blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-8-631-638blackmet-1695Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSРазработка и исследование гидропривода листовых ножницDevelopment and research of hydraulic drive of sheet shearsПилипенкоС. С.PilipenkoS. S.

к.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Технологические машины и оборудование»

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Head of the Chair “Processing Machinery and Equipment” 

Pilipenko@norvuz.ruПотапенковА. П.PotapenkovA. P.

д.т.н., профессор кафедры «Технологические машины и оборудование»

Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor of the Chair “Processing Machinery and Equipment”

Норильский государственный индустриальный институтРоссияNorilsk State Industrial InstituteRussian Federation201912092019628632638Copyright © Пилипенко С.С., Потапенков А.П., 20192019Пилипенко С.С., Потапенков А.П.Pilipenko S.S., Potapenkov A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1695

Рассматривается насосный редукторно-мультипликаторный привод листовых ножниц с двухцилиндровым силовым блоком, приведено описание разработанной схемы привода с использованием сдвоенных дозаторов (редуктор и мультипликатор) периодического действия. Редуктор включается при холостом ходе, мультипликатор – при рабочем ходе. Их зарядка происходит при обратном ходе силового блока. Каждый дозатор имеет входной цилиндр, соединенный с насосом, и два дозирующих (выходных) цилиндра, связанных раздельно с силовыми цилиндрами силового блока. При этом корпуса цилиндров образуют неподвижный блок, а плунжеры (поршни) – подвижный блок. Этим решается основная задача – синхронизации движения поршней (плунжеров) силовых цилиндров во все периоды работы привода. За счет различного соотношения площадей поршней (плунжеров) входных цилиндров (Fв ) и дозирующих цилиндров (2Fд ) обеспечивается режим прямого хода с двумя ступенями скорости и давления насосов. Для редуктора это соотношение (Fв /(2Fд )) определяет коэффициент редукции (Kр < 1), для мультипликатора – коэффициент мультипликации (Kм > 1). Вследствие этого при холостом ходе скорость движения поршней силовых цилиндров и давление, развиваемое насосами, увеличивается, а при рабочем ходе – эти величины уменьшаются. В итоге достигается выравнивание рабочего давления насосов при прямом ходе на пониженном уровне, что и определяет снижение их установочной мощности (до 30 %). Проанализированы графики силового нагружения и скорости при условии постоянства нагрузки при каждом из трех основных периодов работы привода: холостой, рабочий, обратный ход. Определяющими параметрами рассматриваемого привода приняты коэффициенты Kр (редукции), Kм (мультипликации) и Kс – коэффициент усиления силового блока (Kс = F/Fo , где F и Fo – площадь поршня силового и возвратного цилиндра). Проведен сравнительный анализ рассматриваемого и простого насосного привода с целью установления приемлемого сочетания и диапазона этих величин.

The paper describes the pump gear-multiplier drive of sheet shears with a two-cylinder power unit. The description of the developed drive scheme with the use of dual dispensers (reducer and multiplier) of periodic action is given. The gear is engaged at idle, the multiplier – at work. Their charging comes up at the reverse course of the power unit. Each dispenser has an input cylinder connected to the pump and two dosing (output) cylinders connected separately with the power cylinders of the power unit. In this case, the cylinder bodies form a fixed block, and the plungers (pistons) – a movable block. It solves the main task: synchronization of movement of the pistons (plungers) of the power cylinders during all operation periods. Due to different ratio of the area of pistons (plungers) of inlet (Fв ) and dosing cylinders (2Fд ), a direct stroke mode with two stages of pump speed and pressure is provided. For the reducer, ratio (Fв /(2Fд )) determines reduction coefficient (Kp < 1), for the multiplier – the coefficient of multiplication (Kм > 1). As a result, the idling speed of the pistons of the power cylinders and pressure developed by the pumps increase, and  during the working stroke – these values decrease. Working pressure of the pumps is equalized at a direct flow at a reduced level, which determines reduction of their installation power (up to 30 %). The analysis of graphs of power loading and speed was made. The condition of constant load at each of three main periods of the drive operation was accepted as: idle, working and reverse. Determinant parameters of the considered drive are the coefficients Kр (reduction), Kм (animation) and Kс – the gain of the power unit. The paper presents a comparative analysis of the considered and simple pump drive in order to establish the received combination and range of these values.

гидроприводредуктормультипликаторцилиндрплунжеркоэффициент редукциикоэффициент мультипликациинасосрабочий ходхолостой ходhydraulic drivereducermultipliercylinderplungerreduction coefficientcoefficient multiplicationpumpworking strokeidleReferencesА.с. 979033 СССР. Система управления подвижной траверсой гидравлических ножниц / И.В. Становой, Л.Н. Кузьменко; заявл. 09.07.1980; опубл. 07.12.1982. Бюл. № 45.Stanovoi I.V., Kuz’menko L.N. Sistema upravleniya podvizhnoi traversoi gidravlicheskikh nozhnits [Control system of mobile cross-beam of hydraulic shears]. Certificate of authorship USSR no. 979033. Byulleten’ izobretenii. 1982, no. 45. (In Russ.).Akers A., Gassman M., Smith R. Hydraulic Power System Analysis. – New York: Taylor & Francis, 2006. – 400 p.Akers A., Gassman M., Smith R. Hydraulic Power System Analysis. New York: Taylor & Francis, 2006, 400 p.Bhandari V.B. Design of Machine Elements. Third edition. – Tata McGraw-Hill Education India Pvt. Ltd, 2012. P. 768 – 796.Bhandari V.B. Design of Machine Elements. 3rd ed. Tata McGrawHill Education India Pvt. Ltd, 2012, pp. 768–796.А.с. 405670 СССР. Система управления подвижной траверсой гидравлических ножниц / Г.К. Бронин, В.К. Викторов, В.В. Казак, И.В. Кононов; заявл. 18.05.1971; опубл. 05.11.1973. Бюл. № 45.Bronin G.K., Viktorov V.K., Kazak V.V., Kononov I.V. Sistema upravleniya podvizhnoi traversoi gidravlicheskikh nozhnits [Control system of mobile cross-beam of hydraulic shears]. Certificate of authorship USSR no. 405670. Byulleten’ izobretenii. 1973, no. 45. (In Russ.).А.с. 902990 СССР. Система управления подвижной траверсой гидравлических ножниц / В.К. Викторов; заявл. 30.06.1980; опубл. 07.02.82. Бюл. № 5.Viktorov V.K. Sistema upravleniya podvizhnoi traversoi gidravlicheskikh nozhnits [Control system of mobile cross-beam of hydraulic shears]. Certificate of authorship USSR no. 902990. Byulleten’ izobretenii. 1982, no. 5. (In Russ.).Vibration of Hydraulic Machinery / Yulin Wu, Shengcai Li, Shuhong Liu, Hua-Shu Dou, Zhongdong Qian. – Springer, 2015. – 500 p.Yulin Wu, Shengcai Li, Shuhong Liu, Hua-Shu Dou, Zhongdong Qian. Vibration of Hydraulic Machinery. Springer, 2015, 500 p.Бочаров Ю.А., Прокофьев В.Н. Гидропривод кузнечно-прессовых машин. – М.: Высшая школа, 1969. – 247 с.Bocharov Yu.A., Prokof’ev V.N. Gidroprivod kuznechno­pres­ sovykh mashin [Hydraulic drive of forging and pressing machines]. Moscow: Vysshaya shkola, 1969, 247 p. (In Russ.).Singal R.K., Singal Mridual, Singal Rishi. Hydraulic Machines: Fluid Machinery. – International Publishing House, 2009. – 328 p.Singal R.K., Singal Mridual, Singal Rishi. Hydraulic Machines: Fluid Machinery. International Publishing House, 2009, 328 p.Добринский Н.С. Гидравлический привод прессов. – М.: Машиностроение, 1975. – 222 с.Dobrinskii N.S. Gidravlicheskii privod pressov [Hydraulic drive of presses]. Moscow: Mashinostroenie, 1975, 222 p. (In Russ.).Singh Sadhu. Fluid Machinery: Hydraulic Machines. – Khanna Book Publishing, 2014.Singh Sadhu. Fluid Machinery: Hydraulic Machines. Khanna Book Publishing, 2014.Потапенков А.П., Пилипенко С.С., Серебренников Ю.Г., Степанов С.М., Сосновская Л.В. Разработка и исследование гидравлического редукторно-мультипликаторного привода металлургических машин // Изв. вуз. Черная металлургия. 2009. № 8. С. 54 – 59.Potapenkov A.P., Pilipenko S.S., Serebrennikov Yu.G., Stepanov S.M., Sosnovskaya L.V. Development and research of hydraulic gear-multiplier drive of metallurgical machines. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2009, vol. 52, no. 8, pp. 54–59. (In Russ.).Пат. 2084348 РФ. Гидравлический пресс / А.П. Потапенков, В.И. Чабаненко, О.В. Миняков, А.В. Гончарук; заявл. 23.03.1995; опубл. 20.09.1997.Potapenkov A.P., Chabanenko V.I., Minyakov O.V., Goncharuk A.V. Gidravlicheskii press [Hydraulic Press]. Patent RF no. 2084348. Byulleten’ izobretenii. 1997. (In Russ.).Потапенков А.П., Пилипенко С.С., Степанов С.М., Евдокина О.П., Коробцова С.А. Разработка и исследование двухцилиндрового гидропривода металлургических машин // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 2. С. 58 – 62.Potapenkov A.P., Pilipenko S.S., Stepanov S.M., Evdokina O.P., Korobtsova S.A. Designing and studying of a two-cylinder hydraulic drive of metallurgical machines. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011, vol. 54, no. 2, pp. 58–62. (In Russ.).Пат. 2258609 РФ. Гидравлический пресс / А.П. Потапенков, В.М. Чернобай, С.С. Пилипенко, О.В. Миняков, Л.В. Никоноров; заявл. 23.06. 2003; опубл. 20.08.2005. Бюл. № 23.Potapenkov A.P., Chernobai V.M., Pilipenko S.S., Minyakov O.V., Nikonorov L.V. Gidravlicheskii press [Hydraulic press]. Patent RF no. 2258609. Byulleten’ izobretenii. 2005, no. 23. (In Russ.).Modi P.N., Seth S.M. Hydraulics and Fluid Mechanics Including Hydraulics Machines. – Rajasons Publications Pvt. Ltd., 2015. – 1406 p.Modi P.N., Seth S.M. Hydraulics and Fluid Mechanics Including Hydraulics Machines. Rajasons Publications Pvt. Ltd., 2015, 406 p.Fluid Mechanics and Hydraulic Machines / Er. R.K. Rajput. – New Delhi, 2008. – 1558 p.Fluid Mechanics and Hydraulic Machines. Rajput R.K. ed. NewDelhi, 2008, 1558 p.Jathar Avinash, Kushwaha Avinash, Singh Utkarsh, Kumar Subhash. Fabrication and Review of Hydraulic Heavy Sheet Metal Cutting machine // Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR). 2016. Vol. 3. No. 4. P. 37 – 41.Jathar Avinash, Kushwaha Avinash, Singh Utkarsh, Kumar Subhash. Fabrication and review of hydraulic heavy sheet metal cutting machine. Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR). 2016, vol. 3, no. 4, pp. 37–41.Krantikumar K., Saikiran K.V.S.S., Sathish Jakkoju. Pneumatic Sheet Metal Cutting Machine // International Journal and Magazine of Engineering, Technology, Management and Research. 2016. Vol. 3. No. 3. P. 501 – 509.Krantikumar K., Saikiran K.V.S.S., Sathish Jakkoju. Pneumatic sheet metal cutting machine. International Journal and Magazine of Engineering, Technology, Management and Research. 2016, vol. 3, no. 3, pp. 501–509.Гидравлика, гидромашины и гидропривод / Т.В. Артемьева, А.М. Лысенко, С.П. Румянцева, С.П. Стесин; под ред. С.П. Стесина. – М.: Академия, 2005. – 336 с.Artem’eva T.V., Lysenko A.M., Rumyantseva S.P., Stesin S.P. Gid­ ravlika, gidromashiny i gidroprivod [Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives]. Stesin S.P. ed. Moscow: Akademiya, 2005, 336 p. (In Russ.).Sermaraj M. Design and Fabrication of Pedal Operator Reciprocating ournal of Engineering Research and Technology (IJERT). 2013. Vol. 2. No. 1. P. 1 – 5.Sermaraj M. Design and fabrication of pedal operator reciprocating water pump. International Journal of Engineering Research and Technology (IJERT). 2013, vol. 2, no. 1, pp. 1–5.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.