ГИДРОПРИВОД ПОДВИЖНОЙ ТРАВЕРСЫ ПРЕССА
HYDRAULIC DRIVE OF PRESS MOVING BEAM

Изобретение относится к области прессового оборудования, а именно к управляющим устройствам для гидравлических прессов, и может быть использовано при создании новых и модернизации существующих гидравлических приводов подвижной траверсы, например, ковочных и штамповочных прессов, а также правильно-растяжных машин.
Известен гидропривод подвижной траверсы пресса, содержащий рабочие и возвратные гидроцилиндры, гидрораспределители управления этими гидроцилиндрами, напорную гидролинию, соединенную с напорным каналом насосной установки, сливную гидролинию, соединенную с гидробаком, находящимся под атмосферным давлением, и устройство наполнения рабочих полостей рабочих гидроцилиндров при выполнении холостого хода приближения подвижной траверсы, состоящее из клапана наполнения и бака наполнения, укомплектованного напорными клапанами [1].
Бак наполнения в данном случае представляет собой пневмогидравлический аккумулятор низкого давления (обычно 0,6…1,0 МПа по избыточной шкале измерения), максимальное значение давления в котором ограничивается посредством газовых и жидкостных напорных клапанов. В период холостого хода приближения подвижной траверсы (при этом усилие, требуемое для перемещения траверсы, относительно не велико) рабочие полости рабочих гидроцилиндров посредством клапана наполнения соединяются с полостью бака наполнения, и рабочая жидкость из бака наполнения при большом расходе поступает в рабочие гидроцилиндры, обеспечивая на указанном этапе работы пресса движение траверсы с повышенной скоростью. В результате исключается необходимость использования в гидросистеме пресса насосов с большой подачей. При обратном ходе подвижной траверсы рабочая жидкость из рабочих гидроцилиндров через принудительно открываемый клапан наполнения вытесняется в бак наполнения. Излишек рабочей жидкости, поступающей в бак наполнения из рабочих гидроцилиндров (и обусловленный подачей в рабочие гидроцилиндры дополнительного объема жидкости во время выполнения подвижной траверсой рабочего хода) сливается в гидробак гидросистемы пресса через один из напорных клапанов, которыми оснащен бак наполнения.
Недостатком рассмотренного гидропривода является наличие в его составе бака наполнения, находящегося под манометрическим давлением. Этот бак, как правило, имеет большие габариты, массу и стоимость, относится к сосудам высокого давления и представляет повышенную опасность для обслуживающего персонала и окружающих. Кроме того, в период выполнения холостого хода приближения указанный привод работает как аккумуляторный, и, соответственно, скорость движения траверсы на данном этапе существенно зависит от сопротивления ее движению и не является стабильной. У вертикальных прессов ход приближения представляет собой собой холостой ход подвижной траверсы вниз (ее «свободное» опускание) и в значительной степени происходит под действием силы тяжести траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса. При этом существенная часть потенциальной энергии подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса преобразуется в тепловую энергию при протекании рабочей жидкости, вытесняемой из рабочих полостей возвратных гидроцилиндров, через сливной клапан гидрораспределителя указанных гидроцилиндров и, таким образом, не используется для совершения полезной работы.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является принятый в качестве прототипа гидропривод подвижной траверсы пресса, содержащий рабочие и возвратные гидроцилиндры, гидрораспределители управления этими гидроцилиндрами, напорную гидролинию, соединенную с напорным каналом насосной установки, сливную гидролинию, соединенную с гидробаком, находящимся под атмосферным давлением, и устройство наполнения рабочих полостей рабочих гидроцилиндров при выполнении холостого хода приближения подвижной траверсы, состоящее из клапана наполнения и бака наполнения [2].
В данном гидроприводе бак наполнения находится под атмосферным давлением, а каждый из возвратных гидроцилиндров выполнен с двумя рабочими полостями, одна из которых (возвратная) используется для осуществления обратного хода подвижной траверсы пресса, а другая (ускорительная) - для осуществления холостого хода приближения подвижной траверсы. Холостой ход приближения траверсы происходит при соединении возвратных полостей возвратных гидроцилиндров с гидробаком, а ускорительных полостей указанных гидроцилиндров - с напорным каналом насосной установки. При этом скорость холостого хода приближения траверсы определяется расходом рабочей жидкости, поступающей в ускорительные полости возвратных гидроцилиндров от насосной установки и практически не зависит от сопротивления ее движению (вплоть до момента появления рабочего сопротивления), а заполнение рабочих полостей рабочих гидроцилиндров рабочей жидкостью происходит самотеком (под действием силы тяжести жидкости) из бака наполнения (который для этого располагается выше рабочих гидроцилиндров) через принудительно открытое проходное сечение клапана наполнения.
Недостатком известного гидропривода является наличие в его составе, помимо основного гидробака, бака наполнения, который должен располагаться выше рабочих гидроцилиндров, что усложняет конструкцию гидропривода и увеличивает высоту пресса, которая в ряде случаев ограничена (в первую очередь, это относится к вертикальным прессам) из-за низкого расположения подкрановых путей в цехе, где должен устанавливаться пресс, и опасности задеть бак наполнения грузами, перемещаемыми в цехе с помощью мостовых кранов. Кроме того, в связи с тем, что заполнение рабочих полостей рабочих гидроцилиндров жидкостью из бака наполнения, находящегося под атмосферным давлением, осуществляется самотеком, возникает необходимость в клапане наполнения с повышенной площадью проходного сечения. Необходимость выполнения возвратных гидроцилиндров с дополнительными (ускорительными) полостями также усложняет конструкцию гидропривода. Следует отметить, что для вертикальных прессов, у которых ход приближения может осуществляться под действием силы тяжести подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей, в большинстве случаев необходимость в выполнении возвратных гидроцилиндров с дополнительными (ускорительными) полостями отсутствует. Однако при известном исполнении гидропривода в последнем случае: а) скорость движения траверсы на ходе приближения зависит от сопротивления ее движению и не является стабильной; б) существенная часть потенциальной энергии подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса во время хода приближения (холостого хода вниз) преобразуется в тепловую энергию при протекании рабочей жидкости, вытесняемой из возвратных гидроцилиндров, через сливной клапан гидрораспределителя указанных гидроцилиндров в гидробак и, таким образом, не используется для совершения полезной работы.
Технической задачей, решаемой изобретением, является упрощение гидропривода подвижной траверсы пресса путем исключения из его конструкции бака наполнения и возвратных гидроцилиндров с ускорительными полостями при обеспечении: а) качественного наполнения полостей рабочих гидроцилиндров рабочей жидкостью во время холостого хода приближения подвижной траверсы; б) практически полного отсутствия зависимости скорости приближения подвижной траверсы от сил сопротивления ее движению.
Другой технической задачей изобретения является повышение энергетической эффективности (коэффициента полезного действия) гидропривода подвижной траверсы для вертикальных прессов путем увеличения степени использования потенциальной энергии подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса во время хода приближения (холостого хода вниз) для совершения полезной работы.
Для решения поставленной задачи в известном гидроприводе подвижной траверсы пресса, содержащем рабочие и возвратные гидроцилиндры, гидрораспределители управления этими гидроцилиндрами, напорную гидролинию, соединенную с напорным каналом насосной установки, сливную гидролинию, соединенную с гидробаком, находящимся под атмосферным давлением, и устройство наполнения рабочих полостей рабочих гидроцилиндров при выполнении холостого хода приближения подвижной траверсы, согласно изобретению устройство наполнения выполнено в виде гидропреобразователя, при этом канал нагнетания гидропреобразователя со стороны его рабочей полости с большим характерным геометрическим размером посредством первого дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров, канал нагнетания гидропреобразователя со стороны его рабочей полости с меньшим характерным геометрическим размером посредством второго дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с гидролинией повышенного давления, а прочие каналы гидропреобразователя соединены с гидробаком.
В частных случаях исполнения гидропривод подвижной траверсы пресса характеризуется следующими отличительными признаками.
Согласно изобретению гидролиния повышенного давления соединена с напорной гидролинией.
Согласно изобретению гидролиния повышенного давления
соединена с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров.
Согласно изобретению гидропреобразователь выполнен вращательным, при этом входящая в его состав гидромашина с меньшим характерным геометрическим размером выполнена в виде гидромотора, гидромашина с большим характерным геометрическим размером - в виде насоса, а всасывающий канал насоса и сливной канал гидромотора соединены с гидробаком.
Согласно изобретению канал нагнетания гидропреобразователя со стороны его рабочей полости с меньшим характерным геометрическим размером посредством третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с гидробаком.
Согласно изобретению гидропреобразователь выполнен вращательным, при этом обе входящие в его состав гидромашины выполнены в виде мотор-насосов, сливной и всасывающий каналы которых соединены с гидробаком.
Согласно изобретению гидропреобразователь выполнен поступательным, а его промежуточная полость соединена с гидробаком.
Совокупность признаков предлагаемого гидропривода, состоящая в том, что устройство наполнения выполнено в виде гидропреобразователя, при этом канал нагнетания гидропреобразователя со стороны его рабочей полости с большим характерным геометрическим размером посредством первого дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров, канал нагнетания гидропреобразователя со стороны его рабочей полости с меньшим характерным геометрическим размером посредством второго дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с гидролинией повышенного давления, а прочие каналы гидропреобразователя соединены с гидробаком, позволяет без использования в конструкции гидропривода бака наполнения и возвратных гидроцилиндров с ускорительными полостями обеспечить: а) качественное наполнение полостей рабочих гидроцилиндров рабочей жидкостью во время холостого хода приближения подвижной траверсы; б) практически полное отсутствие зависимости скорости приближения подвижной траверсы от сил сопротивления ее движению.
Соединение гидролинии повышенного давления с напорной гидролинией является универсальным техническим решением, применимым и для горизонтальных, и для вертикальных прессов.
Соединение гидролинии повышенного давления с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров при использовании на вертикальных прессах позволяет повысить энергетическую эффективность (коэффициент полезного действия) гидропривода подвижной траверсы этих прессов, благодаря увеличению степени использования потенциальной энергии подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса во время хода приближения (холостого хода вниз) для совершения полезной работы.
Исполнение гидропреобразователя вращательным с выполнением входящей в его состав гидромашины с меньшим характерным геометрическим размером в виде гидромотора, гидромашины с большим характерным геометрическим размером - в виде насоса и соединением всасывающего канала насоса и сливного канала гидромотора с гидробаком является наиболее компактным и не требует согласования положений подвижной траверсы пресса и подвижного элемента гидропреобразователя.
Соединение канала нагнетания гидропреобразователя со стороны его рабочей полости с меньшим характерным геометрическим размером посредством третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана с гидробаком создает предпосылки для использования в составе гидрораспределителя управления рабочими гидроцилиндрами пресса сливного клапана с пониженным значением площади проходного сечения, выбираемым из условия обеспечения разгрузки рабочих гидроцилиндров от высокого давления по окончании рабочего хода подвижной траверсы.
Исполнение гидропреобразователя вращательным с выполнением обеих входящих в его состав гидромашин в виде мотор-насосов, сливной и всасывающий каналы которых соединены с гидробаком, при соединении канала нагнетания гидропреобразователя со стороны его рабочей полости с меньшим характерным геометрическим размером посредством третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана с гидробаком, является компактным, не требует согласования положений подвижной траверсы пресса и подвижного элемента гидропреобразователя и позволяет использовать в составе гидрораспределителя управления рабочими гидроцилиндрами сливной клапан с пониженным значением площади проходного сечения, выбираемым из условия обеспечения разгрузки рабочих гидроцилиндров от высокого давления по окончании рабочего хода подвижной траверсы.
Исполнение гидропреобразователя поступательным является наиболее простым с конструктивной точки зрения, но крупногабаритным и требует периодического согласования положений подвижной траверсы пресса и подвижного элемента гидропреобразователя.
Терминология, касающаяся гидропреобразователя, здесь и далее соответствует ГОСТ 17782-81 «Гидропривод объемный и пневмопривод. Термины и определения» (п. 95, п. 96).
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - принципиальная гидравлическая схема гидропривода подвижной траверсы пресса с вращательным гидропреобразователем, состоящим из гидромотора и насоса, и соединением гидролинии повышенного давления с напорной гидролинией; на фиг. 2 - принципиальная гидравлическая схема гидропривода подвижной траверсы пресса с вращательным гидропреобразователем, состоящим из двух мотор-насосов, и соединением гидролинии повышенного давления с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров; на фиг. 3 - принципиальная гидравлическая схема гидропривода подвижной траверсы пресса с поступательным гидропреобразователем и соединением гидролинии повышенного давления с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров
Гидропривод подвижной траверсы пресса содержит рабочие гидроцилиндры 1, 2, возвратные гидроцилиндры 3, 4, гидрораспределители 5, 6 управления соответственно рабочими 1, 2 и возвратными 3, 4 гидроцилиндрами, напорную гидролинию 7, соединенную с напорным каналом насосной установки 8, сливную гидролинию 9, соединенную с гидробаком 10, находящимся под атмосферным давлением, и гидропреобразователь 11.
Плунжеры гидроцилиндров 1, 2, 3, 4 соединены с подвижной траверсой 12 пресса.
н
пр
max
В состав насосной установки 8 входят несколько объемных насосов (как регулируемых с пропорциональным электрическим управлением, так и нерегулируемых), каждый из которых укомплектован индивидуальным предохранительным клапаном с электрическим управлением и несколькими уровнями настройки и подключен своим напорным каналом через индивидуальный обратный клапан к напорному каналу насосной установки (на фиг. 1, 2, 3 структура насосной установки 8 не показана). При этом суммарная номинальная подача Q насосов, входящих в состав насосной установки 8, соответствует расходу, необходимому для осуществления перемещения подвижной траверсы 12 с максимальной скоростью, установленной для рабочего хода, и значительно меньше расхода, который необходим для качественного наполнения полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2 при выполнении хода приближения траверсы 12 с максимальной скоростью v, установленной для этой операции.
В состав гидрораспределителя 5 входят напорный 13 и сливной 14 клапаны. Рабочие полости гидроцилиндров 1, 2 соединены между собой и посредством напорного клапана 13 с напорной гидролинией 7, а посредством сливного клапана 14 - со сливной гидролинией 9.
В состав гидрораспределителя 6 входят напорный 15 и сливной 16 клапаны. Рабочие полости возвратных гидроцилиндров 3, 4 соединены между собой и посредством напорного клапана 15 с напорной гидролинией 7, а посредством сливного клапана 16 - со сливной гидролинией 9.
Для дистанционного контроля величины давления в рабочих полостях рабочих гидроцилиндров 1, 2 к ним присоединен датчик давления 17. Датчик давления 17 входит в состав системы управления пресса (на фиг. 1, 2, 3 система управления пресса не показана).
Канал нагнетания гидропреобразователя 11 со стороны его рабочей полости с большим характерным геометрическим размером посредством первого дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана 18 соединен с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров 1, 2, а канал гидропреобразователя 11 со стороны его рабочей полости с меньшим характерным геометрическим размером посредством второго дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана 19 соединен с гидролинией повышенного давления 20.
По одному из вариантов исполнения гидропривода гидролиния повышенного давления 20 соединена с напорной гидролинией 7 (см. фиг. 1).
По другому варианту исполнения гидропривода гидролиния повышенного давления 20 соединена с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров 3, 4 (см. фиг. 2, 3).
По одному из вариантов исполнения гидропривода канал нагнетания гидропреобразователя 11 со стороны его рабочей полости с меньшим характерным геометрическим размером посредством третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с гидробаком 11. При этом создаются предпосылки для использования в составе гидрораспределителя 6 управления рабочими гидроцилиндрами 1, 2 сливного клапана 14 с пониженным значением площади проходного сечения, выбираемым лишь из условия обеспечения разгрузки рабочих гидроцилиндров от высокого давления по окончании рабочего хода подвижной траверсы.
Все вышеперечисленные клапаны: 13, …, 16, 18, 19, 21 - имеют индивидуальное электрогидравлическое управление. На фиг. 1, 2, 3 все клапаны показаны в состоянии, когда их проходное сечение закрыто.
По одному из вариантов исполнения гидропривода гидропреобразователь 11 выполнен вращательным. При этом, если в составе гидропривода отсутствует клапан 21, то входящая в состав гидропреобразователя гидромашина с меньшим характерным геометрическим размером выполнена в виде гидромотора, а гидромашина с большим характерным геометрическим размером - в виде насоса (см. фиг. 1). При наличии в составе гидропривода клапана 21 обе входящие в состав вращательного гидропреобразователя 11 гидромашины выполнены в виде мотор-насосов (см. фиг. 2).
По другому варианту исполнения гидропривода, который предполагает использование в составе гидропривода клапана 21, гидропреобразователь 11 выполнен поступательным (см. фиг. 3).
Не упомянутые выше (прочие) каналы гидропреобразователя 11 [всасывающий и сливной каналы гидромашин, входящих в состав вращательного гидропреобразователя, (см. фиг. 1, 2); канал от промежуточной полости поступательного преобразователя (см. фиг. 3)] соединены с гидробаком 10.
Характерным геометрическим размером для поступательного гидропреобразователя является эффективная площадь поршня (плунжера), а для вращательного гидропреобразователя - характерный (или рабочий) объем гидромашины.
При выполнении гидропреобразователя 11 поступательным (см. фиг. 3) он снабжен путевыми электрическими выключателями 22, 23 для фиксации достижения подвижным элементом гидропреобразователя крайних положений, при которых его полость с большим характерным геометрическим размером (большей эффективной площадью подвижного элемента - поршня или плунжера) имеет соответственно наибольший и наименьший объем. При указанном исполнении гидропреобразователя 11 для фиксации достижения подвижной траверсой 12 пресса ее крайних рабочих положений, при которых рабочие полости рабочих гидроцилиндров 1, 2 имеют наименьший и наибольший объем установлены путевые выключатели соответственно 24, 25.
Гидропривод подвижной траверсы пресса работает следующим образом.
В исходном состоянии гидропривода проходные сечения клапанов 13, 16, 18, 19 (см. фиг. 1), а также клапана 21, если он имеется в составе гидропривода (см. фиг. 2, 3), закрыты, вследствие чего рабочие полости рабочих 1, 2 и возвратных 3, 4 гидроцилиндров и рабочие полости гидропреобразователя 11 заперты, а подвижная траверса 12 и подвижный элемент гидропреобразователя 11 находятся в фиксированном положении.
Ход приближения подвижной траверсы 12 (холостой ход траверсы в направлении заготовки, подлежащей деформации) (на фиг. 1, 2, 3 заготовка не показана) производится по разному в зависимости от того, с чем соединена гидролиния повышенного давления 20.
пр
пр
Если гидролиния 20 соединена с напорной гидролинией 7 (см. фиг. 1), то для осуществления хода приближения подвижной траверсы 12 производится открытие проходного сечения клапанов 18, 19 и 16, а со стороны насосной установки 8 обеспечивается подача рабочей жидкости при расходе Q, необходимом для перемещения траверсы с текущей заданной скоростью vдвижения (приближения). Без учета утечек и перетечек рабочей жидкости и податливости гидросистемы и металлоконструкций пресса:
пр
рц
пр
Q = А v/i,
рц
где А - суммарная эффективная площадь плунжеров рабочих гидроцилиндров 1, 2;
i - коэффициент преобразования гидропреобразователя 11, равный отношению его большего характерного геометрического размера к меньшему (i>1).
пр
рц
пр
пр
пр
рц
В данном случае рабочая жидкость при расходе Q от насосной установки 8 по гидролиниям 7 и 20 через открытое проходное сечение клапана 19 поступает в рабочую полость гидропреобразователя 11 с меньшим характерным геометрическим размером, вызывая перемещение подвижного элемента гидропреобразователя. Рабочая жидкость, вытесняемая при этом из полости гидропреобразователя 11 с большим характерным геометрическим размером при повышенном расходе, равном Q=i Q, поступает через открытое проходное сечение клапана 18 в рабочие полости рабочих гидроцилиндров 1, 2, вызывая перемещение их плунжеров и соединенной с ними траверсы 12 со скоростью v=i Q / А. При этом из рабочих полостей возвратных гидроцилиндров 3, 4 рабочая жидкость вытесняется через открытое проходное сечение сливного клапана 16 и далее по гидролинии 9 в гидробак 10.
пр
пр
Если гидролиния 20 соединена с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров 3, 4 (см. фиг. 2, 3), то для осуществления хода приближения подвижной траверсы 12 производится открытие проходного сечения клапанов 18, 19 и 13, а со стороны насосной установки 8 обеспечивается подача рабочей жидкости при расходе Q, необходимом для перемещения траверсы с текущей заданной скоростью v движения (приближения). Без учета утечек и перетечек рабочей жидкости и податливости гидросистемы и металлоконструкций пресса:
пр
рц
вц
пр
Q = (А - i А)v,
вц
где А - суммарная эффективная площадь плунжеров возвратных гидроцилиндров 3, 4.
вц
пр
вц
пр
пр
рц
вц
пр
рц
рц
рц
пр
пр
В данном случае, который предпочтителен для вертикальных прессов, поскольку позволяет использовать для наполнения полостей рабочих гидроцилиндров во время хода приближения потенциальную энергию подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей, рабочая жидкость, вытесняемая из рабочих полостей возвратных гидроцилиндров 3, 4 при расходе Av по гидролинии 20 через открытое проходное сечение клапана 19 поступает в рабочую полость гидропреобразователя 11 с меньшим характерным геометрическим размером, вызывая перемещение его подвижного элемента. Рабочая жидкость, вытесняемая при этом из полости гидропреобразователя 11 с большим характерным геометрическим размером при повышенном расходе, равном iAv, поступает через открытое проходное сечение клапана 18 в рабочие полости рабочих гидроцилиндров 1, 2 совместно с жидкостью, поступающей при расходе Q = (А - i А)v от насосной установки 8 через открытое проходное сечение напорного клапана 13. В результате суммарный расход Q рабочей жидкости, поступающей в рабочие полости рабочих гидроцилиндров 1, 2 составляет Q=Av, что соответствует перемещению их плунжеров и соединенной с ними траверсы 12 со скоростью v.
пр
Таким образом, при соединении гидролинии 20 как с напорной гидролинией 7, так и с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров 3, 4, обеспечивается движение подвижной траверсы на ходе приближения со скоростью, определяемой расходом Q рабочей жидкости, поступающей от насосной установки 8, при качественном заполнении рабочих полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2. При этом изменения силы сопротивления движению траверсы практически не влияют на скорость ее движения, а сказываются лишь на величине давления на выходе насосной установки 8 (в напорной гидролинии 7).
пр
пр
рц
пр
н
рц
вц
рц
вц
Причем (как видно из вышеприведенных формул) при фиксированной скорости движения v подвижной траверсы на ходе приближения необходимый расход Q рабочей жидкости от насосной установки 8 меньше расхода Q жидкости, необходимого для заполнения полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2, и тем меньше, чем больше коэффициент преобразования i гидропреобразователя 11. В связи с этим в каждом конкретном случае максимально потребное значение расхода Q при соответствующем выборе величины i оказывается меньше суммарной номинальной подачи Q насосов, входящих в состав насосной установки 8. Следует отметить, что для случая, когда гидролиния 20 соединена с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров 3, 4, максимальное значение коэффициент преобразования i ограничено величиной А / А: 1 < i < А /А.
Если в гидроприводе используется поступательный гидропреобразователь (см. фиг. 3), являющийся гидромашиной циклического действия (в силу ограниченности величины хода его подвижного элемента), то перед началом работы пресса для минимизации вероятности его остановок в процессе эксплуатации необходимо убедиться в том, что при положении траверсы 12, при котором объем рабочих полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2 имеет наименьшее значение (присутствует сигнал с путевого выключателя 24), объем рабочей полости гидропреобразователя 11, характеризующейся большей эффективной площадью подвижного элемента, имеет наибольшее значение (присутствует сигнал с путевого выключателя 22). Если указанное условие не выполняется, то необходимо произвести открытие проходного сечения клапанов 13, 18, 21 и обеспечить со стороны насосной установки 8 подачу рабочей жидкости при установленном для выполнения этой операции расходе и ограничении давления жидкости на уровне, достаточном для перемещения подвижного элемента преобразователя 11, но не влекущем повышение давления в рабочих полостях возвратных гидроцилиндров 3, 4 (вследствие эффекта мультипликации) до максимально допустимого рабочего давления для этих гидроцилиндров. После перемещения подвижного элемента поступательного преобразователя 11 в соответствующее крайнее положение и появления сигнала с путевого выключателя 22 насосная установка 8 переводится в разгрузочный режим работы [путем соединения напорных каналов всех входящих в ее состав насосов (на фиг. 1, 2, 3 насосы не показаны) с гидробаком 10], а проходные сечения клапанов 13, 18, 21 закрываются.
Если при использовании поступательного гидропреобразователя 11 (см. фиг. 3) при выполнении хода приближения появился сигнал с путевого выключателя 23 при отсутствии сигнала с путевого выключателя 25, то производятся: остановка подвижной траверсы 12 путем закрытия проходных сечений всех ранее открытых клапанов и перевод насосной установки 8 в разгрузочный режим работы. Далее должна выполняться корректировка положения подвижного элемента поступательного гидропреобразователя 11, как это описано выше. В случае применения вращательного гидропреобразователя 11 (см. фиг. 1, 2) необходимость в согласовании положений подвижной траверсы пресса и подвижного элемента гидропреобразователя отсутствует.
После вступления инструмента, закрепленного на подвижной траверсе 12 пресса, по завершении хода приближения в контакт с заготовкой (на фиг. 1, 2, 3 инструмент и заготовка не показаны) и начала деформации последней давление в рабочих полостях рабочих гидроцилиндров 1, 2 увеличивается (что констатируется по изменению сигнала на выходе датчика давления 17) и осуществляется переход к рабочему ходу пресса.
рх
рц
рх
рх
рх
Для осуществления рабочего хода производится закрытие проходного сечения клапанов 18, 19, открытие проходного сечения клапанов 13, 16 (если их проходные сечения до этого не были открыты на этапе выполнения хода приближения) и со стороны насосной установки 8 обеспечивается подача рабочей жидкости при расходе Q=Av, необходимом для перемещения траверсы с заданной скоростью v рабочего хода. Рабочая жидкость от насосной установки 8 по напорной гидролинии 7 через открытое проходное сечение напорного клапана 13 поступает в рабочие полости рабочих гидроцилиндров 1, 2, вызывая перемещение их плунжеров и соединенной с ними траверсы 12 со скоростью v. При этом из рабочих полостей возвратных гидроцилиндров 3, 4 рабочая жидкость вытесняется через открытое проходное сечение сливного клапана 16 и далее по гидролинии 9 в гидробак 10.
По окончании рабочего хода траверсы 12 жидкость в рабочих полостях рабочих гидроцилиндров 1, 2 обладает большой потенциальной энергией за счет упругой деформации собственно жидкости и металлических частей пресса. В связи с этим после завершения рабочего хода траверсы 12 производятся: перевод насосной установки 8 в разгрузочный режим работы, закрытие проходного сечения напорного 13 и сливного 16 клапанов и плавное (постепенное) открытие проходного сечения сливного клапана 14. В результате, жидкость из полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2, вследствие своего расширения и уменьшения напряжений в металлических частях пресса, поступает через открытое проходное сечение сливного клапана 14 и далее по сливной гидролинии 9 в гидробак 10 (происходит разгрузка рабочих гидроцилиндров от высокого давления). После снижения давления в рабочих гидроцилиндрах 1, 2 до установленного минимального значения (что констатируется на основании сигнала на выходе датчика давления 17) проходное сечение сливного клапана 14 закрывается.
ох
вц
ox
ox
ox
рц
рц
ox
ох
рц
вц
Для осуществления обратного хода подвижной траверсы 12 пресса при отсутствии в составе гидропривода клапана 21 (см. рис. 1) производится открытие проходного сечения клапанов 14, 15 и со стороны насосной установки 8 обеспечивается подача рабочей жидкости при расходе Q=Av, необходимом для перемещения траверсы с заданной скоростью v обратного хода. Рабочая жидкость от насосной установки 8 по напорной гидролинии 7 через открытое проходное сечение напорного клапана 15 поступает в рабочие полости возвратных гидроцилиндров 3, 4, вызывая перемещение их плунжеров и соединенной с ними траверсы 12 со скоростью v. При этом из рабочих полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2 рабочая жидкость при повышенном расходе Q=Av=QA /А вытесняется через открытое проходное сечение сливного клапана 14 и далее по сливной гидролинии 9 в гидробак 10. При таком исполнении гидропривода сливной клапан 14 гидрораспределителя 6 должен иметь повышенные пропускную способность и соответственно размеры, что усложняет гидрораспределитель 6 рабочих гидроцилиндров.
ox
вц
ox
ox
ox
При наличии в составе гидропривода клапана 21 (см. рис. 2, 3) для осуществления обратного хода подвижной траверсы 12 пресса производится открытие проходного сечения клапанов 18, 21 и 15 и со стороны насосной установки 8 обеспечивается подача рабочей жидкости при расходе Q=Av, необходимом для перемещения траверсы с заданной скоростью v обратного хода. Рабочая жидкость от насосной установки 8 по напорной гидролинии 7 через открытое проходное сечение напорного клапана 15 поступает в рабочие полости возвратных гидроцилиндров 3, 4, вызывая перемещение их плунжеров и соединенной с ними траверсы 12 со скоростью v. При этом из рабочих полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2 рабочая жидкость вытесняется через открытое проходное сечение клапана 18, рассчитанного на большой расход (поскольку через этот клапан производится наполнение рабочих гидроцилиндров) в рабочую полость гидропреобразователя 11 с большим характерным геометрическим размером, вызывая перемещение его подвижного элемента. Рабочая жидкость, вытесняемая при этом из полости гидропреобразователя 11 с меньшим характерным геометрическим размером, через открытое проходное сечение клапана 21 поступает в гидробак 10.
В последнем случае при использовании в гидроприводе вращательного гидропреобразователя И (см. фиг. 2) обе гидромашины, входящие в его состав, должны иметь исполнение мотор-насоса. При этом в составе гидрораспределителя 5 управления рабочими гидроцилиндрами 1, 2 возможно применение сливного клапана 14 с пониженным значением площади проходного сечения, выбираемым лишь из условия обеспечения разгрузки рабочих гидроцилиндров от высокого давления по окончании рабочего хода подвижной траверсы. При выполнении обратного хода подвижной траверсы и рассматриваемом исполнении гидропривода, наряду с открытием проходного сечения клапанов 18 и 21, возможно открытие проходного сечения также и сливного клапана 14, что в некоторой степени снижает потери давления в гидроприводе.
В процессе выполнения обратного хода подвижной траверсы 12 при использовании в гидроприводе поступательного гидропреобразователя 11 (см. фиг. 3) происходит возврат его подвижного элемента в исходное положение (происходит увеличение объема рабочей полости гидропреобразователя с большим значением эффективной площади подвижного элемента). Если при этом появился сигнал с путевого выключателя 22 при отсутствии сигнала с путевого выключателя 24, то производится полное открытие проходного сечения сливного клапана 14, и выполнение обратного хода траверсы 12 продолжается. В данной ситуации жидкость из полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2 вытесняется в гидробак 10 через открытое проходное сечение клапана 14 и далее по сливной гидролинии 7.
Остановка подвижной траверсы 12 при выполнении ею обратного хода, как и при выполнении хода приближения и рабочего хода, производится путем закрытия проходного сечения всех клапанов, проходные сечения которых до этого были открыты. Одновременно насосная установка 8 переводится в разгрузочный режим работы.
Как следует из вышеприведенного описания устройства и работы, предлагаемый гидропривод подвижной траверсы пресса без использования в его конструкции бака наполнения, возвратных гидроцилиндров с ускорительными полостями и насосов с повышенной подачей обеспечивает: качественное наполнение полостей рабочих гидроцилиндров рабочей жидкостью во время холостого хода приближения подвижной траверсы и практически полное отсутствие зависимости скорости приближения подвижной траверсы от сил сопротивления ее движению.
Кроме того, для вертикальных прессов при использовании предлагаемого гидропривода с соединением гидролинии повышенного давления с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров повышается энергетическая эффективность (коэффициент полезного действия) гидропривода, благодаря увеличению степени использования потенциальной энергии подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса во время хода приближения (холостого хода вниз) для совершения полезной работы.
Источники информации
1. Корнилов В.В., Синицкий В.М. Гидропривод в кузнечно-штамповочном оборудовании: Учебное пособие для вузов / Под ред. Н.В. Пасечника. М.: Машиностроение, 2002. - 224 с. (с. 150, рис. 82).
2. Гойдо М.Е. Проектирование объемных гидроприводов (Б-ка конструктора). - М.: Машиностроение, 2009. - 304 с. (с. 79, рис. 3.5.10).