ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС
HYDRAULIC PRESS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при создании гидропрессов, предназначенных для выполнения технологических операций с изменяющейся по ходу ползуна технологической нагрузкой.
Известен гидравлический пресс, содержащий рабочий цилиндр, мультипликатор в виде соосных цилиндров с поршнями различных диаметров; источник питания рабочей жидкости;
гидрораспределитель; дополнительный поршневой цилиндр, установленный параллельно мультипликатору; компенсатор расхода жидкости в виде аккумулятора низкого давления; золотник переключения ступеней мультипликации и запорный золотник (А.С. СССР 1133117, 1985, В30В 15/16).
Недостатками данного пресса являются:
- Сложность системы управления прессом ввиду наличия аккумулятора низкого давления с дополнительной аппаратурой для управления его работой.
- Сложность конструкции мультипликатора, состоящего из основных и дополнительных цилиндров поршневого типа.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидравлический пресс, содержащий поршневой силовой цилиндр, гидравлический мультипликатор, выполненный в виде двух соосных цилиндров высокого и низкого давления с плунжерами, образующими подвижной блок плунжеров, насосную станцию, четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, входы которого раздельно соединены с напорной и сливной магистралями насосной станции, а один из выходов - с возвратной полостью силового цилиндра;
два трехходовых двухпозиционных золотника, один из которых своим открытым входом подключен ко второму выходу реверсивного золотника (RU 2206456 С2, В30В 15/16, 20.06.2003). Недостатком данного пресса являются:
- Ограниченные технологические возможности, поскольку объемы полостей цилиндров мультипликатора должны строго увязываться с величиной холостого и рабочего хода пресса, а это, в свою очередь, определяет технологический процесс обработки.
- Необходимость вывода подвижного блока плунжеров цилиндров мультипликатора в строго заданную позицию после каждого рабочего цикла, что усложняет систему управления прессом.
Задачей заявляемого устройства является расширение технологических возможностей пресса и упрощение системы управления прессом.
Поставленная задача достигается тем, что гидравлический пресс, содержащий силовой поршневой цилиндр, гидравлический мультипликатор, выполненный в виде двух соосных цилиндров высокого и низкого давления с плунжерами, образующими подвижной блок плунжеров, насосную станцию, четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, входы которого раздельно соединены с напорной и сливной магистралями насосной станции, а один из выходов - с возвратной полостью силового цилиндра, трехходовой двухпозиционный золотник, вход которого соединен со вторым выходом реверсивного золотника, а один из выходов - с поршневой полостью силового цилиндра, согласно изобретению, снабжен системой восьми обратных клапанов, системой шести двухходовых двухпозиционных отсеченных золотников, четырехходовым двухпозиционным золотником и соосно установленным с основным мультипликатором дополнительным гидравлическим мультипликатором с цилиндрами высокого и низкого давления с плунжерами, образующими подвижный блок плунжеров, который жестко связан с подвижным блоком плунжеров основного мультипликатора и снабжен штангой, взаимодействующей с устройством переключения четырехходового двухпозиционного золотника, а полости цилиндров высокого давления мультипликаторов имеют периферийное расположение и через последовательно установленные обратные клапаны и нормально закрытые отсеченные золотники раздельно соединены с поршневой полостью силового цилиндра, при этом один из входов четырехходового двухпозиционного золотника через нормально закрытый отсечной золотник соединен с полостью цилиндра низкого давления основного мультипликатора и через параллельно установленные обратный клапан и нормально открытый отсечной золотник - с полостью цилиндра высокого давления дополнительного мультипликатора, а второй выход четырехходового двухпозиционного золотника через нормально закрытый отсечной золотник соединен с полостью цилиндра низкого давления дополнительного мультипликатора и через параллельно установленные обратный клапан и нормально открытый отсечной золотник - с полостью цилиндра высокого давления основного мультипликатора, причем один из выходов четырехходового двухпозиционного золотника соединен со сливом, а второй вход - со вторым выходом трехходового двухпозиционного золотника, дополнительно полости цилиндров низкого давления основного и дополнительного мультипликаторов раздельно через обратные клапаны соединены с баком для жидкости насосной станции и с поршневой полостью силового цилиндра.
Включение в состав пресса системы четырех обратных клапанов, системы шести двухходовых двухпозиционных отсечных золотников, четырехходового двухпозиционного золотника и соосно установленного с основным дополнительного гидравлического мультипликатора с цилиндрами высокого и низкого давления с плунжерами, образующими подвижной блок плунжеров, который жестко связан с подвижным блоком плунжеров основного мультипликатора и снабжен штангой, взаимодействующей с устройством переключения четырехходового двухпозиционного золотника; соединение полостей цилиндров высокого давления мультипликаторов, имеющих перефирийное расположение, через последовательно установленные обратные клапаны и нормально закрытые отсеченные золотники раздельно с поршневой полостью силового цилиндра, соединение одного из выходов четырехходового двухпозиционного золотника через нормально закрытый отсечной золотник с полостью цилиндра низкого давления основного мультипликатора и через параллельно установленные обратный клапан и нормально открытый отсечной золотник с полостью цилиндра высокого давления дополнительного мультипликатора, соединение второго выхода четырехходового двухпозиционного золотника через нормально закрытый отсечной золотник с полостью цилиндра низкого давления дополнительного мультипликатора и через параллельно установленные обратный клапан и нормально открытый отсечной золотник с полостью цилиндра высокого давления основного мультипликатора, а также соединение при этом одного из входов четырехходового двухпозиционного золотника со сливом, а второго входа со вторым выходом трехходового двухпозиционного золотника, и дополнительное соединение полостей цилиндров низкого давления основного и дополнительного мультипликаторов раздельно через обратные клапаны с баком для жидкости насосной станции и с поршневой полостью силового цилиндра в совокупности с другими существенными признаками обеспечивают включение основного и дополнительного мультипликаторов на совместную работу в режиме гидравлического мультипликатора или в режиме гидравлического редуктора (в зависимости от давления в силовом цилиндре) при любом положении подвижного блока плунжеров, а это исключает строгую увязку объемов полостей цилиндров мультипликаторов с величинами холостого и рабочего хода пресса, исключает требование вывода блока плунжеров мультипликаторов перед каждым рабочим циклом пресса строго в расчетное положение, и, как следствие, упрощается система управления прессом и расширяются его технологические возможности.
Гидравлический пресс поясняется чертежом, где показана схема пресса.
Гидравлический пресс содержит силовой цилиндр 1 с поршневой рабочей полостью 2 и штоковой возвратной полостью 3, насосную станцию 4, два гидравлических мультипликатора 5 и 6 с плунжерными цилиндрами низкого давления 7 и 8 и с плунжерными цилиндрами высокого давления 9 и 10 соответственно. Плунжеры цилиндров каждого мультипликатора с диаметрами d и D (d<D) образуют подвижные блоки 11 и 12, которые тягами 13 объединены в общий подвижный блок. Система гидроаппаратов включает четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник 14 с электромагнитами 15 и 16, входы которого раздельно соединены со сливной и напорной магистралями насосной станции, а один из выходов - трубопроводом 17 с возвратной полостью силового цилиндра. Второй выход реверсивного золотника соединен со входом трехходового двухпозиционного золотника 18 с электромагнитом 19. Закрытый выход этого золотника трубопроводом 20 соединен с рабочей полостью силового цилиндра, а открытый выход - со входом четырехходового двухпозиционного золотника 21 с устройством для переключения 22, второй вход которого соединен со сливом. С устройством переключения 22 взаимодействует штанга 23, закрепленная на общем подвижном блоке мультипликаторов. Полости цилиндров высокого давления 9 и 10 мультипликаторов 5 и 6, соответственно, через последовательно установленные обратные клапаны 24 и 25 и нормально закрытые двухходовые двухпозиционные отсечные золотники 26 и 27 с электромагнитами 28 и 29 соединены с рабочей полостью силового цилиндра, с которой соединены и полости цилиндров низкого давления 7 и 8 мультипликаторов 5 и 6, соответственно через обратные клапаны 30 и 31. Дополнительно полости цилиндров 7 и 8 соответственно через обратные клапаны 32 и 33 соединены с баком для жидкости насосной станции. Один из выходов четырехходового двухпозиционного золотника 21 через нормально закрытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник 34 с электромагнитом 35 соединен с цилиндром низкого давления 7 мультипликатора 5 и через параллельно установленные обратный клапан 36 и через нормально открытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник 37 с электромагнитом 38 - с цилиндром высокого давления 10 мультипликатора 6; второй выход золотника 21 через нормально закрытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник 39 с электромагнитом 40 соединен с цилиндром низкого давления 8 мультипликатора 6 и через параллельно установленные обратный клапан 41 и нормально открытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник 42 с электромагнитом 43 - с цилиндром высокого давления 9 мультипликатора 5.
Гидравлический пресс работает следующим образом. Рабочий цикл пресса происходит при работающих насосах станции и включает периоды холостого хода, рабочего хода с двумя ступенями скорости и давления и обратного хода с выведением поршня силового цилиндра в исходное положение.
Холостой ход пресса начинается из положения, при котором поршень силового цилиндра 1 занимает крайнее левое положение (по схеме). Для его осуществления включается электромагнит 15. Реверсивный золотник 14 занимает позицию, при которой возвратная полость 3 силового цилиндра трубопроводом 17 соединяется со сливом, а напорная магистраль насосной станции через трехходовой двухпозиционный золотник 18, находящийся в исходной позиции, соединяется со входом четырехходового двухпозиционного золотника 21. В зависимости от того, какую позицию (из двух) занимает этот золотник, жидкость далее будет поступать по двум направлениям. При нахождении золотника в основной позиции (схема) жидкость от насосов через отсечной золотник 37 и обратный клапан 36 поступает в цилиндр высокого давления 10 мультипликатора 6. При этом общий подвижный блок плунжеров мультипликаторов перемещается вправо (по схеме), вытесняя жидкость из цилиндра низкого давления 8 мультипликатора 6 через обратный клапан 31 в рабочую полость 2 силового цилиндра, обеспечивая движение его поршня вправо (по схеме) с вытеснением жидкости из полости 3 на слив. Жидкость из цилиндра высокого давления 9 мультипликатора 5 в данном случае сливается через отсечной золотник 42 и золотник 21. Одновременно происходит заполнение цилиндра низкого давления 7 мультипликатора 5 из бака насосной станции через обратный клапан 32. В конце хода общего блока плунжеров мультипликаторов вправо (по схеме) штанга 23, связанная с этим блоком, входит в контакт с устройством 22 и переводит золотник 21 во вторую позицию, при которой жидкость от насосов через отсечной золотник 42 и обратный клапан 41 поступает в цилиндр высокого давления 9 мультипликатора 5. При этом общий подвижный блок плунжеров мультипликторов перемещается влево (по схеме), вытесняя жидкость из цилиндра низкого давления 7 мультипликатора 5 через обратный клапан 30 в рабочую полость 2 силового цилиндра, обеспечивая движение его поршня вправо (по схеме) с вытеснением жидкости из полости 3 на слив. Жидкость из цилиндра высокого давления 10 мультипликатора 6 в данном случае сливается через отсечной золотник 37 и золотник 21. Одновременно происходит заполнение цилиндра низкого давления 8 мультипликатора 6 из бака насосной станции через обратный клапан 33. В конце хода общего блока плунжеров мультипликаторов влево (по схеме) штанга 23 входит в контакт с устройством 22 и переводит золотник 21 в исходную позицию. Начинается новый рабочий цикл мультипликаторов. В итоге, обеспечивается непрерывная подача жидкости в силовой цилиндр. Блок мультипликаторов при этом работает в режиме гидравлического редуктора, обеспечивая повышенную скорость поршня силового цилиндра с одновременным повышением давления в напорной магистрали насосной станции по отношению к давлению в рабочей полости силового цилиндра, которое определяется усилием холостого хода. А именно:
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>X</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Q</mi><mi>H</mi></msub><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>S</mi><mi>П</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>P</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>H</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>X</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>k</mi><mi>P</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mi>X</mi></msub><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>S</mi><mi>П</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>P</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
;
,
X
H
П
p
Н
Х
Х
2
2
где V - скорость холостого хода; Q - подача насосов; S - площадь поршня силового цилиндра; k=d/D<1 - коэффициент редукции; Р - давление, развиваемое насосами; Р - давление в рабочей полости силового цилиндра при холостом ходе пресса; R - усилие холостого хода.
Рабочий ход, в зависимости от рабочего усилия и соответствующего ему давления в рабочей полости силового цилиндра, может проходить по двум вариантам (с двумя ступенями скорости и давления). Первый вариант осуществляется, когда давление в рабочей полости силового цилиндра не превышает максимального рабочего давления насосов, второй вариант проходит при давлении в рабочей полости, превышающем максимальное рабочее давление насосов.
При первом варианте рабочего хода включается электромагниты 15 и 19. Реверсивный золотник 14 и золотник 18 занимают позиции, при которых жидкость от насосной станции по трубопроводу 20 поступает в рабочую полость силового цилиндра и при движении его поршня вправо (по схеме) вытесняется из возвратной полости по трубопроводу 17 через реверсивный золотник на слив. По сравнению с холостым ходом снижается скорость хода поршня силового цилиндра и уравниваются давления в рабочей полости силового цилиндра и в напорной магистрали. А именно:
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>Q</mi><mi>H</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>S</mi><mi>П</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>H</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>S</mi><mi>П</mi></msub></mrow>
;
,
1
1
1
где V, P, R - соответственно скорость, давление в рабочей полости силового цилиндра и усилие при первом варианте рабочего хода.
При втором варианте рабочего хода включаются электромагниты 15, 28, 29, 35, 38, 40 и 43. Все отсечные золотники при этом меняют свои позиции. Нормально закрытые золотники 26, 27, 34 и 39 открываются; нормально открытые золотники 37 и 42 закрываются. Реверсивный золотник 14 занимает позицию, при которой возвратная полость 3 силового цилиндра трубопроводом 17 соединяется со сливом, а напорная магистраль насосной станции через золотник 18, находящийся в исходной позиции, соединяется со входом золотника 21. В зависимости от того, какую позицию (из двух) занимает этот золотник, жидкость будет поступать по двум направлениям. При нахождении золотника в исходной позиции (схема) жидкость поступает одновременно в полость цилиндра низкого давления 7 мультипликатора 5 через отсечной золотник 34 и через обратный клапан 36 - в полость цилиндра высокого давления 10 мультипликатора 6. При этом общий подвижный блок плунжеров мультипликаторов двигается вправо (по схеме), вытесняя жидкость из полости цилиндра высокого давления 9 мультипликатора 5 через обратный клапан 24 в рабочую полость 2 силового цилиндра, обеспечивая движение его поршня вправо (по схеме) с вытеснением жидкости из полости 3 на слив. Жидкость из полости цилиндра низкого давления 8 мультипликатора 6 через отсечной золотник 39 и золотник 21 вытесняется на слив. В конце хода общего блока плунжеров мультипликаторов вправо (по схеме) штанга 23, связанная с этим блоком, входит в контакт с устройством 22 и переводит золотник 21 во вторую позицию, при которой жидкость от насосов одновременно поступает в полость цилиндра низкого давления 8 мультипликатора 6 через отсечной золотник 39 и через обратный клапан 41 - в полость цилиндра высокого давления 9 мультипликатора 5. При этом общий подвижной блок плунжеров мультипликаторов двигается влево (по схеме), вытесняя жидкость из полости цилиндра высокого давления 10 мультипликатора 6 через обратный клапан 25 в рабочую полость 2 силового цилиндра, обеспечивая движение его поршня вправо (по схеме) с вытеснением жидкости из полости 3 на слив. Жидкость из полости цилиндра низкого давления 7 мультипликатора 5 через отсечной золотник 34 и золотник 21 вытесняется на слив. В конце хода общего блока плунжеров мультипликаторов влево (по схеме) штанга 23 входит в контакт с устройством 22 и переводит золотник 21 в исходную позицию. Начинается новый рабочий цикл мультипликаторов. В итоге, при втором варианте рабочего хода, обеспечивается непрерывная подача жидкости в силовой цилиндр. Блок мультипликаторов работает по прямому назначению, что определяет более низкую рабочую скорость и более высокое рабочее давление в рабочей полости силового цилиндра по сравнению с давлением в напорной магистрали. А именно:
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>Q</mi><mi>H</mi></msub><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>S</mi><mi>П</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>M</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>H</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mi>M</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>S</mi><mi>П</mi></msub></mrow>
,
;
2
2
2
где V, Р, R - соответственно скорость, давление в рабочей полости силового цилиндра и усилие при втором варианте рабочего хода;
M
2
2
k=(1+D/d)>1 - коэффициент мультипликации.
Для осуществления обратного хода включаются электромагниты 16 и 19. Реверсивный золотник 14 и золотник 18 занимают позиции, при которых трубопровод 17 и возвратная полость 3 силового цилиндра через реверсивный золотник соединяется с напорной магистралью насосной станции, а рабочая полость 2 силового цилиндра трубопроводом 20 через золотник 18 и реверсивный золотник соединяется со сливом. Жидкость поступающая от насосов в возвратную полость 3 перемещает поршень силового цилиндра влево (по схеме) с вытеснением жидкости из рабочей полости 2 на слив.
Сигналы на необходимое включение электромагнитов можно получить, например, от концевых переключателей, контролирующих положение подвижных элементов пресса и блока плунжеров мультипликаторов, а также от реле давлений.
Установка дополнительного мультипликатора, блокирование его с основным мультипликатором и с дополнительным четырехходовым двухпозиционным золотником с помощью обратных клапанов и отсечных золотников обеспечивает непрерывную подачу жидкости в рабочую полость силового цилиндра (низкого давления при холостом ходе пресса, высокого давления при рабочем ходе). Это не требует строгой увязки объемов полостей цилиндров мультипликатора с величинами холостого и рабочего хода пресса, не требует вывода блока плунжеров мультипликатора перед каждым рабочим циклом пресса строго в расчетное положение и, как следствие, упрощается система управления прессом и расширяются его технологические возможности.