Гидроимпульсный привод вибропресса Советский патент 1991 года по МПК B21J9/06 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкциям гидравлических приводов вибропрессов, и может быть использовано при создании оборудования для прессования порошковых материалов. Известен вибропресс с гидроприводом, состоящий из станины, поперечины - стола, рабочего и возвратных гидроцилиндров, задающего устройства золотника, одноходо- вогоигазогидравлического

гидроаккумуляторов, дросселя, напорной и сливной магистралей.

Недостатки такого вибропресса - схем- ная и конструктивная сложность.

Известен также гидравлический привод вибропресса, содержащий газогидравлический аккумулятор, цикловой гидроаккумулятор, исполнительный гидроцилиндр, напорную гидролинию, генератор импульсов давления, золотник с двумя управляющими полостями и подпружиненным поршнем в одной из них, возвратные цилиндры, поршневую полость исполнительного гидроцилиндра и сливную полость.

Недостатком этого привода является сложность конструктивного исполнения, связанная с применением для возврата вибростола дополнительных гидроцилиндров, функционирующих по принципу гидропружин.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гидроимпульсный привод вибропресса, включающий силовой гидроцилиндр со штоковой и поршневой полостями, содержащий основнойи вспомогательный аккумуляторы, а также генератор импульсов давления, напорную и сливную гидролинии.

Недостатком указанного гидроимпупьс- ного привода является наличие двух аккумуляторов - газогидравлического и циклового, что увеличивает сложность и габариты привода. Кроме того, гидроимпульсный привод с распределительным устройством, построенным из шаровых элементов, не обеспечивает полную разрядку циклового гидроаккумулятора. Экспериментально доказано, что плотность и равноплотность прессуемых изделий из порошковых материалов зависит в большей степени-от энергии импульса, определяемой для аккумулятора гидравлического типа известным соотношением:

Аи 0,5 Др2 Wa ,(1)

где - коэффициент сжимаемости жидкости;

Wa - объем гидроаккумулятора; Др - разность максимального и минимального давлений.

Из формулы (1) ясно, что для получения

больших значений энергии импульса необходимо стремиться к возможно более полной разрядке гидроаккумулятора, до рмин«-0.

Конструкция прототипа не обеспечива ет этого условия, так как исходя из рас

0 четной формулы для давления закрытия Р2 pi-fo4/fi + ki(hi + h2)/f4 (2) следует, что давление закрытия р2 рмин отличается от давления pi рмакс лишь на величину соотношения площади поперечного сече5 ния, перекрываемой шариком fo4, к площади поперечного сечения этого же шарика f4, и, ввиду того, что это соотношение не может быть малым и к тому же компенсируется за счет усилия пружины - составляющей

0 ki(hi + h2) в формуле (2), ясно, что в данном случае нельзя говорить о полной разрядке гидроаккумулятора Кроме того, при желании повысить значение pi рмакс согласно формуле (2) увеличивается и значе5 ние pa, так что определяющее соотношение Ар pi - Р2, входящее в формулу (1), не изменится.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение

0 производительности гидроимпульсного привода вибропресса путем повышения энергии, передаваемой импульсами давления жидкости с заданной частотой, увеличения быстродействия срабатывания

5 запорных элементов основного каскада и уменьшения времени настройки гидроаккумулятора на требуемый объем, соответствующий расчетному значению энергии.

Поставленная цель достигается тем, что

0 в гидроимпульсном приводе вибропресса, содержащем гидроаккумулятор, генератор импульсов давления, сливную и напорную гидролинии,а также силовой гидроцилиндр, включающий корпус с днищем и размещен5 ным в нем плунжером, гидроаккумулятор выполнен в виде установленного на подшипниках в корпусе вала и свинчивающихся с ним правой и левой резьбой двух поршней, образующих в упомянутом корпусе

0 замкнутую полость, а также соединенного с валом через муфту реверсивного электродвигателя, а генератор импульсов давления выполнен в виде смонтированных в корпусе напорнрго и сливного дифференциальных

5 клапанов, состоящих из седла и подпружиненного клапана с центральным и радиаль- ным дроссельным отверстиями, образующими подклапанную, надклапан- ную и кольцевые полости, подпорного клапана, включающего седло с осевым и радиальным отверстиями и подпружиненный элемент с конической и цилиндрической герметизирующими кромками, и напорного золотника с управляющей полостью и размещенными в его канале дросселем, плунжер силового цилиндра выполнен с хвостовиком, а в днище корпуса силового цилиндра выполнены центральное и два боковых сквозных отверстия, при этом хвостовик плунжера силового гидроцилиндра размещен в цилиндрическом гнезде днища корпуса, образуя тормозную полость, при этом напорный дифференциальный клапан соединен своей подклапанной полостью с замкнутой гидравлической полостью гидроаккумулятора и напорной гидролинией, а надклапанной полостью - с полостью силового гидроцилиндра через одно из боковых отверстий в днище последнего и управляющей полостью - через подпорный клапан со сливной гидролинией, а сливной дифференциальный клапан соединен подклапанной полостью с полостью силового гидроцилиндра через второе боковое отверстие в днище, надклапанной полостью - со сливной гидролинией и управляющей полостью - через напорный золотник со сливной гидролинией, а тормозная полость силового гидроцилиндра соединена через центральное отверстие в днище корпуса последнего с управляющей полостью напорного золотника и через дроссель - со сливной магистралью.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что двухкаскад- ные клапаны-пульсаторы применяются в вибрационной технике с целью сочетания высоких (выше 10 МПа) и значительных мгновенных расходов и устанавливаются в напорной линии. Однако ранее неизвестны конструкции гидроимпульсных приводов, в которых распределительный каскад генератора импульсов давления выполнен в виде напорного и сливного дифференциальных клапанов, состоящих из седла и подпружиненного клапана с центральным и радиальным дроссельным отверстиями, образующими подклапанную, надклапан- ную и кольцевую полости, где напорный дифференциальный клапан соединен своей подклапанной полостью с замкнутой гидравлической полостью гидроаккумулятора и напорной гидролинией, надклапанной полостью - с полостью силового гидроцилиндра через одно из боковых отверстий в днище последнего и управляющей полостью-через подпорный клапан со сливной магистралью, а сливной дифференциальный клапан соединен подклапанной полостью с полостью силового гидроцилиндра через второе боковое отверстие в днище, надклапанной полостью - со сливной гид- ролчнией и управляющей полостью - через 5 напорный золотник со сливной гидролинией, а тормозная полость гидроцилиндра соединена через центральное отверстие в днище корпуса гидроцилиндра с управляющей полостью напорного золотника и через

0 дроссель - со сливной гидролинией.

Широко известно также применение винтовой передачи для изменения объема гидроаккумулятора.

Однако применение для этой цели ме5 ханизма, состоящего из установленного на подшипниках в корпусе вала и свинчивающихся с ним правой и левой резьбой двух поршней, образующих в упомянутом корпусе замкнутую гидравлическую полость, а

0 также соединенного с валом через муфту реверсивного электродвигателя, ранее неизвестно.

Применение в конструкциях вибропрессов гидроимпульсного привода с аккумуля5 тором переменного объема, регулируемого взаимным расположением двух поршней, установленных на одном валу, а также установка в распределительном каскаде генератора импульсов давления запорных

0 элементов в виде двух дифференциальных трубчатых клапанов с радиальным дроссельным отверстием, каждый из которых имеет управляющий каскад, позволяет соответственно сократить время настройки гид5 розккумулятора на требуемый объем, соответствующий расчетному значению энергии, а также повысить энергию, передаваемую импульсами давления жидкости, и увеличить частоту колебаний за счет уве0 личения быстродействия срабатывания запорных элементов, что расширяет технологические возможности вибропрессового оборудования и увеличивает его производительность

5На чертеже приведена конструктивная схема гидроимпульсного привода.

Гидроимпульсный привод содержит гидроаккумулятор, генератор импульсов давления и силовой гидроцилиндр,собран0 ные в один блок. Гидроаккумулятор состоит из корпуса 1, внутри которого на валу 2 размещены поршни 3 и 4, свинченные с последним с помощью левой и правой резьбы. С торцов корпус 1 закрыт крышками 5

5 и 6 с установленными в них стопорными винтами 7 и 8. В крышке 5 размещен также подшипник 9, служащий опорой вала 2. Подшипник 9 фиксируется на валу 2 с помощью гайки 10. Выходной конец вала 2 через муфту 11 соединен с реверсивным электродвигателем 12. На корпусе 1 гидроаккумулятора размещен генератор импульсов давления, состоящий из корпуса 13, в расточках которого размещены гильзы 14 и 15, седла 16 и 17, дифференциальные клапаны 18 и 19, размещенные внутри гильз 14 и 15 соответственно, нормально прижаты к седлам 16 и 17 с помощью пружин 20 и 21, расположенных одним концом в расточках клапанов 18 и 19, а другим упирающихся в стенки 22 и 23 корпуса 13, причем клапан 18 размещен в напорной гидролинии 24, а клапан 19 - в сливной гидролинии 25. Внутри гильз 14 и 15 расположены также направляющие втулки 26 и 27 , по внутренней поверхности которых центрируются хвостовика клапанов 18 и 19. Дифференциальные клапаны 18 и 19 имеют осевую расточку и радиальное дроссельное отверстие, так что жидкость может свободно поступать через них в кольцевую полость, В другой расточке корпуса 13 генератора импульсов давления размещен подпорный клапан, подседельная полость которого гидравлически -вязана через расточку в корпусе 13 и канал в клапане 18 с полостью гидроаккумулятора, Подпорный клапан состоит из седла 28, внутри которого находится ступенчатый элемент 29, имеющий расточку для размещения пружины 30, а также коническую и цилиндрическую герметизирующие кромки, Другой конец пружины 30 упирается в установочный винт 31, размещенный в крышке 32. Через расточку в корпусе седла 28 и канал в корпусе 13 подпорный клапан соединен со сливом. В расточке корпуса 13 расположен напорный золотник 33, поджатый пружиной 34. В золотнике 33 имеется Т-образный канал, в котором имеется дроссель 35. К корпусу 13 генератора импульсов давления с-помощью полуколец 36 и 37 крепится корпус 38 силового гидроцилиндра, с плунжером 39 которого жестко связан рабочий стол 40. Полость силового гидроцилиндра гидравлически связана с напорной гидролинией 24, перекрываемой клапаном 18, а также со сливной гидролинией 25, перекрываемой клапаном 19, В хвостовой части плунжера 39 имеются продольные канавки 41, сообщающие подплунжерную полость силового гидроцилиндра с объемом 42,образованным цилиндрическим гнездом в днище корпуса 38 гидроцилиндра и хвостовой частью плунжера 39 (тормозной полостью).

Тормозная полость 42 связана через центральное отверстие в днище корпуса 38, канал в корпусе 13 со сливом, через Т-образный канал с дросселем 35 в золотнике 33 с управляющей полостью золотника 33, В р абочем столе 40 и гильзе силового гидроци- ликдра 38 установлены направляющие 43 пружин 44 возврата.

Гидроимпульсный привод работает

следующим образом.

В исходном состоянии дифференциальные клапаны 18 и 19 поджаты к седлам 16 и 17, ступенчатый элемент 29 находится в крайнем правом положении под действием

0 усилия со стороны пружины 30, а золотник 33 в крайнем левом положении под действием усилия со стороны пружины 34. Плунжер 39 с рабочим столом 40 находится в нижнем положении,

5 При подаче рабочей жидкости от гидронасоса (не показан) в полость гидроаккумулятора давление в последнем возрастает, Причем объем гидроаккумулятора устанавливается на любую требуемую величину в

0 пределах хода поршней 3, 4. Установка необходимого объема гидроаккумулятора осуществляется вращением вала 2, имеющего на концах левую и правую резьбу, так что, вращаясь, вал вынуждает поршни 3, 4, ли5 шенные возможности вращаться стопорными винтами 7, 8, двигаться либо навстречу друг другу (уменьшение объема гидроаккумупятора), либо в противоположных направлениях (увеличение объема гид0 роаккумулятсра) в зависимости от направления вращения вала 2.

Рабочая жидкость чз гидроаккумулятора через канал в корпусе 13, через осевой канал в клапане 18, радиальный канал и

5 кольцевую расточку в нем поступает в отверстие седла 28 и воздействует давлением на элемент 29.

При достижении давления, создающего осевое усилие на элемент 29, превышающее

0 усилие пружины, происходит перемещение элемента 29 влево. Перемещение элемента 29 происходит скачкообразно, так как при страгивании его резко возрастает площадь, она которую воздействует рабочая жидкость

5 - с площади fi клапана до тз золотника, соответственно осевая сила, заставляющая элемент 29 перемещаться влево, скачкообразно возрастает в n fa/fi раз. После перемещения элемента 29 влево полость

0 гидроаккумулятора через каналы в корпусе 13, осевое и радиальное отверстие в клапане 18, через радиальное и осевое отверстие в седле 28 оказывается непосредственно соединенной со сливом. Вследствие того,

5 что соединение происходит практически мгновенно, давление в кольцевой полости клапана 18, создававшее усилие дополнительно к усилию пружины 20, прижимавшее дифференциальный клапан 18 к седлу 16, резко падает. Одного усилия пружины 20

оказывается недостаточно, чтобы противодействовать усилию сдвига влево, происходит разгерметизация клапана 18 и перемещение его влево.

При этом пружина 20 сжимается, кла- пан 18 перекрывает сообщение напорной линии 24 с полостью седла 28 элемента 29 и сообщает ее с подплунжерной полостью силового гидроцилиндра. Элемент 29 под воздействием усилия со стороны пружины 30 возвращается в исходное положение. Давление в подплунжерной полости силового гидроцилиндра резко возрастает и плунжер 39 с рабочим столом 40 перемещается вверх, сжимая пружины возврата. Вследствие-быстрого перемещения плунжера 39 вверх происходит увеличение объема, заполняемого рабочей жидкостью, из-за чего давление во всех полостях гидроимпульсного привода падает. Клапан 18 под действием пружины 20 возвращается в исходное положение. Под действием усилия со стороны пружин возврата и силы тяжести плунжер 39 перемещается вниз. При этом хвостовик плунжера 39 из полости 42 в днище корпуса 38 начинает вытеснять рабочую жидкость через каналы в нем и корпусе 13 к дросселю 35 и клапану 19. Вследствие перепада давления на дросселе 35 возникает осевое усилие, вынуждающее золотник 33 перемещаться вправо, сжимая пружину 34, при этом Т-образный канал в золотнике 33 оказывается сообщенным с каналом в корпусе 13, гидравлически связанным с кольцевой полостью дифферен- циального клапана 19. С этим же объемом через осевой и радиальный каналы в клапане 19 связана подплунжерная полость гидроцилиндра и до момента перемещения золотника 33 давление рабочей жидкости в этом объеме повышалось вследствие сжатия (уменьшения объема) последней при опускании плунжера 39.

При перемещении золотника 33 вправо происходит резкое падение давления коль- цевой полости клапана 19 вследствие соединения его через Т-образный канал и рабочую полость, золотника 33 со сливом, при этом клапан 19 разгерметизируется аналогично клапану 18. Усилие страгивания клапана 19 превышает усилие затяжки пружины. Клапан 19 перемещается вправо, сжимая пружину 21, перекрывает сообщение своего осевого канала через полость золотника 33 со сливом и открывает слив- ную гидролинию 25, сообщая с ней под- плунжерную полость силового гидроцилиндра. Через сливную гидролинию достаточного диаметра происходит практически мгновенный слив рабочей жидкости из подплунжерной полости. После этого под действием прухины 21 клапан 19 возвращается в исходное положение, так же как и золотник 33 под действием усилия пружины 34, плунжер 39 с рабочим столом 40 занимают крайнее нижнее положение. Давление рабочей жидкости в гидроаккумуляторе вновь начинает возрастать, и цикл работы гидроимпульсного привода повторяется,

Давление открытия генератора импульсов давления может быть определено по .формуле

pi ki-hoi/fi,(3)

где ki, hoi - жесткость и предварительная деформация пружины 30;

ft - площадь поперечного сечения клапана-золотника по герметизирующей фаске.

Давление закрытия генераторов импульсов давления ра определяется из условия

pa-fa p2-f3 + k2(ho2 + h2) (4).Следовательно, р2 k2(ho2 + h2)/(f2 - fa) (5)

где f2 - площадь сечения клапана 18;

fa - площадь сечения клапана со стороны пружины 20;

k2, ho2, П2 жесткость, предварительная и рабочая деформация пружины 20.

Из формулы (5) видно, что, выбрав достаточно мягкую пружину, при небольшой рабочей деформации ее можно добиться практически полной разрядки гидроаккумулятора, а значит большего значения разности Др pi - p2, что приведет к увеличению энергии импульса по сравнению с конструкцией-прототипом согласно формуле (1). Момент открытия клапана в сливной гидролинии определяется из условия срабатывания золотника 33, которое можно записать в виде

или

рз-fa ka(ho3 + h3) (6) (ho3 + h3)/f3,(7)

где рз - давление на торцовую площадь золотника 33, возникающее вследствие перепада давлений на дросселе 35 ( Др рз), так как дроссель 35 непосредственно соединен со сливом;

тз - площадь, сечение золотника 33, на которую воздействует давление рЗ;

ks, поз, пз -жесткость, предварительная и рабочая деформации пружины 34.

При выполнении условия (7) кл.зпан срабатывает, причем жесткость пружины выбирается из условия

Р2 f4 5: k4 ho4 (8)

или

i

k4 Р2 Т4/П04, (9)

где pa - давление закрытия;

f4 - площадь сечения клапана по герметизирующей фаске;

, по4 - жесткость и предварительная деформация пружины.

Анализируя зависимости (7) и (9) можно сделать вывод, что, подобрав соответственно параметры дросселя и пружин 34 и 20, можно обеспечить значительное быстродействие срабатывания клапана 19, уменьшая время слива по сравнению с прототипом, а значит и увеличивая частоту колебаний, определяемую по известной зависимости;

f4 (txB/t-tB + to), (10)

где f, Т - частота и период колебаний плунжера;

tx.a. - время хода плунжера вверх;

т.в - время хода плунжера вниз;

to - время паузы (выстоя) в нижнем положении за счет уменьшения составляющей te.

Формула изобретения

Гидроимпульсный привод вибропресса, содержащий гидроаккумулятор, генератор импульсов давления, гидропривод со сливной и напорной гидролиниями, а также силовой гидроцилиндр, включающий корпусе днищем и размещенным в нем плунжерор, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и увеличения производительности путем повышения энергии удара, быстродействия срабатывания и уменьшения времени настройки, гидроаккумулятор выполнен в виде установленного на подшипниках в корпусе вала и свинчивающихся с ним правой и левой резьбами двух порш0

5

0

ъ

0

и

ней, образующих в упомянутом корпусе замкнутую гидравлическую полость, а также соединенного с валом через муфту реверсивного электродвигателя, генератор импульсов давления выполнен в виде смонтированных в корпусе напорного.и сливного дифференциальных клапанов, состоящих из седла и подпружиненного клапана с центральным и радиальными дроссельными отверстиями, образующими подклапанную, надклапанную и кольцевую полости, подпорного клапана, включающего седло с осевым и радиальным отверстиями и подпружиненный элемент с конической и цилиндрической герметизирующими кромками, и напорного золотника с управляющей полостью и размещенным в его канале дросселем, плунжер силового гидроцилиндра выполнен с хвостовиком, а в днище корпуса силового гидроцилиндра выполнено цилиндрическое гнездо с центральным сквозным отверстием и два боковых сквозных отверстия, при этом хвостовик плунжера силового, гидроцилиндра размещен в цилиндрическом гнезде днища корпуса, образуя тормозную полость, напорный дифференциальный клапан соединен своей подклапанной полостью с замкнутой гидравлической полостью гмдроаккумулятора и напорной магистралью гидропривода, надклапанной полостью - с полостью силового гмдроци- линдра через одно из боковых отверстий и кольцевой полостью-через подпорный клапан со сливной гидролинией, сливной дмф- ференциальный кпапан соединен подклапанной полостью с полостью смлово- го гидроцилиндоачерез второе боковое отверстие, надклананной полостью - со сливной гмдролмнией и кольцевой полостью - через напорный золотник со сливной гидролинией, а ториозная полость гидроцилмн- дра соединена через центральное отверстие корпуса с управляющей полостью напорного золотника и через дроссель - со сливной гидрол нией.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к вибропрессам. Цель - расширение технологических возможностей и повышение производительности,В гидроимпульсном приводе вибропресса гидроаккумуляW 4/ & 29 31 / тор выполнен в виде двух поршнейЗД свинчивающихся правой и левой резьбами с поворотным валом 2 и образующихся в корпусе 1 замкнутую гидравлическую полость, которая через напорный дифференциальный клапан 18 и подпорный клапан генератора импульса давления соединена с полостью силового гидроцилиндра. Слив жидкости из полости силового гидроцилиндра при его возвратном ходе осуществляется через сливной дифференциальный клапан 19 генератора импульсов давления и напорный золотник 33. Изобретение позволяет снизить время настройки рабочего объема гидроаккумулятора и повысить частоту импульсов давления. 1 ил П (Л С о ю XJ ю Qs о