РЕЗАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА С КОМБИНИРОВАННЫМ РАБОЧИМ УСИЛИЕМ
CUTTING PLANT WITH COMBINED OPERATING FORCE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение, в основном, касается области резания, в частности резки металлических листов и полос.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для выполнения резки с помощью гидравлической резательной установки по меньшей мере одно режущее полотно должно перемещаться в направлении другого режущего полотна с усилием, которое называют общим рабочим усилием, при этом общее рабочее усилие должно быть достаточным для преодоления сопротивления материала, подвергаемого резке, само же сопротивление определяют как усилие резания. При резке широких металлических листов и полос прямая резка по всей ширине материала потребует огромного общего рабочего усилия, что нецелесообразно. Соответственно, в резательных установках, предназначенных для резки широких заготовок из материала, обычно используется наклонное режущее полотно или же криволинейное режущее полотно для резки по типу качательного действия.
Резка наклонным режущим полотном показана в упрощенном сечении на Фиг.1. Верхнее наклонное режущее полотно 1 перемещается вниз относительно нижнего прямого режущего полотна 2 с целью резки материала 3. Необходимое общее рабочее усилие становится существенно меньшим по сравнению с прямой резкой по всей ширине материала, поскольку ширина разрезаемого материала 4 в каждой отдельной точке в течение всего цикла резки значительно меньше полной ширины материала 3.
Резка по типу качательного действия показана в упрощенном сечении на Фиг.2. Криволинейное верхнее режущее полотно 5 совершает качательное движение так, чтобы аппроксимировать движение по типу качения, при котором нижняя точка криволинейного верхнего режущего полотна остается примерно на одном уровне по вертикали, в то время как перемещается по горизонтали поперек разрезаемого материала 6. Ширина разрезаемого материла 7 в каждой отдельной точке в течение всего цикла резки значительно меньше полной ширины материала 6. В процессе резки нижнее прямое режущее полотно 8 не перемещается.
В документе GB 2405118 А описана резательная установка с гидравлическим приводом, в которой осуществляется резка по типу качательного действия с использованием криволинейного режущего полотна и двух гидравлических цилиндров с независимым управлением. Упрощенное сечение представлено на Фиг.3. Заготовку из разрезаемого материала 9 помещают между верхним криволинейным режущим полотном 10 и нижним прямым режущим полотном 11. Верхнее криволинейное режущее полотно 10 крепится к верхней опорной балке 12, а нижнее прямое режущее полотно 11 крепится к нижней опорной балке 13. Два гидравлических цилиндра 14 и 15 гидропривода присоединены между верхней опорной балкой 12 и нижней опорной балкой 13. Каждый из гидравлических цилиндров 14 и 15 входит в зацепление с верхней опорной балкой 12 в одной области зацепления, гидравлический цилиндр 14 - в области зацепления на левом конце верхней опорной балки 12, а гидравлический цилиндр 15 - в области зацепления на правом конце верхней опорной балки 12. Путем независимого управления ходом цилиндров 14 и 15, но проводимого синхронно, можно заставить верхнее режущее полотно 10 выполнять резку по типу качательного действия. Резательная установка того же типа может использоваться с наклонными режущими полотнами вместо криволинейных режущих полотен, в этом случае два гидравлических цилиндра перемещаются синхронно в том же направлении для достижения режущего действия.
Следствием использования наклонного режущего полотна или резки по типу качательного действия является то, что расстояние, на которое должно переместиться режущее полотно для завершения резки, существенно больше, чем в случае прямой резки по всей ширине прямым режущим полотном. Для такой прямой резки режущее полотно должно пройти не более чем по всей толщине разрезаемого материала. При использовании наклонного режущего полотна расстояние, которое должно пройти режущее полотно, равно толщине материала в сумме с шириной материала, умноженной на тангенс переднего угла. Как правило, передний угол составляет примерно 2 градуса, следовательно, для широкой заготовки из материала требуемое перемещение режущего полотна во много раз больше, чем при прямой резке. Точно так же, для резки по типу качательного действия, как показано на Фиг.3, перемещение гидравлических цилиндров 14 и 15 во много раз больше, чем потребовалось бы для прямой резки по всей ширине. Рабочее усилие гидравлического цилиндра 14 или 15, шток которого работает на растяжение, равно произведению его кольцевого сечения на доступное давление при нагнетании гидравлической жидкости. В резательной установке согласно Фиг.3 совместная площадь кольцевого сечения гидравлических цилиндров 14 и 15 должна быть достаточной для развития необходимого рабочего усилия для резки материала наибольшей толщины и прочности при доступном давлении нагнетания гидравлической жидкости.
Для существующей на практике линии резки металлических листов и полос важно, чтобы производительность резательной установки не отставала от производительности других производственных агрегатов, поставляющих материал для резки и обрабатывающих материал, прошедший резку. Производительность - это объем материала, обработанного в единицу времени, т.е. выход в единицу времени. Производительность резательной установки зависит от ряда факторов, в том числе ширины, толщины и прочности материала, подвергаемого резке, требуемого количества резок, времени, необходимого для полного выполнения резки, называемого временем цикла резки, а также времени, необходимого для возврата режущих полотен, которые перемещаются для резки, в их исходное положение, и для перемещения заготовки из материала между положениями, занимаемыми при резке, называемого временем возврата в исходное положение.
Прочность материала определяется такими параметрами, как предел текучести и удлинение при разрушении.
С учетом этих факторов резательная установка гидравлического действия, подобная той, что на Фиг.3, располагает тремя основными параметрами, определяющими необходимый размер насосной системы подачи гидравлической жидкости и клапанов, подающих жидкость в гидравлические цилиндры. Первый параметр определяется тем, что совместная площадь кольцевого сечения гидравлических цилиндров должна быть достаточной для создания общего рабочего усилия, необходимого для резки материала наибольшей прочности и толщины. Второй параметр определяется тем, что ход гидравлических цилиндров должен быть достаточным для резки материала наибольшей ширины и толщины. Третий параметр определяется тем, что для всех видов материалов, подвергаемых резке, резательная установка должна быть способна обеспечить время цикла резки и время возврата в исходное положение, позволяющие выполнить требования по производительности. Сумма времени цикла резки и времени возврата в исходное положение должна позволить гидравлической резательной установке выполнить необходимое количество резов в единицу времени, чтобы обеспечить желаемую производительность.
Например, для достижения достаточной производительности резательная установка для работы с металлическими листами обычно должна быть способной работать со временем цикла резки, равным примерно 3 секундам, и временем возврата в исходное положение, равным примерно 7 секундам.
Для тонкого и/или узкого материала на одну тонну выхода требуется большее число резов, чем для толстого или широкого материала, следовательно, для обеспечения той же производительности требуется большее число резов в единицу времени, чем для толстого и/или широкого материала. Таким образом, гидравлическая система насосов, клапанов и цилиндров резательной установки, подобной той, что на Фиг.3, должна быть выполнена с возможностью обеспечения малого времени цикла резки и времени возврата в исходное положение для наиболее тонкого и/или узкого материала, подвергаемого резке.
Таким образом, для резки материалов в широком диапазоне значений ширины, толщины и прочности, выполняемой с определенной производительностью, в гидравлической резательной установке, подобной той, что на Фиг.3, гидравлические цилиндры должны иметь большую кольцевую площадь, обладать большим ходом и должны перемещаться с малым временем цикла резки и временем возврата в исходное положение, необходимыми для наиболее тонкого или узкого материла. Гидравлические цилиндры с большим ходом и большой кольцевой площадью обладают большим объемом. Следовательно, объем гидравлической жидкости, которая должна прокачиваться для перемещения режущих полотен, велик и должен прокачиваться быстро, что требует больших гидравлических насосов и клапанов. Гидравлическая система с большими насосами и клапанами является весьма дорогостоящей и требует значительного пространства, а работа больших насосов и клапанов предполагает большой расход энергии и высокие эксплуатационные затраты.
В документе FR 2212771 описана гидравлическая резательная установка с наклонным полотном, в которой два гидравлических цилиндра с общим штоком входят в зацепление с опорной балкой наклонного полотна. Оба гидравлических цилиндра гидравлически связаны. Когда в процессе резки давление в первоначально используемом цилиндре превышает некоторое пороговое значение, клапан в линии нагнетания гидравлической жидкости в цилиндры открывается, и второй цилиндр вступает в работу в дополнение к первоначально используемому цилиндру. Если давление в первоначально используемом цилиндре не поднимается выше порогового значения, этот клапан не открывается, в результате во второй цилиндр гидравлическая жидкость под давлением не поступает, и работает лишь первоначально используемый цилиндр. Для быстрого возврата в исходное положение полотна после резки только один из гидравлических цилиндров заполняется гидравлической жидкостью под давлением. Таким образом, в FR 2212771 обеспечивается способ управления гидравлической резательной установкой с наклонным полотном с варьируемым рабочим усилием, а также представлена возможность ускоренного перемещения в исходное положение с использованием лишь одного из нескольких имеющихся гидравлических цилиндров. Однако для гидравлической резательной установки с криволинейным полотном идея, изложенная в FR 2212771, неприменима, поскольку для достижения точной резки по типу качательного действия с использованием криволинейного полотна требуется, чтобы перемещение двух концов криволинейного полотна выполнялось с высокой точностью управления и синхронизации. Если бы система, описанная в FR 2212771, применялась на каждом из концов криволинейного полотна, перемещения не могли бы быть должным образом синхронизированы, поскольку при заданном гидравлическом потоке скорость перемещения вниз полотна в FR 2212771 зависит от того, превышает ли давление в первоначально используемом цилиндре пороговое значение.
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении способа управления гидравлической резательной установкой с криволинейным полотном, способной осуществлять резку материалов в широком диапазоне значений толщины, ширины и прочности с соответствующей производительностью, в которой требуемые размеры гидравлических насосов и клапанов уменьшены, а также в создании гидравлической резательной установки для реализации этого способа с уменьшенными размерами гидравлического насоса и клапанов по сравнению с предшествующим уровнем техники.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача решается посредством способа управления гидравлической резательной установкой, содержащего
- для выполнения резки
режущее перемещение по меньшей мере одного режущего полотна из исходного положения при приложении общего рабочего усилия, а также
- для возврата по меньшей мере одного режущего полотна, перемещенного для резки, в его исходное положение после завершения режущего перемещения
возвратное перемещение при приложении общего возвратного усилия, при этом
режущее перемещение и возвратное перемещение выполняются гидравлическим приводным механизмом, содержащим гидравлические цилиндры,
а общее рабочее усилие и общее возвратное усилие прикладываются по меньшей мере к одному режущему полотну, которое перемещается для резки по меньшей мере двумя гидравлическими цилиндрами приводного механизма,
величина же общего рабочего усилия регулируется включением в рабочий режим или выведением из рабочего режима одного или нескольких гидравлических цилиндров (21, 22, 23, 24) приводного механизма,
отличающегося тем, что
резка представляет собой режущее действие по типу качания с перемещением по типу качения,
а также тем, что положения по меньшей мере одного режущего полотна (17), которое перемещается, контролируется системой (32) управления
путем регулирования потока гидравлической жидкости в гидравлические цилиндры (21, 22, 23, 24) согласно заданным значениям функциональной зависимости положения режущего полотна от времени, а также требованиям к общему рабочему усилию и общему возвратному усилию.
Резка материала выполняется путем режущего перемещения по меньшей мере одного режущего полотна. К тому моменту, когда начинается режущее перемещение, каждое перемещаемое режущее полотно находится в своем соответствующем исходном положении. Из этого исходного положения режущее полотно перемещается при приложении общего рабочего усилия. Когда резка материала полностью выполнена, режущее перемещение прекращается. После этого режущее полотно возвращается в свое исходное положение путем приложения общего возвратного усилия. Режущее перемещение и возвратное перемещение выполняются гидравлическим приводным механизмом, содержащим гидравлические цилиндры. Общее рабочее усилие и общее возвратное усилие прикладываются по меньшей мере двумя из этих гидравлических цилиндров. Если гидравлический цилиндр прикладывает рабочее усилие или возвратное усилие, он находится в рабочем режиме. Если цилиндр находится в нерабочем режиме, он не прикладывает рабочего усилия или возвратного усилия. Общее рабочее усилие представляет собой сумму рабочих усилий всех гидравлических цилиндров, находящихся в рабочем режиме в процессе резки. Общее возвратное усилие представляет собой сумму возвратных усилий всех гидравлических цилиндров, находящихся в рабочем режиме в процессе резки.
Величину общего рабочего усилия можно регулировать. Регулировка осуществляется путем включения в рабочий режим или выведения из рабочего режима одного или нескольких цилиндров приводного механизма. В зависимости от необходимого общего рабочего усилия, требуемого для резки материала, осуществляется выбор числа гидравлических цилиндров, которые включаются в рабочий режим, и/или того, цилиндры с какой эффективной площадью включаются в рабочий режим.
Эффективная площадь гидравлического цилиндра представляет собой площадь, через которую передается рабочее усилие или возвратное усилие. В зависимости от режима работы гидравлического цилиндра его эффективная площадь будет меняться. Например, в гидравлическом цилиндре с односторонним штоком, при работе которого шток цилиндра нагружен на растяжение, как на Фиг.3, эффективная площадь представляет собой кольцевую площадь. Если при работе гидравлического цилиндра с односторонним штоком шток цилиндра нагружен на сжатие, как на Фиг.6, эффективной площадью является площадь поршня. В случае гидравлического цилиндра с двусторонним штоком, такого как на Фиг.5, эффективные площади в рабочем режиме при нагрузке штока цилиндра на сжатие, а также в рабочем режиме при нагрузке штока цилиндра на растяжение представляют собой кольцевые площади. Гидравлические цилиндры с равной эффективной площадью принадлежат к цилиндрам одинаковой площади. Гидравлические цилиндры с неодинаковой эффективной площадью принадлежат к цилиндрам неодинаковой площади.
Если давление нагнетания гидравлической жидкости одинаково для всех гидравлических цилиндров приводного механизма, гидравлические цилиндры неодинаковой площади создадут неодинаковые усилия. Следовательно, для обеспечения определенного рабочего усилия можно выбрать цилиндр соответствующей площади.
В сравнении с предшествующим уровнем техники, представленным согласно Фиг.3, возможность настройки общего рабочего усилия по изобретению, которая выполняется в соответствии с материалом, подвергаемым резке, имеет преимущество в том, что размер гидравлической насосной системы и клапанов резательной установки можно существенно уменьшить.
Когда требуется осуществить резку толстого и/или широкого и/или прочного материала с определенной производительностью, требуется высокое общее рабочее усилие, а значит, большая суммарная эффективная площадь цилиндров, но время цикла резки может быть довольно продолжительным, поскольку требуется выполнить лишь небольшое количество резок в единицу времени. В течение продолжительного цикла резки требуется прокачать большой объем гидравлической жидкости, необходимый для заполнения большого объема цилиндров. Такой режим работы представляет собой режим работы с малой скоростью и высоким усилием. В сравнении с этим, для резки с той же производительностью тонкого, и/или узкого, и/или мягкого материала требуется меньшее общее рабочее усилие, а значит, и меньшая площадь цилиндров при использовании того же давления нагнетания гидравлической жидкости, но при этом необходимо обеспечить меньшее время цикла резки и время возврата в исходное положение, поскольку следует выполнить большее количество резов в единицу времени. В течение малого времени цикла резки требуется прокачать небольшой объем гидравлической жидкости, необходимый для заполнения небольшого объема цилиндров. Такой режим работы представляет собой режим работы с высокой скоростью и малым усилием.
На предшествующем уровне техники доступна лишь одна площадь цилиндра и, соответственно, лишь одно общее рабочее усилие, которое должно быть наибольшим из требуемых общих рабочих усилий. Поскольку гидравлическая насосная система и клапаны должны быть выполнены по размерам так, чтобы обеспечить кратчайшее необходимое время цикла резки, это означает, что насос и клапаны должны предусматривать режим работы с высокой скоростью и высоким усилием, при котором большой объем гидравлической жидкости должен прокачиваться в короткий отрезок времени. Соответственно, гидравлические насосы и клапаны гидравлических систем должны быть достаточно большими, чтобы удовлетворять этим требованиям.
В отличие от предшествующего уровня техники согласно настоящему изобретению нет необходимости в обеспечении такого режима работы с высокой скоростью и высоким усилием, требующего больших гидравлических насосов и клапанов. Поскольку в настоящем изобретении существует возможность переключения между режимом работы с малой скоростью и высоким усилием и режимом работы с высокой скоростью и малым усилием, обеспечение режима работы с высокой скоростью и высоким усилием не обязательно. Следовательно, гидравлической насосной системе и клапанам можно задать существенно меньшие размеры, чем на предшествующем уровне техники. Те же самые гидравлическая насосная система и клапаны, которые выполнены с возможностью выдачи малого объема в короткий отрезок времени в режиме работы с высокой скоростью и малым усилием, способны выдать большой объем за большой отрезок времени в режиме работы с малой скоростью и высоким усилием, поскольку в обоих режимах работы объем, прокачиваемый в единицу времени, остается одинаковым.
Резка осуществляется по типу качательного действия, а это означает, что режущее перемещение представляет собой перемещение по типу качения, как было сказано ранее в описании Фиг.2.
Положения по меньшей мере одного режущего полотна, которое перемещается, контролируется системой управления по заданным значениям функциональной зависимости положения режущего полотна от времени.
Управление выполняется путем регулирования потока гидравлической жидкости в гидравлические цилиндры согласно этим заданным значениям, а также требованиям к общему рабочему усилию и общему возвратному усилию.
Время цикла резки и время возврата в исходное положение могут контролироваться путем обеспечения заданных значений согласно функциональной зависимости положения режущего полотна от времени. Для определения такой функциональной зависимости может быть использована информация о требуемой производительности, а также о характеристиках материала, подвергаемого резке, таких как ширина и толщина.
В системе управления, предназначенной для управления положением и перемещениями режущих полотен, эти заданные значения используются совместно с информацией о требуемом общем рабочем усилии и общем возвратном усилии для регулирования потока гидравлической жидкости в гидравлические цилиндры системы привода.
Большее время цикла резки и/или время возврата в исходное положение достигается путем увеличения периода времени в функциональной зависимости положения режущего полотна от времени, меньшее время цикла резки и/или время возврата в исходное положение достигается путем уменьшения этого периода времени.
Предпочтительно перед началом резки
определяются требования к общему рабочему усилию для материала, подвергаемого резке, и требования к общему возвратному усилию, из них определяется, какие гидравлические цилиндры должны быть включены в рабочий режим для создания этого общего рабочего усилия и этого общего возвратного усилия,
устанавливается функциональная зависимость положения режущего полотна от времени, по которой гидравлические цилиндры включаются в рабочий режим, и таким образом определенные требования к общему рабочему усилию и общему возвратному усилию, таким образом полученная информация о том, какие гидравлические цилиндры должны быть включены в рабочий режим, и соответствующим образом установленная функциональная зависимость положения режущего полотна от времени поступают в систему управления.
Требования к общему рабочему усилию для материала, подвергаемого резке, зависят от характеристик материала, таких как ширина и толщина. В то время как необходимое общее рабочее усилие изменяется в зависимости от материала, подвергаемого резке, общее возвратное усилие остается постоянным, если вес перемещаемого режущего полотна и опорной балки, несущей полотно, не изменяется, т.к. возвратное усилие должно быть достаточно большим для перемещения полотна и опорной балки в исходное положение.
Из этих данных определяется, какие гидравлические цилиндры должны быть включены в рабочий режим для создания этих общего рабочего усилия и общего возвратного усилия.
Согласно тому, какие гидравлически цилиндры должны быть включены в рабочий режим, устанавливается функциональная зависимость положения режущего полотна от времени. Эта зависимость определяет положение режущего полотна в процессе резки и возврата в исходное положение и, тем самым, определяет время цикла резки и время возврата в исходное положение. Большее время цикла резки и/или время возврата в исходное положение достигается путем увеличения периода времени в функциональной зависимости изменения положения режущего полотна от времени, меньшее время цикла резки и/или время возврата в исходное положение достигается путем уменьшения этого периода времени. Как отмечено выше, большое усилие требует заполнения большого объема цилиндров, но также обеспечивает продолжительное время цикла резки и возврата в исходное положение, малое усилие требует заполнения малого объема цилиндров, но также обеспечивает малое время цикла резки и возврата в исходное положение.
В системе управления, предназначенной для управления положением и перемещениями режущих полотен, соответствующим образом установленная функциональная зависимость положения режущего полотна от времени используется совместно с информацией о требуемых общем рабочем усилии и общем возвратном усилии для регулирования потока гидравлической жидкости в гидравлические цилиндры системы привода. На основе известных общего рабочего усилия и общего возвратного усилия система управления может автоматически выдать решение, какие гидравлические цилиндры должны быть включены в рабочий режим для создания этих общего рабочего усилия и общего возвратного усилия, однако в варианте настоящего изобретения такое решение также может быть принято оператором системы управления. На основе этих данных и соответствующих заданных значений функциональной зависимости положения режущего полотна от времени система управления имеет возможность достаточно быстро подавать гидравлическую жидкость в гидравлические цилиндры для удовлетворения требованиям функциональной зависимости положения режущего полотна от времени.
Как отмечено выше, время цикла резки и возврата в исходное положение зависит от требований к производительности, которым должна удовлетворять резательная установка. Требования к производительности и зависящее от них время цикла резки и время возврата в исходное положение также должны быть введены в систему управления перед началом резки.
Предпочтительно, чтобы в тех случаях, когда для режущего перемещения в рабочий режим включено более двух гидравлических цилиндров, после завершения режущего перемещения по меньшей мере один из этих гидравлических цилиндров выключался из работы, и общее возвратное усилие создавалось без этого гидравлического цилиндра.
Таким образом, поскольку требуется заполнить меньший объем гидравлических цилиндров для возврата режущего полотна в его исходное положение, объем гидравлической жидкости, который следует прокачать для возвратного перемещения, и, соответственно, время возврата в исходное положение могут быть сокращены.
В случае если приводной механизм содержит гидравлические цилиндры неодинаковой площади, особенно предпочтительно, чтобы общее возвратное усилие создавалось одним из гидравлических цилиндров, обладающим наименьшей эффективной площадью.
Тем самым объем гидравлической жидкости, который следует прокачать для возвратного перемещения, и, соответственно, время возврата в исходное положение минимизируются.
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает гидравлическую резательную установку для осуществления вышеописанного способа,
содержащую пару противоположных режущих полотен (17, 18), каждое из которых поддерживается соответствующей опорной балкой (19, 20), при этом по меньшей мере одно из режущих полотен (17) может перемещаться гидравлическим приводным механизмом, который входит в зацепление с этой опорной балкой (19) режущего полотна, при этом гидравлический приводной механизм содержит гидравлические цилиндры (21, 22, 23, 24), которые могут включаться в рабочий режим и выводиться из рабочего режима,
отличающуюся тем, что
по меньшей мере одно резательное полотно (17), которое является подвижным, представляет собой криволинейное режущее полотно,
гидравлический приводной механизм входит в зацепление с опорной балкой (19) по меньшей мере одного режущего полотна, которое является подвижным, в двух областях зацепления, при этом по меньшей мере в одной области зацепления он входит в зацепление с опорной балкой с помощью по меньшей мере двух гидравлических цилиндров, причем в каждой области зацепления, имеющей по меньшей мере два гидравлических цилиндра, по меньшей мере один гидравлический цилиндр может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима, независимо от статуса режима работы по меньшей мере еще одного гидравлического цилиндра в этой области зацепления,
при этом гидравлическая резательная установка содержит систему (32) управления, предназначенную для управления положением по меньшей мере одного подвижного режущего полотна (17).
По меньшей мере, одно подвижное режущее полотно представляет собой криволинейное режущее полотно, обеспечивая тем самым резку по типу качательного действия, где режущее перемещение представляет собой перемещение режущего полотна по типу качения.
Гидравлические цилиндры могут быть включены в рабочий режим или выведены из рабочего режима. В рабочем режиме гидравлический цилиндр прикладывает рабочее усилие или возвратное усилие к опорной балке и режущему полотну, соответственно. В нерабочем режиме гидравлический цилиндр не прикладывает рабочего усилия или возвратного усилия к опорной балке и режущему полотну, соответственно.
Таким образом, существует возможность регулирования общего рабочего усилия и общего возвратного усилия, прикладываемых к опорной балке. Чем больше гидравлических цилиндров включено в рабочий режим, тем выше прикладываемое усилие; чем больше гидравлических цилиндров выведено из рабочего режима, тем меньше прикладываемое усилие.
Если присутствует лишь один гидравлический цилиндр с независимым переключением, рабочее усилие и возвратное усилие могут создаваться либо одним гидравлическим цилиндром с независимым переключением, либо всеми вместе гидравлическими цилиндрами гидравлического приводного механизма, либо всеми гидравлическими цилиндрами, кроме гидравлического цилиндра с независимым переключением. Если присутствует более одного гидравлического цилиндра с независимым переключением, рабочее усилие и возвратное усилие могут также создаваться любой комбинацией гидравлических цилиндров с независимым переключением.
Гидравлический приводной механизм входит в зацепление с подвижной опорной балкой режущего полотна в двух областях зацепления, при этом по меньшей мере в одной области зацепления он входит в зацепление с опорной балкой с помощью по меньшей мере двух гидравлических цилиндров, причем в каждой области зацепления, имеющей по меньшей мере два гидравлических цилиндра, по меньшей мере один гидравлический цилиндр может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо от статуса режима работы по меньшей мере еще одного гидравлического цилиндра в этой области зацепления.
Предпочтительно в обеих областях зацепления имеется два гидравлических цилиндра.
Предпочтительно по меньшей мере один гидравлический цилиндр, который может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо от статуса режима работы по меньшей мере еще одного гидравлического цилиндра в этой области зацепления, может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо от статуса режима работы любого другого гидравлического цилиндра гидравлического приводного механизма. Таким образом, максимально увеличивается свобода выбора статуса рабочего режима для гидравлического цилиндра.
Каждая из областей зацепления продолжается от одного конца опорной балки до середины опорной балки.
В резательных установках для резки по типу качательного действия с криволинейным режущим полотном гидравлические цилиндры гидравлического приводного механизма должны входить в зацепление в двух областях зацепления, чтобы обеспечить управляемое перемещение вниз одного конца криволинейного режущего полотна при управляемом перемещении вверх другого конца криволинейного режущего полотна.
В областях зацепления, где имеет место зацепление по меньшей мере с двумя гидравлическими цилиндрами, может быть два, три, четыре, пять, шесть, предпочтительно до десяти или более гидравлических цилиндров.
Система управления, предназначенная для управления положением по меньшей мере одного подвижного режущего полотна, осуществляет управление путем регулирования потока гидравлической жидкости в гидравлические цилиндры (21, 22, 23, 24) согласно заданным значениям функциональной зависимости положения режущего полотна от времени, а также требованиям к общему рабочему усилию и общему возвратному усилию.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что гидравлический приводной механизм входит в зацепление с подвижной опорной балкой режущего полотна с помощью по меньшей мере одного телескопического гидравлического цилиндра, содержащего по меньшей мере два гидравлических цилиндра, по меньшей мере один из которых может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо от статуса режима работы по меньшей мере еще одного гидравлического цилиндра в телескопическом гидравлическом цилиндре.
Предпочтительно по меньшей мере один гидравлический цилиндр, который может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо, может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо от статуса режима работы любого другого гидравлического цилиндра гидравлического приводного механизма.
Использование телескопических гидравлических цилиндров обеспечивает более компактную и экономящую пространство конструкцию резательной установки.
По одному варианту осуществления изобретения по меньшей мере два гидравлических цилиндра имеют неодинаковые эффективные площади. В сравнении с вариантом осуществления с гидравлическими цилиндрами одинаковой эффективной площади, тем самым появляется возможность обеспечения меньшего минимального усилия с использованием меньшего цилиндра, при этом обеспечивается наибольшее необходимое усилие с использованием большего цилиндра.
Гидравлические цилиндры, например, могут представлять собой цилиндры с односторонним штоком, в которых шток работает на сжатие или растяжение в процессе резки, либо цилиндры с двусторонним штоком с равными или неравными площадями, где рабочий шток работает на сжатие или растяжение в процессе резки, либо телескопически встроенные цилиндры, в которых меньший цилиндр помещен в больший цилиндр.
Гидравлические цилиндры, которые пребывают в нерабочем режиме, могут либо следовать режущему перемещению и/или возвратному перемещению опорной балки, с которой они соединены или находятся в зацеплении, либо они могут полностью не участвовать в перемещении, например, за счет того, что цилиндр удерживается в положении, в котором он не входит в зацепление с опорной балкой.
Если гидравлические цилиндры, которые не включены в рабочий режим, следуют движению при режущем перемещении и возвратном перемещении опорной балки, с которой они находятся в зацеплении, то гидравлическая жидкость, которая не находится под рабочим давлением, поступает внутрь и выходит наружу из этих цилиндров. Этот поток может иметь возможность прохода с одной стороны поршня гидравлического цилиндра на другую посредством обеспечения перепускного клапана.
В цилиндрах с односторонним штоком эффективные площади с полнопроходной стороны и штоковой стороны поршня различны. Поэтому, даже в случае обеспечения перепускного клапана, необходимо компенсировать изменение объема в процессе перемещения путем обеспечения напорного резервуара или отдельного источника подачи жидкости под низким давлением.
В цилиндрах с двусторонним штоком, где эффективные площади с обеих сторон штока одинаковы, перепускной клапан может быть достаточным для обеспечения прохода потока с одной стороны цилиндра на другую. Однако для компенсации утечки, даже в случае цилиндра с двусторонним штоком, оборудованного перепускным клапаном, может потребоваться соединение с небольшим напорным резервуаром или с источником подачи жидкости под низким давлением, когда цилиндр находится в нерабочем режиме.
Предпочтительно по меньшей мере гидравлические цилиндры, которые могут быть включены в рабочий режим и выведены из рабочего режима независимо, представляют собой цилиндры со «сквозным штоком», в которых площади по обе стороны поршня одинаковы.
По предпочтительному варианту осуществления для каждого гидравлического цилиндра, который может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо.
гидравлический приводной механизм содержит перепускной клапан, которым можно управлять для обеспечения прохождения потока непосредственно с одной стороны поршня такого гидравлического цилиндра на его другую сторону, когда гидравлический цилиндр перемещается, будучи выведенным из рабочего режима.
По другому варианту осуществления изобретения гидравлический приводной механизм содержит отдельный источник подачи жидкости, предпочтительно напорный резервуар или источник подачи жидкости под низким давлением, соединенный с каждым из гидравлических цилиндров, который может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо, посредством по меньшей мере одного клапана.
По другому варианту осуществления изобретения каждый гидравлический цилиндр, который может быть включен в рабочий режим или выведен из рабочего режима независимо, включается в рабочий режим или выводиться из рабочего режима посредством запорных клапанов, входящих в состав гидравлического приводного механизма.
Предпочтительно гидравлический приводной механизм содержит систему насосов и/или накопители, а также клапаны управления, подобранные по размеру так, что минимальное время цикла резки и/или время возврата в исходное положение, которое резательная установка должна обеспечить, достигается только в том случае, когда по меньшей мере один гидравлический цилиндр выведен из рабочего режима.
Схематичное представление предшествующего уровня техники и примеров вариантов осуществления изобретения показано на схематичных Фиг.1-6.
На Фиг.1 показано упрощенное сечение наклонного режущего полотна в процессе резки.
На Фиг.2 показано упрощенное сечение криволинейного режущего полотна в процессе резки качательного типа.
На Фиг.3 показано упрощенное сечение гидравлической резательной установки предшествующего уровня техники с криволинейным режущим полотном.
На Фиг.4 показано упрощенное сечение примера варианта осуществления обладающей признаками изобретения гидравлической резательной установки с криволинейным режущим полотном для эксплуатации в условиях работы штоков цилиндров на растяжение.
На Фиг.5 показано схематичное представление гидравлической системы и системы управления обладающей признаками изобретения гидравлической резательной установки, представленной на Фиг.4.
На Фиг.6 показано упрощенное сечение варианта осуществления обладающей признаками изобретения гидравлической резательной установки с криволинейным режущим полотном для эксплуатации в условиях работы штоков цилиндров на сжатие.
На Фиг.4 заготовка 16 из материала, подвергаемого резке, расположена между верхним криволинейным режущим полотном 17 и нижним прямым режущим полотном 18. Верхнее криволинейное режущее полотно 17 крепится к верхней опорной раме 19, а нижнее прямое режущее полотно 18 крепится к нижней опорной раме 20. Вместо одного гидравлического цилиндра в каждой области зацепления, как показано на Фиг.3, резательная установка по изобретению имеет два гидравлических цилиндра 21 и 22 в области зацепления в левой половине опорной балки, а также два гидравлических цилиндра 23 и 24 в области зацепления в правой половине опорной балки.
Эффективные площади гидравлических цилиндров 21 и 24 меньше, чем эффективные площади гидравлических цилиндров 22 и 23. Совместная эффективная площадь всех гидравлических цилиндров достаточна для создания общего рабочего усилия, необходимого для резки материала наибольшей толщины и прочности. Эффективная площадь меньших гидравлических цилиндров 21 и 24 выбрана так, чтобы она была достаточной для создания общего рабочего усилия, необходимого для резки изделий, требующих наибольшей скорости резки и, следовательно, наименьшего времени цикла резки.
На Фиг.5 гидравлический насос 25 качает гидравлическую жидкость из резервуара 26 гидравлической жидкости. Набор накопителей 27, содержащий один или несколько накопителей, аккумулирует гидравлическую жидкость высокого давления, доставленную гидравлическим насосом 25, и сглаживает изменения давления в процессе работы резательной установки. Сервоклапан 28 управляет потоком жидкости в гидравлические цилиндры 21 и 22. В используемой на практике системе может потребоваться более одного сервоклапана для обеспечения необходимых скоростей потока, но принцип остается тем же, что и в представленном случае с единственным сервоклапаном. При работе сервоклапана 28 в одном направлении гидравлическая жидкость может поступать из подающей линии высокого давления на одну сторону гидравлического цилиндра 21, при этом одновременно обеспечивается выход потока с другой стороны цилиндра 21 в резервуар 26. Когда сервоклапан 28 работает в противоположном направлении, потоки следуют в обратном направлении. Запорные клапаны 29 и 30 позволяют гидравлическому цилиндру 22 быть либо подсоединенным к подающей линии высокого давления, либо отсоединенным от нее. В предпочтительном варианте осуществления положение гидравлического цилиндра 21 измеряется датчиком-преобразователем 31, и система 32 управления производит сравнение измеренного положения с данными функциональной зависимости положения режущего полотна от времени. Система 32 управления вырабатывает сигнал, управляющий сервоклапаном 28.
Гидравлический цилиндр 22 представляет собой цилиндр с двусторонним штоком, в котором эффективные площади по обе стороны поршня равны. Когда цилиндр 22 пребывает в нерабочем режиме, запорные клапаны 29 и 20 закрыты. В это время перепускной клапан 33 может быть открыт, чтобы обеспечить прохождение потока непосредственно с одной стороны гидравлического цилиндра 22 на другую. Поскольку площади по обеим сторонам равны, объем гидравлической жидкости в гидравлическом цилиндре остается постоянным в процессе резки, и нет необходимости в подаче дополнительной гидравлической жидкости в гидравлический цилиндр 22 или в сбросе избыточной гидравлической жидкости в резервуар. Однако для компенсации любой возможной утечки, когда гидравлический цилиндр 22 не работает, напорный резервуар 34, служащий отдельным источником подачи гидравлической жидкости, присоединен к гидравлической системе посредством клапана 35. Гидравлической жидкости, обеспечиваемой этим отдельным источником подачи гидравлической жидкости, не требуется находиться под высоким давлением, таким образом можно использовать простой напорный резервуар 34 или отдельную систему подачи гидравлической жидкости под низким давлением.
В упрощенном иллюстративном примере на Фиг.5 показаны лишь один сервоклапан 28, лишь один набор цилиндров 21 и 22 и лишь один набор цилиндров 29, 30 и 33, однако в резательной установке качательного типа действия в ее полном виде, как показано на Фиг.4, очевидно будут присутствовать еще один сервоклапан, еще один набор запорных клапанов и перепускной клапан для гидравлических цилиндров 23 и 24 в области зацепления на другом конце опорной балки.
В предпочтительном способе управления настоящего изобретения в резательной установке согласно Фиг.5 и Фиг.6 всегда используются малые гидравлические цилиндры 21 и 24 для возврата режущего полотна в исходное положение. Когда требуется работать с толстым и прочным материалом, большие гидравлические цилиндры 22 и 23 используются для резки совместно с малыми гидравлическими цилиндрами, но когда резка завершена, клапаны 29, 30 и 33 срабатывают так, чтобы возвратное перемещение криволинейного режущего полотна из конечного положения резки в исходное положение выполнялось с использованием только малых гидравлических цилиндров 21 и 24. Это минимизирует количество гидравлической жидкости, которое должно быть прокачено для возвратного перемещения.
В варианте осуществления на Фиг.4 и 5 размеры гидравлического насоса 25, накопителей 27 и сервоклапана 28 подобраны так, чтобы при использовании малых гидравлических цилиндров 21 и 24 можно было добиться минимального времени цикла резки и/или времени возврата в исходное положение при требуемой производительности. При резке толстых и прочных материалов запорные клапаны, которые отключают большие гидравлические цилиндры 22 и 23, открыты, а перепускные клапаны больших гидравлических цилиндров 22 и 23 закрыты. Таким образом, большие гидравлические цилиндры 22 и 23 включены в рабочий режим. Когда они находятся в рабочем режиме, время цикла резки увеличивается примерно пропорционально отношению суммы эффективных площадей больших гидравлических цилиндров 22 и 23 и малых гидравлических цилиндров 21 и 24 к сумме эффективных площадей малых гидравлических цилиндров 21 и 24, так что обеспечение требуемых потоков не выходит за пределы возможностей насосной системы и сервоклапанов. Время цикла резки увеличивается просто путем увеличения периода времени в функциональной зависимости опорного положения от времени в системе 32 управления. Решение об использовании рабочего режима с высокой скоростью и малым усилием или режима работы с малой скоростью и высоким усилием может быть принято оператором или предпочтительно системой управления автоматически согласно параметрам материала, подвергаемого резке. Запорные клапаны и перепускные клапаны предпочтительно управляются электрически системой управления.
В то время как в примере варианта осуществления, показанном на Фиг.4, имеются два гидравлических цилиндра в обеих областях зацепления, расположенных на каждой половине опорной балки криволинейного режущего полотна, принцип изобретения также применим к вариантам осуществления, в которых имеется более двух цилиндров в каждой области зацепления, при условии, что по меньшей мере один из цилиндров может быть включен в рабочий режим или выведен из него независимо. Он также применим к вариантам осуществления, в которых имеется один гидравлический цилиндр в одной области зацепления и более одного гидравлического цилиндра в другой области зацепления. В то время как в примере варианта осуществления два гидравлических цилиндра в каждой области зацепления имеют неодинаковые эффективные площади, принцип изобретения также применим к вариантам осуществления, в которых цилиндры имеют равные эффективные площади. В то время как в предпочтительном варианте осуществления при резке толстого и прочного материала используются как большие гидравлические цилиндры, так и малые гидравлические цилиндры, принцип изобретения также применим к системам, в которых при резке толстого и прочного материала используются только большие цилиндры, а при резке более тонкого или мягкого материала используются только малые цилиндры.
На Фиг.4 гидравлические цилиндры функционируют в условиях работы штоков цилиндров на растяжение, однако принцип изобретения также применим к резательным установкам, в которых гидравлические цилиндры функционируют в условиях работы штоков цилиндров на сжатие, как показано на Фиг.6. Работа на растяжение предпочтительна.
Перечень позиций
1 наклонное режущее полотно
2 прямое режущее полотно
3 материал
4 ширина материала, подвергаемого резке
5 криволинейное верхнее режущее полотно
6 материал
7 ширина материала, подвергаемого резке
8 прямое режущее полотно
9 заготовка из материала, подвергаемого резке
10 верхнее криволинейное режущее полотно
11 нижнее режущее полотно
12 верхняя опорная балка
13 нижняя опорная балка
14 гидравлический цилиндр
15 гидравлический цилиндр
16 заготовка из материала, подвергаемого резке
17 верхнее криволинейное режущее полотно
18 нижнее прямое режущее полотно
19 верхняя опорная балка
20 нижняя опорная балка
21 гидравлический цилиндр
22 гидравлический цилиндр
23 гидравлический цилиндр
24 гидравлический цилиндр
25 гидравлический насос
26 резервуар гидравлической жидкости
27 накопитель
28 сервоклапан
29 запорный клапан
30 запорный клапан
31 датчик-преобразователь
32 система управления
33 перепускной клапан
34 напорный резервуар
35 клапан