Гидравлический пресс

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. Технический результат - повышение кпд пресса и его производительности. Гидравлический пресс содержит поршневой силовой цилиндр, насосную станцию, мультипликатор, выполненный в виде двух соосных плунжерных цилиндров высокого и низкого давления, систему распределителей, включающую четырехходовой трехпозиционный реверсивный, два трехходовых двухпозиционных и два двухходовых двухпозиционных отсечных золотника. Входы реверсивного золотника соединены с насосной станцией, а один из выходов - с возвратной штоковой полостью силового цилиндра. Один из трехходовых золотников своим входом подключен ко второму выходу реверсивного золотника, другой своим входом - к рабочей поршневой полости силового цилиндра, при этом открытый выход первого золотника соединен с закрытым выходом второго золотника и с цилиндром высокого давления мультипликатора, а закрытый выход первого золотника соединен с открытым выходом второго золотника и с цилиндром низкого давления мультипликатора. Оба цилиндра мультипликатора через закрытые отсечные золотники раздельно подключены к сливной магистрали. Необходимые сочетания позиций золотников обеспечивают рабочий цикл пресса, включающий периоды холостого хода, рабочего хода с двумя ступенями скорости и давления, обратного хода. При холостом ходе мультипликатор действует как редуктор, при рабочем ходе жидкость в рабочую полость силового цилиндра подается непосредственно от насосов или с использованием мультипликатора по прямому назначению. При обратном ходе поршень силового цилиндра и подвижный блок мультипликатора возвращаются в исходное положение, при этом для заполнения цилиндров мультипликатора используется жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра. 1 ил.

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.

Известна гидросистема питания пресса с промежуточным мультипликатором, содержащая силовой цилиндр, насосную станцию, мультипликатор, реверсивный золотник, гидрозамок, напорный и обратный клапаны (Добринский Н.С. Гидравлический привод прессов. - М.: Машиностроение, 1975, - рис. 85,б).

Недостатками данной гидросистемы являются: 1. Пониженный кпд пресса вследствие неполного использования установленной мощности насосов при холостых ходах пресса; 2. Сложность конструкции мультипликатора вследствие использования пружинного возврата его подвижных элементов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является 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 и запорный золотник (а.с. СССР 1133117, 1985, В 30 В 15/16).

Недостатками данного пресса являются: 1. Сложность системы управления прессом ввиду наличия аккумулятора низкого давления с дополнительной аппаратурой для управления его работой; 2. Сложность конструкции мультипликатора, состоящего из основных и дополнительных цилиндров поршневого типа; 3. Пониженная надежность ввиду наличия зон разряжения в системе при возвратном ходе рабочего цилиндра.

Целью заявляемого устройства является повышение коэффициента полезного действия пресса и его производительности.

Поставленная цель достигается тем, что гидравлический пресс, содержащий поршневой силовой цилиндр, мультипликатор, выполненный в виде двух соосных плунжерных цилиндров высокого и низкого давления, насосную станцию, четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, входы которого раздельно соединены со сливной и напорной магистралями насосной станции, а один из выходов - с возвратной полостью силового цилиндра, согласно изобретению снабжен двумя трехходовыми двухпозиционными золотниками, один из которых своим открытым входом подключен ко второму выходу реверсивного золотника, второй своим открытым входом - к рабочей полости силового цилиндра, при этом открытый выход первого золотника соединен с закрытым выходом второго золотника и с цилиндром высокого давления мультипликатора, а закрытый выход первого золотника соединен с открытым выходом второго золотника и с цилиндром низкого давления мультипликатора, и оба цилиндра мультипликатора через закрытые двухходовые двухпозиционные отсечные золотники раздельно подключены к сливной магистрали.

Использование в прессе двух трехходовых двухпозиционных золотников, один из которых своим открытым входом подключен ко второму выходу реверсивного золотника, второй своим открытым входом - к рабочей полости силового цилиндра, и соединение открытого выхода первого золотника с закрытым выходом второго золотника и с цилиндром высокого давления мультипликатора, а закрытого выхода первого золотника с открытым выходом второго золотника и с цилиндром низкого давления мультипликатора, и подключение обоих цилиндров мультипликатора через закрытые двухходовые двухпозиционные отсечные золотники раздельно к сливной магистрали обеспечивает функционирование мультипликатора в качестве редуктора давления при холостом ходе пресса, подачу жидкости от насосной станции в рабочую полость силового цилиндра напрямую, минуя мультипликатор, при одном варианте рабочего хода, функционирование мультипликатора по прямому назначению, как гидроусилителя, при втором варианте рабочего хода и вывод поршня силового цилиндра и подвижного блока мультипликатора в исходное положение при обратном ходе пресса.

Функционирование мультипликатора по прямому назначению и в качестве редуктора, а также подключение насосной станции напрямую к рабочей полости силового цилиндра предопределяет работу пресса с тремя ступенями давления, что приближает работу насосов насосной станции к работе идеального насоса, а значит обеспечивает уменьшение установленной мощности насосов и сокращение времени рабочего цикла и, как следствие этого, повышение кпд пресса и его производительности.

Гидравлический пресс поясняется чертежом, где показана схема пресса.

Гидравлический пресс содержит силовой поршневой цилиндр 1 с рабочей поршневой полостью 2 и с возвратной штоковой полостью 3, насосную станцию 4, мультипликатор 5 с цилиндром высокого давления 6 и с цилиндром низкого давления 7. Плунжеры этих цилиндров с диаметрами d и D (d<D) образуют подвижный блок 8. Корпуса цилиндров закреплены на траверсах 9 и 10 рамы мультипликатора и вместе с ними образуют неподвижный блок. Система управления содержит четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник 11 с электромагнитами 12 и 13, входы которого раздельно соединены с напорной и сливной магистралями насосной станции 4, а один из выходов трубопроводом 14 - с возвратной полостью 3 силового цилиндра 1. Ко второму выходу реверсивного золотника и к рабочей полости силового цилиндра своими открытыми входами подключены трехходовые двухпозиционные золотники: золотник 15 с электромагнитом 16 и золотник 17 с электромагнитом 18 соответственно. Открытый выход золотника 15 трубопроводом 19 соединен с закрытым выходом золотника 17 и с цилиндром высокого давления 6 мультипликатора, закрытый выход золотника 15 трубопроводом 20 соединен с открытым выходом золотника 17 и с цилиндром низкого давления 7 мультипликатора. Оба трубопровода, и 19, и 20, раздельно подключены к сливной магистрали через закрытые двухходовые двухпозиционные отсечные золотники: золотник 21 с электромагнитом 22 и золотник 23 с электромагнитом 24 соответственно.

Гидравлический пресс работает следующим образом. Рабочий цикл пресса происходит при работающих насосах станции и включает периоды холостого хода, рабочего хода с двумя ступенями скорости и давления и обратного хода с выведением поршня силового цилиндра и подвижного блока мультипликатора в исходное положение.

Холостой ход пресса начинается из исходного положения, при котором поршень силового цилиндра 1 занимает крайнее левое положение (по схеме), а подвижный блок 8 мультипликатора 5 - среднее расчетное положение. Для его осуществления включается электромагнит 13. Реверсивный золотник 11 занимает позицию, при которой трубопровод 19 через находящийся в исходной позиции золотник 15 соединяется с напорной магистралью, а трубопровод 14 - со сливной. При этом жидкость от насосной станции 4 поступает в цилиндр высокого давления 6 мультипликатора 5 и при перемещении его подвижного блока 8 вправо (по схеме) вытесняется из цилиндра низкого давления 7 в трубопровод 20 и далее через находящийся в исходной позиции золотник 17 в рабочую полость 2 силового цилиндра 1. Поршень силового цилиндра, перемещаясь вправо (по схеме), вытесняет жидкость из возвратной полости 3 по трубопроводу 14 через реверсивный золотник на слив. В итоге, мультипликатор при холостом ходе работает как гидравлический редуктор, что обеспечивает повышенную скорость холостого хода при одновременном повышении давления в напорной магистрали по сравнению с давлением в рабочей полости силового цилиндра. А именно V_х=Q_н•К_м/S_п; Р_н=P_х•K_м=R_х•К_м/S_п, где V_x - скорость холостого хода; Q_н - подача насосов; К_м=D²/d²>1 - коэффициент мультипликации;
S_п - площадь поршня;
Р_н - давление в напорной магистрали (давление, развиваемое насосами);
Р_х - давление в рабочей полости силового цилиндра при холостом ходе;
R_x - усилие холостого хода.

Рабочий ход в зависимости от рабочего усилия может проходить по двум вариантам (с двумя ступенями скорости и давления). Первый вариант осуществляется, когда давление в рабочей полости силового цилиндра не превышает максимального рабочего давления насосов, второй вариант проходит при давлении в рабочей полости, превышающем максимальное рабочее давление насосов.

При первом варианте рабочего хода включаются электромагниты 13 и 16. Реверсивный золотник 11 и золотник 15 занимают позиции, при которых жидкость от насосной станции по трубопроводу 20 через золотник 17 поступает в рабочую полость силового цилиндра и при движении его поршня вправо (по схеме) вытесняется по трубопроводу 14 на слив. Подвижный блок 8 мультипликатора перемещаться не будет, поскольку все выходы из цилиндра высокого давления 6 закрыты. В итоге, жидкость от насосной станции в рабочую полость силового цилиндра поступает напрямую, что по сравнению с холостым ходом снижает скорость поршня силового цилиндра и уравнивает давления в рабочей полости силового цилиндра и в напорной магистрали. А именно:
V₁=Q_н/S_п; P_н=Р₁=R₁/S_п,
где V₁, P₁, R₁ - соответственно скорость, давление в рабочей полости силового цилиндра и усилие при первом варианте рабочего хода.

При втором варианте рабочего хода включаются электромагниты 13, 16 и 18. Золотник 17 соединяет цилиндр высокого давления 6 мультипликатора с рабочей полостью силового цилиндра, отсекая от нее трубопровод 20. Реверсивный золотник вместе с золотником 15 подключает трубопровод 20 и цилиндр низкого давления 7 мультипликатора к напорной магистрали. Теперь жидкость от насосной станции поступает в цилиндр 7, перемещает подвижный блок 8 мультипликатора влево (по схеме) с вытеснением жидкости из цилиндра 6 в рабочую полость силового цилиндра через золотник 17. Слив жидкости из возвратной полости идет по трубопроводу 14 через реверсивный золотник. В итоге при втором варианте рабочего хода мультипликатор работает по прямому назначению, что определяет более низкую рабочую скорость и более высокое давление в рабочей полости силового цилиндра по сравнению с давлением в напорной магистрали. А именно:
V₂=Q_н/(S_п•K_м); Р_н=Р₂/К_м=R₂/(К_м S_п),
где V₂, Р₂, R₂ - соответственно скорость, давление в рабочей полости силового цилиндра и усилие при втором варианте рабочего хода.

При обратном ходе пресса одновременно с возвратом поршня силового цилиндра в исходное положение предусмотрен возврат в исходное положение и подвижного блока мультипликатора. При этом используется жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра, для заполнения цилиндров мультипликатора. И поскольку после возврата подвижного блока мультипликатора в исходное положение в рабочей полости силового цилиндра будет оставаться рабочая жидкость (хотя бы та часть, которая поступает от насосов в рабочую полость при первом варианте рабочего хода), то предусматривается слив этого остатка жидкости напрямую, минуя мультипликатор. В зависимости от соотношения объемов жидкости, подаваемых с помощью редуктора при холостом ходе и с помощью мультипликатора при втором варианте рабочего хода, подвижный блок 8 к концу рабочего хода может занимать три возможных положения: первый случай - блок выходит в исходное положение; второй случай - блок занимает позицию справа (по схеме) от исходного положения; третий случай - блок занимает позицию слева (по схеме) от исходного положения. При всех трех случаях включается электромагнит 12, и реверсивный золотник соединяет вход золотника 15 со сливом, а трубопровод 14 и возвратную полость 3 силового цилиндра с напорной магистралью. Переключение остальных золотников зависит от указанных возможных положений подвижного блока 8 мультипликатора.

В первом случае дополнительно к электромагниту 12 включаются электромагниты 16 и 24. Трубопровод 20, а вместе с ним и рабочая полость силового цилиндра соединяются со сливной магистралью по двум направлениям: через отсечной золотник 23 и через золотники 15 и реверсивный. Осуществляется возвратный ход пресса с заполнением возвратной полости силового цилиндра через реверсивный золотник по трубопроводу 14 и со сливом жидкости из рабочей полости через золотник 17, трубопровод 20 и золотник 23. Частично сливаемый поток будет проходить и через золотники 15 и 11. Подвижный блок 8 мультипликатора перемещаться не будет, поскольку все трубопроводы, связанные с цилиндром высокого давления 6, при этом закрыты. Возможен вариант включения электромагнитов 18 и 22 дополнительно к электромагниту 12. В этом варианте слив жидкости идет через золотник 17, трубопровод 19 и золотник 21. Подвижный блок и в этом варианте не будет перемещаться, поскольку выходы из цилиндра низкого давления 7 закрыты.

Во втором случае дополнительно к электромагниту 12 включается электромагнит 22. Теперь жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра, поступает в цилиндр низкого давления 7 мультипликатора через золотник 17 и перемещает его подвижный блок 8 влево с вытеснением жидкости из цилиндра 6 на слив через золотник 21 и частично через золотники 15 и 11. При выходе подвижного блока 8 в исходное положение обеспечивается включение электромагнита 18. Теперь остаток жидкости из рабочей полости силового цилиндра сливается через золотник 17, трубопровод 19 и золотник 21. Подвижный блок 8 перемещаться не будет, поскольку все выходы из цилиндра 7 в это время закрыты.

В третьем случае дополнительно к электромагниту 12 включаются электромагниты 16, 18 и 24. Теперь жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра, поступает в цилиндр высокого давления 6 и перемещает подвижный блок 8 вправо с вытеснением жидкости из цилиндра 7 на слив через золотник 23 (частично через золотники 15 и 11). При выходе подвижного блока в исходное положение обеспечивается отключение электромагнита 18. Остаток жидкости из рабочей полости силового цилиндра сливается через золотник 18, трубопровод 20, золотник 23. Подвижный блок 8 перемещаться не будет, поскольку все выходы из цилиндра высокого давления 6 в это время закрыты.

Во всех случаях обратный ход заканчивается выходом подвижного блока 8 мультипликатора и поршня силового цилиндра в исходное положение, что соответствует окончанию рабочего цикла пресса.

Сигналы на необходимое включение электромагнитов золотников можно получить, например, от концевых переключателей, контролирующих положение подвижных элементов пресса, подвижного блока мультипликатора и реле давлений.

Работа пресса с тремя ступенями давления (Р_х=Р_н/К_м; P₁=Р_н; Р₂=Р_н•К_м) позволяет снизить установленную мощность насосов, что повышает кпд пресса. Функционирование мультипликатора при холостом ходе в качестве редуктора давления повышает скорость холостого хода, сокращает время рабочего цикла и повышает производительность. Повышение кпд и производительности в совокупности составляют эффективность данного пресса.

Формула изобретения

Гидравлический пресс, содержащий поршневой цилиндр, мультипликатор, выполненный в виде двух соосных плунжерных цилиндров высокого и низкого давления, насосную станцию, четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, входы которого раздельно соединены с напорной и сливной магистралями насосной станции, а один из выходов - с возвратной полостью силового цилиндра, отличающийся тем, что он снабжен двумя трехходовыми двухпозиционными золотниками, один из которых своим открытым входом подключен ко второму выходу реверсивного золотника, второй своим открытым входом - к рабочей полости силового цилиндра, при этом открытый выход первого золотника соединен с закрытым выходом второго золотника и с цилиндром высокого давления мультипликатора, а закрытый выход первого золотника соединен с открытым выходом второго золотника и с цилиндром низкого давления мультипликатора и оба цилиндра мультипликатора через закрытые двухходовые двухпозиционные отсечные золотники подключены к сливной магистрали.

РИСУНКИ

Рисунок 1