Гидравлический пресс
HYDRAULIC PRESS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при создании гидропрессов, предназначенных для выполнения технологических операций с изменяющейся по ходу ползуна технологической нагрузкой.
Известен гидравлический пресс, содержащий рабочий цилиндр, мультипликатор в виде соосных цилиндров с поршнями различных диаметров, источник питания с рабочей жидкостью, гидрораспределитель, дополнительный поршневой цилиндр, установленный параллельно мультипликатору, компенсатор расхода жидкости в виде аккумулятора низкого давления, золотник переключения ступеней мультипликации и запорный золотник (а.с. СССР №1133117,1985. В30В 15/16).
Недостатками данного пресса являются:
• Сложность системы управления прессом ввиду наличия аккумулятора низкого давления с дополнительной аппаратурой для управления его работой.
• Пониженная надежность ввиду наличия зон разряжения в системе при возвратном ходе рабочего цилиндра.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидравлический пресс, содержащий поршневой силовой цилиндр, насосную станцию, мультипликатор в составе двух соосных плунжерных цилиндров высокого и низкого давления с подвижным блоком плунжеров; четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, входы которого раздельно соединены с напорной и сливной магистралями насосной станции, а один из выходов - с возвратной полостью силового цилиндра; трехходовой двухпозиционный золотник, вход которого соединен со вторым выходом реверсивного золотника, а закрытый выход - с рабочей полостью силового цилиндра и открытый выход - с цилиндром низкого давления мультипликатора (RU 2206456, С2, ВЗОВ 15/16, 20.06.2003).
Недостатками данного привода являются:
• Необходимость вывода подвижного блока плунжеров, цилиндров мультипликатора в строго заданную позицию после каждого рабочего цикла, что усложняет систему управления прессом.
• Одна ступень мультипликации, что при значительной продолжительности и значительном изменении технологической нагрузки, определяет большую неравномерность загрузки насосов. В итоге требуется большая установочная мощность насосов, что снижает КПД пресса в целом.
Задачей заявленного устройства является расширение технологических возможностей, снижение установочной мощности насосов и повышение КПД пресса, за счет увеличения ступеней мультипликации.
Поставленная задача достигается тем, что в гидравлическом прессе, содержащем поршневой силовой цилиндр, насосную станцию, мультипликатор в составе двух соосных плунжерных цилиндров высокого и низкого давления с подвижным блоком плунжеров; четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, входы которого раздельно соединены с напорной и сливной магистралями насосной стации, а один из выходов - с возвратной полостью силового цилиндра; трехходовой двухпозиционный золотник, вход которого соединен со вторым выходом реверсивного золотника, а закрытый выход - с рабочей полостью силового цилиндра и открытый выход с цилиндром низкого давления мультипликатора, согласно изобретению, мультипликатор снабжен системой (один, два и т.д.), соосно установленных с основными, дополнительных цилиндров высокого давления, плунжеры различного диаметра которых жестко связаны с основным блоком плунжеров, при этом ко всем цилиндрам высокого давления своими входами подключены трехходовые двухпозиционные золотники, закрытые выходы которых соединены со сливом, а открытые выходы, через нормально открытый двухходовой двухпозиционный отсечный золотник, соединены с рабочей полостью силового цилиндра и, через нормально закрытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник, - с возвратной полостью силового цилиндра.
Включение в состав мультипликатора системы (один, два и т.д.), соосно установленных с основными, дополнительных цилиндров высокого давления, плунжеры различного диаметра которых жестко связаны с основным блоком плунжеров; подключение ко всем цилиндрам высокого давления своими входами трехходовых двухпозиционных золотников, закрытые выходы которых соединены со сливом, а открытые выходы, через нормально открытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник соединены с рабочей полостью силового цилиндра и, через нормально закрытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник, - со штоковой возвратной полостью силового цилиндра, обеспечивает работу мультипликатора с несколькими (две, три и т.д.) ступенями редукции и мультипликации, что, в итоге выравнивает нагрузку насосов, приближая ее к нагрузке идеального насоса и, как следствие, обеспечивает снижение установочной мощности насосов, повышает КПД и технологические возможности пресса.
1
2
3
1
2
3
Гидравлический пресс содержит силовой цилиндр 1 с поршневой рабочей полостью 2 и штоковой возвратной полостью 3, насосную станцию 4, гидравлический мультипликатор 5 с плунжерным цилиндром низкого давления бис системой плунжерных цилиндров (в данном случае трех) высокого давления 7, 8 и 9. Плунжер цилиндра низкого давления диаметром D и плунжеры цилиндров высокого давления диаметром d, d и d тягами объединены в общий подвижный блок 10. При этом D>d>d>d и  Система гидроаппаратов включает четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник 11 с электромагнитами 12 и 13, входы которого раздельно соединены с напорной и сливной магистралями насосной станции, а один из выходов трубопроводом 14 - с возвратной полостью силового цилиндра. Второй выход реверсивного золотника соединен со входом трехходового двухпозиционного золотника 15 с электромагнитном 16. Закрытый выход этого золотника трубопроводом 17 соединен с рабочей полостью силового цилиндра, а открытый выход - с цилиндром низкого давления 6 мультипликатора. Ко всем цилиндрам высокого давления мультипликатора подключены трехходовые двухпозиционные золотники 18, 19 и 20 с электромагнитами 21, 22 и 23 соответственно. Закрытые выходы этих золотников соединены со сливом, а открытые выходы трубопроводом 24 - с рабочей полостью силового цилиндра и трубопроводом 25 - с возвратной полостью силового цилиндра. При этом на трубопроводе 24 установлен нормально открытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник 26 с электромагнитом 27, а на трубопроводе 25 - нормально закрытый двухходовой двухпозиционный отсечной золотник 28 с электромагнитом 29.
Гидравлический пресс работает следующим образом. Рабочий цикл пресса происходит при работающих насосах станции и включает периоды холостого, рабочего и обратного хода. Холостой и рабочий ходы пресса проходят последовательно при прямом ходе поршня силового цилиндра и начинаются из положений, при которых поршень силового цилиндра занимает крайнее левое положение, а блок плунжеров мультипликатора - крайнее нижнее положение (по схеме). Для их осуществления включается электромагнит 12 и реверсивный золотник занимает позицию, при которой цилиндр низкого давления 6 мультипликатора, через находящийся в исходной позиции золотник 15, соединяется с напорной магистралью насосной станции, а трубопровод 14 и возвратная полость 3 силового цилиндра - со сливом. Жидкость, поступающая от насосной станции в цилиндр 6, перемещает блок плунжеров 10 вверх (по схеме). Происходит вытеснение жидкости из цилиндров высокого давления 7, 8 и 9 мультипликатора через находящиеся в исходных позициях золотники 18, 19 и 20 по трубопроводу 24 через отсечной золотник 26 в рабочую полость силового цилиндра 2. Поршень силового цилиндра перемещается вправо (по схеме), вытесняя жидкость из возвратной полости 3 по трубопроводу 14 на слив. При принятом соотношении размеров плунжеров цилиндров мультипликатора  мультипликатор в этом случае функционирует как редуктор с минимальным значением коэффициента редукции (с максимальной степенью редуцирования), что обеспечивает максимальное повышение скорости поршня силового цилиндра с одновременным повышением давления в напорной магистрали (давления, развиваемого насосами), по отношению к давлению в рабочей полости силового цилиндра, которое определяется усилием на штоке цилиндра. А именно:
H
п
Н
ц
Где V - скорость поршня; Q - подача насосов; S - площадь поршня; Р - давление, развиваемое насосами; R - усилие на штоке цилиндра Р - давление в рабочей полости силового цилиндра;  - коэффициент редукции на первой ступени редуцирования.
ц
ном
При повышении усилия холостого хода и на участках технологической нагрузки небольшой величины, при которых давление в рабочей полости силового цилиндра (Р) меньше номинального давления (Р) можно использовать ступени с меньшей степенью редуцирования (с большим коэффициентом редукции). Обеспечивается это, в нашем случае отключением одного из цилиндров высокого давления (7, 8, 9) от трубопровода 24, что, в свою очередь, решается включением одного из электромагнитов (21, 22, 23). При этом соответствующий золотник (18, 19, 20) занимает позицию, при которой соответствующий цилиндр соединяется со сливом. В нашем случае, режим редуцирования обеспечивается сочетанием таких двух подающих жидкость цилиндров, для которых
1
2
3
Для примера предусматриваем две дополнительные ступени редуцирования. Тогда, при принятом соотношении плунжеров цилиндров высокого давления (d>d>d) понижение ступеней редуцирования обеспечивается последовательным переключением золотников:
Вторая ступень (переключается золотник 20). При этом коэффициент редукции:
Третья ступень (переключается золотник 19). При этом коэффициент редукции:
ц
ном
р
При повышении технологического усилия и давления в рабочей полости силового цилиндра до величины номинального давления насосов (Р=Р) включается электромагнит 16. Золотник 15 занимает позицию при которой жидкость от насосов по трубопроводу 17 поступает в рабочую полость силового цилиндра (насосная ступень давления (К=1). По сравнению с режимом редуцирования происходит снижение скорости поршня при равенстве давления в рабочей полости силового цилиндра и давления, развиваемого насосами. А именно:
ц
ном
По мере дальнейшего возрастания технологической нагрузки и соответственно давления в силовом цилиндре до величины, превышающей номинальное давление насосов (Р>Р) отключается электромагнит 16 и цилиндр низкого давления мультипликатора снова подключается к напорной магистрали. Поскольку последующие сочетания цилиндров высокого давления мультипликатора, подающих жидкость, отвечают условиям
мультипликатор в этом случае функционирует в основном (мультипликаторном) режиме с переключением ступеней мультипликации, что обеспечивается, как и переключение ступеней редуцирования, отключением одного или двух цилиндров высокого давления от трубопровода 24. При этом происходит дальнейшее снижение скорости поршня и снижение давления, развиваемого насосами, по отношению к давлению в рабочей полости силового цилиндра. А именно:
м
Где К>1 - коэффициент мультипликации.
Первая ступень мультипликации с минимальным значением коэффициента мультипликации, при принятых условиях, имеет место при переключении золотника 18. При этом:
Последующее повышение коэффициента мультипликации (степени мультипликации) обеспечивается следующим последовательным переключением золотников:
Вторая ступень мультипликации (переключаются золотники 19 и 20). Коэффициент мультипликации при этом:
Третья ступень мультипликации (переключаются золотники 18 и 20). Коэффициент мультипликации при этом:
Четвертая ступень мультипликации (переключаются золотники 18 и 19). Коэффициент мультипликации при этом:
m
m
3
р
м
В общем случае максимальное число ступеней давления (редуцирования и мультипликации), обеспечиваемое редуктором-мультипликатором, определяется зависимостью: n=2-1, где m - число цилиндров высокого давления (при m=1, n=1; при m=2, n=3; при m=3, n=7 и т.д.). В рассматриваемом варианте m=3, n=7 (число ступеней редуцирования - 3; число ступеней мультипликации - 4). С учетом насосной ступени (давление равно К=К=1) привод обеспечивает число ступеней давления n=2 (в рассматриваемом варианте n=2=8).
1
2
3
р1
р2
р3
р
м
м1
м2
м3
м4
Например, при D=200 мм; d=180 мм; d=140 мм; d=125 мм привод обеспечивает следующий ряд из восьми ступеней давления: К=0,591; К=0,769; К=0,833; К=К=1; К=1,136; К=1,234; К=2,04; К=2,564.
При обратном ходе пресса одновременно с возвратом поршня силового цилиндра в исходное положение происходит также возврат в исходное положение блока плунжеров мультипликатора. При этом используется жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра, которая заполняет полости цилиндров высокого давления (7, 8, 9). Начинается обратный ход включением электромагнита 13. При этом реверсивный золотник 11 занимает позицию, при которой напорная магистраль насосной станции соединяется с трубопроводом 14 и далее возвратной полостью 3 силового цилиндра, а цилиндр низкого давления 6 мультипликатора через открытый золотник 15 и реверсивный золотник - со сливом. При этом поршень силового цилиндра движется влево (по схеме), вытесняя жидкость из рабочей полости через отсечной золотник 26 и золотники 18, 19 и 20 в полости цилиндра высокого давления 7, 8 и 9. Блок плунжеров 10 мультипликатора перемещается вниз, (по схеме) вытисняя жидкость из цилиндра низкого давления на слив. Объем жидкости находящийся в рабочей полости силового цилиндра перед началом обратного хода может превышать объем цилиндров высокого давления мультипликатора, или может быть меньше этого объема. В первом случае в крайнее нижнее положение (по схеме) выходит блок плунжеров 10 мультипликатора. При этом выключается электромагнит 16, золотник 15 занимает позицию, при которой трубопровод 17 соединяется с реверсивным золотником. Поршень силового цилиндра, продолжая движение влево (по схеме), вытесняет остатки жидкости из рабочей полости на слив по трубопроводу 17 через золотники 11 и 15. Во втором случае в крайнее левое положение (по схеме) выходит поршень силового цилиндра. При этом включаются электромагниты 27 и 29; золотник 26 закрывает трубопровод 24, золотник 28 открывает трубопровод 25. Теперь жидкость в цилиндры высокого давления мультипликатора поступает от насосной станции по трубопроводам 14 и 25 через отсечной золотник 28 и золотники 18, 19 и 20. Выходом блока плунжеров 10 мультипликатора в крайнее нижнее положение и поршня силового цилиндра в крайнее левое положение (по схеме) заканчивается рабочий цикл пресса.
Сигналы на необходимое переключение электромагнитов золотников можно получить от концевых переключателей, контролирующих положение подвижных элементов пресса и мультипликатора, а также от реле давления.
Работа пресса с несколькими ступенями давления и скорости (в данном случае 8 ступеней) расширяет технологические возможности, приближает нагрузку насосов к нагрузке идеального насоса, что позволяет снизить установочную мощность и повысить КПД пресса.