Мультипликатор давления
Мультипликатор предназначен для передачи энергии рабочей жидкости с преобразованием ее давления, в частности, в гидроприводах прессов (ковочных, штамповочных и др.) и испытательного оборудования (например, машин для гидравлических испытаний труб). Мультипликатор состоит из корпуса 1, имеющего вид гильзы с внутренним центральным опорно-уплотнительным пояском. Содержит плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр. С торцов корпус 1 закрыт непроходными крышками 2 и 3. В корпусе 1 установлен силовой плунжер 4 постоянного рабочего диаметра с образованием рабочих полостей 5 и 6 соответственно низкого и высокого давления. Корпус 7 возвратного гидроцилиндра расположен соосно силовому плунжеру 4, жестко соединен с крышкой 3, расположенной со стороны полости 6 высокого давления, и входит в расточку силового плунжера 4 с образованием дренажной полости 8, в которую выходит плунжер 9 возвратного гидроцилиндра. Плунжер 9 может быть подпружинен относительно корпуса 7 с помощью пружины сжатия 10, установленной в рабочей полости 11 возвратного гидроцилиндра. Технический результат - уменьшение размеров и массы мультипликатора давления одностороннего действия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области гидравлического оборудования, а именно к мультипликаторам давления, и может быть использовано в любом гидрофицированном оборудовании для передачи энергии рабочей жидкости с преобразованием ее давления, в частности, в гидроприводах прессов (ковочных, штамповочных и др.) и испытательного оборудования (например, машин для гидравлических испытаний труб).
Известен мультипликатор давления одностороннего действия, содержащий плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр, плунжеры и корпуса которых соединены между собой с образованием замкнутой силовой цепи, при этом гидроцилиндры низкого и высокого давления расположены соосно [1]. Для обеспечения возврата плунжеров гидроцилиндров низкого и высокого давления в исходное положение в конструкции мультипликатора имеются два возвратных гидроцилиндра, рабочие полости которых постоянно соединены с напорной гидролинией низкого давления (с которой для осуществления рабочего хода мультипликатора соединяется и рабочая полость гидроцилиндра низкого давления). Эффективная площадь плунжеров возвратных гидроцилиндров выбирается из соображений наиболее экономичного (с энергетической точки зрения) расходования жидкости низкого давления при осуществлении обратного хода мультипликатора.
У рассматриваемого мультипликатора давления плунжеры гидроцилиндров низкого и высокого давления, жестко соединенные друг с другом, имеют разные диаметры, вследствие чего размер мультипликатора в его осевом направлении не может быть менее утроенной величины хода плунжера каждого из указанных гидроцилиндров.
Возвратные гидроцилиндры расположены симметрично относительно оси гидроцилиндров низкого и высокого давления, при этом оси всех гидроцилиндров параллельны и лежат в одной плоскости. Наличие возвратных гидроцилиндров, расположенных с боков гидроцилиндра высокого давления, увеличивает поперечные габариты мультипликатора.
Для обеспечения соединения плунжеров и корпусов гидроцилиндров, входящих в состав мультипликатора, с образованием замкнутой силовой цепи используются дополнительные детали (в частности, подвижная и неподвижная траверсы), что увеличивает массу мультипликатора.
Таким образом, существующий мультипликатор давления характеризуется повышенными продольными и поперечными размерами, а также повышенной массой, что является недостатками его конструкции.
В конструкции мультипликатора имеются четыре подвижные пары, отделяющие рабочие полости входящих в его состав гидроцилиндров от атмосферы. Уплотнения этих подвижных пар в процессе работы мультипликатора подвергаются износу. При нарушении герметичности уплотнений любой из подвижных пар мультипликатора рабочая жидкость попадает в окружающую среду, что приводит к потере рабочей жидкости и, в большинстве случаев (кроме случая применения в качестве рабочей жидкости воды), к загрязнению окружающей среды. Оба отмеченных обстоятельства являются негативными.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является принятый в качестве прототипа мультипликатор давления одностороннего действия, содержащий плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр, плунжеры и корпуса которых соединены между собой с образованием замкнутой силовой цепи, при этом гидроцилиндры низкого и высокого давления расположены соосно [2]. У данного мультипликатора плунжер гидроцилиндра низкого давления одновременно является подвижным корпусом гидроцилиндра высокого давления, плунжер которого выполнен неподвижным. Благодаря этому размер мультипликатора в его осевом направлении может быть весьма близок к удвоенной величине хода плунжера гидроцилиндра низкого давления, то есть к минимально достижимому продольному размеру конструкции плунжерного мультипликатора давления одностороннего действия.
Однако для обеспечения возврата плунжера гидроцилиндра низкого давления (подвижного корпуса гидроцилиндра высокого давления) в исходное положение в конструкции мультипликатора имеются два возвратных гидроцилиндра, рабочие полости которых во время рабочего хода мультипликатора соединены со сливом, а во время обратного хода с гидролинией низкого давления (для изменения коммутации полостей возвратных гидроцилиндров со сливом и с гидролинией низкого давления требуется дополнительный гидрораспределитель) или постоянно соединены с напорной гидролинией низкого давления (с которой для осуществления рабочего хода мультипликатора соединяется и рабочая полость гидроцилиндра низкого давления). Вне зависимости от того, какой из указанных вариантов подключения полостей возвратных гидроцилиндров используется во время рабочего хода мультипликатора, эффективную площадь плунжеров возвратных гидроцилиндров выбирают таким образом, чтобы, с одной стороны, усилие, создаваемое возвратными гидроцилиндрами при соединении их рабочих полостей с гидролинией низкого давления, было достаточно для возврата подвижных частей мультипликатора с заданной скоростью в исходное положение (соответствующее началу рабочего хода мультипликатора), а с другой стороны, в процессе возврата подвижных частей мультипликатора в исходное положение расходовался минимально возможный объем жидкости низкого давления.
Возвратные гидроцилиндры расположены симметрично относительно оси гидроцилиндров низкого и высокого давления, при этом оси всех гидроцилиндров параллельны и лежат в одной плоскости. Наличие возвратных гидроцилиндров, расположенных с боков гидроцилиндров низкого и высокого давления, увеличивает поперечные габариты мультипликатора. Для обеспечения соединения плунжеров и корпусов гидроцилиндров, входящих в состав мультипликатора, с образованием замкнутой силовой цепи используются дополнительные детали (в частности, подвижная и неподвижная траверсы), что увеличивает массу мультипликатора.
В результате, известный мультипликатор давления характеризуется повышенными поперечными размерами, а также массой, что является недостатками его конструкции.
В конструкции мультипликатора имеются четыре подвижные пары, отделяющие рабочие полости входящих в его состав гидроцилиндров от атмосферы. Уплотнения этих подвижных пар в процессе работы мультипликатора подвергаются износу. При нарушении герметичности уплотнений любой из подвижных пар мультипликатора рабочая жидкость попадает в окружающую среду, что приводит к потере рабочей жидкости и, в большинстве случаев (кроме случая применения в качестве рабочей жидкости воды), к загрязнению окружающей среды. Оба отмеченных обстоятельства являются негативными.
Технической задачей, решаемой изобретением, является уменьшение размеров и массы мультипликатора давления одностороннего действия, содержащего плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр.
Дополнительной технической задачей изобретения является обеспечение возможности эксплуатации мультипликатора при любом вертикальном расположении его оси.
Для решения поставленной технической задачи в известном мультипликаторе давления одностороннего действия, содержащем плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр, плунжеры и корпуса которых соединены между собой с образованием замкнутой силовой цепи, при этом гидроцилиндры низкого и высокого давления расположены соосно, согласно изобретению плунжеры гидроцилиндров низкого и высокого давления выполнены в виде одного силового плунжера постоянного рабочего диаметра, который установлен в корпусе, с торцов закрытом непроходными крышками и имеющем вид гильзы с внутренним центральным опорно-уплотнительным пояском, с образованием рабочих полостей низкого и высокого давления, а возвратный гидроцилиндр расположен соосно силовому плунжеру и его корпус жестко соединен с крышкой, расположенной со стороны полости высокого давления, и входит в расточку силового плунжера с образованием дренажной полости, в которую выходит плунжер возвратного гидроцилиндра.
Согласно изобретению плунжер возвратного гидроцилиндра подпружинен относительно его корпуса.
Выполнение плунжеров гидроцилиндров низкого и высокого давления в виде одного силового плунжера постоянного рабочего диаметра, который установлен в корпусе, с торцов закрытом непроходными крышками и имеющем вид гильзы с внутренним центральным опорно-уплотнительным пояском, с образованием рабочих полостей низкого и высокого давления, а также расположение возвратного гидроцилиндра соосно силовому плунжеру и жесткое соединение его корпуса с крышкой, расположенной со стороны полости высокого давления, с вхождением в расточку силового плунжера с образованием дренажной полости, в которую выходит плунжер возвратного гидроцилиндра, позволяет уменьшить размеры мультипликатора в его поперечном направлении до поперечных размеров гидроцилиндра низкого давления и практически исключить из конструкции мультипликатора дополнительные детали (в первую очередь - траверсы) для обеспечения соединения плунжеров и корпусов гидроцилиндров, входящих в состав мультипликатора, с образованием замкнутой силовой цепи. Благодаря этому при прочих равных условиях уменьшается как масса мультипликатора в целом, так и масса его подвижных частей. Уменьшение массы подвижных частей положительно сказывается на динамических характеристиках мультипликатора.
Выполнение плунжера возвратного гидроцилиндра подпружиненным относительно его корпуса позволяет эксплуатировать мультипликатор при любом вертикальном расположении его оси (т.е при установке мультипликатора плунжером возвратного гидроцилиндра как вниз, так и вверх).
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструктивная схема мультипликатора давления.
Мультипликатор давления состоит из корпуса 1, имеющего вид гильзы с внутренним центральным опорно-уплотнительным пояском. С торцов корпус 1 закрыт непроходными крышками 2 и 3. В корпусе 1 установлен силовой плунжер 4 постоянного рабочего диаметра с образованием рабочих полостей 5 и 6 соответственно низкого и высокого давления.
Корпус 7 возвратного гидроцилиндра расположен соосно силовому плунжеру 4, жестко соединен с крышкой 3, расположенной со стороны полости 6 высокого давления, и входит в расточку силового плунжера 4 с образованием дренажной полости 8, в которую выходит плунжер 9 возвратного гидроцилиндра.
Плунжер 9 может быть подпружинен относительно корпуса 7 с помощью пружины сжатия 10, установленной в рабочей полости 11 возвратного гидроцилиндра. Пружина 10 служит для обеспечения постоянного гарантированного контакта торца плунжера 9 с плунжером 4 в тех случаях, когда мультипликатор при эксплуатации установлен плунжером 9 вверх.
Подвижные пары, образованные силовым плунжером 4 и корпусом 1, плунжером 9 и корпусом 7 возвратного гидроцилиндра, плунжером 4 и корпусом 7, уплотнены с помощью уплотнений соответственно 12, 13, 14.
Соединение полостей 5, 6, 8, 11 с внешними гидролиниями (на чертеже не показаны) осуществляется через отверстия соответственно 15, 16, 17, 18, выполненные в корпусных деталях мультипликатора.
Диаметр плунжера 9 возвратного гидроцилиндра выбирается таким образом, чтобы, с одной стороны, сила давления жидкости на плунжер 9, создаваемая при соединении рабочей полости 11 возвратного гидроцилиндра с гидролинией низкого давления (на чертеже не показана), была достаточна для возврата подвижных частей (плунжеров 4 и 9) мультипликатора с заданной скоростью в исходное положение (соответствующее перемещению силового плунжера 4 до упора в крышку 2), а с другой стороны, в процессе возврата подвижных частей мультипликатора в исходное положение расходовался минимально возможный объем жидкости низкого давления.
Диаметр наружной рабочей цилиндрической поверхности корпуса 7 возвратного гидроцилиндра выбирается из условия обеспечения заданного коэффициента мультипликации мультипликатора (с учетом того, с чем соединяется рабочая полость 11 возвратного гидроцилиндра во время рабочего хода мультипликатора: со сливом или с гидролинией низкого давления, с которой для осуществления рабочего хода мультипликатора соединяется и полость 5 низкого давления).
Очевидно, что диаметр рабочей поверхности силового плунжера 4 больше диаметра наружной рабочей цилиндрической поверхности корпуса 7 возвратного гидроцилиндра, а тот в свою очередь больше диаметра плунжера 9.
Мультипликатор работает следующим образом.
Для осуществления рабочего хода полость 5 низкого давления соединяется через отверстие 15 с гидролинией низкого давления (на чертеже не показана), полость 6 высокого давления через отверстие 16 - с потребителем жидкости высокого давления (на чертеже не показан), а полость 11 возвратного гидроцилиндра через отверстие 18 - с гидролинией низкого давления или со сливом (в зависимости от исполнения гидросистемы, в составе которой используется мультипликатор).
При установке мультипликатора плунжером 9 возвратного гидроцилиндра вверх и соединении полости 11 со сливом постоянный контакт плунжера 9 с силовым плунжером 4 обеспечивается с помощью пружины 10.
Под действием жидкости низкого давления силовой плунжер 4 перемещается в направлении полости 6 высокого давления, вытесняя из нее жидкость высокого давления через отверстие 16 к потребителю (на чертеже не показан). При этом плунжер 9 возвратного гидроцилиндра перемещается вместе с силовым плунжером 4, вытесняя жидкость из полости 11 через отверстие 18 на слив или в гидролинию низкого давления (в зависимости от того, с чем при выполнении рабочего хода соединена полость 11).
Для осуществления обратного хода полость 5 низкого давления соединяется через отверстие 15 со сливом, полость 6 высокого давления через отверстие 16 - с питательным гидробаком (на чертеже не показан), а полость 11 возвратного гидроцилиндра через отверстие 18 - с гидролинией низкого давления (если полость 11 не соединена постоянно с гидролинией низкого давления).
Под действием жидкости низкого давления плунжер 9 возвратного гидроцилиндра выдвигается из его корпуса 7. При этом силовой плунжер 4 перемещается вместе с плунжером 9 возвратного гидроцилиндра, вытесняя жидкость из полости 5 низкого давления через отверстие 15 на слив, а полость 6 высокого давления увеличивается по объему и заполняется рабочей жидкостью из питательного гидробака.
Корпуса 1, 7, крышки 2, 3 и соединяющие их крепежные детали (на чертеже крепежные детали не показаны), а также плунжеры 4, 9 в совокупности образуют замкнутый силовой контур. Возникающие в этом контуре в процессе работы мультипликатора на установившихся режимах силы давления жидкости практически не передаются на опоры мультипликатора (на чертеже опоры не показаны). То есть в предлагаемой конструкции замкнутый силовой контур получается без применения каких-либо дополнительных деталей (типа траверс), благодаря чему при прочих равных условиях мультипликатор имеет меньшие габариты и массу по сравнению с прототипом.
В составе рассматриваемого мультипликатора имеются три подвижные пары. При этом возможные утечки рабочей жидкости из полостей 6 и 11 через подвижные пары, уплотненные уплотнениями 14 и 13, попадают в дренажную полость 8 и отводятся из последней через отверстие 17 по дренажной гидролинии в питательный гидробак (на чертеже дренажная гидролиния и питательный гидробак не показаны). Возможные перетечки рабочей жидкости между полостями 6 и 5 через подвижную пару, уплотненную уплотнением 12, также остаются внутри гидросистемы, в составе которой используется мультипликатор.
Таким образом, предлагаемый мультипликатор, как следует из приведенного выше описания его конструкции и работы, не только характеризуется уменьшенными габаритами и массой, но и дополнительно исключает потери рабочей жидкости через подвижные пары в окружающую среду при нарушении герметичности соответствующих уплотнений.
Мультипликатор может быть использован в любом гидрофицированном оборудовании для передачи энергии рабочей жидкости с преобразованием ее давления, в частности, в гидроприводах прессов (ковочных, штамповочных и др.) и испытательного оборудования (например, машин для гидравлических испытаний труб).
Литературные источники
1. Корнилов В.В., Синицкий В.М. Гидропривод в кузнечно-штпмповочном оборудовании: Учебное пособие для вузов / Под ред. Н.В.Пасечника. М.: Машиностроение, 2002. - 224 с. (с.175, рис.92).
2. Добринский Н.С. Гидравлический привод прессов. М.: Машиностроение, 1975. - 222 с. (с.91, рис.43).
1. Мультипликатор давления одностороннего действия, содержащий плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр, плунжеры и корпуса которых соединены между собой с образованием замкнутой силовой цепи, при этом гидроцилиндры низкого и высокого давления расположены соосно, отличающийся тем, что плунжеры гидроцилиндров низкого и высокого давления выполнены в виде одного силового плунжера постоянного рабочего диаметра, который установлен в корпусе, с торцов закрытом непроходными крышками и имеющем вид гильзы с внутренним центральным опорно-уплотнительным пояском, с образованием рабочих полостей низкого и высокого давления, а возвратный гидроцилиндр расположен соосно силовому плунжеру и его корпус жестко соединен с крышкой, расположенной со стороны полости высокого давления, и входит в расточку силового плунжера с образованием дренажной полости, в которую выходит плунжер возвратного гидроцилиндра.
2. Мультипликатор давления по п.1, отличающийся тем, что плунжер возвратного гидроцилиндра подпружинен относительно его корпуса.
