ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ШТАМПОВОЧНЫЙ МОЛОТ С ГИДРАВИЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
VERTICAL DIE HAMMER WITH HYDRAULIC DRIVE

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к кузнечно-штамповочному оборудованию для изготовления плоских или низких заготовок с удлиненной осью, в частности - к конструкции вертикальных штамповочных молотов с гидравлическим приводом.
Из уровня техники известен вертикальный штамповочный молот с гидравлическим приводом, который содержит станину со стойками, оснащенными направляющими, размещенную с возможностью перемещения в указанных направляющих бабу молота, установленную на стойках плиту с закрепленным на ней гидроцилиндром с поршнем, соединенным посредством штока с бабой молота и разделяющим внутренний объем на штоковую и поршневую полости, при этом штоковая полость постоянно соединена с емкостью с энергоносителем, а поршневая выполнена с возможностью периодического соединения через двухпозиционные распределители с источником жидкости высокого давления через напорный и обратный магистральный клапаны и со сливным баком через сливной клапан (Патент ИЗ RU 2334583 С2, опубл. 20.08.2007, бюл. №27).
Однако такое конструктивное исполнение вертикального штамповочного молота имеет недостаток, заключающийся в том, что оно не исключает возможности появления разрежения в поршневой полости цилиндра в крайнем рабочем положении бабы при разгоне и отскока, сопровождаемого несанкционированным, повторным, ударом. Кроме того, рабочая жидкость, вытесняемая при ходе бабы вверх, требует дополнительной энергии для ее перетекания в гидравлическую полость компенсатора.
Наиболее близким техническим решением из уровня техники является вертикальный штамповочный молот с гидравлическим приводом, который содержит станину со стойками, оснащенными направляющими, размещенную с возможностью перемещения в указанных направляющих ударную массу (бабу) молота, установленную на стойках плиту с закрепленными на ней гидроцилиндром с поршнем, соединенный посредством штока с ударной бабой молота и разделяющий внутренний объем на штоковую и поршневую полости, при этом штоковая полость постоянно соединена с емкостью с энергоносителем, а поршневая полость выполнена с возможностью периодического соединения через двухпозиционный распределитель с источником жидкости высокого давления через напорный клапан и обратный клапаны и со сливным баком через сливной клапан, а двумя обратными клапанами с гидрокомпенсатором, подсоединенным к напорной части первого и к запорной части второго и функционально обеспечивающим подачу жидкости из него в момент разрежения в поршневой полости или при перемещении ударной бабы вниз, при этом первый из клапанов запорной частью и второй напорной частью подсоединены к поршневой полости гидроцилиндра, а запорная часть обратного магистрального клапана подсоединена к штоковой полости цилиндра (Патент ИЗ RU №2409446 С1, опубл. 20.01.2011, Бюл. №2).
Однако такое конструктивное выполнение вертикального штамповочного молота имеет недостаток, заключающийся в том, что оно не исключает появления разрежения в поршневой полости цилиндра в виду инерционности компенсатора, нестабильности положения его поршня и возможного течения жидкости от компенсатора в поршневую полость, а из нее опять в компенсатор, что приводит к снижению КПД удара.
В основу заявленного технического решения положена задача повышения КПД вертикального штамповочного молота.
Технический результат - исключение нестабильности кинематических и силовых параметров движения поршня рабочего цилиндра.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что вертикальный штамповочный молот с гидравлическим приводом, содержащий станину со стойками, оснащенными направляющими, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вертикальной оси молота размещена ударная баба, установленную на стойках плиту с закрепленным на ней рабочим гидроцилиндром с поршнем, который соединен посредством штока с ударной бабой и делит внутреннюю полость рабочего гидроцилиндра на штоковую и поршневую полости, при этом упомянутая штоковая полость постоянно соединена с источником жидкости высокого давления, а поршневая полость выполнена с возможностью периодического соединения посредством двухпозиционных распределителей и клапанов с напорной и сливной магистралями, а через напорный и обратный магистральный клапаны со штоковой полостью, оснащен сосудом, имеющим входное и выходное отверстия, и обратным клапаном, выполненным с запорной и напорной частями, при этом сосуд подсоединен к поршневой полости рабочего гидроцилиндра через упомянутый обратный клапан со стороны напорной части последнего, и соединен входным отверстием через сливной клапан с поршневой полостью рабочего гидроцилиндра, а выходным отверстием - со сливом, целесообразно обратный клапан с запорной и напорной частями выполнять встроенным в сосуд.
На фиг. 1 показана принципиальная гидравлическая схема вертикального штамповочного молота с гидравлическим приводом.
На фиг. 2 показана принципиальная гидравлическая схема вертикального штамповочного молота с гидравлическим приводом и возможным вариантом исполнения дополнительного сосуда с обратным клапаном.
Вертикальный штамповочный молот состоит из станины 1 со стойками 2 с направляющими 3, ударной бабой 4, установленной в направляющих 3 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вертикальной оси молота. На верхней плоскости стоек 2 установлена плита 5, с закрепленным на ней рабочим гидроцилиндром 6 с поршнем 7, делящим внутренний объем гидроцилиндра 6 на две полости: штоковую полость 8 со штоком 7а и поршневую полость 9. При этом полость 8 постоянно соединена: каналами 10 и 11 трубопроводами 12, 13, 14 с аккумулятором 15 с энергоносителем под давлением, а также соединена трубопроводом 16а, через напорную часть 17а обратного магистрального клапана 17 и его запорную часть 17б, трубопроводами 19, 14, 13, каналом 12 с насосом 18; поршневую полость 9, периодически соединяемую с полостью 8 трубопроводами 19 и 20 через клапан удара 21, управляемого распределителем 22, трубопроводами 23, 12, каналами 11 и 10; с аккумулятором 15 - трубопроводами 19, 20 через клапан удара 21 трубопроводами 23, 13, 13а, 14; с насосом 18 - трубопроводом 16 через напорную часть 17а обратного магистрального клапана 17, его запорную часть 17б, трубопроводами 16а; с полостью 8 - трубопроводами 19, 24 через напорную часть 25а обратного клапана 25 через его запорную часть 25б трубопроводом 26 каналом 10, с сосудом 27 - трубопроводом 28 через напорную часть 29а обратного клапана 29, его запорную часть 29б и трубопровод 30; со сливом 31 - трубопроводом 32а через сосуд 27 трубопроводом 32 через клапан слива 37, управляемого распределителем 34, и трубопровод 35.
Для контроля давления жидкости и газа установлены манометры: 36 в гидросистеме и 37 - в пневмосистеме. Насос 18 предохраняют от перегрузок обратным магистральным клапаном 17 и предохранительным клапаном, встроенным в систему управления насосом.
Аккумулятор 15 заправляют газом (воздухом) от источника давления 38 через вентиль 39. Вибрации грунта от ударов молота снижают пружинными 40 и пневматическими 41 амортизаторами. На ударную бабу 4 крепят верхнюю 42 и нижнюю 43 части штампа с заготовкой 44.            Распределитель 22 разделен на полости 22а и 22б, а распределитель 34 - на полости 34а и 34б. Полость 22а соединена с аккумулятором 15 трубопроводами 45, 13а, 14 с полостью 21а клапана удара 21 - трубопроводом 46; со сливом 31 - трубопроводами 46а и 48.
Полость 346 распределителя 34 соединена с аккумулятором 15 трубопроводами 49, 45, 13а, 14; со сливом 31 - трубопроводами 50, 47.
На фиг. 2 представлен вариант исполнения обратного клапана 29. Он имеет запорный элемент 51, который прижат к корпусу 52 клапана силой пружины 53, удерживающей в исходном положении силу давления жидкости, заполнившей сосуд 27. Верхний конец пружины 53 закреплен жестко к фланцу 54. Сосуд 27 имеет входное 55 и выходное 56 отверстия. Входным отверстием 55 сосуд соединен трубопроводом 32 с сливным клапаном 33, а отверстием 56 и трубопроводом 32а - со сливом 34.
Вертикальный штамповочный молот работает следующим образом.
Цикл работы штамповочного молота состоит из разгона, рабочего и возвратного ходов. Разгон начинается с пуска и переключения распределителя 22 в положение влево, при котором жидкость под давлением от аккумулятора 15 по трубопроводам 14, 13а, 45, 46 переключит клапан 21 вправо и соединит полость 9 рабочего гидроцилиндра 6 с аккумулятором 15 трубопроводам 19, 20 через клапан 21 по трубопроводам 23, 13, 13а, 14; с полостью 8 - трубопроводами 19, 20 через клапан 21, трубопроводы 23, 12, каналы 11 и 10. с насосом 18 трубопроводами 19, 20, через клапан 21, трубопроводы 23, 13 а, 16, через обратный клапан 17 трубопровод 16а. Жидкость под давлением поступит в полость 9, при этом давления в полостях 9 и 8 будут, практически, одинаковыми. Под действием силы давления жидкости, равной произведению величины давления на площадь поперечного сечения штока 7а, а также под действием сил тяжести ударной бабы 4, поршня 7 и штока 7а произойдет разгон ударной бабы 4 с верхней частью штампа 42 в направлении заготовки 44 и неподвижной части штампа 43.
На нагрузочной фазе рабочего хода произойдет удар и деформирование заготовки, сопровождаемое на разгрузочной фазе рабочего хода отскоком ударной бабы 4 вверх за счет упругой энергии поковки и соударяющихся частей молота: ударной бабы 4, штампов 42 и 43. При отскоке поршень 7 сожмет жидкость в полости 9 и повысит в ней давление до величины, превышающей давление, поддерживаемое обратным клапаном 25. Часть объема жидкости из полости 9 вытиснится по трубопроводам 26 19, 24 через напорную полость 25а клапана 25 и его запорную полость 25б по трубопроводу 26, каналу 10 в полость 8 или по трубопроводам 12, 13,13а, 14 в аккумулятор 16. Сила давления жидкости в полости 9 остановит поршень 7 и ударную бабу 4 в промежуточном положении. В дальнейшем возможен повторный разгон и несанкционированный удар молота под действием давления жидкости в полости и сил тяжести ударной бабы, поршня, штока и частей штампа.
Во избежание повторного разгона ударной бабы 4 вниз и исключения повторного удара закрывают клапан 21 до удара на стадии разгона, ввиду кратковременности рабочего хода и длительности переключения распределителя 22 и клапана 21. Для этого переключают на стадии разгона распределитель 22 в положение, показанное на фиг. 1, а клапан 21 в положение «закрыт», показанное на фиг 1.
Затем открывают сливной клапан 33 вправо в положение «открыт», когда полость 9 трубопроводом 35 через клапан 33 трубопровода 32 соединится с сосудом 27, а через него со сливом 31. Переключение клапана 33 осуществляют распределителем 34, переключая его вправо. Закрыть клапан 21 и открыть клапан 33 одновременно нельзя ввиду выброса жидкости из зон высокого давления: аккумулятора 15, насоса 18, полости 8 на слив. Поэтому сначала закрывают клапан 21, а через минимально возможный промежуток времени, составляющий сотые и тысячные доли секунды, открывают клапан слива. 33. Между последовательными переключениями клапанов 21 и 34 наступает момент, при котором полость 9 становится замкнутой по объему и в ней, вследствие движения вниз поршня 7 начнет падать давление и оно может стать ниже атмосферного.
0
0
t
t
0
t
0
t
Для предотвращения снижения давления жидкости ниже атмосферного в полости 9 осуществляют ее пополнение жидкостью из сосуда 27 по трубопроводу 28 через обратный клапан 29 и трубопровод 30. Исходя из условия неразрывность потока жидкости в полости 9, давление жидкости в ней обеспечивается условием:  Sθ=Sθ, где S - площадь поперечного сечения полости 9; S - площадь поперечного сечения трубопровода 30; θ - скорость поршня 7 или ударной бабы 4 к началу рабочего хода; θ  - скорость потока на выходе в полость 9 из трубопровода 30.
1
c
2
k
1
2
c
k
ck
0
0
ck
Работу обратного клапана 29 проследим по чертежу, представленному на фиг. 2. При уменьшении давления в полости 9 рабочего гидроцилиндра 6 на запорный элемент 51 действует сила, равная Р=pS-pS, где p, р - давление жидкости над и под запорным элементом, соответственно; S, S - площадь запорного элемента 51 со стороны сосуда и полости 9 соответственно. Сила Р переместит запорный элемент вниз, преодолев силу растяжения пружины 52, и откроет отверстие в клапане. Жидкость из сосуда 27 перетечет в полость 9. При этом из условия неразрывности потоков жидкости в полости 9 и в отверстии между сосудом и полостью 9 должно соблюдаться условие: Sθu=Sθ, где S - площадь слива в отверстии между сосудом и полостью 9; θu - скорость истечения жидкости через отверстие между корпусом 52 и запорным элементом 51.
k
При возвратном ходе давление в поршневой полости, ввиду создания давления для вытеснения жидкости из нее на слив, становится выше атмосферного. Под действием силы давления на площадь S запорный элемент 51 перемещается вверх, герметизируя отверстие между полостью 9 и сосудом 27. Жидкость из поршневой полости по трубопроводу 35 через клапан 33 и трубопровод 32 втекает в сосуд 27 через отверстие 55 и вытесняется из него через отверстие 56 по трубопроводу 32а в слив 31. При необходимости увеличения скорости истечения жидкости из сосуда 27 через клапан 29 можно создать в сосуде 27 давление жидкости порядка в несколько МПа за счет разности площадей отверстий 55 и 56, при этом диаметр отверстия 55 должен быть больше, чем диаметр отверстия 56.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении предназначен для использования в машиностроении и может быть реализован в качестве вертикального штамповочного молота с гидравлическим приводом в организации технологических процессов, связанных с обработкой металлов давлением;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно за счет замены сухого трения в рабочем цилиндре на жидкостное и устранения утечки воздуха из этой полости при эксплуатации.
Указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверх суммарного) результата.
Следовательно заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.