RU2731468C1

RU2731468C1 - Гидравлический пресс

Info

Publication number: RU2731468C1
Application number: RU2019137634A
Authority: RU
Inventors: Сергей Степанович Пилипенко; Александр Петрович Потапенков; Яна Юрьевна Янко
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-09-03

Abstract

Изобретение относится к оборудованию для обработки металлов давлением. Гидравлический пресс содержит поршневой силовой цилиндр, насосную станцию, гидравлический редуктор и гидравлический мультипликатор. Мультипликатор имеет входной плунжерный цилиндр и соосно установленные с ним выходные плунжерные цилиндры с плунжерами разного диаметра. Система распределителей включает четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, два трехходовых двухпозиционных золотника. Ко всем выходным цилиндрам мультипликатора 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 его возвратной полостью. В результате обеспечивается возможность снизить установочную мощность насосов. 1 ил.

Description

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.

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 d₁ d₂ d₃ тягами соединены в подвижный блок 13. При этом D>d₁>d₂>d₃ и D²>(d₁ ²> +d₂ ²> +d₃ ²). Плунжеры цилиндров редуктора с диаметром D_p (входного цилиндра) и d_p(выходной цилиндр) образуют подвижный блок 14, при этом D_p>d_p 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:

где V_x, - скорость холостого ходах Q_H - подача насосов; S_p - площадь поршня силового цилиндра; К_р=D_p ²/d_p ² <1-коэффициент редукции; P_H давление, развиваемое насосами; Р_ц - давление в рабочей полость силового цилиндра; R_x - 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.

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_р=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:

где К_м1=D₂/(d₁ ²> +d₂ ²> +d₃ ²)> 1- минимальное значение коэффициента мультипликации (первая минимальная ступень мультипликации).

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 (d₁>d₂>d₃) последовательное повышение степени мультипликации(значения коэффициента мультипликации) обеспечивается следующим последовательным переключением золотников:

Вторая ступень (переключается золотник 28). При этом коэффициент мультипликации: К_м2=D²/(d₁ ²+d₂ ²).

Третья ступень (переключается золотник 27). При этом коэффициент мультипликации К_м3=D²/(d₁ ²+d₃ ²)

Четвертая ступень (переключается золотник 26). При этом коэффициент мультипликации К_м4=D²/(d₂ ²+d₃ ²)

Пятая ступень (переключаются золотники 27 и 28). При этом коэффициент мультипликации К_м5=D²/d₁ ²

Шестая ступень (переключаются золотники 26 и 28). При этом коэффициент мультипликации К_м5=D²/d₂ ²

Седьмая ступень (переключаются золотники 26 и 27). При этом коэффициент мультипликации К_м5=D²/d₃ ²

Например, при D=200 мм; d₁=115 мм; d₂=105 мм; d₃=100 мм; получаем следующий возрастающий ряд ступеней давления (мультипликации): К_m1=1,169; К_m2=1,652; К_m3=1,724; К_m4=1,9; К_m5=3,03; К_m6=3,67; К_m7=4. В общем, максимальное число ступеней давления, обеспечиваемые мультипликатором определяется зависимостью п=(2^m -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^m +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.

Claims

Гидравлический пресс, содержащий поршневой силовой цилиндр, насосную станцию, гидравлический редуктор и гидравлический мультипликатор, каждый из которых имеет входной и выходной цилиндры с плунжерами, образующими подвижный блок 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, причем закрытый выход дополнительного трехходового двухпозиционного золотника соединен с входным цилиндром мультипликатора, а открытый выход - с входным цилиндром редуктора, выходной цилиндр которого соединен с рабочей полостью силового цилиндра, отличающийся тем, что мультипликатор снабжен системой дополнительных выходных цилиндров, соосно установленных с основными входным и выходным цилиндрами и выполненных с плунжерами различного диаметра, жестко связанными с основным подвижным блоком плунжеров, при этом ко всем выходным цилиндрам мультипликатора 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.