ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС Российский патент 2003 года по МПК B30B15/16 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при создании гидропрессов, предназначенных для выполнения технологических операций с изменяющейся по ходу ползуна технологической нагрузкой.

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

Недостатками данной гидросистемы являются:
1. Пониженный КПД пресса, вследствие неполного использования установленной мощности насосов при холостых ходах пресса.

2. Сложность конструкции мультипликатора, вследствие использования пружинного возврата его подвижных элементов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидравлический пресс, содержащий рабочий цилиндр; мультипликатор в виде соосных цилиндров с поршнями различных диаметров; источник питания рабочей жидкости; гидрораспределитель; дополнительный поршневой цилиндр, установленный параллельно мультипликатору; компенсатор расхода жидкости в виде аккумулятора низкого давления; золотник переключения ступеней мультипликации и запорный золотник (а.с. СССР 1133117, 1985, В 30 В 15/16).

Недостатками данного пресса являются:
1. Сложность системы управления прессом, ввиду наличия аккумулятора низкого давления с дополнительной аппаратурой для управления его работой.

2. Сложность конструкции мультипликатора, состоящего из основных и дополнительных цилиндров поршневого типа.

3. Пониженная надежность, ввиду наличия зон разряжения в системе при возвратном ходе рабочего цилиндра.

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

Поставленная цель достигается тем, что гидравлический пресс, содержащий поршневой силовой цилиндр, гидравлический мультипликатор, выполненный в виде двух соосных плунжерных цилиндров высокого и низкого давления, выходной цилиндр высокого давления которого соединен с поршневой рабочей полостью силового цилиндра, насосную станцию, четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, входы которого раздельно соединены соответственно со сливной и напорной магистралями насосной станции, а один из выходов - с возвратной штоковой полостью силового цилиндра, согласно изобретению, снабжен гидравлическим редуктором, выполненным в виде двух соосных плунжерных цилиндров низкого и высокого давления, выходной цилиндр низкого давления которого соединен с рабочей 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 открытый выход дополнительного золотника соединен с входным цилиндром высокого давления редуктора, а закрытый выход - с входным цилиндром низкого давления мультипликатора.

Для повышения надежности системы управления прессом на трубопроводе выходного цилиндра низкого давления редуктора установлен отсечной двухходовой двухпозиционный золотник.

Включение в состав пресса гидравлического редуктора, выполненного в виде двух соосных плунжерных цилиндров низкого и высокого давления, выходной цилиндр низкого давления которого соединен с рабочей полостью силового цилиндра, а также подключение ко второму выходу реверсивного золотника своим входом трехходового двухпозиционного золотника, закрытый выход которого соединен с рабочей полостью силового цилиндра, а к его открытому выходу своим входом подключен дополнительный трехходовой двухпозиционный золотник и соединение открытого выхода дополнительного золотника с входным цилиндром высокого давления редуктора, а закрытого выхода - с входным цилиндром низкого давления мультипликатора, обеспечивает выполнение холостого хода пресса с использованием редуктора, подачу жидкости от насосной станции в рабочую полость силового цилиндра напрямую при одном варианте рабочего хода, использование мультипликатора при втором варианте рабочего хода и возврат подвижных элементов редуктора и мультипликатора в исходное положение при обратном ходе пресса. Использование редуктора при холостом ходе пресса, подача жидкости в рабочую полость силового цилиндра напрямую от насосной станции при одном варианте рабочего хода, использование мультипликатора при другом варианте рабочего хода, предопределяет работу пресса с тремя ступенями давления и скорости, что приближает работу насосов насосной станции к работе идеального насоса, а значит обеспечивает уменьшение установленной мощности насосов и сокращение времени рабочего цикла и, как следствие этого, повышение КПД пресса и его производительности.

Установка отсечного двухходового двухпозиционного золотника на трубопроводе выходного цилиндра низкого давления редуктора обеспечивает при втором варианте рабочего хода пресса защиту элементов системы управления, связанных с входным цилиндром высокого давления редуктора, от повышенного давления, которое, в противном случае, будет действовать, вследствие мультипликаторного эффекта, создаваемого редуктором. Этим повышается надежность системы управления прессом.

Известен гидравлический пресс (патент РФ 2084348, 1997, В 30 В 15/24), в котором содержится отличительный признак заявляемого пресса, а именно силовой блок с двойным редуктором-дозатором. В данном техническом решении двойной редуктор-дозатор, также как и двойной мультипликатор-дозатор, используется в системе управления синхронным движением подвижной траверсы пресса при наличии двух силовых цилиндров и таким образом выполняет две функции при холостом ходе пресса: функции дозатора и функции редуктора. Наличие в прессе двух силовых цилиндров, во избежание перекосов подвижной траверсы, не позволяет подавать жидкость в их рабочие полости напрямую от насосов насосной станции. В итоге пресс работает только с двумя степенями давления, что и реализуется системой управления. Одна ступень обеспечивается редуктором-дозатором, при холостом ходе, и вторая - мультипликатором-дозатором, при рабочем ходе. Работа пресса только с двумя ступенями давления незначительно приближает работу насосов к работе идеального насоса, а значит и незначительно повышает его КПД.

В заявляемом гидравлическом прессе с одним силовым цилиндром и редуктор и мультипликатор используется только по прямому назначению и они обеспечивают две ступени давления. Одновременно системой управления реализована промежуточная ступень давления с подачей жидкости от насосов в рабочую полость силового цилиндра напрямую. В итоге пресс работает с тремя ступенями давления, что позволяет более значительно повысить его КПД.

Гидравлический пресс поясняется чертежом, где показана схема пресса.

Гидравлический пресс содержит поршневой силовой цилиндр 1 с поршневой рабочей полостью 2 и штоковой возвратной полостью 3, насосную станцию 4, гидравлический мультипликатор 5 с входным плунжерным цилиндром 6 низкого давления и с выходным плунжерным цилиндром 7 высокого давления; гидравлический редуктор 8 с входным плунжерным цилиндром 9 высокого давления и с выходным плунжерным цилиндром 10 низкого давления. Выходные цилиндры редуктора и мультипликатора соединены общим трубопроводом и подключены к рабочей полости силового цилиндра, а на трубопроводе выходного цилиндра редуктора установлен отсечной двухходовой двухпозиционный золотник 11 с электромагнитом 12. Плунжеры цилиндров мультипликатора с диаметром d и D (d<D) образуют подвижный блок 13, цилиндры - неподвижный блок 14. Плунжеры цилиндров редуктора с диаметром d₁ и D₁ (d₁<D₁) образуют подвижный блок 15, цилиндры - неподвижный блок 16. Система гидроаппаратов включает четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник 17 с электромагнитами 18 и 19, входы которого раздельно соединены со сливной и с напорной магистралями насосной станции, а один из выходов - трубопроводом 20 с возвратной полостью силового цилиндра. Второй выход реверсивного золотника соединен со входом трехходового двухпозиционного золотника 21 с электромагнитом 22. Закрытый выход этого золотника трубопроводом 23 соединен с рабочей полостью силового цилиндра, а открытый выход - со входом дополнительного трехходового двухпозиционного золотника 24 с электромагнитом 25. Закрытый выход дополнительного золотника соединен с входным цилиндром 6 мультипликатора, а открытый выход - с входным цилиндром 9 редуктора.

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

Холостой ход пресса начинается из исходного положения, при котором поршень силового цилиндра 1 и подвижные блоки редуктора 15 и мультипликатора 13 занимают крайнее нижнее положение (по схеме). Для его осуществления включается электромагнит 18. Реверсивный золотник 17 занимает позицию, при которой входной цилиндр высокого давления 9 редуктора 8 через находящиеся в исходных позициях золотники 21 и 24 соединяется с напорной магистралью насосной станции 4, а трубопровод 20 и возвратная полость 3 силового цилиндра - со сливной. При этом жидкость от насосной станции поступает во входной цилиндр редуктора и перемещает его подвижный блок 15 вверх (по схеме), который вытесняет жидкость из выходного цилиндра низкого давления 10 через находящийся в исходной позиции отсечной золотник 11 в рабочую полость 2 силового цилиндра. Из возвратной полости 3 силового цилиндра жидкость вытесняется по трубопроводу 20 через реверсивный золотник на слив. Движения подвижного блока 13 мультипликатора 5 не будет, поскольку вход в его входной цилиндр низкого давления 6 закрыт золотником 24. 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, которое определяется усилием холостого хода. А именно:
V_х=Q_н/(S_п К_р);
Р_н=Р_х/К_р=R_х/(S_п K_p),
где V_x - скорость холостого хода;
Q_н - подача насосов;
S_п - площадь поршня силового цилиндра;
К_р=d₁ ²/D₁ ²<1 - коэффициент редукции;
Р_н - давление, развиваемое насосами;
Р_х - давление в рабочей полости силового цилиндра при холостом ходе;
R_х - усилие холостого хода.

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

При первом варианте рабочего хода включаются электромагниты 18 и 22. Реверсивный золотник 17 и золотник 21 занимают позиции, при которых жидкость от насосной станции по трубопроводу 23 поступает в рабочую полость 2 силового цилиндра и при движении его поршня вверх (по схеме) вытесняется из возвратной полости 3 по трубопроводу 20 на слив. Подвижные блоки и редуктора и мультипликатора перемещаться не будут, поскольку выходы из их входных цилиндров закрыты соответственно золотниками 21 и 24. По сравнению с холостым ходом происходит снижение скорости поршня силового цилиндра с повышением давления в его рабочей полости. А именно:
V₁=Q_н/S_п;
Р_н=Р₁=R₁/S_п,
где V₁, Р₁, R₁ - соответственно скорость, давление в рабочей полости силового цилиндра, усилие при первом варианте рабочего хода.

При втором варианте рабочего хода включаются электромагниты 18, 25 и 12. Реверсивный золотник 17 и золотник 24 занимают позиции, при которых жидкость от насосной станции, через находящийся в исходной позиции золотник 21, поступает во входной цилиндр низкого давления 6 мультипликатора и перемещает его подвижный блок 13 вверх (по схеме). Происходит вытеснение жидкости из выходного цилиндра высокого давления 7 мультипликатора в рабочую полость силового цилиндра, перемещение его поршня вверх (по схеме) и вытеснение жидкости из возвратной полости 3 по трубопроводу 20 на слив. Золотник 11, поменяв при этом позицию, отсекает редуктор от рабочей полости силового цилиндра, что исключает чрезмерное повышение давления во входном цилиндре 9 редуктора, вследствие мультипликаторного эффекта, создаваемого редуктором. По сравнению с первым вариантом рабочего хода происходит снижение скорости поршня силового цилиндра с повышением давления в его рабочей полости. А именно:
V₂=Q_н/(S_п К_м);
Р_н=Р₂/К_м=R₂/(S_п K_м),
где V₂, P₂, R₂ - соответственно скорость, давление в рабочей полости силового цилиндра и усилие при втором варианте рабочего хода;
К_м=D²/d²>1 - коэффициент мультипликации.

При обратном ходе пресса одновременно с возвратом поршня силового цилиндра в исходное положение предусмотрен также возврат в исходное положение подвижных блоков редуктора и мультипликатора. При этом используется жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра, которая заполняет полости выходных цилиндров редуктора и мультипликатора. И поскольку, после возврата подвижных блоков редуктора и мультипликатора в исходное положение, в рабочей полости силового цилиндра останется рабочая жидкость (эта жидкость поступила от насосов в рабочую полость при первом варианте рабочего хода), то предусмотрен слив этого остатка жидкости напрямую, минуя редуктор и мультипликатор. Таким образом, обратный ход имеет три последовательные стадии. При всех этих трех стадиях поршень силового цилиндра движется в исходное положение (вниз по схеме) и параллельно с этим последовательно происходит: возврат подвижного блока редуктора в исходное положение (1-ая стадия); возврат подвижного блока мультипликатора в исходное положение (2-ая стадия); слив остатков жидкости из рабочей полости силового цилиндра (3-я стадия). Все три стадии обратного хода происходят при включенном электромагните 19. При этом реверсивный золотник занимает позицию, при которой напорная магистраль насосной станции соединяется с трубопроводом 20 и далее с возвратной полостью 3 силового цилиндра, а сливная магистраль - со входом золотника 21. Сразу после включения электромагнита 19 начинается и происходит первая стадия обратного хода. При этом жидкость через реверсивный золотник по трубопроводу 20 поступает от насосной станции в возвратную полость силового цилиндра. Поршень силового цилиндра движется вниз и вытесняет жидкость из рабочей полости 2, которая заполняет входной цилиндр 10 редуктора 8. Подвижный блок 13 редуктора перемещается в исходное положение, вытесняя жидкость из входного цилиндра 9 на слив через золотники 24, 21 и 17. Вторая стадия обратного хода обеспечивается включением электромагнита 25 дополнительно к электромагниту 19. Золотник 24 занимает позицию, при которой входной цилиндр 6 мультипликатора соединяется с открытым выходом золотника 21. В итоге цилиндр 6 соединяется со сливной магистралью через золотники 24, 21 и 17. Теперь жидкость из рабочей полости силового цилиндра поступает в выходной цилиндр 7 мультипликатора, перемещает подвижной блок 13 в исходное положение с вытеснением жидкости из цилиндра 6 на слив. Третья стадия обратного хода обеспечивается включением электромагнита 22 дополнительно к электромагниту 19. Золотник 21 занимает позицию, при которой трубопровод 23 соединяется с реверсивным золотником и далее со сливом. Теперь жидкость из рабочей полости силового цилиндра вытесняется на слив минуя редуктор и мультипликатор.

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

Работа пресса с тремя ступенями давления (Р_х=Р_н•К_р; P₁=Р_н; P₂=Р_н•К_м) позволяет снизить установленную мощность насосов, что повышает КПД пресса. Использование редуктора при холостом ходе пресса повышает скорость холостого хода, сокращает время рабочего цикла и повышает его производительность. Повышение КПД и производительности в совокупности составляют экономическую эффективность данного пресса.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Технический результат - повышение КПД пресса, его производительности и надежности. Гидравлический пресс содержит поршневой силовой цилиндр, насосную станцию, систему распределителей, включающую четырехходовой трехпозиционный реверсивный, двухходовой двухпозиционный и два трехходовых двухпозиционных золотника, мультипликатор и редуктор, выполненные каждый в виде входных и выходных соосных плунжерных цилиндров. Входы реверсивного золотника соединены с насосной станцией, а один из выходов - с возвратной штоковой полостью силового цилиндра. С рабочей поршневой полостью силового цилиндра соединены выходные цилиндры редуктора и мультипликатора и на трубопроводе выходного цилиндра редуктора установлен открытый отсечной золотник. Ко второму выходу реверсивного золотника своим входом подключен основной 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 открытый выход дополнительного золотника соединен с входным цилиндром редуктора, а закрытый выход - с входным цилиндром мультипликатора. Необходимое сочетание позиций золотников обеспечивает рабочий цикл пресса, включающий периоды холостого хода, рабочего хода с двумя ступенями скорости и давления, обратного хода. При холостом ходе жидкость в рабочую полость силового цилиндра подается с использованием редуктора, при рабочем ходе - напрямую от насосной станции и с использованием мультипликатора. При обратном ходе обеспечивается возврат подвижных блоков редуктора и мультипликатора в исходное положение и для заполнения их выходных цилиндров, при этом используется жидкость, вытесняемая из рабочей полости силового цилиндра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидравлический пресс, содержащий поршневой силовой цилиндр, гидравлический мультипликатор, выполненный в виде двух соосных плунжерных цилиндров высокого и низкого давления, выходной цилиндр высокого давления которого соединен с поршневой рабочей полостью силового цилиндра, насосную станцию, четырехходовой трехпозиционный реверсивный золотник, входы которого раздельно соединены соответственно со сливной и напорной магистралями насосной станции, а один из выходов - с возвратной штоковой полостью силового цилиндра, отличающийся тем, что он снабжен гидравлическим редуктором, выполненным в виде двух соосных плунжерных цилиндров низкого и высокого давления, выходной цилиндр низкого давления которого соединен с рабочей 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 открытый выход дополнительного золотника соединен с входным цилиндром высокого давления редуктора, а закрытый выход - с входным цилиндром низкого давления мультипликатора. 2. Гидравлический пресс по п.1, отличающийся тем, что на трубопроводе выходного цилиндра низкого давления редуктора установлен отсечной двухходовой двухпозиционный золотник.