АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРЕССОМ

Полезная модель относится к кузнечно-прессовому оборудованию, в частности, к прессам с гидравлическим приводом для разделения (резки, вырубки, пробивки и т.п.) толстолистового и профильного проката в холодном состоянии.
Известна система управления гидравлическим прессом с компенсатором гидравлического удара, в которой номинальное усилие на ползуне определяется предварительной настройкой предохранительного клапана на заданное давление, а скорость перемещения ползуна определяется настройкой дросселя или регулируемого насоса на заданный расход жидкости, подводимой к цилиндру пресса или отводимой от него в бак. В процессе работы настройки регулирующих устройств не изменяются [1].
При работе данного пресса усилие в процессе деформирования разделяемого материала плавно увеличивается до максимального значения, после достижения которого при работе с хрупкими материалами происходит резкое снижение усилия, а при разделении пластичных материалов сначала плавное снижение, а затем резкое падение усилия. Изменение усилия обусловлено сопротивлением деформированию разделяемого материала, а резкое снижение усилия соответствует моменту отделения детали от заготовки.
Резкое снижение усилия деформирования происходит за очень короткий отрезок времени, а потенциальная энергия, запасенная в конструктивных элементах пресса в виде упругой деформации в период нарастания усилия, практически мгновенно расходуется на ускоренное перемещение ползуна пресса и встречное движение станины со столом. При этом возникают знакопеременные динамические нагрузки, воздействующие на все элементы конструкции пресса и его привода, и вызывающие вибрацию машины и шум. Вибрации отрицательно сказываются на работе элементов конструкции пресса и его привода, а также режущих кромок разделительных штампов и даже могут привести к их поломкам.
Имеющийся в системе управления компенсатор гидравлического удара не устраняет знакопеременные динамические нагрузки на узлы и детали пресса, а только несколько снижает их уровень.
Известна также система управления гидравлическим прессом, в которой для снижения уровня динамических нагрузок в процессе разделения материала используется специальный гидравлический аккумулятор, не входящий в состав насосной станции [2]
Применение пневмогидравлического аккумулятора не устраняет знакопеременные динамические нагрузки на узлы и детали пресса, а только несколько снижает их уровень и продлевает колебательный процесс во времени с постепенным его затуханием. Кроме того, работа подобной системы не регулируется.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является система управления гидравлическим прессом содержащая средства измерения параметров движения ползуна и двухкаскадный гидравлический усилитель, первый каскад которого образован постоянными дросселями и разнонаправленными соплами с расположенной между ними заслонкой, которые соединены по мостовой схеме, а второй каскад выполнен в виде четырехлинейного дросселирующего распределителя золотникового типа, включенного в диагональ моста и регулирующего скорость ползуна, а также насосно-аккумуляторную станцию, обеспечивающую питание цилиндров пресса и гидравлического усилителя [3].
Данная система управления прессом не может обеспечить заметного снижения уровня динамических нагрузок в процессе разделения материала и имеет сложную конструкцию. Использование большого количества разнотипных элементов системы управления вызывает необходимость передачи, усиления и неоднократного преобразования сигналов из одного вида энергии в другой, что приводит к неизбежным погрешностям и снижает достигаемый эффект управления.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является снижение уровня динамических нагрузок в процессе разделения материала на прессе и упрощение конструкции системы управления.
Решение указанной задачи достигается тем, что первый каскад гидравлического усилителя, заслонка которого выполнена подпружиненной инерционной, закреплен на ползуне пресса с вертикальным расположением его оси чувствительности и с обеспечением выполнения им функции измерительного преобразователя линейного ускорения движения ползуна пресса.
Использование энергии жидкости одновременно для работы системы управления и привода ползуна пресса позволяет отказаться от электромеханического управления заслонкой и существенно сократить число элементов, образующих систему управления. Это заметно улучшает динамические характеристики гидравлического привода и упрощает конструкцию системы управления пресса.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новые детали: первый каскад гидравлического усилителя, заслонка которого выполнена подпружиненной инерционной, закреплен на ползуне пресса с вертикальным расположением его оси чувствительности и с обеспечением выполнения им функции измерительного преобразователя линейного ускорения движения ползуна пресса.
Новые функциональные связи: положение подпружиненной инерционной заслонки между соплами определяется действием силы инерции, пропорциональной ускорению движения ползуна пресса, что обеспечивает адаптацию системы управления и привода пресса к изменяющимся условиям работы, в том числе и в момент разделения материала. Сигнал на выходе измерительного преобразователя напрямую используется для управления дросселирующим распределителем золотникового типа, работа которого снижает уровень динамических нагрузок воздействующих на элементы конструкции пресса и его привода в процессе разделения материала.
Наличие новых элементов и функциональных связей позволяет снизить уровень динамических нагрузок в процессе разделения материала на прессе, отказаться от электромеханического управления заслонкой, существенно сократить число элементов, образующих систему управления, и тем самым упростить ее конструкцию.
На фиг.1 показана принципиальная схема гидравлического пресса для разделения толстолистового и профильного проката с адаптивной системой управления.
Пресс 1 содержит ползун 2 и инструментальный блок 3.
Гидравлический привод пресса включает в себя главный рабочий цилиндр 4, корпус которого связан с ползуном и инструментальным блоком, а поршень со штоком неподвижен; зажимные цилиндры 5 и 6, которые в процессе разделения материала посредством клиньев 7 и 8 удерживают заготовку 9 и отделяемую деталь 10 в инструментальном блоке. Питание цилиндров производится от насосной станции с насосом 11, клапаном предохранительным 12, распределителями 13 и 14.
Распределитель 13 обеспечивает исходное положение в цикле работы пресса и реверс зажимных цилиндров 5 и 6, а распределитель 14 возвратно-поступательное движение ползуна 2.
Адаптивная система управления работой пресса содержит двухкаскадный гидравлический усилитель 15.
Первый каскад усилителя образован разнонаправленными соплами 16 с расположенной между ними подпружиненной инерционной заслонкой и постоянными дросселями 17 и 18, которые соединены по мостовой схеме и питаются от насосной станции через редукционный клапан 19. Этот каскад усилителя закреплен на ползуне пресса с вертикальным расположением его оси чувствительности и представляет собой измерительный преобразователь линейного ускорения.
Второй каскад усилителя выполнен в виде четырехлинейного дросселирующего распределителя 20 золотникового типа, включенного в диагональ моста.
В верхнюю полость цилиндра 4 ползуна включен пневмогидравлический аккумулятор 21.
Адаптивная система управления гидравлическим прессом работает следующим образом.
В процессе отделения детали 10 от заготовки 9 скорость движения ползуна 2 пресса определяется настройкой деформации центрирующих пружин золотника дросселирующего распределителя 20. Ускоренное движение ползуна вызывает соответствующее смещение сопл относительно инерционной заслонки, изменение давлений в междроссельных камерах первого каскада усилителя (измерительного преобразователя линейного ускорения) и под торцами золотника дросселирующего распределителя 20. Возникшее управляющее воздействие приводит к смещению золотника и изменению расхода жидкости подводимого к цилиндру 4 и отводимого от него. В результате ускорение будет устранено и заданная скорость ползуна восстановится.
В момент разделения материала ползун 2 резко, с большим ускорением, опускается вниз и вместе с ним корпус цилиндра 4 и корпус измерительного преобразователя 16. Давление жидкости в верхней полости цилиндра 4 скачкообразно возрастает, а в нижней полости падает.
Инерционная заслонка отстает от движения корпуса измерительного преобразователя, что приводит к существенному изменению давлений в междроссельных камерах и под торцами золотника дросселирующего распределителя 20. Золотник смещается влево и одновременно увеличивает слив жидкости из верхней полости и ее подвод в нижнюю полость цилиндра 4, что приводит к быстрой стабилизации давления в полостях цилиндра и снижению уровня динамических нагрузок на узлы и детали пресса.
Одновременно с работой системы управления пики давления гасит пневмогидравлический аккумулятор 21, включенный в верхнюю полость цилиндра 4.
Снижение уровня динамических нагрузок в процессе разделения материала в холодном состоянии приводит к снижению нагрузок на элементы пресса и его фундамент, повышению стойкости инструмента, упрощению конструкции и удешевлению фундамента, увеличению срока службы пресса и повышению надежности его работы, улучшению условий труда обслуживающего персонала.
Источники информации, принятые во внимание
1. Живов, Л.И. Кузнечно-прессовое оборудование: учебник для вузов / Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. / Под ред. Л.И. Живова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - С.216.
2. Авторское свидетельство №778953, Кл. B23D 23/00, 19.06.1978.
3. Павлов, А.А. Использование сервогидравлического привода в прессе для резки толстолистового проката / А.А. Павлов, Ю.М. Титяков, И.И. Силантьев // Гидропривод новых кузнечно-прессовых машин. - Воронеж: ЭНИКМАШ, 1983. - С.25-38 (прототип).