Гидропривод подвижной траверсы вертикального пресса
Изобретение относится к прессовому оборудованию. Гидропривод содержит рабочие и возвратные гидроцилиндры, гидрораспределители управления этими гидроцилиндрами, напорную гидролинию, соединенную с источником гидравлического питания, сливную гидролинию, соединенную с гидробаком, находящимся под атмосферным давлением, и дополнительные гидроцилиндры. Выходные звенья всех гидроцилиндров соединены с подвижной траверсой. Дополнительные гидроцилиндры установлены встречно по отношению к рабочим гидроцилиндрам. Рабочие полости дополнительных гидроцилиндров соединены между собой и посредством первого и второго дополнительных двухлинейных двухпозиционных управляемых клапанов соединены с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров и со сливной гидролинией. Посредством третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана рабочие полости возвратных гидроцилиндров соединены с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров. Между сливным каналом гидрораспределителя рабочих гидроцилиндров и сливной гидролинией установлен подпорный обратный клапан. В результате исключается необходимость согласования перемещений подвижной траверсы пресса и выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров, что позволяет упростить управление гидроприводом. 1 ил.
Изобретение относится к области прессового оборудования, а именно: к управляющим устройствам для гидравлических прессов, - и может быть использовано при создании новых и модернизации существующих гидравлических приводов подвижной траверсы, например, ковочных и штамповочных вертикальных прессов.
Известен гидропривод подвижной траверсы вертикального пресса, содержащий рабочие и возвратные гидроцилиндры, рабочие полости которых соединены с исполнительными каналами соответствующих гидрораспределителей управления этими гидроцилиндрами, напорную гидролинию, соединенную с источником гидравлического питания и с напорными каналами гидрораспределителей управления рабочими и возвратными гидроцилиндрами, сливную гидролинию, соединенную с гидробаком, находящимся под атмосферным давлением, и устройство наполнения рабочей жидкостью рабочих полостей рабочих гидроцилиндров при выполнении холостого хода подвижной траверсы вниз, состоящее из клапана наполнения и бака наполнения, укомплектованного напорными клапанами [1].
Бак наполнения в данном случае представляет собой пневмогидравлический аккумулятор низкого давления (обычно 0,6…1,0 МПа по избыточной шкале измерения), максимальное значение давления в котором ограничивается посредством газовых и жидкостных напорных клапанов. В период холостого хода подвижной траверсы вниз рабочие полости рабочих гидроцилиндров посредством клапана наполнения соединяются с полостью бака наполнения, и рабочая жидкость из бака наполнения при большом расходе поступает в рабочие гидроцилиндры, обеспечивая на указанном этапе работы пресса движение траверсы с повышенной скоростью. В результате исключается необходимость использования в гидросистеме пресса насосов с большой подачей. При обратном ходе подвижной траверсы рабочая жидкость из рабочих гидроцилиндров через принудительно открываемый клапан наполнения вытесняется в бак наполнения. Излишек рабочей жидкости, поступающей в бак наполнения из рабочих гидроцилиндров (и обусловленный подачей в рабочие гидроцилиндры дополнительного объема жидкости во время выполнения подвижной траверсой рабочего хода) сливается в гидробак гидросистемы пресса, находящийся под атмосферным давлением, через один из напорных клапанов, которыми оснащен бак наполнения.
Недостатком рассмотренного гидропривода является наличие в его составе бака наполнения, находящегося под манометрическим давлением. Этот бак, как правило, имеет большие габариты, массу и стоимость, относится к сосудам высокого давления и представляет повышенную опасность для обслуживающего персонала и окружающих.
У вертикальных прессов холостой ход подвижной траверсы вниз (ее «свободное» опускание) в значительной степени происходит под действием силы тяжести траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса (например, плунжеров рабочих гидроцилиндров и закрепленной на траверсе штамповой оснастки). При этом существенная часть потенциальной энергии подвижной траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса преобразуется в тепловую энергию при протекании рабочей жидкости, вытесняемой из рабочих полостей возвратных гидроцилиндров, в гидробак через сливной клапан гидрораспределителя указанных гидроцилиндров и, таким образом, не используется для совершения полезной работы.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является принятый в качестве прототипа гидропривод подвижной траверсы вертикального пресса, содержащий рабочие и возвратные гидроцилиндры, рабочие полости которых соединены с исполнительными каналами соответствующих гидрораспределителей управления этими гидроцилиндрами, напорную гидролинию, соединенную с источником гидравлического питания и с напорными каналами гидрораспределителей управления рабочими и возвратными гидроцилиндрами, сливную гидролинию, соединенную с гидробаком, находящимся под атмосферным давлением, и сливными каналами гидрораспределителей управления рабочими и возвратными гидроцилиндрами, и устройство наполнения рабочей жидкостью рабочих полостей рабочих гидроцилиндров при выполнении холостого хода подвижной траверсы вниз, состоящее из дополнительных гидроцилиндров, первого и второго дополнительных двухлинейных двухпозиционных управляемых клапанов для соединения рабочих полостей дополнительных гидроцилиндров соответственно с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров и сливной гидролинией и третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана, один из каналов которого соединен с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров [2, рис. 3].
В данном гидроприводе дополнительные гидроцилиндры выполнены с различными значениями эффективной площади выходных звеньев (поршней) и объединены в поступательный гидропреобразователь, поскольку их выходные звенья соединены между собой. При этом рабочая полость дополнительного гидроцилиндра, имеющего большую эффективную площадь выходного звена, посредством первого дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединена с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров, а рабочая полость дополнительного гидроцилиндра, имеющего меньшую эффективную площадь выходного звена, посредством второго дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединена со сливной гидролинией и посредством третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана - с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров. Благодаря такому исполнению гидропривода при холостом ходе подвижной траверсы пресса вниз рабочая жидкость из рабочих полостей возвратных гидроцилиндров под действием силы тяжести траверсы и движущихся вместе с ней частей пресса вытесняется через открытое проходное сечение третьего двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана в рабочую полость дополнительного гидроцилиндра, имеющего меньшую эффективную площадь выходного звена, вызывая его перемещение, и, как следствие, вытеснение рабочей жидкости при повышенном расходе из рабочей полости дополнительного гидроцилиндра, имеющего большую эффективную площадь выходного звена, через открытое проходное сечение первого двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана в рабочие полости рабочих гидроцилиндров. В результате, часть потенциальной энергии поднятой траверсы при ее холостом ходе вниз используется для наполнения полостей рабочих гидроцилиндров рабочей жидкостью без использования в гидросистеме пресса бака наполнения.
Для нормальной работы известного гидропривода необходимо, чтобы изменение ΔVс.дц суммарного объема рабочих полостей дополнительных гидроцилиндров с некоторым запасом ΔVзап было равно изменению суммарного объема ΔVс.рц рабочих полостей рабочих гидроцилиндров и суммарного объема ΔVс.вц возвратных гидроцилиндров при перемещении подвижной траверсы пресса из одного ее крайнего положения в другое, т.е. должно быть:
Необходимо также, чтобы при нижнем положении подвижной траверсы пресса и, соответственно, максимальном объеме рабочих полостей рабочих гидроцилиндров, объем рабочей полости дополнительного гидроцилиндра, имеющего большую эффективную площадь выходного звена, был минимальным, а при верхнем положении подвижной траверсы наоборот. В процессе работы пресса, оборудованного рассматриваемым гидроприводом, это условие автоматически не обеспечивается и постоянно нарушается. В связи с этим при эксплуатации пресса периодически возникает необходимость в согласовании положений подвижной траверсы и выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров, что является существенным недостатком гидропривода, поскольку затрудняет управление прессом и влечет за собой потери рабочего времени пресса и, как следствие, снижение его производительности.
Технической задачей, решаемой изобретением, является упрощение управления гидроприводом подвижной траверсы вертикального пресса путем обеспечения абсолютной синхронности перемещений подвижной траверсы пресса и выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров, используемых для наполнения рабочей жидкостью рабочих полостей рабочих гидроцилиндров в период холостого хода подвижной траверсы вниз.
Другой задачей, решаемой изобретением, является снижение необходимой суммарной вместимости дополнительных гидроцилиндров.
Для решения поставленной задачи в известном гидроприводе подвижной траверсы вертикального пресса, содержащем рабочие и возвратные гидроцилиндры, рабочие полости которых соединены с исполнительными каналами соответствующих гидрораспределителей управления этими гидроцилиндрами, напорную гидролинию, соединенную с источником гидравлического питания и с напорными каналами гидрораспределителей управления рабочими и возвратными гидроцилиндрами, сливную гидролинию, соединенную с гидробаком, находящимся под атмосферным давлением, и сливными каналами гидрораспределителей управления рабочими и возвратными гидроцилиндрами, и устройство наполнения рабочей жидкостью рабочих полостей рабочих гидроцилиндров при выполнении холостого хода подвижной траверсы вниз, состоящее из дополнительных гидроцилиндров, первого и второго дополнительных двухлинейных двухпозиционных управляемых клапанов для соединения рабочих полостей дополнительных гидроцилиндров соответственно с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров и сливной гидролинией и третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана, один из каналов которого соединен с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров, согласно изобретению дополнительные гидроцилиндры установлены встречно по отношению к рабочим гидроцилиндрам пресса, их выходные звенья соединены с подвижной траверсой пресса, рабочие полости дополнительных гидроцилиндров соединены между собой, второй канал третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров, при этом суммарная эффективная площадь выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров с заданным запасом равна суммарной эффективной площади выходных звеньев рабочих гидроцилиндров за вычетом суммарной эффективной площади выходных звеньев возвратных гидроцилиндров, а между сливным каналом гидрораспределителя рабочих гидроцилиндров и сливной гидролинией установлен подпорный обратный клапан.
Совокупность признаков предлагаемого гидропривода, состоящая в том, дополнительные гидроцилиндры установлены встречно по отношению к рабочим гидроцилиндрам пресса, их выходные звенья соединены с подвижной траверсой пресса, рабочие полости дополнительных гидроцилиндров соединены между собой, второй канал третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров, при этом суммарная эффективная площадь выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров с заданным запасом равна суммарной эффективной площади выходных звеньев рабочих гидроцилиндров за вычетом суммарной эффективной площади выходных звеньев возвратных гидроцилиндров, а между сливным каналом гидрораспределителя рабочих гидроцилиндров и сливной гидролинией установлен подпорный обратный клапан, позволяет упростить управление гидроприводом подвижной траверсы вертикального пресса, благодаря исключению необходимости в согласовании перемещений подвижной траверсы пресса и выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров, и уменьшить необходимую суммарную вместимость дополнительных гидроцилиндров при гарантированном обеспечении качественного наполнения рабочих полостей рабочих гидроцилиндров рабочей жидкостью во время холостого хода подвижной траверсы вниз.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная гидравлическая схема гидропривода подвижной траверсы вертикального пресса.
Гидропривод подвижной траверсы пресса содержит рабочие гидроцилиндры 1, 2, возвратные гидроцилиндры 3, 4, гидрораспределители 5, 6 управления соответственно рабочими 1, 2 и возвратными 3, 4 гидроцилиндрами, напорную гидролинию 7, соединенную с напорным каналом источника гидравлического питания (насосной или насосно-аккумуляторной установки) 8, сливную гидролинию 9, соединенную с гидробаком 10, находящимся под атмосферным давлением, и дополнительные гидроцилиндры 11, 12.
Дополнительные гидроцилиндры 11, 12, как и возвратные гидроцилиндры 3, 4, установлены встречно по отношению к рабочим гидроцилиндрам 1, 2.
Выходные звенья (в представленном на чертеже случае: плунжеры) гидроцилиндров 1, 2, 3, 4, 11, 12 соединены с подвижной траверсой 13 пресса и все имеют ход, равный ходу Н траверсы 13. Положению траверсы 13, при котором объем рабочих полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2 является максимальным, соответствует минимальный объем рабочих полостей возвратных 3, 4 и дополнительных 11, 12 гидроцилиндров и наоборот.
Соединение выходных звеньев (плунжеров) дополнительных гидроцилиндров 11, 12 с траверсой 13 обеспечивает полную синхронность их перемещений и исключает необходимость в проведении каких-либо дополнительных операций для согласования положений выходных звеньев гидроцилиндров 11, 12 и траверсы 13.
В состав гидрораспределителя 5 входят напорный 14 и разгрузочно-сливной 15 клапаны. Рабочие полости гидроцилиндров 1, 2 соединены между собой и посредством напорного клапана 14 с напорной гидролинией 7, а посредством разгрузочно-сливного клапана 15 и установленного на его выходе подпорного обратного клапана 16 - со сливной гидролинией 9. Подпорный обратный клапан 16 предназначен для исключения уменьшения давления в рабочих полостях рабочих гидроцилиндров 1, 2 ниже значения, определяемого усилием предварительного поджатая пружины данного клапана.
В состав гидрораспределителя 6 входят напорный 17 и сливной 18 клапаны. Рабочие полости возвратных гидроцилиндров 3, 4 соединены между собой и посредством напорного клапана 17 с напорной гидролинией 7, а посредством сливного клапана 18 - со сливной гидролинией 9.
Рабочие полости дополнительных гидроцилиндров 11, 12 соединены между собой, посредством первого дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана 19 соединены с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров 1, 2 и посредством второго дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана 20 - со сливной гидролинией 9.
Посредством третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана 21 рабочие полости возвратных гидроцилиндров 3, 4 соединены с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров 1, 2.
Суммарная эффективная площадь Ас.дц выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров 11, 12 с заданным запасом ΔАзап равна суммарной эффективной площади Ас.рц выходных звеньев рабочих гидроцилиндров 1, 2 за вычетом суммарной эффективной площади Ас.вц выходных звеньев возвратных гидроцилиндров 3, 4, т.е.:
При этом изменение ΔVс.дц суммарного объема рабочих полостей дополнительных гидроцилиндров 11, 12 при перемещении подвижной траверсы 13 из одного ее крайнего положения в другое составляет:
где 
Указанное значение ΔVс.дц изменения суммарного объема рабочих полостей дополнительных гидроцилиндров при прочих равных условиях меньше, чем соответствующее значение для прототипа (см. выше), на величину 2⋅ΔVс.вц, что при реализации предлагаемого технического решения предопределяет возможность снижения необходимой суммарной вместимости и, соответственно, габаритов и стоимости дополнительных гидроцилиндров.
Величина ΔАзап выбирается из условия обеспечения гарантированного движения рабочей жидкости через подпорный обратный клапан 16 как при холостом ходе вниз подвижной траверсы 13, так и при ее подъеме.
Гидропривод подвижной траверсы вертикального пресса работает следующим образом.
В исходном состоянии гидропривода проходные сечения клапанов 14, 17, 18, 20, 21 закрыты, а клапанов 15, 19 открыты. При этом рабочие полости возвратных гидроцилиндров 3, 4 заперты и подвижная траверса 13 находится в фиксированном положении.
Для осуществления холостого хода подвижной траверсы 13 вниз производится открытие проходного сечения третьего дополнительного клапана 21.
Под действием силы тяжести траверса 13 перемещается вниз со скоростью vx.x, которая при прочих равных условиях определяется, главным образом, степенью открытия проходного сечения третьего дополнительного клапана 21. При этом рабочая жидкость из рабочих полостей возвратных гидроцилиндров 3, 4 через открытое проходное сечение клапана 21 и из рабочих полостей дополнительных гидроцилиндров 11, 12 через открытое проходное сечение клапана 19 вытесняется в рабочие полости рабочих гидроцилиндров 1, 2 при суммарном расходе Qрц=Ас.рцvх.x, а через открытое проходное сечение клапана 15, подпорный обратный клапан 16, сливную гидролинию 9 поступает в гидробак 10 при расходе (без учета утечек и перетечек рабочей жидкости):
С учетом того, что: 
(см. выше) - расход рабочей жидкости в гидробак 10 через подпорный обратный клапан 16 составляет: 
Благодаря протеканию рабочей жидкости через клапан 16, во время холостого хода подвижной траверсы вниз в рабочих полостях рабочих гидроцилиндров 1, 2 поддерживается гарантированное манометрическое давление, определяемое усилием предварительного поджатая пружины данного клапана, и, соответственно, обеспечивается качественное наполнение рабочих полостей рабочих гидроцилиндров рабочей жидкостью.
Рабочий ход подвижной траверсы осуществляется при закрытых проходных сечениях клапанов 15, 17, 19 и 21 и открытых проходных сечениях клапанов 14, 18 и 20. Рабочая жидкость от источника гидравлического питания (насосной или насосно-аккумуляторной установки) 8 по напорной гидролинии 7 через открытое проходное сечение напорного клапана 14 поступает в рабочие полости рабочих гидроцилиндров 1, 2, вызывая перемещение их выходных звеньев (плунжеров) и соединенной с ними траверсы 13. При этом из рабочих полостей возвратных гидроцилиндров 3, 4 через полностью открытое проходное сечение сливного клапана 18 и из рабочих полостей дополнительных гидроцилиндров 11, 12 через полностью открытое проходное сечение второго дополнительного клапана 20 рабочая жидкость вытесняется в сливную гидролинию 9 и по ней поступает в гидробак 10.
По окончании рабочего хода траверсы 13 жидкость в рабочих полостях рабочих гидроцилиндров 1, 2 обладает большой потенциальной энергией за счет упругой деформации собственно жидкости и металлических частей пресса. В связи с этим после завершения рабочего хода траверсы 13 производятся: закрытие проходных сечений клапанов 14, 18, 20 и открытие проходного сечения разгрузочно-сливного клапана 15. В результате, жидкость из рабочих полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2, вследствие своего расширения и уменьшения напряжений в металлических частях пресса, поступает через открытое проходное сечение клапана 15 и далее по сливной гидролинии 9 в гидробак 10 (происходит разгрузка рабочих гидроцилиндров от высокого давления). После снижения давления в рабочих полостях рабочих гидроцилиндров 1, 2 до установленного минимального значения открывается проходное сечение первого дополнительного клапана 19, в результате чего все клапаны 14, 15, 17, …, 21 оказываются в исходном состоянии, соответствующем зафиксированному положению траверсы.
Для осуществления обратного хода (подъема) подвижной траверсы 13 пресса производится открытие проходного сечения напорного клапана 17. Рабочая жидкость от источника гидравлического питания 8 по напорной гидролинии 7 через открытое проходное сечение напорного клапана 17 поступает в рабочие полости возвратных гидроцилиндров 3, 4, вызывая перемещение их выходных звеньев (плунжеров) и соединенной с ними траверсы 13 со скоростью vпод. При этом из рабочих полостей рабочих гидроцилиндров 1, 2 через открытое проходное сечение клапана 19 рабочая жидкость при расходе 
вытесняется в рабочие полости дополнительных гидроцилиндров 11, 12 и через открытое проходное сечение клапана 15, подпорный обратный клапан 16, сливную гидролинию 9 поступает в гидробак 10 при расходе (без учета утечек и перетечек рабочей жидкости):
С учетом того, что: 
(см. выше) - расход рабочей жидкости в гидробак 10 через подпорный обратный клапан 16 составляет: 
(как отмечалось выше: 
Благодаря протеканию рабочей жидкости через клапан 16, при подъеме подвижной траверсы в рабочих полостях рабочих 1, 2 и дополнительных 11, 12 гидроцилиндров поддерживается гарантированное манометрическое давление, определяемое усилием предварительного поджатая пружины данного клапана.
Остановка подвижной траверсы 13 при выполнении ею обратного хода производится путем закрытия проходного сечения напорного клапана 17.
Как следует из вышеприведенного описания устройства и работы, предлагаемое техническое решение упрощает управление гидроприводом подвижной траверсы вертикального пресса, благодаря исключению необходимости в согласовании перемещений подвижной траверсы пресса и выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров, и уменьшает необходимую суммарную вместимость дополнительных гидроцилиндров при гарантированном обеспечении качественного наполнения рабочих полостей рабочих гидроцилиндров рабочей жидкостью во время холостого хода подвижной траверсы вниз.
Источники информации
1. Корнилов В.В., Синицкий В.М. Гидропривод в кузнечно-штпмповочном оборудовании: Учебное пособие для вузов / Под ред. Н.В. Пасечника. М.: Машиностроение, 2002. - 224 с. (с.150, рис. 82)
2. Гидропривод подвижной траверсы пресса: Патент на изобретение RU №2598410. МПК В30В 15/16, В30В 1/34. Заявлено 03.06.2015. Опубликовано 27.09.2016.
Гидропривод подвижной траверсы вертикального пресса, содержащий рабочие и возвратные гидроцилиндры, рабочие полости которых соединены с исполнительными каналами соответствующих гидрораспределителей управления этими гидроцилиндрами, напорную гидролинию, соединенную с источником гидравлического питания и с напорными каналами гидрораспределителей управления рабочими и возвратными гидроцилиндрами, сливную гидролинию, соединенную с гидробаком, находящимся под атмосферным давлением, и сливными каналами гидрораспределителей управления рабочими и возвратными гидроцилиндрами, и устройство наполнения рабочей жидкостью рабочих полостей рабочих гидроцилиндров при выполнении холостого хода подвижной траверсы вниз, состоящее из дополнительных гидроцилиндров, первого и второго дополнительных двухлинейных двухпозиционных управляемых клапанов для соединения рабочих полостей дополнительных гидроцилиндров соответственно с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров и сливной гидролинией и третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана, один из каналов которого соединен с рабочими полостями возвратных гидроцилиндров, отличающийся тем, что дополнительные гидроцилиндры установлены встречно по отношению к рабочим гидроцилиндрам пресса, их выходные звенья соединены с подвижной траверсой пресса, рабочие полости дополнительных гидроцилиндров соединены между собой, второй канал третьего дополнительного двухлинейного двухпозиционного управляемого клапана соединен с рабочими полостями рабочих гидроцилиндров, при этом суммарная эффективная площадь выходных звеньев дополнительных гидроцилиндров с заданным запасом равна суммарной эффективной площади выходных звеньев рабочих гидроцилиндров за вычетом суммарной эффективной площади выходных звеньев возвратных гидроцилиндров, а между сливным каналом гидрораспределителя рабочих гидроцилиндров и сливной гидролинией установлен подпорный обратный клапан.
