика, масса его кольца растет в кубической степени, усилие пресса только в квадрате, а удельная мощность наоборот, снижается в линейной зависимости.From the obtained results it can be seen that with an increase in the linear dimensions of the flywheel, the mass of its ring grows to a cubic degree, the press force is only squared, and the specific power, on the contrary, decreases in a linear relationship.
Подводя итог сказанному отметим, что главное достоинство данного изобретения, является сверхбольшое усилие создаваемое центробежным прессом при относительно малых размерах и массе установки, что позволяет строить очень мощные прессы при меньших финансовых затратах, по сравнению с их гидравлическими аналогами.Summarizing the above, we note that the main advantage of this invention is the super-high force generated by a centrifugal press with a relatively small size and weight of the installation, which allows you to build very powerful presses at lower financial costs compared to their hydraulic counterparts.
Кроме вышеперечисленных достоинств, данная конструкция обладает и серьезными недостатками.In addition to the above advantages, this design has serious disadvantages.
1. Поскольку обрабатываемая заготовка располагается внутри маховика и вращается вместе с ним, то на нее также действуют центробежные силы, которые могут привести к ее деформации и даже разрушению.1. Since the workpiece is located inside the flywheel and rotates with it, centrifugal forces also act on it, which can lead to its deformation and even destruction.
2. Вращающийся маховик на рабочих оборотах обладает очень высокой кинетической энергией, часть которой при его торможении неизбежно будет потеряна, что указывает на его невысокий энергетический КПД.2. A rotating flywheel at operating speed has a very high kinetic energy, part of which will inevitably be lost during its braking, which indicates its low energy efficiency.
3. На разгон маховика и последующее его торможение уходит довольно много времени, что растягивает рабочий цикл и снижает его производительность. Из этого, в свою очередь, вытекает четвертый недостаток пресса.3. It takes a lot of time to accelerate the flywheel and then decelerate it, which stretches the duty cycle and reduces its performance. From this, in turn, follows the fourth disadvantage of the press.
4. Это невозможность оперативно регулировать его усилие и точно дозировать перемещение "траверсы" пресса, что для некоторых технологических операциях над заготовкой, является важным фактором получения изделия высокого качества. Следует уточнить, что это перемещение вообще не поддается прямому регулированию и как-то воздействовать на этот процесс возможно только косвенным путем - через изменение усилия, а значит и оборотов маховика.4. This is the impossibility to quickly regulate its force and accurately dose the movement of the "traverse" of the press, which for some technological operations on the workpiece is an important factor in obtaining a high quality product. It should be clarified that this movement is generally not amenable to direct regulation and somehow influence this process is possible only indirectly - through a change in effort, and hence the speed of the flywheel.
5. Быстровращающийся обод маховика, подобно вентилятору, создает вокруг себя мощный вихревой поток, что делает невозможным для обслуживающего персонала находиться рядом с ним, а также резко увеличивает энергетические потери на трение о воздух, дополнительно снижая его КПД.5. The fast-rotating rim of the flywheel, like a fan, creates a powerful vortex around itself, which makes it impossible for maintenance personnel to be near it, and also sharply increases energy losses due to air friction, further reducing its efficiency.
6. К мелким недостаткам пресса можно отнести вибрацию его маховика и сложность наблюдения за быстровращающейся заготовкой.6. Minor shortcomings of the press include the vibration of its flywheel and the difficulty of monitoring a rapidly rotating workpiece.
Все перечисленные выше недостатки имеют те или иные способы их полного или частичного устранения, рассмотрению которых будет посвящена дальнейшая часть статьи.All the disadvantages listed above have one or another way to eliminate them completely or partially, which will be discussed in the rest of the article.
Дополнительные виды конструкций центробежного пресса.Additional types of centrifugal press designs.
Кроме однокольцевой схемы маховика его можно изготовить в виде двух взаимосвязанных ленточных колец, имеющих общую ось вращения и расположенных под некоторым углом друг к другу, где в качестве основного варианта выбран угол равный 90°, как это показано на фиг. 5 (вид сверху). Причем ленты этих колец, пересекаясь на полюсах маховика, взаимно чередуются, как это показано на фиг. 6, на которой представлено продольное сечение верхней части одного из колец.In addition to the single-ring scheme of the flywheel, it can be made in the form of two interconnected tape rings having a common axis of rotation and located at some angle to each other, where the angle equal to 90° is chosen as the main option, as shown in Fig. 5 (top view). Moreover, the tapes of these rings, intersecting at the poles of the flywheel, mutually alternate, as shown in Fig. 6, which shows a longitudinal section through the top of one of the rings.
Плюсом такой конструкции является удвоение массы маховика, а значит и усилия пресса, при тех же его габаритах. А минусом - это сложность в изготовлении (намотке) сдвоенного маховичного кольца. Кроме этого, толщина обода в районе полюсов возрастает в два раза, что несколько снижает максимальную амплитуду хода «траверсы» пресса.The advantage of this design is doubling the mass of the flywheel, and hence the effort of the press, with the same dimensions. And the downside is the difficulty in manufacturing (winding) a double flywheel ring. In addition, the thickness of the rim in the region of the poles doubles, which somewhat reduces the maximum amplitude of the stroke of the "traverse" of the press.
При описании устройства центробежного пресса был приведен один из главных его недостатков - это вращение заготовки вместе с маховиком. Избавиться от него, а значит и от вредных центробежных сил, можно, если плиты с которыми контактирует заготовка сделать неподвижными, расположив между ними и кольцом (ободом) маховика подшипники скольжения, выполненными в виде двух дисков, и применительно к нижней его части, один из них (наружный и подвижный диск) нужно соединить со втулкой запрессованной в кольцо и далее с валом вращения маховика, сделав его полым, через который будет проходить неподвижная ось и вверху соединяться с внутренним (неподвижным) диском подшипника, а внизу, на выходе из него, она будет крепиться скобой к станине. Для ликвидации трения между дисками, в зазор между ними, необходимо подать жидкую или газообразную (желательно гелиевую) смазку под высоким давлением.When describing the device of a centrifugal press, one of its main drawbacks was given - this is the rotation of the workpiece along with the flywheel. It is possible to get rid of it, and hence of harmful centrifugal forces, if the plates with which the workpiece is in contact are made immovable by placing sliding bearings made in the form of two disks between them and the ring (rim) of the flywheel, and in relation to its lower part, one of them (outer and movable disk) must be connected with a sleeve pressed into the ring and then with the flywheel rotation shaft, making it hollow, through which the fixed axle will pass and connected at the top with the inner (fixed) bearing disk, and below, at the exit from it, it will be attached with a bracket to the frame. To eliminate friction between the discs, it is necessary to apply liquid or gaseous (preferably helium) lubricant under high pressure into the gap between them.
При этом верхняя часть пресса имеет такую же конструкцию, как и нижняя его часть, но со своими отличиями. Центральная ось, что проходит сквозь полый вал маховика, должна иметь возможность двигаться (опускаться и подниматься) одновременно вместе с ним, но при этом не вращаясь. Поэтому крепиться к станине она должна не жестко скобой, а через скользящий узел, конструкция которого очень похожа на конструкцию скользящего вала центробежного пресса, изображенного на фиг. 14 (описание см. на стр. 11).At the same time, the upper part of the press has the same design as its lower part, but with its own differences. The central axis that passes through the hollow shaft of the flywheel must be able to move (lower and rise) simultaneously with it, but without rotating. Therefore, it should be attached to the frame not rigidly with a bracket, but through a sliding assembly, the design of which is very similar to the design of the sliding shaft of the centrifugal press shown in Fig. 14 (description see page 11).
Схема, реализующая такой вариант, изображена на фиг. 7A circuit that implements this option is shown in Fig. 7
На чертеже показана нижняя часть пресса и разрезы деталей: нижний (наружный и подвижный) диск 8, который крепится к полой втулке 10, составляющей вместе с полым валом вращения 4 маховика единое целое, а также разрезы прилегающих к ним участков кольца 2 и станины 1.The drawing shows the lower part of the press and sections of parts: the lower (outer and movable)
В цельном виде изображены: центральная (неподвижная) ось 11, нижний конец которой крепится скобой 12 к станине 1, а верхний конец соединяется с верхним (внутренним и неподвижным) диском 9, на котором установлена стальная плита 6, передающая давление на заготовку. По центру неподвижной оси. И имеется сквозное отверстие (обозначено штриховыми линиями), по которому гелий движется до верхнего диска 9 и через мелкие отверстия в нем проходит в зазор между дисками и выходит наружу (на схеме показано стрелками). В свою очередь, полый вал 4 маховика, выходя наружу станины 1, через зубчатую (или иную) передачу соединяется с валом электропривода, которые на схеме не показаны.Shown in one piece: the central (fixed)
На примере пресса с усилием в 100000 тонна-сил найдем давление гелия в зазоре между плитами. При их площади равной 1 м2 оно составит 10000 атм., что очень и очень много. Поэтому на практике усилие пресса придется снизить в 2 - 3 раза, тем самым снижая и давление газа.Using the example of a press with a force of 100,000 ton-force, we find the helium pressure in the gap between the plates. With their area equal to 1 m 2 , it will be 10,000 atm., Which is very, very much. Therefore, in practice, the press force will have to be reduced by 2–3 times, thereby reducing the gas pressure.
Можно также увеличить площадь контакта плит, пропорционально увеличивая все размеры пресса и доведя диаметр маховика до 5 - 6 метров, что одновременно увеличит его стоимость.It is also possible to increase the contact area of the plates by proportionally increasing all the dimensions of the press and bringing the diameter of the flywheel up to 5 - 6 meters, which at the same time will increase its cost.
Но существует еще один способ, чтобы снизить давление газа.But there is another way to reduce the gas pressure.
Поскольку плиты, которые давят на заготовку, остаются вместе с ней неподвижными, то нет необходимости размещать ее внутри маховика. Заготовку можно вынести наружу, расположив ее между двумя маховиками, а усилие сжатия передавать на нее с помощью силовых балок.Since the plates that press on the workpiece remain motionless with it, there is no need to place it inside the flywheel. The workpiece can be taken out by placing it between two flywheels, and the compression force can be transferred to it using power beams.
Схема, реализующая такой вариант пресса, изображена на фиг. 8A circuit that implements such a variant of the press is shown in Fig. eight
В данной конструкции отсутствует станина, а ее функцию выполняет две горизонтальные балки 13, которые передают усилие от двух маховиков 2, расположенных по ее краям, через стальные плиты 6 на заготовку 7. Верхнюю балку-траверсу 13 держат на себе два гидроцилиндра 14, которые поднимают ее после окончания рабочего цикла.In this design, there is no frame, and its function is performed by two
При этом подшипник скольжения (пп. 8, 9 на фиг. 7) может, как и в предыдущем варианте, располагаться внутри маховика, а может быть вынесен наружу, как это показано на фиг. 8 (п. 15) и размещаться в углублениях по краям балок (изображены штриховыми линиями). В этом случае, вместо полого вала и центральной оси (с каждой из сторон маховика), он будет иметь только один сплошной вал, но увеличенного диаметра.In this case, the plain bearing (
Поскольку эта схема состоит уже из двух маховиков, то и давление газа в подшипнике скольжения между дисками-плитами (при том же их сечении), будет в два раза меньше. Его можно еще снизить, если количество силовых блоков (маховиков) увеличить до 3, 4, 5, 6 и так далее, расположив их симметрично по кругу относительно центра с заготовкой.Since this scheme already consists of two flywheels, the gas pressure in the plain bearing between the disk-plates (with the same cross section) will be half as much. It can be further reduced if the number of power blocks (flywheels) is increased to 3, 4, 5, 6, and so on, by placing them symmetrically in a circle relative to the center with the workpiece.
Достоинством такой конструкции центробежного пресса является неподвижность заготовки с плитами и, как следствие - отсутствие неприятных последствий (деформаций) от ее вращения. А по сравнению с вариантом на фиг. 7 ее размер больше не ограничен размером маховика и может быть таким же большим как и у гигантских гидравлических прессов.The advantage of this design of the centrifugal press is the immobility of the workpiece with plates and, as a result, the absence of unpleasant consequences (deformations) from its rotation. And compared to the variant in Fig. 7 its size is no longer limited by the size of the flywheel and can be as large as giant hydraulic presses.
Но есть у такого варианта и существенный минус - это высокие растягивающие силы, действующие на валы вращения маховиков. Поэтому они должны быть большого сечения и изготовлены из высокопрочной стали.But this option also has a significant minus - these are high tensile forces acting on the flywheel rotation shafts. Therefore, they must be of large cross section and made of high-strength steel.
В начале этой статьи было рассказано о способе получения во вращающемся маховике, необходимого для работы пресса, дисбаланса сил, путем поворота оси его вращения на 90°, благодаря чему векторы центробежных сил разворачиваются и появляются полезные силы P1 и Р2, направленные внутрь маховика (см. фиг. 4).At the beginning of this article, it was described how to obtain an imbalance of forces in a rotating flywheel, which is necessary for the operation of the press, by turning the axis of its rotation by 90 °, due to which the vectors of centrifugal forces unfold and useful forces P 1 and P 2 appear, directed inside the flywheel ( see Fig. 4).
Кроме такого способа, который можно назвать векторным, для получения того же результата существует еще один метод: это когда ось вращения маховика не меняют и она сохраняет перпендикулярное положение к плоскости намотки ленты.In addition to this method, which can be called vector, there is another method to obtain the same result: this is when the axis of rotation of the flywheel does not change and it maintains a perpendicular position to the plane of the tape winding.
В этом случае необходимый дисбаланс сил можно получить путем неравномерного распределения массы в кольце (или ободе) ленточного маховика, с удаленной центральной частью обмотки, используя два способа:In this case, the necessary imbalance of forces can be obtained by unevenly distributing the mass in the ring (or rim) of the belt flywheel, with the central part of the winding removed, using two methods:
Первый - это добавляя лишнюю (балластную) массу внутрь обода маховика на его противоположные стороны. Из-за низкой эффективности и повышенной сложности, такой способ перспектив не имеет и в данной статье не рассматривается.The first is by adding extra (ballast) mass inside the flywheel rim on its opposite sides. Due to low efficiency and increased complexity, this method has no prospects and is not considered in this article.
Второй - это меняя сечение (ширину) самого обода, одновременно увеличивая и уменьшая его на взаимно противоположных направлениях, как это показано на фиг. 9 (вид сбоку со стороны полюса маховика).The second is by changing the section (width) of the rim itself, simultaneously increasing and decreasing it in mutually opposite directions, as shown in Fig. 9 (side view from the side of the flywheel pole).
На фиг. 10 изображен тот же маховик (вид сверху), центр вращения которого совпадает с точкой пересечения координатных осей х и у, а масса его обода вблизи оси х больше, а вблизи оси у меньше среднего значения. Из-за этого возникает неравенство между центробежными силами Fц.y (сумма проекций векторов Fц на ось у) и Fц.х (сумма проекций векторов Fц на ось х). В результате возникшего дисбаланса сил, на полюсах маховика (в точках пересечения с осью у), появляются силы давления P1 и Р2 направленные внутрь кольца, которые можно использовать для обработки (деформации) заготовки.In FIG. 10 shows the same flywheel (top view), the center of rotation of which coincides with the intersection point of the coordinate axes x and y, and the mass of its rim near the x axis is greater, and near the y axis is less than the average value. Because of this, an inequality arises between the centrifugal forces F c.y (the sum of the projections of the vectors F c on the y axis) and F c.x (the sum of the projections of the vectors F c on the x axis). As a result of the resulting imbalance of forces, at the poles of the flywheel (at the points of intersection with the y-axis), pressure forces P 1 and P 2 appear directed inside the ring, which can be used to process (deform) the workpiece.
Значения этих сил (в случае, когда обод маховика имеет круглую геометрию) можно рассчитать по формуле: P1+Р2=Fц.х-Fц.у The values of these forces (in the case when the flywheel rim has a circular geometry) can be calculated by the formula: P 1 + P 2 \u003d F c.x -F c.y
Схема, реализующая такой вариант пресса, изображена на фиг. 11 (вид сбоку) и на фиг. 12 (вид сверху).A circuit that implements such a variant of the press is shown in Fig. 11 (side view) and in FIG. 12 (top view).
Вместо станины данный пресс использует круглую платформу 16 с утолщением в центре, насаженную на вал вращения, который закреплен в основании пресса 17 и к которому подключается силовой электропривод (на схеме не показан). Кольцо маховика 2 установлено на двух кольцедержателях 3, которые свободно и синхронно передвигаются от центра платформы к ее периферии и обратно. В режиме вращения усилие с обода маховика передается от его полюсов через стальные плиты 6 на заготовку 7, которые свободно скользят по стальному брусу 18.Instead of a frame, this press uses a
Центробежный пресс, построенный по такой схеме, имеет свои достоинства: простоту конструкции и отсутствие станины, небольшие габариты и низкое воздушное сопротивление.A centrifugal press built according to this scheme has its advantages: simplicity of design and lack of a frame, small dimensions and low air resistance.
Однако, конструктивные особенности данной схемы, не позволяют создать достаточно большой дисбаланс масс (а значит и сил) в ободе маховика. Поскольку при оптимальном соотношении ширины его обода на полюсах и периферии 1 к 2, на долю тяжелой части маховика приходится 58% массы, а на долю легкой части - 42%, что составляет разницу всего 16% (от общей массы маховика), которая и создает необходимый (полезный) дисбаланс сил в центробежном прессе. Это в теории, а на практике эта величина будет еще меньше из-за отрицательного влияния стальных плит передающих давление на заготовку, и учитывая меньшую максимальную скорость вращения маховика (из-за малой ширины его обода в районе полюсов), то реальный показатель его эффективности будет еще меньше и составит примерно 10%.However, the design features of this scheme do not allow creating a sufficiently large imbalance of masses (and hence forces) in the flywheel rim. Since, with the optimal ratio of the width of its rim at the poles and the periphery of 1 to 2, the heavy part of the flywheel accounts for 58% of the mass, and the light part accounts for 42%, which is a difference of only 16% (of the total mass of the flywheel), which creates the necessary (useful) imbalance of forces in the centrifugal press. This is in theory, but in practice this value will be even less due to the negative effect of steel plates transmitting pressure on the workpiece, and given the lower maximum flywheel rotation speed (due to the small width of its rim near the poles), the real indicator of its effectiveness will be even less and will be about 10%.
Поэтому, по удельным силовым характеристикам, такой пресс будет уступать прессу с вертикально расположенным маховиком (с векторным дисбалансом сил), у которого этот показатель в теории и на практике доходит до 50%, из-за чего, при равной массе, он будет иметь пятикратное превосходство в усилии.Therefore, in terms of specific power characteristics, such a press will be inferior to a press with a vertically located flywheel (with a vector imbalance of forces), in which this indicator in theory and in practice reaches 50%, due to which, with an equal mass, it will have a fivefold superiority in effort.
Имеются у такой конструкции и другие, более мелкие изъяны, которые вместе с главным недостатком, делают ее использование экономически не выгодным и технически не целесообразным на практике.This design also has other, smaller flaws, which, together with the main drawback, make its use economically unprofitable and technically unfeasible in practice.
Дополнительные виды конструкций центробежного пресса с неподвижной заготовкой и гелиевой смазкой.Additional types of designs of a centrifugal press with a fixed workpiece and helium lubrication.
Выше в описании (на стр. 5, 6) был приведен вариант пресса с неподвижной заготовкой, который имеет своим недостатком невозможность прямого соединения электродвигателя с валом маховика. Избавиться от центральной оси, мешающей это сделать, можно, если перейти от пассивного подшипника скольжения к его активному варианту, имеющем в нижнем (наружном и подвижном) диске встроенную обмотку электродвигателя, а в верхнем (внутреннем и неподвижном) диске - встроенные постоянные магниты.Above in the description (on
Благодаря такой конструкции при подаче на обмотку переменного напряжения, в зазоре между дисками возникает вращающееся магнитное поле, которое увлекает за собой верхний диск с постоянными магнитами. Таким образом при вращении вала маховика в одну сторону, верхний диск с установленной на нем заготовкой, начнет вращаться в противоположную сторону, оставаясь относительно станины неподвижным, или двигаясь вслед за маховиком с малой скоростью.Thanks to this design, when an alternating voltage is applied to the winding, a rotating magnetic field arises in the gap between the disks, which drags the upper disk with permanent magnets along with it. Thus, when the flywheel shaft rotates in one direction, the upper disk with the workpiece installed on it will begin to rotate in the opposite direction, remaining stationary relative to the frame, or moving after the flywheel at low speed.
Поэтому необходимость в центральной оси, которая удерживала верхнюю плиту от вращения, соединяясь со станиной посредством скобы, полностью отпадает. И теперь вал маховика можно напрямую (а не через зубчатую передачу) соединить с валом электропривода. При этом в обоих валах (маховика и электродвигателя) должно быть центральное сквозное отверстие, по которому газ гелий будет поступать вверх к подшипнику скольжения. Также по нему будет проходить кабель, питающий обмотки электродвигателя в нижнем (подвижном) диске подшипника. И поскольку электрокабель будет вращаться вместе с маховиком, перед его вводом в отверстие вала электродвигателя, должно располагаться устройство (электрическая муфта), разделяющая неподвижную часть кабеля на входе и его подвижную часть на выходе через скользящие контакты. При этом корпус электромуфты будет находиться под очень высоким давлением гелия, и, чтобы его выдержать, он должен иметь толстые стенки и быть изготовлен из высокопрочного материала.Therefore, the need for a central axis, which kept the top plate from rotating, connected to the frame by means of a bracket, is completely eliminated. And now the flywheel shaft can be connected directly (and not through a gear train) to the drive shaft. In this case, in both shafts (flywheel and electric motor) there must be a central through hole through which helium gas will flow upwards to the plain bearing. Also, a cable will pass through it, feeding the motor windings in the lower (moving) bearing disk. And since the electric cable will rotate with the flywheel, before entering it into the hole of the motor shaft, there must be a device (electric coupling) that separates the fixed part of the cable at the input and its movable part at the output through sliding contacts. In this case, the body of the electrofusion will be under a very high pressure of helium, and in order to withstand it, it must have thick walls and be made of high-strength material.
Схема, реализующая такой вариант пресса, изображена на фиг. 13A circuit that implements such a variant of the press is shown in Fig. 13
На чертеже показана нижняя часть пресса, состоящая из кольца 2 маховика, в ленту которого запрессована втулка, которая вверху соединяется с наружным (подвижным) диском 8 подшипника скольжения, имеющим в своем составе электромагнитные катушки 19 вспомогательного электродвигателя, а снизу она соединяется с валом вращения 4, который выходя из станины 1, подключается к валу силового электродвигателя 20, на нижнем конце которого располагается электрическая муфта 21, имеющая два входа: для гелия и питающего кабеля. В свою очередь, на внутреннем (неподвижном) диске 9 подшипника скольжения, содержащего в себе постоянные магниты 22, располагается стальная плита 6, передающая давление на заготовку. Вдоль центральной оси электродвигателя и вала маховика, а также втулки и наружного диска имеются сквозные отверстия, по которому гелий поднимается до внутреннего диска 9 и через мелкие отверстия в нем проходит в зазор между дисками, и далее выходит наружу подшипника (на схеме показано стрелками).The drawing shows the lower part of the press, consisting of a
При этом верхняя часть пресса может быть выполнена по старой схеме (полый вал с центральной осью) или иметь такую же конструкцию, что и нижняя ее часть (с электромагнитами), или совершенно новую, которая будет описана ниже.In this case, the upper part of the press can be made according to the old scheme (a hollow shaft with a central axis) or have the same design as its lower part (with electromagnets), or a completely new one, which will be described below.
Поскольку верхняя часть пресса является пассивной (без силового электропривода), то весь этот узел можно изготовить совершенно по-другому, а именно: сделать вал маховика независимым (полусвободным), отделив его от самого маховика. Благодаря этому он может оставаться неподвижным, но по-прежнему выполнять свою функцию: удерживать обод маховика от смещения (центрировать его) и поднимать его после окончания рабочего цикла.Since the upper part of the press is passive (without a power drive), this entire assembly can be made in a completely different way, namely: to make the flywheel shaft independent (semi-free), separating it from the flywheel itself. Thanks to this, it can remain stationary, but still perform its function: keep the flywheel rim from moving (center it) and raise it after the end of the work cycle.
Теперь уже неподвижный вал будет проходить сквозь полую втулку, запрессованную в обод маховика, и далее через отверстие в верхнем (наружном) диске подшипника скольжения он на выходе будет соединяться с нижним (внутренним) диском этого же подшипника. Как и прежде, через центральное отверстие неподвижного вала, к дискам подшипника должна подаваться гелиевая смазка.Now the stationary shaft will pass through a hollow sleeve pressed into the flywheel rim, and then through the hole in the upper (outer) disk of the plain bearing, it will be connected at the output to the lower (inner) disk of the same bearing. As before, helium lubricant must be supplied to the bearing disks through the central hole of the fixed shaft.
Поскольку на вал с неподвижным диском со стороны вращающегося диска подшипника, будет действовать момент вращения, его необходимо будет купировать.Since a torque will act on the shaft with a fixed disk from the side of the rotating disk of the bearing, it will need to be stopped.
В первом варианте конструкции, что изображена на фиг. 7 (применительно к верхней ее части) это достигалось с помощью центральной оси, которая крепилась к станине через скользящий узел и удерживала диск подшипника от проворачивания.In the first design variant, as shown in Fig. 7 (in relation to its upper part), this was achieved using a central axis, which was attached to the frame through a sliding assembly and kept the bearing disk from turning.
Во втором варианте конструкции (фиг. 13) момент вращения купировался обмоткой электродвигателя, создающей электромагнитный момент с противоположным знаком.In the second version of the design (Fig. 13), the torque was stopped by the motor winding, which creates an electromagnetic torque with the opposite sign.
Третий вариант конструкции идентичен первому, только центральную ось здесь заменяет полусвободный (полуподвижный) вал маховика, который конструктивно выполнен так: его наружный конец с полукруглой головкой имеет по бокам два выступа (ушка), входящие в пазы двух реек, установленных вертикально наверху станины по бокам от верхнего вала с пружиной. Благодаря этому вал маховика может двигаться вверх-вниз (одновременно с ободом), но при этом не поворачиваясь.The third design option is identical to the first, only the central axis here is replaced by a semi-free (semi-movable) flywheel shaft, which is structurally designed as follows: its outer end with a semicircular head has two protrusions (lugs) on the sides that enter the grooves of two rails installed vertically at the top of the frame on the sides from the top shaft with a spring. Thanks to this, the flywheel shaft can move up and down (simultaneously with the rim), but without turning.
Как видно из описания, третий вариант конструкции верхней части пресса, является самым лучшим, так как содержит меньше деталей и не требует питающего напряжения. А нельзя ли упростить и нижнюю часть пресса, исключив из нее электродвигатель в подшипнике скольжения вместе с кабелем и муфтой?As can be seen from the description, the third design option for the top of the press is the best, as it contains fewer parts and does not require a supply voltage. Is it possible to simplify the lower part of the press, excluding from it the electric motor in the plain bearing along with the cable and the coupling?
Есть один простой способ как это сделать. Для этого нужно механически связать (соединить) оба внутренних (неподвижных) диска подшипников скольжения в единое целое, путем установки между ними перемычки. Соединение должно быть мягким (подвижным) в продольном направлении (вдоль оси вращения) и жестким в поперечном направлении. Конструктивно его можно выполнить в виде двух гибких полуколец, своими концами соединяющие оба диска в единое целое, как это показано на фиг. 14 (п. 23). Также как и обод маховика, это кольцо имеет овальную форму, вытянутую по вертикали. Оно может быть изготовлено из металлической ленты, но только более толстой, чем лента маховика, и из более дешевой стали. Можно пойти еще дальше, увеличив жесткость полуколец настолько, что они смогут держать вес верхней части маховика и после окончания рабочего цикла поднимать ее вверх без помощи пружины, что позволит исключить ее из конструкции пресса.There is one easy way to do this. To do this, it is necessary to mechanically connect (connect) both internal (fixed) disks of plain bearings into a single whole by installing a jumper between them. The connection must be soft (movable) in the longitudinal direction (along the axis of rotation) and rigid in the transverse direction. Structurally, it can be made in the form of two flexible half-rings, with their ends connecting both disks into a single whole, as shown in Fig. 14 (para. 23). Like the flywheel rim, this ring has an oval shape, elongated vertically. It can be made from metal band, but only thicker than the flywheel band, and from cheaper steel. You can go even further by increasing the rigidity of the half rings so that they can support the weight of the upper part of the flywheel and, after the end of the working cycle, lift it up without the help of a spring, which will eliminate it from the design of the press.
Таким образом, центробежный пресс-маховик с неподвижной заготовкой, будет состоять из двух ленточных колец: большого кольца-маховика, вращение которого создает нужное давление и малого кольца-перемычки, диаметром и толщиной меньше главного, конструктивно соединенного с неподвижными дисками подшипников скольжения и способного заменить возвратную пружину.Thus, a centrifugal press flywheel with a stationary workpiece will consist of two belt rings: a large flywheel ring, the rotation of which creates the necessary pressure, and a small jumper ring, with a diameter and thickness smaller than the main one, structurally connected to the fixed disks of plain bearings and capable of replacing return spring.
Схема, реализующая такой вариант пресса, изображена на фиг. 14A circuit that implements such a variant of the press is shown in Fig. fourteen
На нижнем валу вращения 4 жестко закреплены (запрессованы) кольцо 2 маховика и нижний (наружный) диск 8 подшипника скольжения, на короткую ось которого насажен верхний (внутренний) диск 9 того же подшипника. Оба внутренних диска 9 с двух сторон соединены гибкой перемычкой 23, при этом верхний из дисков прикреплен к концу верхнего (полуподвижного) вала на оси которого свободно вращаются, скрепленные вместе, кольцо 2 маховика и верхний (наружный) диск 8 подшипника скольжения. Пройдя полую втулку маховика, этот вал выходит наружу станины, где удерживается в верхнем положении пружиной 5, по бокам от которой расположены две направляющие рейки 24, имеющие внутренние пазы, по которым при опускании и подъеме маховика, скользят два выступа (ушка), расположенные на полукругом конце верхнего вала. Оба вала маховика, а также вал электродвигателя (который на схеме не показан), имеют сквозные центральные отверстия, по которым газ гелий под высоким давлением поступает к дискам подшипников скольжения, и, пройдя которые, он свободно выходит наружу.On the
Кроме независимого способа подачи газа к дискам подшипников скольжения, также возможен зависимый вариант, когда к одному из подшипников гелий подают не напрямую через отверстие в вале, а посредственно - от второго, противоположного подшипника скольжения, сделав отвод от его внутреннего (неподвижного) диска, и далее по гибкому трубопроводу высокого давления его направляют к внутреннему (неподвижному) диску первого подшипника. Но такой способ применим только для вариантов с жестко закрепленными (относительно станины) внутренними дисками подшипников скольжения, что изображены на фиг. 7 и фиг. 14. А вариант с "мягким" креплением (см. фиг. 13), для этого не подходит, т.к. предполагает проскальзывание между внутренними дисками, что неизбежно приведет к повреждению трубопровода.In addition to an independent method of supplying gas to the disks of plain bearings, a dependent variant is also possible, when helium is supplied to one of the bearings not directly through a hole in the shaft, but indirectly - from the second, opposite plain bearing, by making a tap from its inner (fixed) disk, and then it is directed to the inner (fixed) disk of the first bearing through a flexible high-pressure pipeline. But this method is applicable only for variants with rigidly fixed (relative to the frame) inner disks of plain bearings, which are shown in Fig. 7 and FIG. 14. And the option with a "soft" mount (see Fig. 13) is not suitable for this, because. involves slippage between the inner discs, which will inevitably lead to pipeline damage.
Такой способ подачи гелия особенно подходит для варианта с внутренней перемычкой (см. фиг. 14), т.к. трубопровод (или трубопроводы) можно непосредственно закрепить по бокам кольца-перемычки, что повысит их сохранность. При этом независимой в плане смазки, лучше сделать верхнюю часть маховика (через неподвижный вал которого, газ легче подвести к верхнему подшипнику и далее вниз), а зависимой сделать нижнюю часть маховика, т.к. в этом случае отпадает необходимость в центральном отверстии электродвигателя.This way of supplying helium is especially suitable for the variant with an internal bridge (see Fig. 14), because the pipeline (or pipelines) can be directly fixed on the sides of the jumper ring, which will increase their safety. At the same time, it is better to make the upper part of the flywheel independent in terms of lubrication (through the fixed shaft of which it is easier to bring gas to the upper bearing and further down), and to make the lower part of the flywheel dependent, because. in this case, the need for the central hole of the electric motor is eliminated.
Для осуществления на практике такого (зависимого) способа подачи гелия, необходим гибкий трубопровод способный выдержать давление в несколько тысяч атмосфер и его создание является непростой технической задачей.To put into practice such a (dependent) method of supplying helium, a flexible pipeline is needed that can withstand a pressure of several thousand atmospheres, and its creation is a difficult technical task.
Для облегчения ее решения, давление газа в трубопроводе после прохождения верхнего подшипника с помощью редуктора снижают до несколько сотен атмосфер и далее после его ввода во внутренний диск нижнего подшипника, повышают на порядок при помощи компрессора, установленного в этом же диске (а за нехваткой места, то и в стальной плите к нему прилегающей). При этом энергию для своей работы он будет брать непосредственно от вращающегося вала маховика, с которым он (его ротор) будет механически связан.To facilitate its solution, the gas pressure in the pipeline after passing the upper bearing with the help of a reducer is reduced to several hundred atmospheres and then, after it is entered into the inner disk of the lower bearing, it is increased by an order of magnitude using a compressor installed in the same disk (and due to lack of space, then in the steel plate adjacent to it). At the same time, it will take energy for its work directly from the rotating shaft of the flywheel, with which it (its rotor) will be mechanically connected.
Все вышеописанные способы подачи гелия, предполагали выбрасывать газ после его использования в атмосферу помещения, после чего заново извлекать его из воздуха, что значительно увеличивало бы стоимость обслуживания центробежного пресса, поскольку этот процесс сложный и дорогостоящий.All of the above methods of supplying helium were supposed to release the gas after its use into the atmosphere of the room, and then extract it from the air again, which would significantly increase the cost of servicing the centrifugal press, since this process is complex and expensive.
Для устранения этого недостатка необходимо перейти на замкнутый, а значит и более экономичный цикл использования гелия, и для этого оборудовать подшипники скольжения герметичными экранами (в форме кольца, охватывающего неподвижный диск), из под которых откачивать газ вакуумным насосом и направлять его на повторное использование. Но это предполагает наличие трубопроводов низкого давления, по которому гелий будет течь в обратную сторону и размещение их в валах маховика одновременно с трубами высокого давления (особенно со стороны электродвигателя) весьма проблематично. Конечно, роль обратного трубопровода может с успехом выполнить зазор между неподвижным валом и полой втулкой маховика применительно для его верхней части, но в случае с нижним валом все обстоит значительно сложней, т.к. он является подвижным и механически связан с валом электродвигателя и поэтому произвести разделение двух газов (с высоким и низким давлением) будет весьма непростой задачей. Не будем вдаваться в подробности тех трудностей с которыми придется столкнуться инженерам-проектировщикам такой разновидности пресса, а лучше сразу перейдем к описанию его улучшенного варианта.To eliminate this shortcoming, it is necessary to switch to a closed, and therefore more economical helium use cycle, and for this to equip the plain bearings with hermetic screens (in the form of a ring enclosing a fixed disk), from under which the gas is pumped out with a vacuum pump and sent for reuse. But this implies the presence of low-pressure pipelines, through which helium will flow in the opposite direction, and placing them in the flywheel shafts simultaneously with high-pressure pipes (especially on the motor side) is very problematic. Of course, the role of the return pipeline can be successfully performed by the gap between the fixed shaft and the hollow flywheel sleeve in relation to its upper part, but in the case of the lower shaft, everything is much more complicated, because. it is movable and mechanically connected to the motor shaft and therefore it will be a very difficult task to separate the two gases (high and low pressure). We will not go into details of the difficulties that design engineers of this type of press will have to face, but rather we will immediately proceed to the description of its improved version.
Он предполагает отказ от обратного трубопровода в нижнем (вращающемся) валу маховика и переход на сквозную схему питания гелием. Ее идея заключается в том, чтобы с одной (нижней) стороны гелий под высоким давлением входил в маховик, и пройдя последовательно оба подшипника скольжения, он с другой (верхней) стороны уже под низким давлением выходил наружу.It involves the rejection of the return pipeline in the lower (rotating) flywheel shaft and the transition to a through helium supply scheme. Its idea is that from one (lower) side helium enters the flywheel under high pressure, and after passing through both plain bearings in series, it comes out from the other (upper) side under low pressure.
Схема такого варианта пресса, со сквозной подачей гелия по замкнутому контуру, изображена на фигурах 15, 16, 17, 18.The scheme of such a variant of the press, with a through supply of helium in a closed loop, is shown in figures 15, 16, 17, 18.
На фиг. 15 изображена нижняя часть маховика, через вал вращения которого гелий под высоким давлением, пройдя наружный (подвижный) диск 8, поступает в зазор между дисками нижнего подшипника скольжения, откуда он выходит наружу и уже под низким давлением и с большой скоростью, гелий огибает внутреннюю поверхность экрана 25 (он показан в разрезе) и заходит в боковые отверстия 26 внутреннего (неподвижного) диска 9, имеющих прямоугольный профиль, где он движется по системе внутренних каналов (разделенных толстыми перегородками) по направлению к перемычкам 23. В свою очередь, часть гелия в зазоре между дисками ответвляется через 4 отверстия (проходящих сквозь толстые перегородки) и направляется к 4 трубопроводам высокого давления 27, идущих вдоль гибких перемычек 23 (на фиг. 15 они полностью сливаются друг с другом, поскольку имеют одинаковую с перемычкой толщину), и далее по ним он движется вверх к внутреннему (неподвижному) диску верхнего подшипника скольжения.In FIG. 15 shows the lower part of the flywheel, through the rotation shaft of which helium under high pressure, having passed the outer (movable)
На фиг. 16 изображен этот же (нижний) подшипник скольжения (вид сверху) с частью обоих перемычек и гибких трубопроводов, но без обода маховика.In FIG. 16 shows the same (lower) plain bearing (top view) with part of both webs and flexible pipes, but without the flywheel rim.
Пунктирными стрелками обозначено направление движения гелия низкого давления (за исключением стрелок входящих в трубопроводы высокого давления 27), который пройдя экран 25, и, развернувшись, заходит в боковые отверстия 26 неподвижного диска 9 и, двигаясь по внутренним каналам между толстыми перегородками, он разворачивается на угол от 90° до 180° и направляется к перемычкам 23, внутри которых и по их центру располагается полость 28, выполняющая функцию трубопровода низкого давления, и по нему гелий движется дальше до внутреннего (неподвижного) диска верхнего подшипника скольжения.The dashed arrows indicate the direction of movement of low-pressure helium (with the exception of the arrows entering the high-pressure pipelines 27), which, having passed the
На фиг. 17 изображена верхняя часть маховика с полым неподвижным валом, к концу которого крепится внутренний (неподвижный) диск 9 подшипника скольжения, по бокам которого расположены гибкие перемычки 23, соединяющие оба внутренних диска 9 в единое целое и имеющих в центре полость 28 по которой гелий с высокой скоростью и под низким давлением поступает в этот же (неподвижный) диск 9 и далее, по системе внутренних каналов (разделенных толстыми перегородками), он движется к центру диска и, повернув на 90°, через полый вал маховика гелий выходит наружу пресса. В свою очередь, вдоль двух перемычек 23 (по бокам от них) проходят 4 гибких трубопровода 27 (на фиг. 17 они полностью сливаются друг с другом, поскольку имеют одинаковый с перемычкой диаметр) по которым гелий под высоким давлением поступает во внутренний (неподвижный) диск 9 верхнего подшипника скольжения и, пройдя 4 отверстия в толстых перегородках, поступает в зазор между дисками и выходит наружу, где уже с высокой скоростью и под низким давлением он огибает внутреннюю поверхность экрана 25 (он показан в разрезе) и заходит в боковые отверстия 26 этого же диска 9, имеющих прямоугольный профиль, где гелий по внутренним каналам движется к центру диска и, повернув на 90°, через полый вал маховика он выходит наружу пресса.In FIG. 17 shows the upper part of the flywheel with a hollow fixed shaft, to the end of which is attached the inner (fixed)
На фиг. 18 изображен этот же (верхний) подшипник скольжения (вид снизу) с частью обоих перемычек и гибких трубопроводов, но без обода маховика.In FIG. 18 shows the same (upper) plain bearing (bottom view) with part of both webs and flexible pipes, but without the flywheel rim.
Пунктирными стрелками обозначено направление движения гелия низкого давления (за исключением стрелок исходящих из трубопроводов высокого давления 27), который пройдя экран 25 и, развернувшись, заходит в боковые отверстия 26 неподвижного диска 9 и по внутренним каналам направляется к центру диска, где повернув на 90° гелий, через полый вал маховика, выходит наружу пресса.The dashed arrows indicate the direction of movement of low-pressure helium (with the exception of the arrows coming from high-pressure pipelines 27), which, having passed the
Проблему с повторным использованием гелия можно решить не прибегая к сложной схеме его улавливания и отвода наружу пресса. Существует еще один вариант, по которому он из подшипников скольжения выходит в помещение, газовый состав которого совпадает с газовым составом смазки подводимой к подшипникам. В этом случае чистый гелий является не лучшим вариантом применения, т.к. обслуживающий персонал пресса вынужден будет использовать дыхательные приборы. Поэтому гелий необходимо разбавить кислородом, сделав его пригодным для дыхания, и в таком составе использовать для смазки подшипников скольжения.The problem of helium reuse can be solved without resorting to a complex scheme for capturing it and withdrawing it outside the press. There is another option, according to which it goes out of the plain bearings into the room, the gas composition of which coincides with the gas composition of the lubricant supplied to the bearings. In this case, pure helium is not the best application, because press service personnel will be forced to use breathing apparatus. Therefore, helium must be diluted with oxygen, making it breathable, and in this composition used to lubricate plain bearings.
Но такой вариант имеет и два существенных минуса: для обслуживающего персонала -это значительное изменение (повышение тона) голоса во время разговора, а для самого пресса, из-за повышения вязкости газовой смеси - это возрастание потерь на трение, что увеличит нагрев как самого газа так и подшипников, а также повысит крутящий момент действующий со стороны вращающихся дисков на неподвижные диски подшипника.But this option also has two significant disadvantages: for the attendants, this is a significant change (increase in tone) of the voice during a conversation, and for the press itself, due to an increase in the viscosity of the gas mixture, this is an increase in friction losses, which will increase the heating of both the gas itself and bearings, as well as increase the torque acting from the rotating disks on the fixed bearing disks.
Несмотря на приведенные недостатки, такой вариант использования гелия все же имеет право на существование, вследствие своей простоты и экономичности.Despite these shortcomings, such an option for using helium still has the right to exist, due to its simplicity and economy.
Одним из серьезных недостатков центробежного пресса является его вращение со сверхзвуковой скоростью, вследствие чего потери на трение о воздух очень значительны и поэтому требуют принятия специальных мер по их уменьшению.One of the serious shortcomings of the centrifugal press is its rotation at supersonic speed, as a result of which friction losses against air are very significant and therefore require special measures to reduce them.
Одним из способов это сделать является изолирование части воздуха, который вращается вместе с маховиком, от остального воздуха в помещении, путем установки между ними экрана из эластичного материала.One way to do this is to isolate part of the air that rotates with the flywheel from the rest of the air in the room by placing a screen of elastic material between them.
Он может быть подвижным и крепиться с наружной стороны маховика, вращаясь вместе с ним, и тогда на него будут действовать большие центробежные силы, что предполагает использование в конструкции экрана высокопрочного материала, который по своим свойствам не может быть прозрачным, что затрудняет наблюдение за заготовкой. Однако такой вариант является наилучшим из-за минимальных потерь на трение.It can be movable and mounted on the outside of the flywheel, rotating with it, and then large centrifugal forces will act on it, which implies the use of high-strength material in the screen design, which cannot be transparent in its properties, which makes it difficult to observe the workpiece. However, this option is the best because of the minimum friction losses.
В случае неподвижного экрана, из-за отсутствия центробежных сил, резко снижаются требования к его прочности, и он может быть изготовлен из прозрачного и эластичного материала. Такой экран может иметь круглую или овальную форму вращения, которая должна совпадать с наружной формой маховика и устанавливаться с небольшим зазором от его обода. А крепиться он должен в районе нижнего и верхнего полюсов маховика; в последнем случае - напрямую к его неподвижному валу, а если конструкцией предусмотрено его вращение - то через скользящее кольцо. Не смотря на очевидные плюсы такой конструкции, наличие зазора между экраном и маховиком приводит к циркуляции внутри них воздуха, что снижает экономичность такого варианта по сравнению с вращающимся, плотно прилегающим экраном.In the case of a fixed screen, due to the absence of centrifugal forces, the requirements for its strength are sharply reduced, and it can be made of a transparent and elastic material. Such a screen may have a round or oval shape of rotation, which should coincide with the outer shape of the flywheel and be installed with a small gap from its rim. And it should be attached in the area of \u200b\u200bthe lower and upper poles of the flywheel; in the latter case - directly to its fixed shaft, and if the design provides for its rotation - then through the sliding ring. Despite the obvious advantages of this design, the presence of a gap between the screen and the flywheel leads to air circulation inside them, which reduces the efficiency of this option compared to a rotating, tight-fitting screen.
В обоих случаях эластичный экран должен иметь раздвижные створки, открывающие доступ для рабочего персонала к центру маховика с заготовкой. А если во втором варианте воздух внутри маховика заменить на легкий гелий, то это позволит, за счет уменьшения вязкости газа, значительно снизить потери на трение. Однако надо иметь в виду, что при открывании и закрывании створок экрана, гелий из него будет попадать наружу, а внутрь заходить воздух, что снизит эффект от его использования.In both cases, the elastic screen must have sliding flaps that provide access for operating personnel to the center of the flywheel with the workpiece. And if in the second version the air inside the flywheel is replaced by light helium, then this will allow, by reducing the viscosity of the gas, to significantly reduce friction losses. However, it must be borne in mind that when opening and closing the screen flaps, helium from it will get out, and air will enter inside, which will reduce the effect of its use.
Кроме гибкого экрана, который меняет свою форму одновременно с ободом маховика, возможна конструкция полностью неподвижного экрана из твердого и прозрачного материала, который крепится к внутреннему контуру станины и при этом способен раздвигаться, обеспечивая доступ внутрь пресса. Однако в этом случае, наличие большого зазора между экраном и наружной часть маховика (в десятки сантиметров) сводит на нет эффект от его использования, и только наличие внутри него гелия могло бы улучшить его эффективность.In addition to a flexible screen that changes its shape simultaneously with the flywheel rim, it is possible to design a completely fixed screen made of a hard and transparent material, which is attached to the inner contour of the frame and is able to move apart, providing access to the inside of the press. However, in this case, the presence of a large gap between the screen and the outer part of the flywheel (tens of centimeters) negates the effect of its use, and only the presence of helium inside it could improve its efficiency.
А применительно к прессу с внешним расположением заготовки (см. фиг. 8), жесткий экран можно выполнить из двух неподвижных, но при этом скользящих относительно друг друга герметичных цилиндров, что не только изолирует маховик от внешней среды, но позволит создать внутри них сильное разрежение, вплоть до вакуума, что полностью решит "воздушную" проблему.And in relation to a press with an external arrangement of the workpiece (see Fig. 8), a rigid screen can be made of two fixed, but at the same time sealed cylinders sliding relative to each other, which not only isolates the flywheel from the external environment, but will create a strong vacuum inside them , up to a vacuum, which will completely solve the "air" problem.
Одной из технических проблем конструирования пресса является улучшение его энергетических показателей, связанных с экономией энергии во время торможения маховика в режиме рекуперации. Поскольку энергопотери определяются исключительно характеристиками электродвигателя (его КПД в режиме генератора и двигателя), и если взять наиболее распространенный показатель в 90 - 95% и перемножить их, то суммарный КПД составит 81 - 90%. А это значит что 10 - 20% электроэнергии при рекуперации неизбежно будет потеряна.One of the technical problems in the design of the press is to improve its energy performance associated with energy savings during the braking of the flywheel in the recuperation mode. Since energy losses are determined solely by the characteristics of the electric motor (its efficiency in generator and engine mode), and if we take the most common indicator of 90 - 95% and multiply them, then the total efficiency will be 81 - 90%. And this means that 10 - 20% of electricity will inevitably be lost during recuperation.
И если электрическая схема рекуперации не позволяет достичь высоких показателей экономии, то, может, механическая схема способна это сделать? Да, такая схема и такой способ передачи энергии существует, и заключается в отказе не только от промежуточного преобразования (в электромагнитную энергию), но и от использования механической трансмиссии, а это всевозможные редукторы и вариаторы, имеющие невысокий КПД. Без всего этого можно обойтись, если в качестве приемника энергии выбрать маховик классического типа (назовем его вторичным или просто вторым маховиком), обладающий таким же моментом инерции, что и главный маховик, и имеющего на валу бухту с лентой. А передавать ему энергию от пресс-маховика можно путем перемотки ленты с бобины второго маховика на такую же бобину, но пустую, расположенную на валу первого маховика. Во время такой перемотки пресс-маховик начнет тормозиться, а вторичный маховик наоборот разгоняться, и когда лента полностью перемотается, то обороты второго маховика достигнут максимальной величины и станут равны (или почти равны) оборотам пресс-маховика, которые были у него до начала перемотки. При этом его обороты упадут до минимальной величины и составят всего несколько оборотов в секунду. После окончания перемотки пустая бобина (с помощью муфты) отсоединяется от второго маховика (который продолжает вращаться) и обе бобины (полная и пустая) вместе с пресс-маховиком тормозятся. Обратная передача энергии от второго маховика к первому, осуществляется таким же способом, только в этом случае направление вращения пресс-маховика меняется на обратное. Кроме вышеперечисленных деталей эта система должна иметь на валах маховиков муфты сцепления, механизм перемотки ленты и ее торможения (а возможно и натяжения), что делает ее похожей на ЛПМ катушечного магнитофона.And if the electrical circuit of the recuperation does not allow achieving high savings, then maybe the mechanical circuit is capable of doing this? Yes, such a scheme and such a method of energy transfer exist, and it consists in refusing not only intermediate conversion (into electromagnetic energy), but also the use of a mechanical transmission, and these are all kinds of gearboxes and variators with low efficiency. You can do without all this if you choose a classic-type flywheel as an energy receiver (let's call it a secondary or simply second flywheel), which has the same moment of inertia as the main flywheel and has a bay with a tape on the shaft. And you can transfer energy to it from the press flywheel by rewinding the tape from the reel of the second flywheel to the same reel, but empty, located on the shaft of the first flywheel. During such rewinding, the press handwheel will begin to slow down, and the secondary flywheel, on the contrary, will accelerate, and when the tape is completely rewound, the speed of the second flywheel will reach its maximum value and become equal (or almost equal) to the speed of the press handwheel, which it had before the start of rewinding. At the same time, its revolutions will drop to a minimum value and amount to only a few revolutions per second. After the end of rewinding, the empty reel (using a clutch) is disconnected from the second flywheel (which continues to rotate) and both reels (full and empty) are braked together with the press handwheel. The reverse transfer of energy from the second handwheel to the first is carried out in the same way, only in this case the direction of rotation of the press handwheel is reversed. In addition to the above details, this system must have clutch flywheels on the shafts, a tape rewinding mechanism and its braking (and possibly tension), which makes it look like a VLM of a reel-to-reel tape recorder.
Об экономичности такого способа рекуперации, можно судить по остаточной энергии вращения пресс-маховика, которая при падении его оборотов в 10 раз составит всего 1% от первоначальной, и такой же будет энергия перемотанной ленты при условии равной ее массы с пресс-маховиком. Точное значение всех потерь зависит от материала и массы ленты, и может колебаться в ту или иную сторону.The efficiency of this recovery method can be judged by the residual rotational energy of the press flywheel, which, if its speed drops by a factor of 10, will be only 1% of the initial one, and the energy of the rewound tape will be the same, provided that its mass is equal to the press flywheel. The exact value of all losses depends on the material and weight of the tape, and may fluctuate in one direction or another.
При обратном процессе передачи энергии от второго маховика к первому, потери будут примерно такими же и в сумме составят около 5% от первоначальной величины, что в 2 - 4 раза меньше по сравнению с торможением электродвигателем в режиме рекуперации. На лицо энергетическая и значит экономическая выгода, которая достигается за счет усложнения и удорожания всей механической системы.With the reverse process of energy transfer from the second flywheel to the first, the losses will be approximately the same and in total will be about 5% of the initial value, which is 2 to 4 times less compared to braking by an electric motor in the recuperation mode. On the face of the energy and hence the economic benefit, which is achieved by complicating and increasing the cost of the entire mechanical system.
Еще надо сказать, что вышеописанный способ передачи энергии (с использованием ленточного привода) не является новым изобретением автора, поскольку уже применяется в технике и описан в разных патентах, например авт. св. 335476 за 1970 г "Устройство для разгона маховых масс".I must also say that the above method of energy transfer (using a tape drive) is not a new invention of the author, since it is already used in technology and is described in various patents, for example, ed. St. 335476 for 1970 "Device for acceleration of flywheel masses".
Логичным и дальнейшим развитием этой идеи является замена второго маховика обычной конструкции на такой же центробежный пресс-маховик, что и первый. При этом их общая стоимость увеличится незначительно, зато потери энергии сократятся в два раза и производительность системы из двух маховиков вырастет в 2 раза. A logical and further development of this idea is to replace the second flywheel of a conventional design with the same centrifugal press flywheel as the first one. At the same time, their total cost will increase slightly, but energy losses will be halved and the performance of the system of two flywheels will increase by 2 times.
Кроме прямого назначения пресс-маховика - работа с заготовкой, его можно использовать и для другой цели, например в качестве линейного привода гидроцилиндра для мощной водометной пушки.In addition to the direct purpose of the press flywheel - working with a workpiece, it can also be used for another purpose, for example, as a linear drive for a hydraulic cylinder for a powerful water jet gun.
Для этого внутрь маховика вместо стальных плит ставят гидроцилиндр, который своим основанием крепится к держателю кольца на стороне пассивного (не имеющего электропривода) полюса маховика, а штоком упирается в держатель кольца на его противоположной (активной) стороне полюса. В центре основания цилиндра, а также в ленте и вале маховика для выхода воды делают сквозные отверстия. Такие же отверстия делают в самом штоке и в ленте маховика, а также в валах маховика и электродвигателя, через которые вода будет поступать и заполнять цилиндр перед началом работы. При этом на конце штока (в районе поршня) в отверстии должен быть клапан, не выпускающий воду обратно из цилиндра. А также на выходное отверстие (сопло водомета) нужно установить заслонку с центробежным приводом, предотвращающую вытекание воды при неподвижном маховике.To do this, instead of steel plates, a hydraulic cylinder is placed inside the flywheel, which, with its base, is attached to the ring holder on the side of the passive (not having an electric drive) pole of the flywheel, and rests against the ring holder on its opposite (active) side of the pole with its rod. In the center of the base of the cylinder, as well as in the tape and flywheel shaft, through holes are made to let water out. The same holes are made in the rod itself and in the flywheel tape, as well as in the flywheel and electric motor shafts, through which water will flow and fill the cylinder before starting work. At the same time, at the end of the rod (near the piston), there must be a valve in the hole that does not release water back from the cylinder. And also on the outlet (water jet nozzle) you need to install a damper with a centrifugal drive, which prevents water from flowing out when the flywheel is stationary.
Эксплуатация гидродинамической пушки возможна в двух режимах: основном и вспомогательном.The operation of a hydrodynamic gun is possible in two modes: main and auxiliary.
В первом случае рабочий ход пресса, т.е. движение его "траверсы", начинается после заполнения цилиндра водой и набором маховика расчетных оборотов. А для этого его конструкция должна иметь управляемый запорный механизм, предотвращающий это движение в режиме разгона. Его можно изготовить в виде двух подпорок, установленных параллельно штоку в распор между держателем кольца и цилиндром, и способных раздвигаться в стороны под действием импульса от электромагнита. Но можно поступить еще проще и установить на выходное отверстие, вместо простой заслонки, мощную запорную арматуру и открывать ее по достижению маховиком расчетных оборотов. Недостатком такого способа является повторно-кратковременный режим работы пресса, требующий каждый раз по окончании рабочего цикла останавливать маховик и заполнять цилиндр водой.In the first case, the working stroke of the press, i.e. the movement of its "traverse" begins after the cylinder is filled with water and the flywheel is set at the calculated speed. And for this, its design must have a controlled locking mechanism that prevents this movement in the acceleration mode. It can be made in the form of two props installed parallel to the rod in the gap between the ring holder and the cylinder, and capable of moving apart under the action of an impulse from an electromagnet. But you can do it even easier and install a powerful shut-off valve on the outlet, instead of a simple damper, and open it when the flywheel reaches the design speed. The disadvantage of this method is the intermittent operation of the press, which requires each time at the end of the working cycle to stop the flywheel and fill the cylinder with water.
Вспомогательный режим работы пресса отличается от основного тем, что заполнение цилиндра водой происходит сразу после его опорожнения, при вращающемся маховике и одновременно с его разгоном, для чего необходим насос высокого давления и большой мощности. С его помощью под высоким напором в цилиндр нагнетают воду, которая с большой силой давит на поршень, заставляя маховик раскручиваться до высоких оборотов, а его полюса расходиться и подобно пружине запасать энергию. При этом на сопле водомета должна обязательно стоять запорная арматура, способная выдерживать сверхвысокое давление.The auxiliary operating mode of the press differs from the main one in that the cylinder is filled with water immediately after it is emptied, with the flywheel rotating and simultaneously with its acceleration, which requires a high-pressure and high-power pump. With its help, under high pressure, water is injected into the cylinder, which presses on the piston with great force, causing the flywheel to spin up to high speeds, and its poles to diverge and store energy like a spring. At the same time, a shut-off valve capable of withstanding ultra-high pressure must necessarily be on the nozzle of the water jet.
Как видно из описания, в таком режиме отпадает необходимость каждый раз останавливать маховик, а потом опять его разгонять, что увеличивает производительность всего процесса, но все равно требует перерыва в своей работе. А также наличие в этой схеме мощного насоса с невысоким КПД, значительно увеличивает энергетические потери всей установки, а еще усложняет и удорожает ее. Кроме этого оба варианта имеют недостатком значительный перепад давления в цилиндре, вызванный снижением усилия пресса в нижнем положении "траверсы" маховика, что негативно влияет на скорость истечения воды.As can be seen from the description, in this mode, there is no need to stop the flywheel every time, and then accelerate it again, which increases the productivity of the entire process, but still requires a break in its work. And also the presence in this circuit of a powerful pump with low efficiency, significantly increases the energy losses of the entire installation, and also complicates and increases the cost of it. In addition, both options have the disadvantage of a significant pressure drop in the cylinder, caused by a decrease in the press force in the lower position of the flywheel "traverse", which negatively affects the rate of water outflow.
Кроме медленного или плавного режима работы пресса, центробежный пресс-маховик можно использовать и в ударном режиме. Для этого придется немного доработать его конструкцию, установив в распор между стальными плитами две подпорки, препятствующие движению "траверсы " пресса во время разгона маховика, и имеющие дистанционный привод.In addition to the slow or smooth operation of the press, the centrifugal press handwheel can also be used in shock mode. To do this, it will be necessary to slightly modify its design by installing two supports between the steel plates, which prevent the movement of the "traverse" of the press during the acceleration of the flywheel, and having a remote drive.
На примере 100000 тонного пресса посмотрим какую силу удара он способен развить на максимальных оборотах и линейной скорости вращения 500 м/с. А поскольку сила или мощность удара пропорциональна кинетической энергии выделяемой в единицу времени, необходимо сначала найти скорость движения его "траверсы" (вместе с прилегающими к ней частями маховика), а также ее массу. А подсчет ее скорости осложняется тем, что для разных частей маховика она различна как по модулю так и по направлению, и плавно уменьшается начиная сверху вниз. И когда верхний полюс маховика движется с максимальной скоростью, то его части вблизи "экватора" перемещаются вдвое медленней, а нижний полюс вообще остается неподвижным. Расчеты значительно упростятся, если условно принять, что в движении участвует только половина массы маховика (10 т), и что вся она движется с одинаковой скоростью, равной скорости верхней его части, и до удара по заготовке она проходит расстояние в 1 м.On the example of a 100,000 ton press, let's see what impact force it can develop at maximum speed and a linear rotation speed of 500 m/s. And since the impact force or power is proportional to the kinetic energy released per unit time, you must first find the speed of its "traverse" (together with the parts of the flywheel adjacent to it), as well as its mass. And the calculation of its speed is complicated by the fact that for different parts of the flywheel it is different both in absolute value and in direction, and gradually decreases starting from top to bottom. And when the upper pole of the flywheel moves at maximum speed, then its parts near the "equator" move twice as slowly, and the lower pole generally remains motionless. Calculations will be greatly simplified if we conditionally assume that only half of the mass of the flywheel (10 tons) is involved in the movement, and that all of it moves at the same speed, equal to the speed of its upper part, and before hitting the workpiece, it travels a distance of 1 m.
Теперь если раскрутить маховик до максимальных оборотов и выбить из под плит подпорки, то его верхняя часть массой 10 т, под действием силы 1000000000 Н, начнет двигаться с ускорением в 100000 м/с2 и на участке длиной 1 м разовьет скорость почти 450 м/с, ударив по заготовке с невероятной силой.Now, if the flywheel is untwisted to maximum speed and the supports are knocked out from under the plates, then its upper part with a mass of 10 tons, under the action of a force of 1000000000 N, will begin to move with an acceleration of 100000 m/s s, hitting the workpiece with incredible force.
Так было бы, если разгоняющие маховик центробежные силы оставались постоянными. Но поскольку с расстоянием они резко убывают, то и конечная скорость "траверсы" будет значительно меньше, примерно 350 м/с, что все равно очень много для небольшой по размерам заготовки, неспособной выдержать такой мощный удар, чтобы не разлететься вдребезги. Действительно, ведь энергия ее удара составит около 600 МДж, что в пересчете на тротиловый эквивалент будет 140 кг. Это все равно, если бы внутри маховика взорвать бомбу ФАБ-250 массой в четверть тонны. Понятно, что такая огромная энергия, выделяемая при ударе, очень опасна как для самого маховика так и для станины, и неминуемо приведет к их повреждению. Да и удар такой мощи для обработки заготовки на практике будет не востребован. Поэтому, для эксплуатации пресса в ударном режиме, линейную скорость его маховика ограничивают 50 - 100 м/с, что вполне достаточно для большинства случаев.This would be so if the centrifugal forces accelerating the flywheel remained constant. But since they sharply decrease with distance, the final speed of the "traverse" will be much less, about 350 m/s, which is still very high for a small workpiece, unable to withstand such a powerful blow, so as not to shatter. Indeed, after all, the energy of its impact will be about 600 MJ, which, in terms of TNT equivalent, will be 140 kg. It's the same as if a FAB-250 bomb weighing a quarter of a ton were blown up inside the flywheel. It is clear that such a huge energy released upon impact is very dangerous both for the flywheel itself and for the bed, and will inevitably lead to their damage. And the blow of such power for processing the workpiece in practice will not be in demand. Therefore, to operate the press in shock mode, the linear speed of its flywheel is limited to 50 - 100 m / s, which is quite enough for most cases.
И тут сам собой напрашивается вопрос, а нельзя ли такую мощную энергетику пресса, точнее его маховика, использовать для ускорения и разгона артиллерийских снарядов, прежде всего крупных калибров? Да, такое возможно, только конструкцию пресса придется кардинально переработать, одни элементы убрать, а другие добавить, превратив его в настоящую центробежную пушку. Но это уже тема для отдельной заявки на изобретение.And here the question arises by itself, is it possible to use such a powerful energy of the press, or rather its flywheel, to accelerate and disperse artillery shells, especially large calibers? Yes, this is possible, only the design of the press will have to be radically reworked, some elements removed and others added, turning it into a real centrifugal gun. But this is a topic for a separate application for an invention.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021130565A RU2779735C2 (en) | 2021-10-19 | Centrifugal press flywheel (options) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021130565A RU2779735C2 (en) | 2021-10-19 | Centrifugal press flywheel (options) |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021130565A RU2021130565A (en) | 2022-03-09 |
RU2021130565A3 RU2021130565A3 (en) | 2022-05-04 |
RU2779735C2 true RU2779735C2 (en) | 2022-09-12 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU72368A1 (en) * | 1946-03-28 | 1947-11-30 | М.М. Воротников | Mechanical press |
US3988947A (en) * | 1975-06-09 | 1976-11-02 | Havir Manufacturing Company | Coiled flywheel assembly |
SU1177173A1 (en) * | 1983-12-09 | 1985-09-07 | МВТУ им.Н.Э.Баумана | Screw press |
RU121884U1 (en) * | 2012-04-18 | 2012-11-10 | Кацай Александр Владимирович | POWERFUL MULTIPLICATOR |
RU160220U1 (en) * | 2015-05-22 | 2016-03-10 | Зотов Алексей Вячеславович | BAND SUPER |
RU176637U1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-01-24 | Зотов Алексей Вячеславович | TAPE FLYWHEEL |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU72368A1 (en) * | 1946-03-28 | 1947-11-30 | М.М. Воротников | Mechanical press |
US3988947A (en) * | 1975-06-09 | 1976-11-02 | Havir Manufacturing Company | Coiled flywheel assembly |
SU1177173A1 (en) * | 1983-12-09 | 1985-09-07 | МВТУ им.Н.Э.Баумана | Screw press |
RU121884U1 (en) * | 2012-04-18 | 2012-11-10 | Кацай Александр Владимирович | POWERFUL MULTIPLICATOR |
RU160220U1 (en) * | 2015-05-22 | 2016-03-10 | Зотов Алексей Вячеславович | BAND SUPER |
RU176637U1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-01-24 | Зотов Алексей Вячеславович | TAPE FLYWHEEL |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102182427B (en) | Numerically-controlled distance-measuring brake drum oil pumping unit | |
RU2779735C2 (en) | Centrifugal press flywheel (options) | |
CN108453788A (en) | A kind of mechanical arm weight torque balance device capable of reversing | |
CN101959779A (en) | Bobbin holder | |
US11858026B2 (en) | Cam driven bodymaker | |
CN107175657A (en) | A kind of permanent magnetism variation rigidity drive module for flexible robot | |
US20230081092A1 (en) | Forming assembly for bodymaker and bodymaker including same | |
CN209483857U (en) | A kind of double rod magnetic rheological liquid dampers | |
CA2969711C (en) | Devices and methods for increasing energy and/or power density in composite flywheel energy storage systems | |
CN103061822B (en) | Star-rotation type rotary device adopting gate valve structure | |
CN108480065B (en) | Dynamic balancing system and centrifugal machine with dynamic balancing system | |
CN206847884U (en) | Balance the device and Centrifugal vibration testing equipment of elastic moving component centrifugal force | |
US3741867A (en) | Control rod drive system | |
CN101722189B (en) | Large-scale cold rolling seamless steel mill and rolling method thereof | |
AU2022203156A1 (en) | Flywheel systems and related methods | |
US20210370384A1 (en) | Cam Driven Multi-Output Bodymaker | |
CN203778666U (en) | Servo press with two-inner-ring-gear deceleration mode | |
RU2021130565A (en) | CENTRIFUGAL PRESS FLYWHEEL (OPTIONS) | |
CN202360148U (en) | Star-rotating type rotating device using gate valve structure | |
CN204967518U (en) | Magnetic suspension external rotor elevator hauler | |
RU2248477C1 (en) | Clutch-brake | |
CN102491129A (en) | Sheath metal belt unwinding device applied to production of optical cable | |
CN115090810B (en) | Steel wire winding machine body clutch type screw press with friction disk driving sliding block return stroke | |
CN110696969B (en) | Ship anti-impact seat device | |
CN102904490A (en) | Magnetomotive device and using method thereof |