ПОДУШКА ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ УДЕРЖИВАТЕЛЕМ Российский патент 1997 года по МПК B30B15/32 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно, к кузнечно-прессовому машиностроению.

Известна подушка пневматическая с гидравлическим удерживателем, в которой предусмотрено водяное охлаждение рабочей жидкости в теплообменнике.

Основной недостаток такой подушки заключается в неизбежном расходе охлаждающей воды, что увеличивает себестоимость изделий.

Другим недостатком является наличие теплообменника, представляющего собой сложное устройство, в межтрубном пространстве которого перетекает охлаждаемая рабочая жидкость, а внутри труб охлаждающая вода, при этом теплообменник снабжен термодатчиком и электромагнитным клапаном подачи воды, что требует постоянного обслуживания для поддержания подушки в работоспособном состоянии.

Известна также гидропневматическая подушка, в которой охлаждение рабочей жидкости предусмотрено за счет того, что полость встроенного ресивера, в которой сжатый воздух контактирует с рабочей жидкостью и стенками рабочего цилиндра, сообщена через систему пневмоуправления с потребителем, работающим с расходом воздуха.

Недостаток такой подушки заключается в том, что такое устройство подушки не позволяет охладить рабочую жидкость до требуемой температуры из-за малой поверхности контакта сжатого воздуха с рабочей жидкостью и стенками рабочего цилиндра и малого расхода сжатого воздуха, так как задействован только один потребитель с малым расходом воздуха.

Другим недостатком этой подушки следует считать то, что длительный контакт воздуха с рабочей жидкостью под давлением в условиях интенсивного перемешивания приводит к насыщению рабочей жидкости воздухом, что приводит к образованию газомасляной смеси, повышает вспенивание и снижает надежность подушки.

Известна подушка пневматическая с гидравлическим удерживателем, содержащая ползун, силовой пневматический цилиндр в форме двух и более цилиндров с поршнями, смонтированными на общем штоке, воздействующий на ползун, оребренный с наружи резервуар для резервного объема рабочей жидкости, соосный силовому цилиндру гидравлический удерживатель, включающий оребренный снаружи гидравлический цилиндр, поршень со встроенным обратным клапаном, включающим клапан, седло, пружину, втулку, направляющую, при этом поршень со встроенным обратным клапаном смонтированы на общем штоке и делят полость гидравлического цилиндра на штоковую и поршневую, которые при ходе вверх сообщаются между собой через каналы, оребренный трубопровод с вентилем, каналы.

Данная подушка пневматическая с гидравлическим удерживателем, как наиболее близкая по функциональному назначению и большинству конструктивных признаков заявленной подушке пневматической с гидравлическим удерживателем, частично устраняет основные недостатки аналогов, так как охлаждение рабочей жидкости осуществляется естественным образом: путем теплопередачи от рабочей жидкости внутренним поверхностям стенок составных частей подушки, путем теплопроводности внутренних поверхностей к оребренным наружным поверхностям и далее путем конвекции в окружающую среду.

Такая подушка не сложнее аналогов по конструктивному исполнению и не требует расхода охлаждающей воды.

Однако недостаток ее состоит в таком устройстве составных частей подушки, при котором вытесняемый при ходе вверх под давлением и с большой скоростью из штоковой полости поток рабочей жидкости через каналы, оребренный трубопровод с вентилем направляется в поршневую полость, откуда при ходе вниз поступает через встроенный обратный клапан в штоковую полость и только малая часть рабочей жидкости, равная разности объемов штока в штоковой и поршневой полостях на величине хода, вытесняется в резервуар по каналам, связанным требуемой с трубоприводной арматурой, при этом рабочая жидкость омывает стенки оребренного снаружи гидравлического цилиндра, оребренного трубопровода, где и охлаждается; оребренная поверхность резервуара остается не востребованной, так как задействованный в работе поток рабочей жидкости не проходит через резервуар, что при интенсивной работе приводит к перегреву рабочей жидкости, ее вспениванию и снижению надежности подушки.

Указанные недостатки устраняются тем, что в резервуар встроено не менее одного сосуда, выполненного в виде обечайки, полость которой сообщена с системой пневмоуправления, а параллельно гидравлическому цилиндру установлены дополнительный сосуд в виде оребренной снаружи обечайки, полость которой сообщена с полостью резервуара и поршневой полостью гидравлического цилиндра, а со штоковой полостью через полость резервуара и гидравлическую полость управляемого клапана, при этом последняя сообщена с полостью резервуара и штоковой полостью.

Сопоставительный анализ с известными конструктивными решениями в подушках пневматических с гидравлическим удерживателем показывает, что настоящее решение со встроенным в резервуар, заполненный рабочей жидкостью, многократно превышающей маневровый об ем, по меньшей мере, одним сосудом, сообщенным с пневмомагистралью, питающей потребителей, работающих с расходом воздуха за каждый цикл (например, муфта, тормоз, управляемый клапан, средства механизации); с установленным параллельно гидравлическому цилиндру дополнительным сосудом, сообщенным со штоковой и поршневой полостями упомянутого цилиндра; с полостью резервуара, позволяет наиболее оптимально решить устройство составных частей подушки, направляющих при ходе вверх поток рабочей жидкости из штоковой полости гидравлического цилиндра через гидравлическую полость управляемого клапана в полость резервуара, свободную от давления, заполненную рабочей жидкостью в несколько маневровых объемов, где поступившая рабочая жидкость интенсивно перемешивается с находящейся в резервуаре, успокаивается, активно охлаждается за счет постоянного отвода тепла через стенки встроенного в резервуар сосуда циркулирующим сжатым воздухом и через стенки резервуара с развитой оребренной поверхностью, освобождается от газомасляной фракции, появляющейся в результате дросселирования и нагрева (процесс образования упомянутых фракций называется вспениванием), так как газомасляная фракция как более легкая, занимает верхний слой, откуда газ уходит в атмосферу, т.е. происходит естественное самовосстановление свойств рабочей жидкости, утрачиваемых при дросселировании и нагреве за цикл; при ходе вверх самые охлажденные, плотные нижние слои рабочей жидкости под действием собственной массы опускаются в полости дополнительного сосуда вниз, охлаждаются за счет отвода тепла через стенки сосуда и освобождаются от газомасляной фракции, т.е. процесс самовосстановления продолжается и в дополнительном сосуде; подготовленная таким образом рабочая жидкость поступает в поршневую полость, откуда при ходе вниз перетекает в штоковую полость и с началом хода вверх начинается очередной цикл; таким образом в каждый последующий цикл вступает маневровый объем рабочей жидкости, наиболее подготовленной и сформированной из большой массы рабочей жидкости, находящейся в резервуаре, следовательно, резервуар со встроенным одним и более сосудом с развитой поверхностью охлаждения, заполненный большим объемом рабочей жидкости и дополнительный сосуд оправданы.

К существенному признаку подушки пневматической с гидравлическим удерживателем, позволяющим получить упомянутый технический результат, следует отнести встроенный в резервуар с развитой поверхностью охлаждения, заполненный рабочей жидкостью в несколько маневровых объемов, сосуд или более, сообщенный с пневмомагистралью, питающей потребителей, работающих с расходом сжатого воздуха, при этом охлаждение рабочей жидкости достигается за счет отвода тепла циркулирующим в сосуде воздухом и за счет развитой оребренной поверхности резервуара, тогда как в прототипе охлаждающее воздействие резервуара практически не востребовано.

Другим существенным признаком следует считать дополнительный сосуд, оребренный снаружи, установленный параллельно гидравлическому цилиндру и сообщающий штоковую и поршневую полости гидравлического цилиндра через полость резервуара, свободно перетекая из которой, рабочая жидкость дополнительно охлаждается и освобождается от газомасляной смеси.

Не менее существенным признаком следует считать и то, что составные части подушки устроены и расположены так, что вытесняемый под давлением и с большой скоростью поток рабочей жидкости из штоковой полости в управляемом клапане имеет соответствующее функционированию гидравлическое сопротивление (дросселирование); в других составных частях, например резервуаре, дополнительном сосуде, рабочая жидкость интенсивно перемешивается, охлаждается, успокаивается, освобождается от газомасляной примеси - вспенивания, т.е. самовосстанавливается и количественно и качественно отличным (новым) составом в объеме маневрового вступает в последующий цикл.

На фиг. 1 изображен общий вид подушки пневматической с гидравлическим удерживателем; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Подушка пневматическая с гидравлическим удерживателем содержит ползун 1, передающий движение подвижным частям штампа и изделию (на чертеже не показаны), движущийся возвратно-поступательно в столе пресса (на чертеже не показан), силовой пневматический цилиндр в форме двух и более цилиндров 2 с поршнями 3, связанными общим штоком 4, воздействующим на ползун 1, оребренный резервуар 5, в полости 6 которого размещена рабочая жидкость в количестве нескольких маневровых объемов, встроенный в резервуар 5 сосуд или более в виде обечайки 7 с заглушками 8, образующими полость 9, которая через отверстия 10 сообщена с системой пневмоуправления, соосный силовому пневматическому цилиндру гидравлический удерживатель, включающий оребренный гидравлический цилиндр 11, поршень 12 с каналами 13, жестко связанный с общим штоком 4, кольцевую пластину 14 со сквозными отверстиями 15, смонтированную на общем штоке 4 с возможностью осевого перемещения, причем поршень 12 с каналами 13 с совокупности с кольцевой пластиной 14, снабженной отверстиями 15 выполняют функцию обратного клапана и делят полость гидравлического цилиндра 11 на две полости штоковую 16 и поршневую 17; установленный параллельно гидравлическому цилиндру 11 управляемый клапан, включающий гидропневматический цилиндр 18, втулку 19 с каналами 20, плунжер 21 с пневматическим поршнем 22, крышку 23 с отверстием 24, упор 25, регулирующий открытие каналов 20, при этом образованы гидравлическая полость 26 и пневматическая полость 27; несущую плиту 28, снабженную каналами 29 32 и расточкой 33, плиту 34 с расточкой 35 и каналами 36 и 37; установленный параллельно гидравлическому цилиндру 11 дополнительный сосуд, включающий оребренную обечайку 38, кольцевой фланец 39, с уплотнением закрепленный на плите 34, кольцевой фланец 40, с уплотнением смонтированный в расточке 33 плиты 28, при этом образована полость 41.

Подушка пневматическая с гидравлическим удерживателем работает следующим образом.

В исходном положении полости 42 силового пневматического цилиндра заполнены сжатым воздухом требуемого давления, полости 6, 16, 17, 26, 41 и все сообщающие их каналы заполнены рабочей жидкостью.

Ползун 1, шток 4 и связанные с ним части находятся в крайнем верхнем положении, плунжер 21 с пневматическим поршнем 22 находятся в крайнем нижнем положении.

При движении ползуна пресса (на чертеже не показан) вниз с момента взаимодействия верхней части штампа с изделием (на чертеже не показаны) ползун 1, шток 4 и связанные с ним части движутся вместе с ползуном пресса, при этом ползун пресса преодолевает сопротивление ползуна 1, создаваемое давлением воздуха на поршни 3, а кольцевая пластина 14 под напором рабочей жидкости через каналы 13 поршня 12 приподнимается, образуя кольцевую щель, проходное сечение которой самоустанавливается в зависимости от скорости поршня 12, проходного сечения каналов 13, массы пластины 14 и напора свободного столба рабочей жидкости и рабочая жидкость из полости 17 по каналам 13 через упомянутую кольцевую щель, через отверстия 15 и в сторону зеркала цилиндра перетекает в полость 16, заполняя ее.

При недоходе кривошипа пресса (на чертеже не показан) примерно 3^o до крайнего нижнего положения через воздухораспределитель, управляемый командоаппаратом (на чертеже не показаны) в полость 27, через отверстие 24 подается сжатый воздух требуемого давления и плунжер 21 усилием пневматического поршня 22 движется вверх, перекрывая в начале движения каналы 20 и разобщая тем самым полости 16 и 26; к этому моменту поршень 12 приходит в крайнее нижнее положение, в связи с чем перетекание рабочей жидкости из полости 17 в полость 16 мгновенно прекращается и пластина 14 под действием собственной массы опускается на поршень 12, разобщая полости 16 и 17; продолжая движение и преодолевая сопротивление рабочей жидкости, равное усилию силового пневматического цилиндра, плунжер 21 вытесняет требуемый объем рабочей жидкости в полость 16 через каналы 30, 29, создавая в ней давление, достаточное для преодоления сопротивления поршня 12, равного усилию поршней 3 и перемещения поршня 12 и связанных с ним частей ниже крайнего рабочего положения на величину, обеспечивающую компенсацию упругих деформаций составных частей подушки (в том числе и рабочей жидкости, тем более, что наличие газомасляной примеси увеличивает сжимаемость) при мгновенном их нагружении усилием поршней 3 в начале движения ползуна пресса вверх, при этом предотвращается повреждение изделия.

Пройдя крайнее нижнее рабочее положение, ползун пресса движется вверх, а ползун 1 остается в упомянутом положении до тех пор, пока ползун пресса отойдет от крайнего нижнего положения на расстояние, предотвращающее повреждение изделия, после чего воздух из полости 27 сбрасывается и под давлением рабочей жидкости в полости 16 плунжер 21 отходит в крайнее нижнее положение, открывая каналы 20 и рабочая жидкость из полости 16 по каналам 29, 30, 20, через полость 26, каналы 32 перетекает с большой скоростью в полость 6, где интенсивно перемешивается с большой массой рабочей жидкости, активно охлаждается, освобождается от газомасляной примеси, тем временем нижние слои рабочей жидкости самые охлажденные, плотные через канал 31, полость 41, каналы 37, 36, расточку 35 перетекают в освобождающуюся полость 17, при этом рабочая жидкость дополнительно охлаждается и освобождается от газомасляной примеси в полости 41.

С приходом ползуна 1, штока 4 и связанных с ним частей в крайнее верхнее положение подушка снова в исходном положении и готова к последующему циклу.

Использование: обработка металлов давлением, кузнечно-штамповочное машиностроение. Сущность изобретения: подушка пневматическая с гидравлическим удерживателем содержит ползун, силовой пневматический цилиндр, соосно установленный удерживатель. Для резервного объема рабочей жидкости подушка оснащена оребренным резервуаром. В резервуар встроен по меньшей мере один сосуд. Параллельно гидравлическому цилиндру удерживателя установлен дополнительный сосуд в виде оребренной обечайки. Полость дополнительного сосуда сообщена с полостью резервуара и поршневой полостью гидравлического цилиндра. Со штоковой полостью полость дополнительного сосуда сообщена через полость резервуара и гидравлическую полость управляемого клапана. 3 ил.

Подушка пневматическая с гидравлическим удерживателем, содержащая ползун, силовой пневматический цилиндр в форме двух и более цилиндров с поршнями, смонтированными на общем штоке, воздействующем на ползун, соосно установленный удерживатель, включающий оребренный снаружи гидравлический цилиндр, поршень с встроенным обратным клапаном, управляемый клапан в виде пневмогидравлического цилиндра, включающего двухполостной цилиндр, пневматический поршень, плунжер, втулку с каналами, оребренный снаружи резервуар для резервного объема рабочей жидкости, отличающаяся тем, что резервуар снабжен по меньшей мере одним сосудом, выполненным в виде обечайки, полость которой сообщена с системой пневмоуправления, параллельно упомянутому гидравлическому цилиндру установлен дополнительный сосуд, выполненный в виде оребренной снаружи обечайки, полость которой сообщена с полостью резервуара и поршневой полостью гидравлического цилиндра, а со штоковой полостью через полость резервуара и гидравлическую полость управляемого клапана, при этом последняя сообщена с полостью резервуара и штоковой полостью.