ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПРЕССА Российский патент 1997 года по МПК B21J9/12 B30B15/16 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к гидравлическим приводам кузнечно-прессовых машин, и может быть использовано при создании гидравлических приводов преимущественно тяжелых ковочных прессов с расположением наполнительного бака у основания пресса.

Известна система управления гидравлическим прессом, содержащая установленные в магистрали рабочего гидроцилиндра напорный и разгрузочно-сливной клапаны, последний из которых сообщен своей полостью управления через управляющий распределитель и дроссель с магистралью высокого давления. Система снабжена дозатором объема жидкости, выполненным в виде гидравлического цилиндра с регулируемым ходом поршня, и клапаном-демпфером с осевым дроссельным отверстием, соединяющим его надклапанную и подклапанную полости, со стороны которой клапан-демпфер подпружинен с возможностью регулировки усилия пружины. При этом рабочая гидравлическая полость цилиндра-дозатора и надклапанная полость клапана-демпфера сообщены между собой и с управляющим распределителем, а подклапанная полость клапана-демпфера со сливом [1]
Посредством известной системы обеспечивается предварительная разгрузка рабочего гидроцилиндра от высокого давления перед началом возвратного хода пресса, что предотвращает возникновение в наполнительно-сливной линии гидравлического удара, обусловленного высвобождением значительной потенциальной энергии, накопленной рабочей жидкостью в рабочем гидроцилиндре пресса вследствие упругих деформаций жидкости и металлоконструкций пресса. Рассматриваемая система управления обеспечивает в процессе разгрузки быстрое открытие разгрузочно-сливного клапана первоначально на небольшую регулируемую величину для обеспечения безударного сброса сжатого объема жидкости, медленное открытие этого клапана в процессе сброса жидкости за счет дроссельного отверстия и затем полное его открытие после разгрузки магистрали рабочего гидроцилиндра, т. е. реализует ступенчатое открытие площади проходного сечения разгрузочно-сливного клапана.

Однако в силу большого количества гидравлических аппаратов, участвующих в процессе разгрузки, снижается надежность системы. Работа системы характеризуется повышенным значением времени разгрузки, а следовательно, и времени реверса пресса, что снижает его производительность. Кроме того, вся потенциальная энергия, накопленная во время рабочего хода при упругих деформациях жидкости и металлоконрструкций (в частности, колонн пресса), преобразуется в тепловую энергию и в конечном итоге рассеивается в окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является взятый в качестве прототипа гидравлический привод пресса, содержащий рабочий гидроцилиндр с дифференциальным плунжером и возвратные гидроцилиндры, соединенные с подвижной траверсой (поперечиной), а также размещенное внутри плунжера рабочего гидроцилиндра устройство декомпрессии рабочей жидкости, состоящее из жидкостной и газовой полостей с установленным между ними подвижным разделительным элементом в виде ударного поршня, при этом рабочая полость рабочего гидроцилиндра гидравлически соединена посредством управляемых клапанов с источником жидкости высокого давления, с наполнительной системой и с жидкостной полостью устройства декомпрессии, газовая полость которого имеет отверстие для соединения с источником сжатого воздуха и с атмосферой, кроме того, в газовой полости устройства декомпрессии размещена подпружиненная вставка с хвостовиком, взаимодействующим с ударным поршнем [2]
Гидравлический привод данного пресса обеспечивает использование энергии сжатой жидкости, находящейся в полости рабочего гидроцилиндра к концу деформирования, для приведения в движение вставки с хвостовиком, деформирующей заготовку в штампе. При этом одновременно за минимальное время осуществляется разгрузка рабочего гидроцилиндра от высокого давления перед соединением его полости с наполнительной системой и началом возвратного хода, в результате чего создаются условия для предотвращения гидравлического удара, возникающего из-за перепада давления в полости рабочего гидроцилиндра и в наполнительной системе в момент их соединения между собой.

Вместе с тем известный гидравлический привод не может быть применен для тяжелых ковочных прессов, плунжеры которых, как правило, не имеют места для размещения в них устройства декомпрессии. Это вызвано специфическими условиями работы ковочных прессов, для которых характерны боковые смещения и перекосы подвижной траверсы. Для восприятия боковых и эксцентрично приложенных нагрузок предусматривают, в частности, конструкцию плунжера с шарнирно-пестовым присоединением к подвижной траверсе. Вся полость плунжера в этом случае занята расположенным в ней пестом.

Указанный гидравлический привод не может быть использован и для конструкций прессов с поршневым рабочим гидроцилиндром, в поршне которого также невозможно разместить устройство декомпрессии.

В результате снижается универсальность гидравлического привода.

Недостатком известного гидравлического привода является также то, что размещение устройства декомпрессии в полости рабочего гидроцилиндра не только само по себе повышает сложность его конструкции и снижает технологичность, но требует для использования накопленной в процессе прессования энергии установки специальной подпружиненной вставки с хвостовиком, взаимодействующей с ударным поршнем и тоже усложняющей конструкцию пресса.

Кроме того, запасенная энергия в анализируемом приводе может быть использована только к концу рабочего хода, но не может быть использована для ускорения холостого хода, что в свою очередь снижает универсальность привода.

Другим недостатком рассматриваемого гидравлического привода является то, что в нем не предусмотрено средств для предотвращения гидравлического удара, возникающего в наполнительной линии наполнительной системы в результате закрытия проходного сечения наполнительно-сливного клапана рабочего гидроцилиндра в конце холостого хода, что снижает надежность работы пресса.

Основной технической задачей, решаемой изобретением, является создание универсального гидравлического привода пресса с системой предотвращения гидравлических ударов в наполнительной линии путем предварительной разгрузки рабочего гидроцилиндра от высокого давления перед началом возвратного хода пресса, который мог бы использоваться на прессах без усложнения их конструкции вне зависимости от вида и конструкции выходного звена рабочего гидроцилиндра, в частности, на тяжелых ковочных прессах с расположением наполнительного бака у основания пресса.

Другой задачей изобретения является создание универсального гидравлического привода, обеспечивающего аккумулирование потенциальной энергии жидкости, находящейся энергии сжатой жидкости, находящейся в полости рабочего гидроцилиндра в конце рабочего хода, и последующее ее использование либо на рабочем ходу, либо на холостом ходу, в зависимости от условий работы пресса.

Следующей задачей изобретения является создание гидравлического привода, обеспечивающего аккумулирование потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в рабочей полости рабочего гидроцилиндра, при минимальных потерях энергии.

Кроме того, задачей изобретения является создание гидравлического привода, обеспечивающего предотвращение гидравлического удара в наполнительной линии в конце холостого хода пресса путем ограничения скорости нарастания давления в наполнительной линии после закрытия наполнительно-сливного клапана.

Задачей изобретения является также создание гидравлического привода пресса, обеспечивающего как аккумулирование потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в полости рабочего гидроцилиндра по окончании рабочего хода, и последующее ее использование либо на рабочем ходу, либо на холостом ходу, либо в течение одного цикла работы пресса (холостой ход рабочий ход - возвратный ход) и на рабочем и на холостом ходах, так и предотвращение гидравлического удара в наполнительной линии в конце холостого хода пресса путем ограничения скорости нарастания давления в наполнительной линии после закрытия наполнительно-сливного клапана.

Задача достигается тем, что в гидравлическом приводе пресса, содержащем рабочий и возвратные гидроцилиндры, а также устройство декомпрессии рабочей жидкости, состоящее из жидкостной и газовой полостей с установленным между ними подвижными разделительным элементом, при этом рабочая полость рабочего гидроцилиндра гидравлически соединена посредством управляемых клапанов с источником жидкости высокого давления, с наполнительной системой и с жидкостной полостью устройства декомпрессии, согласно изобретению устройство декомпрессии размещено вне рабочего гидроцилиндра в непосредственной близости от него, газовая полость устройства декомпрессии выполнена герметично запираемой, а привод дополнительно снабжен реле давления, подключенным к рабочей полости рабочего гидроцилиндра и предназначенным для управления наполнительно-сливным клапаном последнего.

Кроме того, в частных случаях выполнения техническая задача достигается за счет следующих признаков.

Согласно изобретению разделительный элемент устройства декомпрессии выполнен в виде двух поршней между жидкостной и газовой полостями, штоки которых соединены между собой посредством механической передачи, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня жидкостной полости, отсчитываемой от положения поршня, при котором объем жидкостной полости минимален.

Согласно изобретению передаточное отношение механической передачи определяется исходя из интегрального уравнения.

где
A_ж, A_г эффективные площади поршней соответственно жидкостной и газовой полостей устройства декомпрессии;
f_ж, f_г коэффициенты пропорциональности переменных составляющих сил трения в подвижных уплотнениях поршней соответственно жидкостной и газовой полостей устройства декомпрессии значениям давления рабочей среды в указанных полостях;
p_жн давление жидкости в полости рабочего гидроцилиндра перед началом декомпрессии;
E_пр приведенный модуль упругости рабочего гидроцилиндра с жидкостью;
V_ж объем жидкости в полости рабочего гидроцилиндра перед началом декомпрессии;
z координата поршня жидкостной полости, отсчитываемая от его положения, при котором объем жидкостной полости устройства декомпрессии минимален;
θ_ж, θ_r постоянные составляющие сил трения в подвижных уплотнениях поршней соответственно жидкостной и газовой полостей устройства декомпрессии;
η_мп коэффициент полезного действия механической передачи устройства декомпрессии;
k поправочный коэффициент запаса, больший единицы;
i(z) переменное передаточное отношение механической передачи устройства декомпрессии, представляющее собой отношение скоростей перемещения поршней газовой и жидкостной полостей.

i(z)= dx/dz; (2)
x координата поршня газовой полости, отсчитываемая от его положения, при котором объем газовой полости максимален;
V_гн начальное значение объема газовой полости устройства декомпрессии (при x 0);
n показатель политропы;
P_гн начальное избыточное давление газа в газовой полости устройства декомпрессии (при x 0);
P_атм атмосферное (барометрическое) давление.

Согласно изобретению:
механическая передача выполнена в виде копира, установленного на штоке поршня жидкостной полости с возможностью регулирования положения вдоль оси штока, при этом копир имеет криволинейную рабочую поверхность для взаимодействия со штоком поршня газовой полости.

механическая передача снабжена датчиком направления движения одного из ее подвижных звеньев, предназначенным для управления клапаном устройства декомпрессии;
жидкостная полость устройства декомпрессии гидравлически соединена посредством дополнительного управляемого клапана с наполнительной линией наполнительной системы на входе наполнительно-силового клапана рабочего гидроцилиндра;
гидравлический привод пресса снабжен по крайней мере еще одним дополнительным устройством декомпрессии, разделительный элемент которого выполнен в виде двух поршней между жидкостной и газовой полостями, штоки которых соединены между собой посредством механической передачи, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня жидкостной полости, отсчитываемой от положения поршня, при котором объем жидкостной полости минимален.

Размещение устройства декомпрессии с герметично запираемой газовой полостью вне рабочего гидроцилиндра и снабжение привода реле давления, подключенным к рабочей полости рабочего гидроцилиндра и предназначенным для управления наполнительно-сливным клапаном последнего, позволяют использовать гидравлический привод на любых прессах вне зависимости от конструкции выходного звена из рабочего гидроцилиндра, в частности, на тяжелых ковочных прессах с плунжерным исполнением выходного звена, не приспособленным для размещения в нем устройства декомпрессии. Такое исполнение привода обеспечивает предварительную разгрузку рабочего гидроцилиндра от давления перед началом возвратного хода и одновременно автоматическое управление наполнительно-сливным клапаном рабочего гидроцилиндра в зависимости от величины давления жидкости в полости рабочего гидроцилиндра, а именно, открытие указанного клапана после снижения давления в полости рабочего гидроцилиндра для заданного уровня (близкого к уровню давления в наполнительной системе). В результате повышается универсальность привода.

Выполнение разделительного элемента устройства декомпрессии в виде двух поршней между жидкостной и газовой полостями, штоки которых соединены между собой посредством механической передачи, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня жидкостной полости, отсчитываемой от положения поршня, при котором объем жидкостной полости минимален, позволяет при любом положении поршня жидкостной полости в процессе декомпрессии получить полезное усилие, создаваемое жидкостью на этом поршне, превышающее с небольшим запасом усилие, необходимое для перемещения при этом поршня газовой полости в направлении уменьшения объема газовой полости. В итоге посредством газа происходит аккумулирование потенциальной энергии рабочей жидкости и металлоконструкций пресса, запасной в них в результате упругих деформаций к концу рабочего хода пресса. Энергия сжатого газа используется в зависимости от условий работы пресса либо в начальный период холостого хода, осуществляющего под действием веса подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса, когда жидкость, поступающая в рабочую полость рабочего гидроцилиндра из жидкостной полости устройства декомпрессии, обеспечивает повышение давления в полости рабочего гидроцилиндра, что способствует интенсификации разгона подвижной траверсы на начальном этапе холостого хода, либо в начальный период рабочего хода, когда благодаря жидкости, поступающей из устройства декомпрессии, обеспечивается более интенсивное нарастание усилия прессования. Это способствует повышению универсальности гидравлического привода, более эффективному использованию энергии и конечном итоге повышению производительности пресса.

Интегральное уравнение для вычисления величины передаточного отношения механической передачи, соединяющей штоки поршней между жидкостной и газовой полостями устройства декомпрессии, позволяет определить оптимальную зависимость величины передаточного отношения от координаты поршня жидкостной полости устройства декомпрессии, обеспечивающую минимальные потери энергии в процессе декомпрессии жидкости в рабочем гидроцилиндре.

Для преобразования в процессе декомпрессии потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в полости рабочего гидроцилиндра, в потенциальную энергию сжатого газа, заключенного в газовой полости устройства декомпрессии, при минимальных потерях энергии необходимо, чтобы сила давления рабочей жидкости на поршень жидкостной полости устройства декомпрессии при любом его положении в процессе декомпрессии лишь незначительно превосходила силу, необходимую для уравновешивания (с учетом всех сил трения) силы давления газа на поршень газовой полости устройства декомпрессии, т. е. должно выполняться соотношение:

где
P_ж, P_г текущие значения избыточного давления рабочей среды соответственно в жидкостной и газовой полостях в процессе декомпрессии.

В соответствии с выражением (2)

Согласно уравнению политропного процесса для газов

При ряде обычно принимаемых допущений: а) приведенный модуль упругости рабочего гидроцилиндра с жидкостью есть величина постоянная; б) изменение объема жидкости при ее декомпрессии пренебрежимо мало по сравнению с начальным объемом жидкости; в) изменение давления рабочей жидкости существенно меньше приведенного модуля упругости имеем

На основании выражений (3), (4), (5) и (6) путем исключения из них промежуточных переменных получаем следующее интегральное уравнение, позволяющее выполнить расчет потребных значений передаточного отношения i(z) механической передачи устройства декомпрессии в зависимости от координаты z поршня жидкостной полости

Выполнение механической передачи, соединяющей между собой штоки поршней между жидкостной и газовой полостями устройства декомпрессии, в виде установленного на штоке поршня жидкостной полости копира с криволинейной рабочей поверхностью для взаимодействия со штоком поршня газовой полости, представляет собой один из вариантов исполнения механической передачи, позволяющей осуществить преобразование потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в полости рабочего цилиндра, в потенциальную энергию сжатого газа в газовой полости устройства декомпрессии и ее последующее использование. Криволинейная рабочая поверхность копира при этом выполнена с расчетом реализации уменьшающегося в процессе декомпрессии передаточного отношения.

Возможность регулирования положения копира вдоль оси штока позволяет в процессе пуско-наладочных работ нивелировать погрешности расчета устройства декомпрессии.

Снабжение механической передачи датчиком направления движения одного из ее подвижных звеньев, предназначенным для управления клапаном устройства декомпрессии, обеспечивает более эффективное использование энергии рабочей жидкости высокого давления за счет перекрытия проходного сечения управляемого клапана устройства декомпрессии в момент, когда энергия, запасенная в устройстве декомпрессии, уже использована, чтобы избежать заполнения жидкостной полости устройства декомпрессии от источника рабочей жидкости высокого давления.

Соединение жидкостной полости устройства декомпрессии посредством дополнительного управляемого клапана с наполнительной линией наполнительной системы на входе наполнительно-сливного клапана рабочего гидроцилиндра позволяет после закрытия проходного сечения наполнительно-сливного клапана в конце холостого хода уменьшить скорость нарастания давления в наполнительной линии и предотвратить возникновение в ней прямого гидравлического удара, а следовательно, избежать нежелательного повышения давления.

Снабжение гидравлического привода пресса по крайней мере еще одним дополнительным устройством декомпрессии, разделительный элемент которого выполнен в виде двух поршней между жидкостной и газовой полостями, штоки которых соединены между собой посредством механической передачи, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня жидкостной полости, отсчитываемой от положения поршня, при котором объем жидкостной полости минимален, позволяет использовать устройства декомпрессии за время одного цикла работы пресса попеременно по разному назначению, а именно: если одно устройство декомпрессии служит для аккумулирования потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в полости рабочего гидроцилиндра по окончании рабочего хода, и для предотвращения прямого гидравлического удара в наполнительной линии по окончании холостого хода, то второе для интенсификации работы пресса за счет возврата запасенной в этом устройстве декомпрессии (посредством сжатого газа) энергии в полость рабочего гидроцилиндра (в зависимости от необходимости либо на рабочем, либо на холостом ходе), и наоборот в следующем цикле. В случае, когда количество устройств декомпрессии превышает два, в течение одного цикла возможно подключение нескольких устройств декомпрессии как к рабочей полости рабочего гидроцилиндра, так и к наполнительной линии, с последующим чередованием подключений. В этом случае использование накопленной потенциальной энергии рабочей жидкости возможно в течение одного цикла и на рабочем, и на холостом ходах.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема гидравлического привода пресса, в которой предусмотрено выполнение устройства декомпрессии с разделительным элементом в виде механической передачи; на фиг. 2 принципиальная схема гидравлического привода пресса, в которой предусмотрено соединение жидкостной полости устройства декомпрессии с наполнительной линией наполнительной системы.

Гидравлический привод пресса содержит рабочий гидроцилиндр 1 и возвратные гидроцилиндры 2, плунжеры 3, 4 которых соединены с подвижной траверсой 5 (см. фиг. 1). Устройство декомпрессии 6 размещено вне рабочего гидроцилиндра 1 в непосредственной близости от него. Подвижный разделительный элемент устройства декомпрессии 6 выполнен в виде двух поршней 7, 8 между жидкостной и газовой полостями 9, 10. Газовая полость 10 устройства декомпрессии 6 выполнена герметично запираемой (с возможностью подзарядки ее газом под давлением в случае необходимости). Штоки 11, 12 поршней 7, 8 соединены между собой посредством механической передачи 13, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня 7 жидкостной полости 9, отсчитываемой от положения поршня 7, при котором объем жидкостной полости 9 минимален. Передаточное отношение механической передачи 13 определяется исходя из интегрального уравнения (1), которое учитывает все необходимые условия для преобразования потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в рабочей полости 14 рабочего гидроцилиндра 1, в потенциальную энергию сжатого газа, заключенного в газовой полости 10 устройства декомпрессии 6, при минимальных потерях энергии.

Механическая передача 13 в частном случае выполнения представляет собой копир, установленный на штоке 11 поршня 7 жидкостной полости 9 с возможностью регулирования положения вдоль оси штока 11. Копир механической передачи 13 выполнен с криволинейной рабочей поверхностью 15, для взаимодействия со штоком 12 поршня 8 газовой полости 10.

Рабочая поверхность 15 копира механической передачи 13 может быть рассчитана по интегральному уравнению (1). При этом в процессе декомпрессии рабочей жидкости в рабочем гидроцилиндре 1 достигается наиболее эффективное преобразование потенциальной энергии сжатой жидкости в потенциальную энергию сжатого газа устройства декомпрессии 6.

Механическая передача 13 может быть выполнена также в виде шарнирно-рычажной передачи (не показано).

Рабочая полость 14 рабочего гидроцилиндра 1 соединена посредством гидролинии 16 и впускного клапана 17 с источником 18 рабочей жидкости высокого давления и посредством соответственно наполнительной линии 19 и наполнительно-сливного клапана 20 с наполнительным баком 21, установленным у основания пресса. Рабочая полость 14 рабочего цилиндра 1 соединена также посредством управляемого клапана 22 с жидкостной полостью 9 устройства декомпрессии 6. Привод пресса снабжен реле давления 23, подключенным к рабочей полости 14 рабочего гидроцилиндра 1. Реле давления 23 предназначено для управления наполнительно-сливным клапаном 20 рабочего гидроцилиндра 1.

Механическая передача 13, соединяющая между собой штоки 11, 12 поршней 7, 8, снабжена датчиком 24 направления движения одного из ее подвижных звеньев, например, поршня 7 со штоком 11. Датчик 24 предназначен для управления клапаном 22 устройства декомпрессии 6.

Полости 25 возвратных гидроцилиндров 2 соединены посредством гидролинии 26 и впускного клапана 27 с источником 18 рабочей жидкости высокого давления и посредством гидролинии 28 и сливного клапана 29 с наполнительным баком 21.

Кроме того, в одном из вариантов исполнения гидравлического привода жидкостная полость 9 устройства декомпрессии 6 посредством дополнительного управляемого клапана 30 соединена с наполнительной линией 19 на входе наполнительно-сливного клапана 20 рабочего гидроцилиндра 1 (см. фиг.2).

Все клапаны имеют индивидуальное электрогидравлическое управление.

Устройство декомпрессии 6 может быть выполнено с подвижным разделительным элементом в виде одного поршня 31 между жидкостной 9 и газовой 10 полостями (см. фиг. 2). Однако в этом случае не обеспечивается эффективное аккумулирование энергии в процессе декомпрессии жидкости в рабочем гидроцилиндре 1, поскольку по окончании процесса декомпрессии давление в жидкостной полости 9 должно быть невысоким (близким к давлению жидкости в наполнительном баке 21) и при указанной конструкции устройства декомпрессии практически таким же будет и давление газа в газовой полости 10. В результате почти вся механическая энергия жидкости, определяемая разностью начального и конечного значений давления в полости рабочего гидроцилиндра, в процессе декомпрессии преобразуется в тепловую энергию.

В другом варианте исследования гидравлический привод пресса снабжен по крайней мере еще одним дополнительным устройством декомпрессии (не показано), разделительный элемент которого выполнен в виде двух поршней между жидкостной и газовой полостями, штоки которых соединены между собой посредством механической передачи, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня жидкостной полости, отсчитываемой от положения поршня, при котором объем жидкостной полости минимален.

Гидравлический привод пресса работает следующим образом. По окончании рабочего хода жидкость в рабочей полости 14 рабочего гидроцилиндра 1 обладает большой потенциальной энергией за счет упругой деформации собственно жидкости и металлических частей пресса. По сигналу на возвратный ход открывается проходное сечение управляемого клапана 22 устройства декомпрессии 6 и жидкостная полость 9 последнего сообщается с рабочей полостью 14 рабочего гидроцилиндра 1. Сжатая жидкость из полости 14 рабочего гидроцилиндра 1 поступает в полость 9 устройства декомпрессии 6 и, расширяясь, перемещает поршень 7, на штоке 11 которого установлен копир механической передачи 13. Рабочая поверхность 15 копира механической передачи 13, взаимодействуя со штоком 12, заставляет перемещаться поршень 8 газовой полости 10. При этом криволинейная рабочая поверхность 15 копира механической передачи 13, рассчитанная с учетом реализации уменьшающегося в процессе декомпрессии передаточного отношения, позволяет осуществить преобразование потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в полости 14 рабочего гидроцилиндра 1, в потенциальную энергию сжатого газа в газовой полости 10 устройства декомпрессии 6. Давление жидкости в рабочей полости 14 рабочего гидроцилиндра 1 контролируется с помощью реле давления 23, подключенного к упомянутой полости 14. После снижения давления в полости 14 до уровня настройки реле давления 23, близкого к уровню давления в наполнительном баке 21, реле 23 срабатывает и подается сигнал на открытие проходного сечения наполнительно-сливного клапана 20. После открытия проходного сечения указанного клапана 20 рабочая полость 14 через гидролинию 19 соединяется с наполнительным баком 21. Одновременно открывается проходное сечение впускного клапана 27 возвратных гидроцилиндров 2, через которое жидкость от источника 18 рабочей жидкости высокого давления по гидролинии 26 получает доступ в полости 25 возвратных гидроцилиндров 2. Начинается возвратный ход, при котором происходит подъем подвижной траверсы.

Жидкость из рабочей полости 14 рабочего гидроцилиндра 1 по гидролинии 19 вытесняется в наполнительный бак 21. Затем проходное сечение впускного клапана 27 возвратных гидроцилиндров 2 закрывается, открывается проходное сечение сливного клапана 29 возвратных гидроцилиндров 2, которое через гидролинию 28 соединяет полости 25 возвратных гидроцилиндров 2 с наполнительным баком 21. Под действием силы тяжести подвижной траверсы 5 и соединенных с ней частей начинается холостой ход. Во время холостого хода жидкость в рабочую полость 14 гидроцилиндра 1 поступает из наполнительного бака 21 по гидролинии 19 через проходное сечение наполнительно-сливного клапана 20. В начальный период холостого хода, когда в полости 14 рабочего гидроцилиндра 1 давление понижается по сравнению с давлением во время возвратного хода, может быть использована энергия, запасенная посредством сжатого газа в устройстве декомпрессии 6. При этом усилие, создаваемое газом на поршне 8, превышает усилие, необходимое для перемещения поршня 7 жидкостной полости 9 в направлении уменьшения объема жидкостной полости 9. Жидкость вытесняется из жидкостной полости 9 через проходное сечение управляемого клапана 22 в рабочую полость 14 рабочего гидроцилиндра 1. Это способствует улучшению наполнения рабочей полости 14 и в конечном итоге интенсификации разгона подвижной траверсы 5 на начальном этапе холостого хода. В конце холостого хода закрываются проходные сечения наполнительно-сливного клапана 20 и управляемого клапана 22 устройства декомпрессии 6 и открывается проходное сечение впускного клапана 17 рабочего гидроцилиндра 1. Начинается рабочий ход, при котором происходит деформация заготовки.

При необходимости энергия, запасенная посредством сжатого газа в устройстве декомпрессии 6, может использоваться на начальном этапе рабочего хода. В этом случае по завершении возвратного хода проходное сечение клапана 22 закрывается и открывается вновь по завершении холостого хода. В рабочую полость 14 гидроцилиндра 1 жидкость поступает от источника 18 рабочей жидкости высокого давления и из жидкостной полости 8 устройства декомпрессии 6. Для более полного использования энергии сжатого газа, находящегося в газовой полости 10 устройства декомпрессии 6, для совершения полезной работы на начальном этапе рабочего хода пресса открытие проходного сечения впускного клапана 17 может производиться с некоторым запаздыванием по времени по отношению к моменту открытия проходного сечения клапана 22. Пор завершению разрядки газовой полости 10 устройства декомпрессии 6 и изменении направления движения штока 11 с поршнем 7 на противоположное датчик 24 направления движения подает сигнал на закрытие проходного сечения управляемого клапана 22. Тем самым предотвращается перетекание рабочей жидкости высокого давления в жидкостную полость 9 устройства декомпрессии 6, что способствует более эффективному использованию энергии. Датчик 24 направления движения может быть использован в процессе работы пресса для контроля за состоянием устройства декомпрессии 6, в частности, он может использоваться, как диагностическое устройство, сигнализирующее о неисправностях в случае отсутствия перемещения поршней 7, 8 из-за их заклинивания.

Вариант исполнения гидравлического привода пресса, в котором присутствует соединение жидкостной полости 9 устройства декомпрессии 6 с наполнительной линией 19 на входе наполнительно-сливного клапана 20 рабочего гидроцилиндра 1 (см. фиг. 2), характеризуется тем, что в конце холостого хода, когда закрываются проходные сечения управляемого клапана 22 устройства декомпрессии 6 и наполнительно-сливного сечения дополнительного управляемого клапана 30 и жидкостная полость 9 устройства декомпрессии 6 подключается к наполнительной линии 19 на входе в наполнительно-сливной клапан 20. При закрытии проходного сечения наполнительно-сливного клапана 20 жидкость, продолжающая по инерции двигаться в наполнительной линии 19, поступает в жидкостную полость 9 устройства декомпресси 6. В результате скорость нарастания давления в наполнительной линии 19 ограничивается, исключается возникновение в ней прямого гидравлического удара, а следовательно, и нежелательного повышения давления. По окончании рабочего хода пресса проходное сечение клапана 30 закрывается (до открытия проходного сечения клапана 22).

Кроме того, при открытом проходном сечении клапана 30 на возвратном и холостом ходах, когда открыты проходные сечения наполнительно-сливного клапана 20 рабочего гидроцилиндра 1 и управляемого клапана 22 устройства декомпрессии 6, снижается сопротивление движению потока жидкости из полости 14 рабочего гидроцилиндра 1 в наполнительный бак 21 и обратно, что способствует снижению потерь энергии.

При снабжении гидравлического привода пресса по крайней мере еще одним устройством декомпрессии становится возможным использование устройств декомпрессии за время одного цикла работы пресса попеременно по разному назначению, а именно: если одно устройство декомпрессии служит для аккумулирования потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в полости рабочего гидроцилиндра по окончании рабочего хода, и для предотвращения прямого гидравлического удара в наполнительной линии по окончании холостого хода, то второе для интенсификации работы пресса за счет возврата запасенной в этом устройстве декомпрессии (посредством сжатого газа) энергии в полость рабочего гидроцилиндра (в зависимости от необходимости либо на рабочем, либо на холостом ходе), и наоборот в следующем цикле. В случае, когда количество устройств декомпрессии превышает два, в течение одного цикла возможно подключение нескольких устройств декомпрессии как к рабочей полости рабочего гидроцилиндра, так и к наполнительной линии, с последующим чередованием подключений. В этом случае использование накопленной потенциальной энергии рабочей жидкости возможно в течение одного цикла и на рабочем, и на холостом ходах.

Следует отметить, что клапаны 20, 22 и 30, используемые в предлагаемом гидравлическом приводе пресса, не требуют установки их запорных элементов в промежуточных положениях, то есть работает в "ключевом" режиме: открыто-закрыто, что упрощает систему управления ими.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, заявляемый гидравлический привод пресса позволяет осуществлять предотвращение гидравлических ударов без усложнения конструкции пресса вне зависимости от вида выходного звена рабочего гидроцилиндра, вследствие чего он может быть использован, например, на тяжелых ковочных прессах, плунжеры которых не могут быть приспособлены для размещения в них устройства декомпрессии, а также на прессах с поршневым выполнением рабочего гидроцилиндра. Гидравлический привод пресса обеспечивает аккумулирование потенциальной энергии сжатой жидкости, находящейся в полости рабочего гидроцилиндра по окончании рабочего хода, при минимальных потерях энергии и ее использование либо на рабочем, либо на холостом ходе пресса, либо и на рабочем и на холостом ходе в зависимости от необходимости в этом. Заявляемый привод универсален, надежен и обеспечивает эффективное использование энергии.

Использование: обработка металлов давлением, в частности, при создании гидравлических приводов, преимущественно тяжелых ковочных прессов с расположением наполнительного бака у основания пресса. Сущность: гидравлический привод пресса содержит рабочий гидроцилиндр 1 и возвратные гидроцилиндры 2, плунжеры 3, 4 которых соединены с подвижной траверсой 5. Устройство декомпресии 6 размещено вне рабочего гидроцилиндра 1 в непосредственной близости от него. Подвижный разделительный элемент устройства декомпрессии 6 выполнен в виде двух поршней 7, 8 между жидкостной и газовой полостями 9, 10. Газовая полость 10 устройства декомпрессии 6 выполнена герметично запираемой. Штоки 11, 12 поршней 7, 8 соединены между собой посредством механической передачи 13, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня 7 жидкостной полости 9, отсчитываемой от положения поршня 7, при котором объем жидкостной полости 9 минимален. Рабочая полость 14 рабочего гидроцилиндра 1 соединена посредством гидролинии 16 и впускного клапана 17 с источником 18 рабочей жидкости высокого давления и посредством наполнительной линии 19 и наполнительно-сливного клапана 20 с наполнительным баком 21. Рабочая полость 14 рабочего гидроцилиндра 1 соединена также посредством управляемого клапана 22 с жидкостной полостью 9 устройства декомпрессии 6. Привод пресса снабжен реле давления 23, подключенным к рабочей полости 14 рабочего гидроцилиндра 1 и предназначенным для управления дополнительно-сливным клапаном 20. Механическая передача 13 снабжена датчиком 24 направления движения одного из ее подвижных звеньев, например, поршня 7 со штоком 11, предназначенным для управления клапаном 22. Кроме того, в одном из вариантов исполнения гидравлического привода жидкостная полость 9 устройства декомпрессии 6 посредством дополнительного клапана соединена с наполнительной линией 19 на входе наполнительно-сливного клапана 20 рабочего гидроцилиндра 1. 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Гидравлический привод пресса, содержащий рабочий и возвратные гидроцилиндры, а также устройство декомпрессии рабочей жидкости, состоящее из жидкостной и газовой полостей с установленным между ними подвижным разделительным элементом, при этом рабочая полость рабочего гидроцилиндра гидравлически соединена посредством управляемых клапанов с источником жидкости высокого давления, с наполнительной системой и с жидкостной полостью устройства декомпрессии, отличающийся тем, что привод дополнительно снабжен реле давления, подключенным к рабочей полости рабочего гидроцилиндра и предназначенным для управления наполнительно-сливным клапаном последнего, устройство декомпрессии размещено вне рабочего гидроцилиндра в непосредственной близости от него, а газовая полость устройства декомпрессии выполнена герметично запираемой. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что разделительный элемент устройства декомпрессии выполнен в виде двух поршней между жидкостной и газовой полостями, штоки которых соединены между собой посредством механической передачи, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня жидкостной полости, отсчитываемой от положения поршня, при котором объем жидкостной полости минимален. 3. Привод по п. 2, отличающийся тем, что передаточное отношение механической передачи определяется исходя из интегрального уравнения

где А_ж, А_г эффективные площади поршней соответственно жидкостной и газовой полостей устройства декомпрессии;
f_ж, f_г коэффициенты пропорциональности переменных составляющих сил трения в подвижных уплотнениях поршней соответственно жидкостной и газовой полостей устройства декомпрессии значениям давления рабочей среды в указанных полостях;
Р_ж.н давление жидкости в полости рабочего гидроцилиндра перед началом декомпрессии;
Е_п.р приведенный модуль упругости рабочего гидроцилиндра с жидкостью;
V_ж объем жидкости в полости рабочего гидроцилиндра перед началом декомпрессии;
Z координата поршня жидкостной полости, отсчитываемая от его положения, при котором объем жидкостной полости устройства декомпрессии минимален;
θ_ж, θ_г постоянные составляющие сил трения в подвижных уплотнениях поршней соответственно жидкостной и газовой полостей устройства декомпрессии;
η_м.п КПД механической передачи устройства декомпрессии;
K поправочный коэффициент запаса, больший единицы;
i(z) переменное передаточное отношение механической передачи устройства декомпрессии, представляющее собой отношение скоростей перемещения поршней газовой и жидкостной полостей, i(z) dx/dz, x координата поршня газовой полости, отсчитываемая от его положения, при котором объем газовой полости максимален;
V_г.н начальное значение объема газовой полости устройства декомпрессии при х 0;
n показатель политропы;
Р_г.н начальное избыточное давление газа в газовой полости устройства декомпрессии при х 0;
Р_атм атмосферное (барометрическое) давление. 4. Привод по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что механическая передача выполнена в виде копира, установленного на штоке поршня жидкостной полости с возможностью регулирования положения вдоль оси штока, при этом копир имеет криволинейную рабочую поверхность для взаимодействия со штоком поршня газовой полости. 5. Привод по пп. 2 4, отличающийся тем, что механическая передача снабжена датчиком направления движения одного из ее подвижных звеньев, предназначенным для управления клапаном устройства декомпрессии. 6. Привод по п. 1, отличающийся тем, что жидкостная полость устройства декомпрессии гидравлически соединена посредством дополнительного управляемого клапана с наполнительной линией наполнительной системы на входе наполнительно-сливного клапана рабочего гидроцилиндра. 7. Привод по п. 6, отличающийся тем, что привод снабжен по меньшей мере одним дополнительным устройством декомпрессии, разделительный элемент которого выполнен в виде двух поршней между жидкостной и газовой полостями, штоки которых соединены между собой посредством механической передачи, обеспечивающей соответствие меньшего значения передаточного отношения большему значению координаты поршня жидкостной полости, отсчитываемой от положения поршня, при котором объем жидкостной полости минимален.