ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС
HYDRAULIC PRESS

Изобретение относится к отрасли машиностроения, а именно - к гидравлическим прессам для прессования изделий, в частности, из сыпучих материалов. Известный гидравлический пресс по [авт. св. СССР № 1738684А1, публ. 07.06.92, МПК5 В30В15/18], содержащий станину, силовой гидроцилиндр с поршнем и штоком, а также с поршневой и штоковой полостями, которые каналами соответственно соединены с гидравлическими линиями схемы управления. Этот гидравлический пресс выполнен с вертикальным расположением силового гидроцилиндра сверху над матрицей прессования сыпучего материала. Схема управления прессом содержит три двухпозиционных золотниковых распределителя, клапан наполнения, подпорный клапан, клапан слива, которые соответствующими гидравлическими линиями соединены между собой в схему управления, которая, в свою очередь, присоединена через соответствующие обратные клапаны к магистрали давления управления, магистрали рабочего давления и магистрали слива. Основным недостатком этого гидравлического пресса является недостаточное усилие прижима, что обусловлено использованием одного гидроцилиндра.
Вторым недостатком является его низкий КПД за счет значительного, порядка в десять раз, повышения потребности в рабочей жидкости в виде масла, что обусловлено повышенной длиной рабочего хода его подвижных частей в виде штока с поршнем. Наиболее близким к заявляемому решению по технической сути и достигаемому техническому результату является гидравлический пресс по [европейской патентной заявке № ЕР1420169А2, публ. 19.05.2004, МПК F15B9/09, В30В15/16], который можно использовать как гидравлический пресс одностороннего действия, так и двустороннего действия. При одностороннем выполнении данного пресса, он содержит первый силовой гидроцилиндр с первыми поршнем и штоком, а также поршневой и штоковой полостями, которые каналами соответственно соединены с гидравлическими линиями схемы управления. Шток первого силового гидроцилиндра соединен с подвижной траверсой, в нижней части которой в центре расположен второй силовой гидроцилиндр со штоковой и поршневой полостями и шток с поршнем, который выполнен в виде первого плунжера. А вокруг этого гидроцилиндра дополнительные внешние гидроцилиндры. Все штоковые и поршневые полости соединены каналами соответственно гидравлическим линиям схемы управления. При двустороннем выполнении этот гидравлический пресс содержит под траверсой станину, в верхней части которой в центре расположен третий силовой гидроцилиндр со штоковой и поршневой полостями и шток с поршнем, который выполнен в виде второго плунжера. Вокруг этого третьего силового гидроцилиндра расположены дополнительные внешние гидроцилиндры подъема. Схема управления в обеих вариантах содержит соединенные соответственно гидравлическим линиям датчики давления, сервоклапаны управления гидроцилиндрами, пропорциональные датчики управления, серворегуляторы, магистраль рабочего давления, магистраль давления управления, магистраль слива, а также блок управления с центральным процессором.
Преимуществом этого гидравлического пресса перед предыдущим является использование нескольких силовых гидроцилиндров, взаимодействующих между собой как в одностороннем, так и в двустороннем вариантах его использования.
Вместе с тем этому прессу присущ такой основной недостаток, как его низкий КПД из-за увеличения потребности в рабочей жидкости в виде масла, что, в свою очередь, обусловлено увеличенной длиной рабочих ходов его подвижных частей в виде штоков ΐ поршнями нескольких отдельно расположенных силовых гидроцилиндров наряду с дополнительными внешними гидроцилиндрами. Это также обуславливает его второй основной недостаток, которым являются его низкие массогабаритные показатели при одинаковой мощности прессов.
В основу изобретения возложена задача создания эффективно действующего гидравлического пресса путем обеспечения уменьшения количества отдельно расположенных силовых гидроцилиндров и соответственного уменьшения длины рабочих ходов их подвижных частей. А это позволяет повысить КПД гидравлического пресса за счет значительного, приблизительно в десять раз, уменьшения потребности в объемном количестве рабочей жидкости в виде масла, а также улучшения вследствие этого массогабаритных показателей пресса.
Поставленная задача решается тем, что в гидравлическом прессе, содержащем станину, первый силовой гидроцилиндр с первыми поршнем и штоком, а также поршневой и штоковой полостями, которые каналами соответственно соединены с гидравлическими линиями схемы управления. При этом первый силовой гидроцилиндр выполнен в виде первого плунжера прессования с обеспечением выдвижения его через один торец первой плунжерной полости, второй торец которой закреплен в станине и в этом торце зафиксирован первый шток первого поршня, при этом первая плунжерная полость каналом соответственно соединена с гидравлической линией схемы управления, канал первой штоковой полости выполнен внутри первого штока, а канал первой поршневой полости - внутри первых штока и поршня. Канал первой поршневой полости может быть соединен соответственно с гидравлической линией схемы управления через полость и канал первой плунжерной полости. Схема управления содержит первый клапан наполнения, выход которого соединен с каналом первой плунжерной полости, а вход управления соединен через первый двухпозиционный золотниковый распределитель или с магистралью слива, или через первый обратный клапан - с магистралью давления управления, вход слива первого клапана наполнения соединен с магистралью слива, при этом канал первой штоковой полости первого силового гидроцилиндра соединен через второй двухпозиционный золотниковый распределитель или с магистралью слива, или через второй и первый обратные клапаны - с магистралью давления управления. Первый клапан наполнения может быть выполнен со встроенным разгрузочным клапаном. Также гидравлический пресс содержит оппозитно расположенный к первому гидроцилиндру, в виде первого плунжера, второй силовой гидроцилиндр со вторым поршнем и штоком, а также поршневой и штоковой полостями, которые каналами соответственно соединены с гидравлическими линиями схемы управления, при этом второй силовой гидроцилиндр выполнен в виде второго плунжера прессования с обеспечением выдвижения его через один торец второй плунжерной полости, второй торец которой закреплен в станине и в этом торце зафиксирован второй шток второго поршня, вторая плунжерная полость каналом соответственно соединена с гидравлической линией схемы управления, канал второй штоковой полости выполнен внутри второго штока, а канал второй поршневой полости - внутри вторых штока и поршня. Канал второй поршневой полости может быть соединен соответственно с гидравлической линией схемы управления через полость и канал второй плунжерной полости. Схема управления дополнительно содержит второй клапан наполнения, выход которого соединен с каналом второй плунжерной полости и через третий обратный клапан - с каналом первой плунжерной полости, а вход управления второго клапана наполнения соединен через трехпозиционный золотниковый распределитель или с магистралью слива, или через первый обратный клапан - с магистралью давления управления, вход слива второго клапана наполнения соединен с магистралью слива, выход клапана гидрозамка и канал второй поршневой полости второго силового гидроцилиндра соединены через четвертый обратный клапан с магистралью рабочего давления, а вход управления клапана гидрозамка соединен через третий двухпозиционный золотниковый распределитель или с магистралью слива, или через первый обратный клапан с магистралью давления управления, при этом вход слива клапана гидрозамка соединен с выходом второго клапана наполнения, канал второй штоковой полости второго силового гидроцилиндра соединен через первый обратный клапан с магистралью давления управления. Клапан гидрозамка выполнен со встроенным разгрузочным клапаном. Вход управления второго клапана наполнения соединен через регулятор расхода с магистралью слива. Выполнение первого силового гидроцилиндра в виде первого плунжера прессования с обеспечением его выдвижения через один торец первой плунжерной полости, второй торец которой закреплен в станине и в этом торце зафиксирован первый шток первого поршня, а также выполнение каналов внутри первого штока и поршня позволяет уменьшить длину рабочих ходов подвижных частей гидравлического пресса за счет отсутствия отдельно расположенных силовых гидроцилиндров, т.е. выполнения силовых гидроцилиндров друг в друге. А это резко уменьшает потребность в объемном количестве рабочей жидкости в виде масла и тем самым позволяет повысить КПД гидравлического пресса. Это также позволяет значительно улучшить массогабаритные показатели пресса, сделать его компактным при одностороннем прессовании. А также повысить скорость выполнения режимов работы пресса.
Выполнение соединения каналом первой · поршневой полости с гидравлической линией схемы управления через полость и канал первой плунжерной полости позволяет сократить количество гидравлических линий и элементов схемы управления при обеспечении необходимого усилия при прессовании, а это также направленно на улучшение массогабаритных показателей пресса. Выполнение схемы управления с первым клапаном наполнения, первым и вторым двухпозиционными золотниковыми распределителями, первым и вторым обратными каналами, которые соответственно соединены между собой и магистралью слива и магистралью давления управления гидравлическими линиями позволяет обеспечить уменьшение количества элементов схемы управления при обеспечении всех необходимых режимов работы пресса, что тем самым уменьшает потребность в рабочей жидкости в виде масла и содействует улучшению массогабаритных показателей пресса, а также повышению надежности его работы.
Выполнение первого клапана наполнения со встроенным разгрузочным клапаном позволяет обеспечить сброс избыточного давления в гидравлических линиях схемы управления, что повышает надежность работы этой схемы. Выполнение пресса с оппозитно расположенным_ к первому гидроцилиндру, в виде первого плунжера, второго гидроцилиндра в виде второго плунжера прессования с обеспечением его выдвижения через один торец второй плунжерной полости, второй торец которой закреплен в станине с фиксацией в этом торце второго штока второго поршня и выполнение каналов внутри второго штока и поршня позволяет также уменьшить длину рабочих ходов подвижных частей гидравлического прессу за счет отсутствия отдельно расположенных силовых гидроцилиндров, т.е. выполнения силовых гидроцилнндров друг в друге. А это также резко уменьшает потребность в количестве (объеме) рабочей жидкости в виде масла и тем самым также позволяет повысить КПД гидравлического пресса. Это также позволяет значительно улучшить массогабаритные показатели пресса двустороннего действия. Также повышается скорость выполнения режимов работы пресса при встречном прессовании, что значительно уменьшает время рабочего цикла и значительно снижает расходные мощностные характеристики. Выполнение соединения каналом второй поршневой полости с гидравлической линией схемы управления через полость и канал второй плунжерной полости позволяет обеспечить один из вариантов выполнения гидравлического пресса двустороннего действия с уменьшением количества гидравлических линий и элементов схемы управления при обеспечении нужного усилия при прессовании.
Выполнение дополнительно схемы управления со вторым клапаном наполнения, клапаном гидрозамка, третьим двухпозиционным золотниковым распределителем, трехпозиционным золотниковым распределителем, третьим и четвертым обратными клапанами, которые соответственно соединены между собой и с магистралями слива, давления управления, а также рабочего давления гидравлическими линиями позволяет обеспечить уменьшение количества элементов схемы управления при обеспечении всех необходимых режимов работы пресса, что тем самым уменьшает потребность в рабочей жидкости в виде масла и способствует улучшению массогабаритных показателей пресса, а также повышение надежности его работы. Кроме того, такое выполнение схемы управления позволяет также повысить скорость выполнения режимов работы пресса при встречном прессовании, что значительно сокращает как время рабочего цикла, так и расходные мощностные характеристики.
Выполнение клапана гидрозамка со встроенным разгрузочным клапаном позволяет обеспечить сброс избыточного давления в гидравлических линиях схемы управления, что повышает надежность работы этой схемы. Соединение входа управления второго клапана наполнения через регулятор расхода с магистралью слива позволяет обеспечить снижение скорости (притормаживание) второго плунжера при его подходе к его нижней точке. Изложенное выше подтверждает наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.
Данная совокупность существенных признаков позволяет в сравнении с прототипом обеспечить уменьшение количества отдельно расположенных силовых гидроцилиндров и соответствующего уменьшения длины рабочих ходов их подвижных частей. Тем самым, это позволяет повысить КПД гидравлического пресса за счет значительного, приблизительно в десять раз, уменьшения потребности в объемном количестве рабочей жидкости в виде масла. Это также приводит к улучшению, вследствие этого, массогабаритных показателей пресса. Кроме того, обеспечивается повышение скорости выполнения режимов работы пресса, что таким образом снижает как время рабочего цикла, так и расходные мощностные характеристики.
По мнению автора, заявляемое техническое решение отвечает критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень", так как совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемый гидравлический пресс, является новой и не вытекает явно из известного уровня техники.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема гидравлического пресса.
Наилучший вариант гидравлического пресса, в соответствии с чертежом, выполнен вертикальным прессом двустороннего действия с использованием масла в качестве рабочей жидкости. Этот пресс содержит станину (не показано), первый (верхний) силовой гидроцилиндр с первым поршнем 1 и штоком 2, а также соответственно с первыми поршневой 3 и штоковой 4 полостями, при этом первый силовой гидроцилиндр выполнен в виде первого плунжера 5, который выполнен с обеспечением возможности его выдвижения через один торец 6 (нижний) первой плунжерной полости 7 (плунжерной камеры), второй торец 8 (верхний) которой закреплен в верхний, части станины, в которой также зафиксирован верхний конец первого штока 2 первого поршня 1. Пресс также имеет второй (нижний) силовой гидроцилиндр со вторым поршнем 9 и штоком 10, а также соответственно с первыми поршневой 11 и штоковой 12 полостями, при этом второй силовой гидроцилиндр выполнен в виде второго плунжера, который выполнен с обеспечением возможности его выдвижения через один торец 14 (верхний) второй плунжерной полости 15 (плунжерной камеры), второй торец 16 (нижний) которой закреплен в нижней части станины, в которой также зафиксирован нижний конец второго штока 10 второго поршня 9. В первом и втором штоках 2, 10 соответствующих поршней 1, 9, а также в плунжерных полостях 7, 15, выполнены каналы для соединения соответствующих полостей гидравлическими линиями с элементами схемы управления. Так в первом штоке 2 выполнен канал 18 с верхним отверстием в его торце и нижним отверстием в штоковую полость 4, рядом с поршнем 1. Также в первом штоке 2 выполнен канал 17 с верхним отверстием в плунжерную полость 7 и нижним отверстием через поршень 1 в поршневую полость 3. В верхней части плунжерной полости 7 выполнен канал 19. Во втором штоке 10 выполнен канал 20 с верхним отверстием через поршень 9 в поршневую полость 11.и нижним отверстием в торце штока 10. Также во втором штоке 10 выполнен канал 21 с верхним отверстием в штоковую полость 12, рядом с поршнем 9, и нижним отверстием в торце штока 10. В нижней части плунжерной полости 15 выполнен канал 22. Схема управления содержит Следующие элементы: первый клапан 23 наполнения, выход которого соединен с каналом 19 первой плунжерной полости 7, а вход управления соединен через первый двухпозиционный золотниковый распределитель 24 с магистралью 25 слива, или через первый обратный клапан 26 - с магистралью 27 давления управления, вход слива первого клапана 23 наполнения соединен с магистралью 25 слива, при этом канал 18 первой штоковой полости 4 первого силового гидроцилиндра соединен через второй двухпозиционный золотниковый распределитель 28 с магистралью 25 слива, или через второй 29 и первый 26 обратные клапана - с магистралью 27 давления управления. Также дополнительно схема управления содержит второй клапан 30 наполнения, выход которого соединен с каналом 22 второй плунжерной полости 15 и через третий обратный клапан 31 - с каналом 19 первой плунжерной полости 7. А вход управления второго клапана 30 наполнения соединен через трехпозиционный золотниковый распределитель 32 с магистралью 25 слива, или через первый обратный клапан 26 - с магистралью 27 давления управления, вход слива второго клапана 30 наполнения соединен с магистралью 25 слива, выход клапана 33 гидрозамка и канал 20 второй поршневой полости 11 второго силового гидроцилиндра соединены через четвертый обратный клапан 34 с магистралью 35 рабочего давления, а вход управления клапана 33 гидрозамка соединен через третий двухпозиционный золотниковый распределитель 36 или с магистралью 25 слива, или через первый обратный клапан 26 с магистралью 27 давления управления, при этом вход слива клапана 33 гидрозамка соединен с выходом второго клапана 30 наполнения, канал 21 второй штоковой полости 12 второго силового гидроцилиндра соединен через первый обратный клапан 26 с магистралью 27 давления управления. Кроме того, вход управления второго клапана 30 наполнения соединен через регулятор 37 расхода с магистралью 25 слива. А выход клапана 33 гидрозамка соединен с преобразователем 38 давления. Первый клапан 23 наполнения и клапан 33 гидрозамка могут быть выполнены с соответствующими встроенными разгрузочными клапанами.
Схема управления также содержит центральный процессор (не показан), с помощью которого обеспечивается необходимый режим работы гидравлического пресса с контролем его работы и, в случае необходимости, выполнение технологических изменений по операциям. В других вариантах схема управления может быть выполнена с использованием пропорциональных клапанов управления давления в полостях, сервоклапанов управления, серворегуляторов давления в полостях. Также в другом варианте гидравлический пресс выполнен вертикальным прессом одностороннего действия, который содержит только верхний силовой гидроцилиндр с первыми поршнем 1 и штоком 2, первыми поршневой 3 и штоковой 4 полостями, с выполнением силового гидроцилиндра в виде плунжера 5, с обеспечением возможности его выдвижения через нижний торец 6 плунжерной полости 7, верхний торец 8 которой закреплен в верхней части станины, в которой также зафиксирован верхний конец штока 2 поршня 1. При этом в штоке 2 выполнены канал 18, с верхним отверстием в его верхнем торце и нижним отверстием в штоковую полость 4, рядом с поршнем 1, и канал 17, с верхним отверстием в плунжерную полость 7 и нижним отверстием через поршень 1 в поршневую полость 3. Схема управления содержит клапан 23 наполнения, первый и второй двухпозиционные золотниковые распределители 24, 28, первый обратный клапан 29, которые гидравлическими линиями соответственно соединены между собой и соответствующими полостями, а также с магистралями слива 25, управления 27 и рабочего давления 35. Также в одном из вариантов выполнения гидравлического пресса он может быть выполнен горизонтальным прессом двустороннего действия.
Гидравлический пресс двустороннего действия вертикальный работает следующим образом. В исходном положении первый плунжер 5 поднят вверх, а второй плунжер 13 опущен вниз относительно матрицы (не показано) с сыпучим материалом, которая расположена между ними. Работа верхней части гидравлического пресса заключается в следующем. Из магистрали 25 слива через первый клапан 23 наполнения масло подается через клапан 19 в первую плунжерную полость 7 и далее из нее в первую поршневую полость 3. При этом первый плунжер 5 в режиме холостого хода ускоренно двигается вниз для закрытия матрицы (пресс-формы) с сыпучим материалом. Управление первым клапаном 23 наполнения осуществляется включением электромагнита диспозиционного золотникового распределителя 24 для подачи из магистрали 27 давления управления для открытия первого клапана 23 наполнения. При этом включается второй двухпозиционный золотниковый распределитель 28, при холостом ходе первого плунжера 5 вниз, и первая штоковая полость 4 соединяется через него с магистралью 25 слива. Для открытия первого клапана 23 наполнения на его вход управления подается из магистрали 27 давление управления через первый двухпозиционный золотниковый распределитель 24, для чего включается его электромагнит. При этом, когда давление снизится до величины открытия первого клапана 23 наполнения, он откроется и соединит первую плунжерную полость 7 и соответственно первую поршневую полость 3 с магистралью 25 слива. При ходе вверх первого плунжера 5 в первую штоковую полость 4 подается из магистрали 27 давление управления через первый 26, второй 29 обратные клапаны и второй двухпозиционный золотниковый распределитель 28. При этом одновременно через первый клапан 23 наполнения обеспечивается соединение с магистралью 25 слива первой плунжерной полости 7 и соответственно первой поршневой полости 3, что обеспечивает разгрузку высокого давления после окончания режима прессования. Работа нижней части гидравлического пресса заключается в обеспечении режима подъема второго плунжера 13, при его холостом ходе вверх с последующим осуществлением режима подпрессовки сыпучего материала в матрице. Для этого второй клапан 30 наполнения служит для заполнения маслом второй плунжерной полости 15 при холостом ходе подъема второго плунжера 13 вверх. При этом зторая штоковая полость 12 находится под давлением управления магистрали 27. Во вторую поршневую полость 11 подается рабочее давление магистрали 35, при этом при закрытии клапана 33 гидрозамка, который закрывается через третий двухпозиционный золотниковый распределитель 36, что осуществляется включением его электромагнита. Второй клапан 30 наполнения управляется трехпозиционным золотниковым распределителем 32, в нейтральном положении которого он удерживает второй клапан 30 наполнения в открытом виде, так как его вход управления находится под давлением управления магистрали 27. Для движения вниз второго плунжера 13 электромагнит третьего двухпозиционного золотникового распределителя 36 выключается, при этом вторая поршневая полость 11 через открытый клапан 33 гидрозамка соединяется со второй плунжерной полостью 15, которые через открытый второй клапан 30 наполнения соединяются с магистралью 25 слива. При этом давление управления из магистрали 27, которое поступает во вторую штоковую полость 12, принуждает второй плунжер 13 опускаться.
После выполнения холостых ходов и подпрессовки первым и вторым плунжерами 5, 13 начинается набор рабочего давления в первую 7 и во вторую 15 плунжерные полости. При этом закрываются первый 23 и второй 30 клапаны наполнения. В первом клапане 23 наполнения вход управления соединяется с магистралью 25 слива через первый двухпозиционный золотниковый распределитель 24. Во втором клапане 30 наполнения вход управления соединяется с магистралью 25 слива через трехпозиционный золотниковый распределитель 32, который находится в этом случае в позиции "б". Клапан 33 гидрозамка открыт по входу управления через третий двухпозиционный золотниковый распределитель 36 от магистрали 27 давления управления. Основное рабочее давление от магистрали 35 поступает во вторую поршневую полость 11 и через открытый клапан 33 гидрозамка поступает во вторую плунжерную полость 15. А через третий обратный клапан 31 поступает в первую плунжерную полость 7 и соответственно в первую поршневую полость 3. При этом имеет место набор давления до необходимого. Таким образом, осуществляется прессование сыпучего материала в матрице.
После прессования имеет место разгрузка. По команде от преобразователя 38 давления начинается сброс давления сначала из первой плунжерной полости 7 и соответственно за этим из первой поршневой полости 3, потом из второй плунжерной полости 15 и второй поршневой полости 11. Причем быстрее разгрузка идет в верхней части гидравлического пресса за счет действия третьего обратного клапана 31. Клапан 33 гидрозамка также обеспечивает режим выталкивания готового изделия из матрицы вверх. Для этого третий двухпозиционный золотниковый распределитель 36 переходит в инверсную позицию и закрывает клапан 33 гидрозамка, вход управления которого соединяется с магистралью 25 слива. При этом основное рабочее давление из магистрали 35 поступает во вторую поршневую полость 11, что приводит к выталкиванию изделия. Далее, для быстрого с дальнейшим торможением отхода вниз второго плунжера 13, трехпозиционный золотниковый распределитель 32 перемыкается в позицию "а" и весь поток масла из магистрали 27 управления идет во вторую штоковую полость 12, что принуждает второй плунжер 13 быстро опускаться вниз и по достижении им обусловленного положения датчик (не показан) положения дает команду на переключение трехпозиционного золотникового распределителя 32 в нейтральное положение. При этом часть масла от магистрали 27 давления управления, после первого обратного клапана 26, поступает через регулятор 37 расхода к магистрали 25 слива для снижения скорости (притормаживания) второго плунжера 13 при его подходе к его нижней точке.
Хотя здесь показаны и описаны варианты гидравлического пресса, которые признаны лучшими для осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно осуществлять разнообразные изменения и модификации, и элементы можно заменять на эквивалентные, не выходя при этом за пределы объема притязаний настоящего изобретения. Соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "промышленная применимость" подтверждается указанным примером гидравлического пресса.