Гидравлический пресс
HYDRAULIC PRESS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при создании гидравлических прессов, предназначенных для выполнения 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 рабочей жидкостью; гидрораспределитель; дополнительный поршневой цилиндр, установленный параллельно мультипликатору; компенсатор расхода жидкости в виде аккумулятора низкого давления; золотник переключения ступеней мультипликации 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, гидравлический редуктор и гидравлический мультипликатор, каждый в составе входного и выходного цилиндров с плунжерами, образующими подвижные блоки 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, при этом ко второму выходу реверсивного золотника своим входом подключен трехходовой двухпозиционный золотник, закрытый выход которого соединен с рабочей полостью силового цилиндра, а к его открытому выходу своим входом подключен дополнительный трехходовой двухпозиционный золотник и закрытый выход дополнительного золотника соединен с выходным цилиндром мультипликатора, а открытый выход - с входным цилиндром редуктора, выходной цилиндр которого соединен с рабочей полостью силового цилиндра (RU 2206457С 2 В30В 15/16)
Недостаток пресса - одна ступень давления(мультипликации) при использовании мультипликатора. Это, при значительной продолжительности и значительном изменении технологической нагрузки, определяет большую неравномерность нагрузки насосов .в итоге требуется более высокая установочная мощность насосов, снижается к.п.д. пресса.
Задачей заявляемого устройства является снижение установочной мощности насосов и повышения к.п.д. преса за счет увеличени ступеней мультипликации.
Поставленная задача достигается тем, что в гидравлическом прессе, содержащем поршневой силовой цилиндр, насосную станцию, гидравлический редуктор и гидравлический мультипликатор, каждый в составе входного и выходного цилиндров с плунжерами, образующими подвижные блоки 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, при этом ко второму выходу реверсивного золотника своим входом подключен трехходовой двухпозиционный золотник, закрытый выход которого соединен с рабочей полостью силового цилиндра, а к его открытому выходу своим входом подключен дополнительный трехходовой двухпозиционный золотник и закрытый выход дополнительного золотника соединен с входным цилиндром мультипликатора, а открытый выход - с входным цилиндром редуктора, выходной цилиндр которого соединен с рабочей полостью силового цилиндра, согласно изобретению, мультипликатор снабжен системой (1,2 и т.д.), соосно установленных с основными, дополнительных выходных цилиндров, плунжеры различного диаметра которых жестко связаны с основным блоком плунжеров, при этом ко всем выходным цилиндрам своими входами подключены трехходовые двухпозиционные золотники, 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,- с возвратной полостью силового цилиндра.
Включение в состав мультипликатора системы (1,2 и.т.д.) соосно установленных с основными, дополнительных выходных цилиндров; подключение ко всем выходным цилиндрам 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,- с возвратной полостью силового цилиндра, обеспечивает работу мультипликатора с несколькими (2,3 и т.д.) ступенями давления (мультипликации), что в итоге, выравнивает нагрузку насосов, приближая ее к нагрузке идеального насоса, и как следствие, обеспечивает снижение установочной мощности насосов и повышение к.п.д. пресса.
Гидравлический пресс поясняется чертежом, где показана схема пресса.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
p
p
p
p
2
2
2
2
Гидравлический пресс содержит силовой цилиндр 1, с рабочей поршневой полостью 2 и возвратной штоковой полостью 3, насосную станцию 4, гидравлический редуктор 5 с входным плунжерным цилиндром 6 высокого давления и выходным плунжерным цилиндром 7 низкого давления, гидравлический мультипликатор 8 с входным плунжерным цилиндром 9 низкого давления и с системой (в данном случае трех) выходных плунжерных цилиндров, 10, 11, 12 высокого давления. Плунжер входного цилиндра диаметром D и плунжеры выходных цилиндров диаметром d d d тягами соединены в подвижный блок 13. При этом D>d>d>d и D>(d> +d> +d). Плунжеры цилиндров редуктора с диаметром D (входного цилиндра) и d(выходной цилиндр) образуют подвижный блок 14, при этом D>d Система гидроаапаратов включает четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник 15 с электромагнитами 16, 17, входы которого раздельно соединены с напорной и сливной магистралями насосной станции, а один из выходов трубопроводом 18 с возвратной полостью силового цилиндра. Второй выход реверсивного золотника соединен со входом трехходового двухпозиционного золотника 19 с электромагнитом 20. Закрытый выход этого золотника трубопроводом 21 соединен с рабочей полостью силового цилиндра, а открытый выход - со входом дополнительного трехходового двухпозиционного золотника 22 с электромагнитом 23. Открытый выход дополнительного золотника трубопроводом 24 соединен с входным цилиндром 6 редуктора, а закрытый выход трубопроводом 25 - с входным цилиндром 9 мультипликатора. Ко всем выходным цилиндрам мультипликатора своими входами подключены трехходовые двухпозиционные золотники 26, 27, 28 с электромагнитами 29, 30, 31 соответственно. Закрытые выходы этих золотников соединены со сливом, а открытые выходы трубопроводом 32 - с рабочей полостью силового цилиндра и трубопроводом 33 - с возвратной полостью силового цилиндра. При этом на трубопроводе 32 установлен нормально открытый двухходовой двухпозиционный отсечной 34 с электромагнитом 35, а на трубопроводе 33 - нормально закрытый отсечной золотник 36 с электромагнитом 37.
Гидравлический пресс работает следующим образом. Рабочий цикл происходит при работающих насосах и включает периоды холостого, рабочего с несколькими ступенями давления (с включением редуктора и мультипликатора) и обратного хода, с выведением поршня силового цилиндра и подвижных блоков плунжеров редуктора и мультипликатора в исходное положение. Холостой ход начинается из положений, при которых поршень силового цилиндра занимает крайнее левое положение, а подвижные блоки плунжеров редуктора и мультипликатора - крайнее нижнее положение(по схеме). Для его осуществления включается электромагнит 16. Реверсивный золотник 15 занимает позицию, при которой входной цилиндр 6 редуктора, через находящиеся в исходных позициях золотники 19 и 22 трубопроводом 24 соединяются с напорной магистралью насосной станции, а трубопровод 18 и возвратная полость 3 силового цилиндра- со сливом. При этом жидкость от насосов поступает во входной цилиндр редуктора и перемещает его подвижный блок 14 вверх(по схеме), который вытесняет жидкость из выходного цилиндра 7 низкого давления в рабочую полость 2 силового цилиндра. Из возвратной полости 3 жидкость поршнем силового цилиндра вытесняется на слив по трубопроводу 18 через реверсивный золотник. В итоге редуктор при холостом ходе обеспечивает повышенную скорость поршня силового цилиндра с одновременным повышением давления в напорной магистрали (давления, развиваемого насосами) по отношению к давлению в рабочей полости силового цилиндра, которая определится усилием холостого хода(редукторная ступень давления). А именно:
x
H
p
р
p
p
H
ц
x
2
2
где V, - скорость холостого ходах Q - подача насосов; S - площадь поршня силового цилиндра; К=D/d <1-коэффициент редукции; P давление, развиваемое насосами; Р - давление в рабочей полость силового цилиндра; R - усилие холостого хода.
Рабочий ход в зависимости от рабочего усилия и соответствующего ему давления в рабочей полости силового цилиндра может проходить по двум вариантам. Первый вариант осуществляется, когда давление в рабочей полости силового цилиндра не превышает номинального давления насоса, второй- происходит при давлении в рабочей полости, превышающем номинальное давление насоса.
р
При первом варианте рабочего хода включаются электромагниты 16 и 20. Реверсивный золотник 15 и золотник 19 занимают позицию, при которых жидкость от насосов по трубопроводу 21 поступает в рабочую полость 2 силового цилиндра и при движении его поршня вправо (по схеме)вытесняется из возвратной полости 3 по трубопроводу 18 на слив. По сравнению с холостым ходом происходит снижение скорости поршня силового цилиндра при равенстве давления в рабочей полости силового цилиндра и давления, развеваемого насосами (насосная ступень давления, К=1). А именно:
где V, Р, R-соответственно скорость поршня, давление в рабочей полости, усилие рабочего хода.
При втором варианте рабочего хода включаются электромагниты 16 и 23, Реверсивный золотник и золотник 22 занимают позиции, при которых жидкость от насосов, через находящийся в исходной позиции золотник 19, поступает по трубопроводу 25 во входной цилиндр 9 мультипликатора и перемещает его общий подвижный блок плунжеров 13 вверх (по схеме). Происходит вытеснение жидкости из выходных цилиндров(10, 11, 12) мультипликатора, через находящиеся в основной позиции золотники (26, 27, 28), по трубопроводу 32, через отсечной золотник 34, в рабочую полость силового цилиндра. Поршень силового цилиндра продолжает движение вправо (по схеме) с вытеснением жидкости из возвратной полости 3 по трубопроводу 18 на слив. По сравнению с первым вариантом рабочего хода происходит снижение скорости поршня силового цилиндра и снижение давления, развиваемого насосами по отношению к давлению в рабочей полости силового цилиндра. А именно:
м1
2
1
2
3
2
2
2
где К=D/(d> +d> +d)> 1- минимальное значение коэффициента мультипликации (первая минимальная ступень мультипликации).
1
2
3
По мере возрастания технологической нагрузки далее происходит последовательное переключение мультипликатора на ступени с большей степенью мультипликации (с большим коэффициентом мультипликации). Обеспечивается это включением в различных сочетаниях электромагнитов (29, 30, 31) и переключением соответствующих золотников (26, 27, 28) во вторую позицию, при которой они отключают соответствующий выходной цилиндр(10, 11, 12) от трубопровода 32 и соединяют его со сливом. При принятом отношении размеров диаметров плунжеров выходных цилиндров (d>d>d) последовательное повышение степени мультипликации(значения коэффициента мультипликации) обеспечивается следующим последовательным переключением золотников:
м2
1
2
2
2
2
Вторая ступень (переключается золотник 28). При этом коэффициент мультипликации: К=D/(d+d).
м3
1
3
2
2
2
Третья ступень (переключается золотник 27). При этом коэффициент мультипликации К=D/(d+d)
м4
2
3
2
2
2
Четвертая ступень (переключается золотник 26). При этом коэффициент мультипликации К=D/(d+d)
м5
1
2
2
Пятая ступень (переключаются золотники 27 и 28). При этом коэффициент мультипликации К=D/d
м5
2
2
2
Шестая ступень (переключаются золотники 26 и 28). При этом коэффициент мультипликации К=D/d
м5
3
2
2
Седьмая ступень (переключаются золотники 26 и 27). При этом коэффициент мультипликации К=D/d
1
2
3
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
m
m
Например, при D=200 мм; d=115 мм; d=105 мм; d=100 мм; получаем следующий возрастающий ряд ступеней давления (мультипликации): К=1,169; К=1,652; К=1,724; К=1,9; К=3,03; К=3,67; К=4. В общем, максимальное число ступеней давления, обеспечиваемые мультипликатором определяется зависимостью п=(2 -1), где m-число выходных цилиндров(при m=1, n=1, при m=2, n=3; при m=3, n=7 и т.д.). Порядок включения ступеней может быть различным в зависимости от характера нагрузки. Общее число ступеней давления, обеспечиваемое приводом, n=(2 +1), (включая насосную ступень и ступень редуцирования). В нашем варианте m=3 и n=9.
При обратном ходе пресса одновременно с возвратом поршня силового цилиндра в крайнее левое положение (по схеме) обеспечивается также возврат в исходное положение подвижных блоков плунжеров редуктора и мультипликатора. При этом для заполнения выходных цилиндров редуктора и мультипликатора используется жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра. Начинается обратный вход включением электромагнита 17. При этом реверсивный золотник 15 занимает позицию, при которой напорная магистраль соединяется с трубопроводом 18 и далее с возвратной полостью 3 силового цилиндра, а входной цилиндр 6 редуктора трубопроводом 24 через открытые золотники 19 и 22 - со сливом. Поршень силового цилиндра, перемещаясь влево (по схеме) вытесняет жидкость из рабочей полости 2 в выходной цилиндр 7 редуктора, блок плунжеров 14 движется вниз (по схеме), вытесняя жидкость из входного цилиндра 6 редуктора на слив. При выходе блока плунжеров 14 в крайнее нижнее положение включается электромагнит 23. Золотник 22 занимает позицию, при которой входной цилиндр 9 мультипликатора соединяется через золотник 19 и реверсивный золотник со сливом. Жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра по трубопроводу 32, через открытый отсечной золотник 34 и двухпозиционные золотники 26, 27 и 28 заполняет полости выходных цилиндров 10, 11, 12 мультипликатора, перемещая блок плунжеров 13 вниз (по схеме). Объем жидкости, оставшийся в рабочей полости после зарядки редуктора, может превышать объем выходных цилиндров мультипликатора или может быть меньше этого объема. В первом случае в крайнее нижнее положение выходит блок плунжеров 13. При этом включается электромагнит 20, золотник 19 занимает позицию, при которой трубопровод 21 соединяется с реверсивным золотником. Поршень силового цилиндра, продолжая двигаться влево (по схеме) вытесняет остаток жидкости из рабочей полости на слив по трубопроводу 21 через золотники 15 и 19. Во втором случае в крайнее левое положение выходит поршень силового цилиндра. При этом включаются электромагниты 35 и 37,золотник 34 закрывает трубопровод 32, золотник 36 открывает трубопровод 33. Теперь жидкость в выходные цилиндры мультипликатора поступает от насосной станции по трубопроводам 18 и 33. Выходом блока плунжеров 13 в крайнее нижнее положение и поршня силового цилиндра в крайнее левое положение (по схеме) заканчивается рабочий цикл пресса.
Сигналы на необходимое включение электромагнитов золотников можно получить, например, от концевых переключателей, контролирующих положение подвижных элементов силового цилиндра редуктора и мультипликатора, также от реле давления.
Работа пресса с несколькими ступенями давления и скорости(в рассматриваемом варианте девять ступеней) приближает нагрузку насосов к нагрузке идеального насоса, что позволяет снизить установочную мощность и повысить к.п.д. пресса.