БЛОК ПОРШЕНЬ-ЦИЛИНДР И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС
PISTON-CYLINDER ASSEMBLY AND HYDRAULIC PRESS

Изобретение относится к блоку поршень-цилиндр для пресса с поршнем, по меньшей мере, частично расположенным в цилиндре и делящим полость цилиндра вдоль оси цилиндра на две части; с установленным, по меньшей мере, в одной первой части полости компенсационным устройством для противодействия повышению давления содержащейся в первой части полости среды, вызванному движением поршня вдоль оси цилиндра, направленным в сторону первой части полости; с компенсационным пространством, а также с ограничивающим компенсационное пространство от подпространства части полости, содержащего среду, ограничительным устройством, причем, по меньшей мере, одна подобласть ограничительного устройства компенсационного пространства выполнена таким образом, что при повышении давления среды подпространство может увеличиваться в объеме, а компенсационное пространство может сокращаться в объеме, причем пространственное разграничение между подпространством и компенсационным пространством сохраняется, для чего компенсационное устройство в подобласти ограничительного устройства содержит компенсационный поршень, установленный с возможностью перемещения относительно цилиндра. Кроме того, изобретение касается также гидравлического пресса, содержащего такой блок поршень-цилиндр.
Известны блоки поршень-цилиндр такого рода, именуемые в зависимости от конструкции дифференциальными цилиндрами или цилиндрами с синхронным ходом. В принципе, они применяются для передачи действия сил во всех возможных направлениях в гидравлике, а также в пневматике. В частности, в рамках данного изобретения такие блоки поршень-цилиндр используются в прессах. При этом понятие «пресс» в этой связи следует понимать как собирательное для различных гидравлических прессов, с помощью которых могут быть преобразованы или изготовлены изделия самого разного рода. Примерами таких прессов являются гидравлический штамповочный пресс, барабанные ножницы, пресс для изготовления плитки и огнеупоров, пресс для изготовления изделий из соли и т.п.
При этом формообразование изделий может происходить таким образом, что две главные оси, из которых по меньшей мере одна является подвижной, перемещаются относительно друг друга и тем самым осуществляют процесс деформации. У пресса, используемого в промышленности огнеупоров, рыхлый сыпучий материал уплотняется, например, за счет относительного движения основных осей в матрице, которая по меньшей мере частично определяет форму пресс-изделия, полученного в процессе прессования. В отличие от процесса обработки с помощью штамповочного пресса или барабанных ножниц, окончание которого определяется завершением операции штамповки или отрезки, процесс формования с помощью вышеописанного пресса заканчивается тогда, когда или оси пройдут определенный путь, или когда в главных цилиндрах будет достигнуто определенное давление, а также когда оба критерия окажутся в определенном поле допусков.
При этом блоки поршень-цилиндр вышеуказанного типа не только используются для главных цилиндров или главных рабочих осей, но они могут выполнять также дополнительные функции. Такой дополнительной функцией является, например, перемещение стенки матрицы у только что представленного пресса из области промышленности огнеупоров по окончании процесса прессования. При этом речь идет о так называемой выемке прессованного изделия из матрицы, причем прессованное изделие опирается на неподвижный штамп или на главный цилиндр, стенка матрицы за счет движения, осуществляемого с помощью блоков поршень-цилиндр, перемещается относительно главной рабочей оси, и матрица, таким образом, удаляется от прессованного изделия.
При этом процесс выемки в зависимости от расположения дополнительных цилиндров относительно пресса может происходить путем воздействия в направлении выдвигания или вдвигания поршневого штока дополнительного цилиндра. Само собой разумеется, что выемку прессованного изделия можно также осуществлять за счет движения главного цилиндра при неподвижной стенке матрицы.
Правда, обнаружилось, что такие блоки поршень-цилиндр вышеупомянутого типа в отношении прочности при нормальных обычных технических параметрах удовлетворяют требованиям лишь в незначительной степени, поскольку после относительно короткого периода эксплуатации происходят повреждения самих цилиндров, например, сварных швов, других деталей, связанных с блоком поршень-цилиндр, как, например, систем сбора информации о положении или систем трубопроводов, а также другие механические повреждения. Таким образом, наблюдаемый недостаточный срок службы блока поршень-цилиндр и других деталей является причиной того, что соответствующие детали должны быть рассчитаны с запасом прочности, поскольку иначе их ремонт или замена обойдутся дороже, а пресс, при необходимости, в течение ремонтных работ нельзя будет продолжать эксплуатировать, т.е. придется останавливать производство.
Предпринимались попытки решить эту проблему за счет того, что в системы трубопроводов, подключенные к блоку поршень-цилиндр, встраивались демпферы, как, например, гидропневматические амортизаторы. Однако такие меры не дали желаемого результата.
В патенте США US 2815004 раскрыты садовые ножницы, у которых отдача поршня, встроенного в цилиндр, демпфируется за счет комбинированного действия воздушной подушки, встроенной в цилиндр, и пружинного устройства, установленного на поршне.
В патенте Великобритании GB 1563847 раскрыто устройство для создания мгновенного давления на заготовку. При этом описываемое там устройство содержит блок поршень-цилиндр, в котором часть полости цилиндра, обращенная в сторону, противоположную заготовке, заполнена газом, который благодаря мгновенному, объемному расширению через поршень устройства может передавать мгновенное давление на заготовку. Это мгновенное расширение становится возможным за счет того, что предварительно настроенный редукционный клапан вызывает мгновенное падение давления в части полости цилиндра, противоположной его части, заполненной газом.
Европейский патент ЕР 0186002 А1 описывает устройство, препятствующее возникновению пиков давления в прессовом агрегате у машины для литья под давлением. В машине для литья под давлением предусмотрен рабочий цилиндр с поршнем пресса, причем внутри поршня пресса установлен вспомогательный поршень, перемещаемый в направлении оси поршня пресса. Во время движения выталкивания поршня пресса в фазе заполнения формы путем торможения поршня пресса в начале фазы выдержки под давлением осуществляется повышение давления гидравлической среды, содержащейся в рабочем цилиндре со стороны поверхности поршня. Появление пиков давления, возникающих таким образом при переходе к фазе выдержки под давлением, предотвращается за счет движения вспомогательного поршня, размещенного в поршне пресса. Для этого через поршень пресса прокладывается соединительная линия к цилиндрической направляющей, расположенной за вспомогательным поршнем.
В патенте США US 3536128 раскрыто впрыскивающее устройство машины для литья под давлением, в которой впрыскивающий поршень соединен с гидравлическим штампом через амортизационную камеру, заполненную средой. При этом амортизационная камера установлена в цилиндре между впрыскивающим поршнем и гидравлическим штампом. В первой фазе оба этих поршня с одинаковой скоростью перемещаются в направлении формы. При достижении заполненной формы впрыскивающий поршень испытывает сопротивление, и его движение, направленное в сторону формы, тормозится. В результате, в амортизационной камере происходит повышение давления, противодействие которому оказывается путем предоставления среде, находящейся в амортизационной камере, возможности выхода из этой камеры, объем которой при этом сокращается. При этом среда может вытечь через устройства, расположенные или внутри гидравлического штампа или внутри впрыскивающего поршня.
В ЕР 1416165 А2 раскрыт исполнительный привод с блоком поршень-цилиндр, в котором аксиальное движения поршня демпфируется с помощью пневматического демпфирующего устройства.
Из US 4633758 известно цилиндропоршневое устройство с тормозным и демпфирующим устройством для точного торможения поршня в любом промежуточном положении цилиндра.
В US 4210064 раскрыто цилиндропоршневое устройство с демпфирующим устройством для торможения поршня в конце цилиндра, которое базируется на увеличении нагруженной давлением поверхности поршня.
В US-A-3893377 раскрыт гидравлический серводвигатель с накопительной емкостью, ограниченной мембраной, и расположенной на обращенной к штоку поршня стороне гидравлического цилиндра.
В JP-A-2407624 описан примерно так же устроенный поглотитель удара для применения в гусеничном двигателе ковшового экскаватора.
Из GB-A-2407642 известен гидропневматический поглотитель удара, который по одному из уже рассмотренных принципов встроен в систему труб, подключенную к цилиндропоршневому устройству, причем сам поглотитель удара размещен в штоке поршня.
В US-A-4052850 раскрыт генератор ударных импульсов, скользящий поршень которого вместе с рабочим поршнем выполняют удар вдоль гидравлической оси.
С учетом вышеописанной проблемы, известной из уровня техники, в основу изобретения положена задача создания блока поршень-цилиндр вышеуказанного типа, который при использовании в прессе, с одной стороны, сам обладает повышенной долговечностью, а с другой, - обеспечивает долговечность других деталей, подключенных к блоку поршень-цилиндр, и тем самым увеличение срока службы этих деталей пресса.
Поставленная задача решается за счет того, что компенсационное устройство рассчитано с возможностью оказания противодействия повышению давления, если вызывающее это повышение давления движение поршня вызвано происходящей в очень короткое время после ударного преодоления удерживающего поршень сопротивления разгрузкой компрессионного объема, образованного во второй части полости, за счет снижения давления в содержащейся в нем среде перед преодолением сопротивления удержания, для чего компенсационный поршень ограничивает подпространство в контакте с содержащейся в нем средой от компенсационного пространства для оказания противодействия повышению давления уже в месте его возникновения, причем движение компенсационного поршня в сторону сокращения объема компенсационного пространства направлено от второй части полости, не содержащей этого компенсационного поршня.
В основу изобретения положена идея, основывающаяся на точном и подробном анализе динамических изменений соотношений давлений в гидравлической системе, содержащей блок поршень-цилиндр. В результате этого анализа установлено, что причиной недостаточно удовлетворительной долговечности обычных блоков поршень-цилиндр являются механические нагрузки, которые, в свою очередь, вызваны возбуждением механических колебаний. Это возбуждение механических колебаний может возникнуть, если в среде, содержащейся в одной из частей полости, в результате движения поршня вдоль оси цилиндра в направлении этой части полости создается повышенное давление, а истечение среды в подключенную систему трубопроводов в результате этого повышения давления представляет собой гидравлическое сопротивление. Тогда в подключенной гидросистеме возникает пик давления, который противодействует движению поршня, вызывающему это повышение давления. В результате созданной таким образом силы, противодействующей силе, вызвавшей ее, возбуждаются колебания, создающие соответствующую высокую механическую нагрузку на всю машину.
В противоположность этому в блоке поршень-цилиндр согласно изобретению компенсационное устройство, установленное в этой части полости, способствует тому, чтобы повышению давления оказывалось противодействие, так чтобы, в результате, до пика давления дело не доходило или чтобы он по крайней мере был меньше и чтобы, таким образом, не могло произойти также никакого возбуждения колебаний или чтобы оно по крайней мере было слабым. Другими словами, повышение давления гасится в полости, в которой оно возникает, прежде чем смогут появиться опасные пики давления.
Для дальнейшей иллюстрации принципа действия блока поршень-цилиндр согласно изобретению вновь рассматривается упомянутый выше пример с прессом, используемым в промышленности огнеупоров, и на основе этого примера поясняется вышеприведенный анализ. При этом блок поршень-цилиндр должен использоваться для выполнения вспомогательной функции при выемке пресс-изделия из формообразующей матрицы путем перемещения стенки матрицы.
Сначала следует принять во внимание, что силы, действующие при использовании такого пресса, имеют величину в области значений 4000-36000 кН. При загрузке рыхлого сыпучего материала в матрицу и при его уплотнении в матрице с использованием таких сил высокое давление на боковые стенки матрицы возникает также в направлении, поперечном главной рабочей оси, соответственно, сыпучий материал в направлении поперек главной рабочей оси прижимается к боковым стенкам матрицы с большой силой. Между пресс-изделием (спрессованным сыпучим материалом) и стенками матрицы существует даже по окончании процесса формовки соответствующее большое трение сцепления. Блоку поршень-цилиндр приходится преодолевать его при выемке прессованного изделия, т.е. для перемещения стенки матрицы требуется сравнительно большая сила.
Правда, точная величина силы, необходимая для преодоления трения сцепления, не поддается расчету, поскольку она зависит от очень многих параметров, например от спрессованного материала, от количества пустот в матрице, от силы прессования, от размеров прессованного изделия (поверхности соприкосновения со стенкой матрицы) и т.п.
В соответствии с этой неизвестной величиной силы, необходимой для выемки, осуществляется также обычный способ выгрузки прессованного изделия. Для этого в одной из частей (во второй части) полости цилиндра, например, со стороны поршня относительно медленно создается давление, которого при достижении критического значения достаточно для оказания с помощью блока поршень-цилиндр воздействия на стенку матрицы с силой, необходимой для преодоления трения сцепления. С преодолением трения сцепления мгновенно осуществляется переход от трения сцепления к трению скольжения, поршень приходит в движение, и, в результате, начинается процесс выемки прессованного изделия.
Правда, благодаря движению поршня происходит повышение давления в другой (первой) части полости, точнее говоря, давление в заполняющей ее среде. Причина этого повышения давления заключается в том, что при создании давления на стороне поршня или в среде, находящейся со стороны поршня, в находящемся под давлением объеме полости цилиндра со стороны поршня образуется определенный эффективный рабочий объем. Снятие давления в этом объеме, происходящее за очень короткий промежуток времени, обеспечивает движение поршня в направлении кольцевой полости цилиндра, вызывающее повышение давления в этом объеме. В результате повышения давления ось, т.е. среда, содержащаяся в этой кольцевой полости цилиндра, очень сильно ускоряется в направлении выдвижения поршневого штока. При этом расчетные значения ускорения могут достигать более 10 g. Объемный поток среды, соответствующий этому ускорению, обычно направляется в закрытый ограничительный клапан с установленной величиной давления. В соответствии с установленной величиной давления ось, наконец, тормозится за счет неконтролируемого роста давления в кольцевой полости цилиндра. Правда, эта мера осуществляется недостаточно «быстро», так что из-за неконтролируемого роста давления в кольцевой полости цилиндра возникает пик давления, направленного на кольцевую поверхность цилиндра и тем самым против движения, вызывающего повышение давления. Возникает возбуждение колебаний с указанными отрицательными последствиями для машины.
Если же применяется блок поршень-цилиндр согласно изобретению, то пику давления и тем самым повышению давления, вызывающему механическое возбуждение колебаний, противодействие оказывается уже в месте их возникновения с помощью встроенного компенсационного устройства. Достигается ослабление, если не полное подавление пика давления, оказывается противодействие возбуждению колебаний и тем самым повышается долговечность блока поршень-цилиндр, а также долговечность подключенных деталей, как, например, системы сбора информации о положении или системы трубопроводов, за счет сокращения механической нагрузки на всю гидросистему.
Из приведенных разъяснений становится также понятно, почему при стандартных технических параметрах прежние попытки повышения долговечности блока поршень-цилиндр оказывались бесплодными. Редукционный клапан чересчур инерционен для такого динамичного процесса. Кроме того, нет сенсорики, соответствующей современному уровню техники, которая, вообще, была бы в состоянии преобразовывать возникающие быстротекущие процессы движения в соответствующие коммутационные движения. Амортизатор, встроенный в систему трубопроводов, не является эффективным в полной мере, поскольку частота собственных колебаний системы трубопроводов цилиндра уменьшена за счет увеличения сопротивления, обусловленного наличием этой системы. Кроме того, гасители импульсов, используемые до настоящего времени, все еще обладают слишком низким быстродействием для рассматриваемого здесь процесса.
Другим преимуществом компенсационного устройства, встроенного согласно изобретению, является то, что оно срабатывает при повышении давления среды, содержащейся в первой части полости, непосредственно и без управления со стороны датчиков или других механизмов. Таким образом, обеспечивается весьма несложный и почти бесперебойный механизм срабатывания.
Однако в результате установки в полости цилиндра компенсационного устройства рабочий объем блока поршень-цилиндр сокращается. Поэтому для того, чтобы длина хода была такой, как и при использовании блока поршень-цилиндр без встроенного компенсационного устройства, цилиндр блока поршень-цилиндр при использовании компенсационного устройства согласно изобретению необходимо выполнять несколько длиннее.
Благодаря компенсационному пространству в среде, содержащейся в подпространстве, в случае необходимости предоставляется дополнительный расширительный объем. Таким образом, добиваются расширения объема среды и тем самым создания давления, препятствующего повышению давления. Достигается также поддержание пространственного разделения между подпространством и компенсационным пространством, так что компенсационное устройство может быть снова подготовлено к очередному циклу сброса давления особенно предпочтительным и экономичным по времени образом. Согласно изобретению подобласть выполнена в виде компенсационного поршня, установленного с возможностью перемещения относительно базовой точки, например, цилиндра. Поскольку ограничительное устройство компенсационного пространства тоже должно подвергаться воздействию больших давлений, компенсационный поршень представляет собой наиболее прочную деталь компенсационного устройства. При этом компенсационный поршень, несмотря на прочность выполнения, может иметь небольшой вес.
Далее движение компенсационного поршня, сокращающее объем компенсационного пространства, направлено в сторону от второй части полости, не содержащей этого компенсационного поршня, т.е. также в сторону от области, в которой поршень повышает давление. Таким образом, основное направление сброса давления с помощью компенсационного устройства может согласовываться с направлением действия скачка давления при повышении давления, благодаря чему достигается особенно эффективное противодействие этому повышению.
Предпочтительно предусмотреть рабочую поверхность для направления движения компенсационного поршня. Тем самым можно надежно обеспечить скольжение компенсационного поршня в компенсационном устройстве.
При этом целесообразно, чтобы рабочая поверхность сама являлась частью ограничительного устройства. Таким образом, компенсационное устройство может быть реализовано в условиях экономии материала и, прежде всего, места.
Предпочтительно, чтобы компенсационное устройство могло иметь элемент, который препятствовал бы неограниченному движению компенсационного поршня, увеличивающему объем компенсационного пространства, и который конструктивно был бы выполнен в виде упора. Благодаря такому упору можно предотвратить нежелательное движение компенсационного поршня в подпространство, которое в противном случае могло бы произойти при соответствующей отрицательной разности давлений между подпространством и компенсационным пространством.
Целесообразно, чтобы компенсационное пространство сообщалась со средой, окружающей цилиндр. Эта связь может осуществляться, например, через отверстие в стенке цилиндра. Таким образом, возможен удобный доступ к компенсационному пространству, осуществляемый независимо от среды в подпространстве, содержащем эту среду.
В одной из предпочтительных форм выполнения изобретения движение компенсационного поршня должно осуществляться вдоль оси цилиндра. Таким образом, заданные реальные геометрические параметры могут быть особенно экономно использованы с точки зрения занимаемого места.
При необходимости упор в такой ситуации, выполняя двойственную функцию, может также ограничивать движение поршня в направлении компенсационного пространства. Это происходит тогда, когда механикой станины машины не задано никаких ограничений.
Компенсационное устройство предпочтительно устанавливается в области первой части полости, расположенной вблизи от соответствующего конца цилиндра по его длине. Таким образом, можно особенно просто воспрепятствовать тому, чтобы у подпространства появилось узкое место, выражающееся в снижении эффективности компенсационного устройства. Тем самым минимизируется также потеря хода цилиндра при том же сбросе давления.
В предпочтительной форме выполнения изобретения сама стенка цилиндра образует, по меньшей мере, часть рабочей поверхности. Таким образом, детали блока поршень-цилиндр могут выполнять двойную функцию с точки зрения экономии затрат и места.
Предпочтительно, чтобы и компенсационное пространство имело цилиндрическую форму. В этом случае оно может быть целесообразным образом приспособлено к заданным геометрическим параметрам блока поршень-цилиндр и использовать имеющееся пространство с максимальным эффектом.
Специально предусмотрено также, чтобы компенсационное пространство было выполнено в виде тороидального цилиндра. При этом под тороидальным цилиндром понимается цилиндр, из которого в радиальном направлении изъят меньший цилиндр, а в аксиальном направлении - цилиндр такой же высоты, и который, следовательно, имеет сквозное отверстие. Это особенно удобно в том случае, когда компенсационное устройство установлено в той части полости, в которой также располагается поршневой шток. Так как поршневой шток проходит через сквозное отверстие тороидального цилиндра, остальное пространство снова используется оптимальным образом. В этом случае, с одной стороны, может быть предусмотрено, чтобы сам поршень образовывал часть рабочей поверхности или поршневой шток поршня проходил через первую часть полости и компенсационное устройство и образовывал часть рабочей поверхности. Таким образом, поршень и компенсационный поршень служат друг другу рабочей поверхностью, и может быть получена дополнительная экономия места, деталей или материала. С другой стороны, целесообразным образом предусмотрено, чтобы гильза, установленная на головке цилиндра и входящая в его внутреннюю полость, образовывала радиальную внутреннюю рабочую поверхность для компенсационного поршня.
Таким образом, гильза одновременно является также частью ограничительного устройства, причем выступающая область гильзы образует часть рабочей поверхности, а поршневой шток проходит через внутреннюю полость гильзы. При этом между радиально внутренней стенкой гильзы и поршневым штоком может быть создан дополнительный слой среды, содержащийся в этом подпространстве. С помощью такой конструкции целесообразным образом достигается то, что компенсационный поршень и поршневой шток при каждом своем движении не касаются друг друга.
Площадь поперечного к оси цилиндра сечения компенсационного пространства может составлять более 20%, предпочтительно более 50% и особенно предпочтительно более 80%, от площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра. Таким образом, в зависимости от нагрузки на поршень и в, частности, от необходимой для этого величины поперечного сечения поршня, а также в зависимости от ожидаемых значений повышения давления соотношение площадей их поперечных сечений может подбираться соответственно.
С другой стороны, может быть также предусмотрено использование площади поперечного к оси цилиндра сечения компенсационного пространства в диапазоне 1-20%, предпочтительно 1-10% и особенно предпочтительно 1-5%, от площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра. Такая конструкция блока поршень-цилиндр благоприятным образом обеспечивает такое положение, что площадь поперечного сечения поршневого штока поршня, не зависящая от площади поперечного сечения полости цилиндра, может занимать соответствующую часть площади поперечного сечения полости цилиндра вплоть до 99%. Тем самым, несмотря на наличие компенсационного устройства, можно добиться высокой прочности поршня. Кроме того, сокращается относительная потеря рабочего объема цилиндра.
Отверстие в стенке цилиндра, через которое окружающая среда цилиндра сообщается с компенсационным пространством, может служить для подключения питающей линии и/или клапана, и/или манометра. Так, например, компенсационное устройство соответствующим образом может быть подключено к гидропневматическому реле давления, с помощью которого можно измерять или регулировать давление в компенсационном пространстве. Аналогичным образом можно также предусмотреть управляющее устройство для управления компенсационным устройством и оказания воздействия на него. Но в то же время к отверстию может быть подключен также дополнительный объем. Соответствующим подбором емкости этого дополнительного объема можно также воздействовать на величину давления в компенсационном пространстве, благодаря чему управление давлением может осуществляться особенно просто, а именно чисто механически.
В вышеупомянутых случаях подсоединения других деталей, установленных вне цилиндра, компенсационное устройство, установленное в полости цилиндра, автоматически становится частью большой компенсационной системы, размещающейся также за пределами цилиндра. При этом устройство управления компенсационным устройством аналогичным образом также может стать частью компенсационной системы.
Компенсационное пространство может быть заполнено компенсационной средой. В результате заполнения такой средой в компенсационном пространстве выгодным образом достигается стабильное давление. Соответствующим образом компенсационную среду можно подвергнуть сжатию или же предварительному сжатию. Таким образом, можно особенно целесообразно скомпенсировать собственное давление, существующее в подпространстве независимо от среды, которое действует на компенсационное пространство в результате его ограничения. При этом может быть целесообразно, используя отверстие, сделать давление, действующее в компенсационной среде, регулируемым. Таким образом, дополнительная регулировка давления в компенсационном пространстве возможна. Кроме того, противодавление может быть установлено, по меньшей мере, таким же, что и давление, действовавшее в подпространстве в среде в рабочем режиме, существовавшем до повышения давления. Таким образом, с успехом можно добиться того, чтобы воздействие компенсационного устройства с помощью среды в подпространстве использовалось уже не только частично, благодаря чему компенсационное устройство противодействует повышению давления на полную мощность.
В одной из предпочтительных конструкций блока поршень-цилиндр противодавление компенсационной среды установлено на определенную величину больше давления, действовавшего в подпространстве в среде в рабочем режиме, существовавшем до повышения давления. При такой установке поршень можно передвинуть на часть полости, содержащую компенсационное устройство, причем компенсационное устройство противодействует повышению давления, вызванному этим движением, лишь в крайне незначительной степени до тех пор, пока в подпространстве в среде действует квазистатическое давление, т.е. пока движение поршня происходит адиабатически медленно. Большим достоинством является то, что поршень может позиционироваться относительно цилиндра, что необходимо в режиме позиционирования пресса, но только так, чтобы процесс позиционирования не был нарушен действием компенсационного устройства (или чтобы режим позиционирования подвергался пренебрежимо малому вредному воздействию со стороны компенсационного устройства). Другими словами, компенсационное устройство, или компенсационное пространство, представляет собой в процессе позиционирования мертвое пространство.
Компенсационная среда выгодным образом обладает высокой сжимаемостью. В частности, она может быть выше сжимаемости среды, содержащейся в подпространстве. Действие компенсационного устройства зависит также, помимо всего прочего, от абсолютной и относительной сжимаемости компенсационной среды. Таким образом, с помощью этой конструкции может быть создано особенно эффективное компенсационное устройство. Выгодным образом в случае среды речь идет о газе, в частности об инертном газе. Это означает удовлетворительную и малозатратную поставку компенсационной среды.
Вместо компенсационной среды и/или в дополнение к ней в особенно простой с точки зрения конструкции форме выполнения в компенсационном пространстве предусмотрена установка устройства предварительного напряжения. При этом специально предусмотрено, чтобы предварительное напряжение с помощью этого устройства было настолько эффективным, чтобы создаваемое им противодавление соответствовало вышеупомянутым свойствам, в частности было, по меньшей мере, таково, что противодавление, соответствующее этому предварительному напряжению, являлось, по меньшей мере, таким, как давление в подпространстве в среде в режиме до повышения давления.
Предпочтительно, чтобы противодавление со стороны устройства предварительного напряжения на заданную величину было больше, чем давление в подпространстве в среде в режиме до повышения давления.
В особенно простой форме выполнения устройство предварительного напряжения содержит пружину, в частности, образующую это устройство. В частности, помимо этого, ограничительную поверхность компенсационного пространства желательно устанавливать с возможностью демонтажа, так чтобы устройство предварительного напряжения можно было заменять по частям или другим устройством предварительного напряжения, например, с другими характеристиками предварительного напряжения. Если речь идет, например, о пружине, то при необходимости может быть установлена пружина с другими характеристиками силы и хода.
В блоке поршень-цилиндр согласно изобретению предусмотрено в обеих частях полости, т.е. с каждой стороны поршня, устанавливать, по меньшей мере, по одному компенсационному устройству. Это дает особое преимущество, поскольку даже в таком режиме, когда в обоих направлениях действия в результате движения поршня повышение давления может произойти в средах в обеих частях полости, ему может быть оказано соответствующее противодействие.
Целесообразным образом даже одна из частей полости, в частности, в области подпространства, содержащего среду, а также обе части полости соединены с внешней средой, окружающей цилиндр. Эта связь осуществляется через отверстие для питания, предусмотренное в стенке цилиндра. Таким образом, соответствующая часть полости может быть подсоединена к гидропневматической системе, и пресс получает различные возможности для применения. Кроме того, может быть предусмотрена система сбора информации о положении поршня. Благодаря этому управление блоком поршень-цилиндр выгодно упрощается, особенно в режиме позиционирования.
Блок поршень-цилиндр может быть также рассчитан как цилиндр с синхронным ходом. В этом случае поршень в направлении оси цилиндра с каждой стороны содержит поршневой шток, и они проходят через соответствующие концы цилиндра по его длине. Такая конструкция создает возможность для того, чтобы повышение давления, вызванное движением поршня, передавалось под действием механической нагрузки напрямую, т.е. без посредничества гидропневматической среды.
В соответствии с другой точкой зрения согласно изобретению предлагаются гидравлические прессы, в которых используется блок поршень-цилиндр согласно изобретению. Особенно предпочтительно и успешно действие блока поршень-цилиндр согласно изобретению проявляется, в частности, в прессах, изготавливающих из рыхлого сыпучего материала камень, пригодный для промышленности огнеупоров.
Блок поршень-цилиндр может быть применен в гидравлическом прессе для главной рабочей оси. В известных обстоятельствах вдоль этих осей создаются очень высокие давления и происходят очень большие изменения давления, что делает применение блока поршень-цилиндр согласно изобретению рациональным и предпочтительным.
С другой стороны, или в порядке дополнения, в гидравлическом прессе блок поршень-цилиндр согласно изобретению может быть применен для дополнительной рабочей оси. Это особенно целесообразно в том случае, когда в дополнительных цилиндрах могут возникнуть значительные и резкие повышения давления. Особенно предпочтительно предусмотреть гидравлический пресс с блоком поршень-цилиндр согласно изобретению при наличии дополнительной рабочей оси, когда дополнительные цилиндры используются для перемещения матрицы, служащей для формовки прессуемого материала. Как об этом уже говорилось выше, в этом случае успешно сбрасываемые повышения давления возникают при выемке из формы готового пресс-изделия, когда матрица перемещается из положения для штамповки, в котором удерживается готовое пресс-изделие, в положение для его выемки.
Другие подробности и преимущества изобретения будут понятны из нижеследующего описания примеров выполнения со ссылкой на чертежи.
Фиг.1 изображает схематически продольный разрез гидравлического пресса,
фиг.2 - схематически продольный разрез другой формы выполнения гидравлического пресса,
фиг.3 - продольный разрез блока поршень-цилиндр согласно изобретению для использования в прессе, например в прессе, изображенном на фиг.1 и 2,
фиг.4 - продольный разрез другой формы выполнения блока поршень-цилиндр согласно изобретению,
фиг.5 - продольный разрез очередной формы выполнения блока поршень-цилиндр согласно изобретению,
фиг.6 - часть продольного разреза еще одной формы выполнения блока поршень-цилиндр согласно изобретению, при которой пружина является частью компенсационного устройства.
При этом компоненты, указанные на чертежах, обозначаются следующими позициями:
1 цилиндр
2 труба цилиндра
3,3' головка цилиндра
4 дно цилиндра
5 поршень
5.1 головка поршня
6,6' поршневой шток
7,7' компенсационный поршень
8,8' компенсационное пространство
9,9' подпространство
10 полость цилиндра
10.1 (первая) часть полости (полость цилиндра с кольцевой поверхностью)
10.2 (вторая) часть полости (полость цилиндра с поверхностью поршня)
11,11' рабочая поверхность
11.1 гильза
11.2 (внутренняя) часть рабочей поверхности
11.3 (внешняя) часть рабочей поверхности
12,12' упор
13,13' соединительное отверстие (для подсоединения к полости цилиндра с кольцевой поверхностью)
14 положения поршня для сбора информации о положении поршня
15,15' отверстие (для соединения с компенсационным пространством)
16 соединительное отверстие (для подсоединения к полости цилиндра с поверхностью поршня)
17 пружина
20,21 блок цилиндр-поршень
22,23 блок цилиндр-поршень
100 гидравлический пресс
101 верхняя поперечина
102 нижняя поперечина
103 верхний штамп
104 нижний штамп
105 матрица
106 стенки матрицы
107 направляющая колонка
110 спрессованный камень
200 гидравлический пресс
K
F направление действия силы поршня
H
F направление действия силы трения сцепления
X ось цилиндра
Y главная рабочая ось
Z дополнительная рабочая ось
На фиг.1 схематически изображен продольный разрез гидравлического пресса 100, в котором используются блоки 20, 21 поршень-цилиндр согласно изобретению. Этот гидравлический пресс 100 служит для изготовления спрессованных камней из рыхлого сыпучего материала. Прессование сыпучего материала происходит, когда верхний штамп 103 в направлении главной рабочей оси Y сжимает рыхлый сыпучий материал на нижнем штампе 104. В этом примере нижний штамп 104 неподвижен, а верхний штамп 103 перемещается для прессования в направлении нижнего штампа 104. Однако возможно также, чтобы перемещались оба штампа 103, 104 или только нижний штамп 104. Матрица 105 удерживает рыхлый сыпучий материал и частично определяет форму, в которую должен быть запрессован сыпучий материал. Следовательно, матрица 105 определяет пресс-форму, которая в соответствии со своей конфигурацией определяет форму «кромок» изготавливаемых прессованных камней 110. Матрица 105 неподвижно установлена в стенках 106 матрицы 105, перемещаемых вдоль нескольких направляющих колонок 107 в направлении главной рабочей оси Y.
H
Рабочая точка, изображенная на фиг.1, представляет положение, когда процесс прессования уже закончен и верхний штамп 103 уже отведен вверх от камня 110, спрессованного в матрице 105. Таким образом, пресс 100 готов к следующему этапу работы, выемке спрессованного камня 110 из матрицы 105. Для этого матрица 105 движением в направлении рабочей оси Y, Z должна быть смещена относительно спрессованного камня 110. Этому смещению препятствует сила F трения сцепления между камнем 110 и матрицей 105. Эта сила должна быть преодолена, с тем чтобы перемещение смогло состояться и чтобы, в результате, противодействие движению оказывало только трение скольжения между камнем 110 и матрицей 105.
H
Величина силы F трения сцепления может быть значительной. Так, например, прессы 100, наподобие гидравлического пресса, изображенного на фиг.1, используемые в промышленности огнеупоров для формовки камней, работают с силами порядка 4000-36000 кН. В процессе прессовки возникают также соответствующие большие силы, действующие на боковые ограничительные поверхности матрицы 105 в направлении главной рабочей оси Y, т.е. рыхлый сыпучий материал прижимается к стенке матрицы с очень большой силой.
K
K
H
В примере, приведенном на фиг.1, перемещение стенок 106 матрицы, соответственно матрицы 105, происходит с помощью блоков 20, 21 поршень-цилиндр, каждый цилиндр 1 которых крепится на верхней поперечине 101 гидравлического пресса 100. При давлении на поршень 5 блоков 20, 21 поршень-цилиндр вдоль дополнительной рабочей оси Z в направлении движения поршня (в направлении выдвижения поршневого штока 6) на стенки 106 матрицы действует в своем направлении сила F. Этой силе F, осуществляющей перемещение стенки 106 матрицы вместе с матрицей 105 вниз, в направлении своего действия противодействует сила F трения сцепления, поскольку прессуемый камень 110 опирается на нижний штамп 104 гидравлического пресса 100, т.е. не может перемещаться вместе с матрицей 105.
K
K
H
На этом этапе работы и раскрываются достоинства блока 20, 21 поршень-цилиндр согласно изобретению. А именно, перемещение стенки 106 матрицы происходит не сразу, как только блоки 20, 21 поршень-цилиндр начинают действовать на нее с силой F. Только когда сила F станет достаточно большой, чтобы преодолеть силу F трения сцепления, в момент отрыва происходит скачкообразный переход от трения сцепления к трению скольжения, и движение начинается.
Блоки 20, 21 поршень-цилиндр содержат внутри каждого цилиндра 1 компенсационные устройства, которые противодействуют повышению давления, возникающему в момент отрыва внутри цилиндра, как это еще будет более подробно описано ниже в связи с фиг.3. Таким образом, нежелательные колебания, обычно возникающие в этот краткий момент отрыва, подавляются или, по меньшей мере, ослабляются.
В примере, изображенном на фиг.1, повышения давления происходят в блоках 20, 21 поршень-цилиндр, в частности в полостях с кольцевой поверхностью (10.1, фиг.4). Однако можно было бы также при неподвижной матрице 105 поднять вверх нижний штамп 104 путем его перемещения относительно нижней поперечины 102 гидравлического пресса 100. В этом случае нижний штамп 104 следовало бы выполнить, например, как поршень блока поршень-цилиндр согласно изобретению.
На фиг.2 схематически изображена другая форма выполнения гидравлического пресса 200. Устройство этого гидравлического пресса 200 аналогично устройству гидравлического пресса 100 на фиг.1, причем одинаковые блоки обозначены одинаковыми позициями. Даже принятая рабочая точка та же: камень 110 уже спрессован, верхний штамп 103 отведен в исходное положение, а матрице в качестве следующего этапа работы предстоит переместиться вниз.
Однако блоки 22, 23 поршень-цилиндр в этой форме выполнения закреплены цилиндрами на нижнем штампе 104 гидравлического пресса 200, а стенки 106 матрицы - на поршневых штоках 6 блоков 22, 23 поршень-цилиндр. Поэтому перемещение матрицы 105 вниз происходит путем введения поршневых штоков 6 в цилиндры 1 блоков 22, 23 поршень-цилиндр. При такой форме выполнения повышение давления в момент отрыва происходит теперь не в среде, находящейся в полости с кольцевой поверхностью (10.1, фиг.4) блоков 22, 23 поршень-цилиндр, а в среде, содержащейся в полости (10.2, фиг.4) с поверхностью поршня. В этих блоках 22, 23 поршень-цилиндр компенсационные устройства, соответственно, также предусмотрены, по меньшей мере, со стороны поверхности поршня, более подробное описание соответствующего устройства можно найти ниже при описании фиг.4.
Кроме того, в этой форме выполнения гидравлического пресса 200, изображенной на фиг.2, блоки 22, 23 поршень-цилиндр в своей двойной функции могут быть также использованы как «ноги» гидравлического пресса 2 00. Далее, можно комбинировать формы выполнения гидравлических прессов, представленных на фиг.1 и 2, так, чтобы стенки 106 матрицы 105 оттягивались вниз как с помощью блоков 22, 23 поршень-цилиндр, так и отжимались вниз с помощью блоков 20, 21 поршень-цилиндр. Можно также осуществить процесс формовки за счет перемещения матрицы вверх. Тогда для этого потребовалось бы выдвижение блока 22, 23 поршень-цилиндр, закрепленного на нижней поперечине 102 пресса, и/или введение поршневых штоков 6 блока 20, 21 поршень-цилиндр, закрепленного на верхней поперечине 101. Само собой разумеется, что в том случае, когда матрица 105 в процессе формовки перемещается вверх относительно прессуемого камня 110, верхний штамп 103 также перемещается вниз при неподвижной матрице 105. Тогда верхний штамп 103 применялся бы, например, в качестве поршня блока поршень-цилиндр согласно изобретению, действующего на главной рабочей оси Y. Точки привязки блока поршень-цилиндр к прессу можно даже поменять местами, - это значит, что вышеописанные процессы возможны также, если не труба цилиндра будет жестко соединена с верхней поперечиной 101, а поршень с поршневым штоком 6 будут перемещаться, но и если поршневой шток 6 и поршень будут жестко соединены с верхней поперечиной 101, а труба цилиндра будет перемещаться.
На основе фиг.3 описывается предпочтительный вариант выполнения блока поршень-цилиндр согласно изобретению, когда он используется, например, в качестве дополнительного цилиндра 21, 22 для дополнительной рабочей оси Z гидравлического пресса, описанного на фиг.1. При этом на фиг.3 изображен продольный разрез цилиндра блока поршень-цилиндр по оси X. Цилиндр 1 окружен стенками, состоящими из трубы 2 цилиндра, головки 3 цилиндра и дна 4 цилиндра. Полностью в полости цилиндра 1 находится головка 5.1 поршня 5, поршневой шток 6 которого располагается вдоль оси X цилиндра и проходит через головку 3 цилиндра. На конце поршневого штока 6, противоположном головке 5.1 поршня 5, установлено крепление наподобие фланца, с помощью которого поршневой шток 6 посредством соответствующих крепежных средств, например резьбовых пальцев, как это показано на фиг.3, крепится на другой детали пресса. В случае этой детали пресса речь могла бы идти, например, о матрице или о стенке матрицы, или о детали пресса, связанной с этими деталями, которая участвует в формовке рыхлого сыпучего материала.
Внутренняя полость 10 цилиндра делится головкой 5.1 поршня 5 на две части 10.1 и 10.2. При этом на фиг.3 часть 10.1 полости представляет собой полость цилиндра с кольцевой поверхностью, а соответствующей эффективной поверхностью этой части 10.1 полости является кольцевая поверхность, представляющая собой разность площади поперечного сечения полости поршня и площади поперечного сечения поршневого штока. При этом площадь поперечного сечения поршневого штока 6, естественно, меньше площади поперечного сечения внутренней полости 10 цилиндра, однако в остальном она реализуется независимо от нее. Вторая часть 10.2 полости или полость с поверхностью поршня цилиндра использует в качестве эффективной поверхности всю площадь поперечного сечения внутренней полости 10 цилиндра.
Как полость 10.1 цилиндра с кольцевой поверхностью, так и полость 10.2 цилиндра с поверхностью поршня имеют ввод 13 для подсоединения цилиндра (кольцевая поверхность) и ввод 16 для подсоединения цилиндра (поверхность поршня) соответственно. Через эти отверстия в стенке цилиндра в полости 10.1 и 10.2 могут поступать среды, и их давление может устанавливаться независимо друг от друга с помощью систем (не показаны), подключенных к вводам для подсоединения цилиндра. Ввод 16 для подсоединения цилиндра (поверхность поршня) находится непосредственно у донного конца цилиндра, в то время как ввод 13 для подсоединения цилиндра (кольцевая поверхность) смещен на определенное расстояние относительно головного конца цилиндра в направлении его середины. Все же ввод 13 для подсоединения цилиндра (кольцевая поверхность) при нахождении поршня 5 на максимальном удалении от дна 4 цилиндра находится вблизи головного конца головки 5.1 поршня 5. Это обусловлено наличием в части 10.1 полости компенсационного устройства, предусмотренного на головном конце цилиндра. Это компенсационное пространство занимает область внутренней полости 10 цилиндра, а ввод 13 для подсоединения цилиндра (кольцевая поверхность) смещен, соответственно, к середине цилиндра.
За пределами цилиндра на его дне 4 установлено устройство для сбора информации о положении поршня, которое соответствующим образом соединено с поршнем 5. Устройство 14 для сбора информации о положении поршня служит для определения положения поршня 5 в любой момент времени и для ее дальнейшей передачи на устройство управления (не показано). Для этого дно 4 цилиндра должно иметь соответствующее гнездо, служащее для размещения установленного на донном конце поршня 5 элемента системы сбора информации о положении поршня, соединенного с устройством 14 для сбора информации о положении поршня.
Само собой разумеется, что блок поршень-цилиндр имеет необходимые кольцевые уплотнения, обозначенные на фиг.3 черными квадратами, да и в остальном блок поршень-цилиндр, описанный до этого момента, если не считать ввода 13 для подсоединения цилиндра (кольцевая поверхность), смещенного к середине цилиндра 1, соответствует обычному блоку поршень-цилиндр с устройством для сбора информации о положении поршня 5.
Таким образом, согласно изобретению во внутренней полости 10 цилиндра 1 предусмотрено компенсационное устройство в примере выполнения, изображенном на фиг.3, в полости 10.1 цилиндра с кольцевой поверхностью. Для этого полость 10.1 цилиндра с кольцевой поверхностью еще раз подразделяется на подпространство 9, содержащее среду и соответствующее всей полости 10.1 цилиндра с кольцевой поверхностью обычного блока поршень-цилиндр, и на компенсационное пространство 8 компенсационного устройства. Компенсационное пространство 8 занимает небольшую относительно оси X цилиндра область полости 10.1 цилиндра с кольцевой поверхностью, охватывающую, однако, в направлении поперечного сечения большую часть оставшейся кольцевой поверхности. По сравнению с подпространством 9 компенсационное пространство 8 ограничено подвижным компенсационным поршнем 7 и гильзой 11.1 из соответствующего материала. Таким образом, компенсационный поршень 7 и гильза 11.1 образуют для компенсационного пространства 8 ограничительное устройство относительно подпространства 9. Следовательно, компенсационное пространстве 8 находится между стенкой 2 трубы цилиндра и гильзой 11.1 сверху, т.е. в направлении дна 4 цилиндра 1 компенсационное пространство 8 в этой форме выполнения ограничено компенсационным поршнем 7 с кольцевым поперечным сечением, а на своем согласно фиг.3 нижнем конце в направлении головки 3 цилиндра - самой этой головкой 3. В радиальном направлении снаружи относительно оси X цилиндра компенсационное пространство 8 ограничено трубой 2 цилиндра.
В принципе, компенсационное пространство 8 своим размещением внутри полости 10 цилиндра ограничивает длину хода блока поршень-цилиндр ровно на величину расстояния от одного конца цилиндра до его середины. Поэтому в форме выполнения, изображенной на фиг.3, компенсационное пространство 8 достает до головки 3 цилиндра 1. Однако гильза 11.1 компенсационного пространства 8 заходит еще дальше в направлении трубы 2 цилиндра 1, так как она на уровне конца компенсационного пространства 8 в головной части цилиндра резко отгибается наружу в радиальном направлении. Благодаря соответствующему (двойному) Г-образному продольному профилю гильза 11.1 компенсационного устройства 8 приобретает особую прочность и жесткость. Таким образом, компенсационное пространство 8 представляет собой дополнительный тороидальный цилиндр, отделенный от полости 10 цилиндра 1 и интегрированный в него.
Компенсационный поршень 7, представляющий собой часть ограничительного устройства компенсационного пространства 8, направленную в сторону головки 5.1 поршня, установлен с возможностью перемещения. Он может перемещаться вдоль рабочей поверхности 11 компенсационного устройства 8 в направлении оси X цилиндра. В форме выполнения блока поршень-цилиндр, изображенной на фиг.3, рабочая поверхность 11 включает наружную рабочую поверхность 11.3, образованную внутренней стороной трубы 2 цилиндра, и внутреннюю рабочую поверхность 11.2, радиально расположенную относительно оси цилиндра X, т.е. поверхности гильзы 11.1. Таким образом, компенсационный поршень 7 движется вдоль двух концентрично расположенных стенок трубы 2 цилиндра, ограничивающих компенсационное пространство 8 также в направлении, поперечном оси X цилиндра. Подвижный компенсационный поршень 7 соединяет объемы подпространства 9 и компенсационного пространства 8 друг с другом. При движении компенсационного поршня 7 в направлении от дна 4 цилиндра к его головке 3 увеличивается объем подпространства 9 и, соответственно, уменьшается объем компенсационного пространства 8. И, наоборот, при движении компенсационного поршня 7 в направлении от головки 3 цилиндра к его дну 4 компенсационное пространство 8 увеличивается и, соответственно, подпространство 9 уменьшается. Однако в обоих случаях подпространство 8 и компенсационное пространство 9 остаются разделенными друг от друга.
С концевой стороны гильзы 11.1, обращенной к головке 4 цилиндра, закреплено упорное кольцо 12. Последнее относительно площади поперечного сечения имеет такие размеры, что оно надежно ограничивает движение компенсационного поршня 7 в направлении дна 4 цилиндра, а именно, как только сторона компенсационного поршня 7, обращенная к дну 4 цилиндра, упрется в упорное кольцо 12. Однако в максимуме площадь поперечного сечения упорного кольца 12 должна быть такой, чтобы возможно большая часть поверхности со стороны компенсационного поршня 7, обращенной к дну 4 цилиндра и тем самым к среде, содержащейся в подпространстве 9, при достижении упора еще не закрывалась, т.е. чтобы эта сторона компенсационного поршня 7 имела как можно большую площадь контакта со средой, содержащейся в подпространстве 9. Кроме того, упорное кольцо 12 может также ограничивать движение поршня 5 в направлении головки 3 цилиндра.
Наконец, для компенсационного пространства 8 предусмотрен еще один вывод 15, реализуемый с помощью отверстия в трубе 2 цилиндра. Через этот вывод 15 на среду, содержащуюся в компенсационном пространстве 8, может оказываться давление. Отверстие может закрываться, может быть подключено к клапану или к какому-либо другому элементу, которые затем вместе с компенсационным устройством, установленным в полости 10 цилиндра 1, образуют компенсационную систему.
H
H
C
C
H
R
C
с
H
В дальнейшем будет описано действие компенсационного устройства при соответствующем повышении давления в результате движения поршня 5, направленного в часть 10.1 полости, пространство с кольцевой поверхностью, в среде, содержащейся в части 10.1 полости, или подпространстве 9. Такое повышение давления может иметь место, например, когда блок поршень-цилиндр при наличии дополнительной рабочей оси Z в гидравлическом прессе, изображенном на фиг.1, выступает в качестве дополнительного цилиндра 20, 21. Выдвижение поршня 5 и поршневого штока 6 из трубы 2 цилиндра предотвращается за счет удерживающей силы F, которая удерживает конец поршневого штока 6, выступающий из трубы 2 цилиндра. Для преодоления этой удерживающей силы F поршню необходима критическая сила F. Как только эта критическая сила F будет превышена, выдвижению поршня начнет противодействовать не удерживающая сила F, а значительно меньшая сила F. Для достижения критической силы F необходимо соответствующее критическое давление р в части 10.2 полости, в полости цилиндр-поверхность поршня или в содержащейся в ней среде. При повышении давления р в части 10.2 полости в ней возникает определенный компрессионный объем. Он определяется объемом, на который среда, содержащаяся в части 10.2 полости, увеличила бы эту часть 10.2 полости при выталкивающем движении поршня 5, если бы удерживающая сила F не препятствовала этому движению.
с
H
В тот момент или незадолго до него, когда повышение давления в части 10.2 полости через соединительное отверстие 16 достигнет критического давления р, этот компрессионный объем становится максимальным. В момент отрыва, т.е. в момент преодоления удерживающей силы F, этот компрессионный объем мгновенно стравливается. Поршень 5 ускоренным движением выталкивается, а среда, содержащаяся в части 10.1 полости или в подпространстве 9, оказывается в результате движения поршня 5 под повышенным давлением. Благодаря такому мгновенному сбрасыванию давления, накопленного в части 10.2 полости, изменения давления, наступающие в результате ускоренного движения поршня 5 в части 10.1 полости или в подпространстве 9, представляют собой неуравновешенный процесс. Промежуток времени τ, в течение которого происходит мгновенный отрыв, является характеристической величиной этого высоко динамичного процесса. В вышеописанных прессах, применяемых в промышленности огнеупоров для формовки рыхлого сыпучего материала, эта характеристическая величина τ может составлять 20 мс или меньше. При отсутствии компенсационного устройства согласно изобретению наступили бы вышеупомянутые последствия, включая нагрузку в результате колебаний, и вызвали бы повреждение пресса.
Однако эти последствия могут быть предотвращены благодаря компенсационному устройству. Это происходит следующим образом. Повышение давления за счет движения поршня 5 возникает в среде, содержащейся в подпространстве 9 части 10.1 полости. Однако последняя прилегает к компенсационному поршню 7 компенсационного устройства и может передавать повышение давления непосредственно на компенсационный поршень 7. Само собой разумеется, повышение давления через ввод 13 для подсоединения цилиндра (кольцевая поверхность) передается также в напорную систему, подключенную к этому вводу. Однако соответствующий сброс давления растягивается на длительное время и при последующем рассмотрении в расчет не принимается. В то же время давление среды, содержащейся в подпространстве 9, действует на компенсационный поршень 7 компенсационного устройства, интегрированного во внутреннюю полость 10 цилиндра, напротив, в короткие промежутки времени порядка τ.
Компенсационное пространство 8 компенсационного устройства в этой форме выполнения заполнено газом, например азотом. Таким образом, газ является в этой форме выполнения компенсационной средой. При этом газ в компенсационном пространстве 8 находится под давлением, которое, по меньшей мере, соответствует давлению среды, содержащейся в подпространстве 9 до повышения давления, вызываемого поршнем 5, т.е. компенсационный поршень 7 находится у упорного кольца 12, а объем компенсационного пространства 8 перед наступлением момента отрыва является максимальным.
В результате мгновенного воздействия давления среды в подпространстве 9 на компенсационный поршень 7 он также вынуждается к движению, увеличивающему объем подпространства 9 и сокращающему компенсационное пространство 8. Однако с увеличением подпространства 9 связан сброс давления среды, содержащегося в подпространстве 9. Следовательно, этот сброс давления уменьшает повышенное давление, вызванное движением поршня 5 в среде в подпространстве 9, и, таким образом, противодействует повышению давления.
Подробная динамика этого сброса давления, естественно, зависит от нескольких факторов, как-то: параметры объемов, различия частей полости, временной интервал τ, время срабатывания компенсационного устройства, обусловленное конструкцией, давления и разница давлений в компенсационном пространстве 8 и в подпространстве 9 и т.д. Однако принцип сброса давления за счет противодействия повышению давления еще в полости 10 цилиндра не зависит от вышеупомянутых факторов. Среде, испытывающей повышение давления в подпространстве 9, также мгновенно благодаря соответственно малому времени срабатывания обеспечивается увеличение подпространства 9 для сброса давления. Благодаря наличию компенсационного устройства, интегрированного во внутреннюю полость 10 цилиндра, с одной стороны, сокращается путь импульса давления, что ведет к относительному сокращению времени срабатывания, с другой стороны, обеспечивается сброс давления без сопротивления со стороны труб, обусловленного наличием системы трубопроводов.
Размеры, количество и размещение таких устройств согласно изобретению в конструктивном отношении могут варьироваться. Так, например, компенсационное пространство необязательно должно располагаться вдоль всей кольцевой поверхности. Можно было бы также предусмотреть одно или несколько компенсационных пространств с поперечным сечением в виде круговых секторов. Гильзу 11.1, ограничивающую компенсационное пространство 8 в радиальном направлении относительно оси X цилиндра, также можно заменить поршневым штоком 6. В этом случае поршневой шток 6 и компенсационный поршень 7 будут служить друг другу в качестве рабочей поверхности. Упор 12 крепился бы тогда на трубе 2 цилиндра. И вообще, упор 12 мог бы иметь другую форму и крепиться, например, не на ограничительной поверхности, а на трубе цилиндра. Кольцо тоже необязательно должно быть сплошным, оно могло бы, например, в виде нескольких отбойников, наподобие фланца со стороны трубы цилиндра, заходить внутрь в часть 10.1 полости, причем, естественно, обеспечивалось бы выполнение показанных выше функций.
В примере выполнения по фиг.3 к вводу 15 компенсационного пространства 8 подсоединяется газовый клапан, а компенсационное пространство 8 заполняется газом. Предусмотрено, хотя это не является абсолютно необходимым, чтобы давлением газа в компенсационном пространстве 8 можно было управлять извне. Это может быть реализовано с помощью системы управления, подключенной к компенсационному пространству 8, а также путем подключения дополнительных объемов (не показаны). Увеличением общего объема компенсационного пространства 8 за счет дополнительных объемов давление газа в компенсационном пространстве 8 может быть уменьшено. Соответственно, путем выбора объемов различного размера давление в компенсационном пространстве 8 можно варьировать.
На фиг.4 показан продольный разрез другой формы выполнения блока поршень-цилиндр согласно изобретению. Эта форма выполнения отличается от изображенной на фиг.3 тем, что компенсационное устройство установлено также в части 10.2 полости, в полости цилиндр-поверхность поршня. Поскольку с этой стороны внутренней полости 10 цилиндра поршневого штока 6 нет, компенсационное пространство 8' может распространяться на все сечение полости цилиндра. Таким образом, максимальный компенсационный объем 8' достигается при лишь незначительно сокращенной длине хода блока поршень-цилиндр. Поперечное сечение компенсационного поршня 7' со стороны поверхности поршня в этом случае равно поперечному сечению головки 5.1 поршня 5, а именно поперечному сечению полости 10 цилиндра. Упорное кольцо 12' со стороны поверхности поршня здесь закреплено непосредственно на трубе 2 цилиндра.
Как и в форме выполнения, уже показанной на фиг.1, упорное кольцо 12' служит как для ограничения движения компенсационного поршня 7', направленного в сторону головки поршня 5, так и для ограничения поршня 5 в его движении в направлении дна 4 цилиндра. Ввод 16 для подсоединения цилиндра (поверхность поршня) смещен в направлении середины цилиндра на величину, на которую компенсационное пространство 8' заходит во внутреннюю полость 10 цилиндра, т.е. в часть 10.2 полости. Ввод 15' в компенсационное пространство 8' в этой форме выполнения проходит через дно 4 цилиндра, однако с таким же успехом он мог бы быть реализован как ввод 15 компенсационного пространства 8 через трубу 2 цилиндра. Все же ввод 15', расположенный по оси 6 цилиндра, является целесообразным, поскольку сопротивление труб в системе трубопроводов, потенциально подсоединяемой к вводу 15', по сравнению с вводом в направлении, поперечном оси X цилиндра, меньше.
Блок поршень-цилиндр, изображенный на фиг.4, с компенсационным устройством как со стороны поверхности поршня, так и со стороны кольцевой поверхности, обеспечивает такое положение, что при изменении давления как при выталкивании, так и при втягивании поршня, в соответствующих средах в соответствующих частях полости, или в подпространствах, может происходить сброс давления. Таким образом, этот блок поршень-цилиндр является чувствительным к повышениям давления в обоих направлениях действия, соответствующих выталкиванию или втягиванию поршня, и может быть использован, например, в качестве дополнительного цилиндра 22, 23 гидравлического пресса, изображенного на фиг.2.
Компенсационное устройство согласно изобретению для блока поршень-цилиндр может быть также встроено в цилиндр с синхронным ходом с одной или с обеих сторон. Так, например, на фиг.5 представлено двустороннее расположение. В этой форме выполнения у поршня 5 два поршневых штока 6, 6', а со стороны цилиндра 1, противоположной головке 3 цилиндра, установлена еще одна головка 3' цилиндра, через которую проходит поршневой шток 6'. Таким образом, часть 10.2 полости также выполнена как пространство, с кольцевой поверхностью и включает подпространство 9', содержащее среду. Подпространство 9' по аналогии с устройствами, установленными с другой стороны головки 5.1 поршня, имеет ввод 13' для подсоединения цилиндра (кольцевая поверхность). Компенсационное устройство в другом пространстве 10.2 цилиндра с кольцевой поверхностью в этой форме осуществления выполнено абсолютно аналогично первому компенсационному устройству в части 10.1 полости и поэтому сконструировано так, как это подробно показано в описании к фиг.3. Таким образом, компенсационное пространство 8' выполнено аналогично компенсационному пространству 8, ограниченному вдоль оси X цилиндра рабочей поверхностью 11' и замкнутому компенсационным поршнем 7', перемещающимся в направлении оси X. Кроме того, предусмотрены упорное кольцо 12', а также ввод 15' для компенсационного пространства 8'.
Наконец, на фиг.6 изображена еще одна часть другой формы выполнения блока поршень-цилиндр согласно изобретению в продольном разрезе, у которой в компенсационном пространстве 8 установлена кольцевая пружина 17. Понятно, что при пике давления в подпространстве 9 сброс давления происходит путем сжатия кольцевой пружины 17. Эта форма выполнения, изображенная на фиг.6, с точки зрения конструкции реализуется особенно просто. В зависимости от цели использования применяться могут кольцевые пружины с различными характеристиками силы и хода.
Изобретение не ограничивается примерами выполнения, изображенными на чертежах. Более того, возможна реализация описанных примеров изобретения в отдельности и во всевозможных комбинациях. Гидравлические прессы, в которых используются блоки поршень-цилиндр согласно изобретению, также явно должны стать составной частью этого изобретения.