Типовые приводы гидравлических прессов

Полный цикл одного двойного хода подвижной поперечины гидравлического пресса состоит из прямого холостого, прямого рабочего и обратного ходов, а также технологических пауз. Прямой холостой ход предназначен для подвода рабочего инструмента к заготовке, при его осуществлении жидкость высокого давления не поступает в рабочие цилиндры и полезная работа не производится. В процессе прямого рабочего хода происходит деформирование заготовки, придание ей необходимой формы. Чтобы осуществить прямой рабочий ход, привод должен израсходовать определенное количество энергии для создания необходимой силы.

Таким образом, привод гидравлического пресса должен иметь определенный запас энергии, чтобы обеспечить необходимую деформирующую силу. На осуществление прямого рабочего хода расходуется потенциальная энергия давления рабочей жидкости. Эту энергию можно получить в результате преобразования электрической энергии (электрогидравлический привод) либо энергии давления пара или воздуха (парогидравлический или воздушно-гидравлический привод).

Электрогидравлический привод кроме рабочего и возвратных цилиндров (гидродвигателя) должен содержать электродвигатель для преобразования электрической энергии в механическую и насос для преобразования механической энергии в потенциальную энергию рабочей жидкости.

Парогидравлический (воздушно-гидравлический) привод кроме рабочего и возвратных цилиндров должен содержать мультипликатор для преобразования энергии пара (воздуха) низкого давления в потенциальную энергию рабочей жидкости высокого давления. Парогидравлический (воздушно-гидравлический) привод не экономичен, поэтому несмотря на его некоторые преимущества перед электрогидравлическим в настоящее время применяется только в некоторых устаревших конструкциях гидравлических прессов.

В процессе полного цикла двойного хода подвижной поперечины гидравлического пресса требуются различные значения деформирующей силы, скорости и направления ее перемещения. Поэтому электрогидравлический привод кроме рабочих и возвратных цилиндров, электродвигателя, насоса и рабочей жидкости содержит резервуары для жидкости (сливные баки), регулирующую и распределительную аппаратуру, соединительные трубопроводы и арматуру, а также может включать вспомогательные элементы: баки для жидкости низкого давления (наполнительные), аккумулятор, мультипликатор и маховик.

На рис. 6.12 дана классификация приводов гидравлического кузнечно-штамповочного оборудования, согласно которой электрогидропривод может быть как

с маховиком, так и без него. Используя накопленную кинетическую энергию, маховик в данном случае обеспечивает преодоление пиковых нагрузок без увеличения мощности электродвигателя. Аккумулятор также позволяет снижать его установочную мощность.

Если в состав электрогидравлического привода включить мультипликатор, то можно создать более компактную конструкцию пресса и осуществить рабочий ход со ступенчатым приложением деформирующей силы, что повысит его экономичность (КПД).

Регулирующая аппаратура позволяет поддерживать постоянную скорость рабочего хода, которая необходима при выполнении некоторых технологических операций, например при прессовании. При использовании насосов с переменной подачей жидкости повышается КПД насосно-безаккумуляторного привода и уменьшается его установочная мощность.

Баки для жидкости низкого давления (наполнительные) обеспечивают прямой холостой ход без расхода жидкости высокого давления, что также способствует повышению КПД привода. Для управления потоками жидкости в гидросистеме привода используют распределительную аппаратуру: клапаны, золотники, вентили и др.

В современных гидравлических прессах привод применяют и для приведения в действие вспомогательных механизмов: стола пресса, механизма выталкивания поковки, подачи и удаления рабочего инструмента в процессе ковки или штамповки; механизмов управления (сервопривода) работой элементов гидропривода (золотников, клапанов); механизмов синхронизации, исключающих неравномерность распределения сил на колонны гидравлического пресса и др.

В зависимости от назначения гидроприводы подразделяют на силовые, вспомогательные, приводы управления (сервоприводы) и синхронизации и др. Независимо от назначения все приводы содержат определенные элементы, что позволяет подразделить насосные приводы на аккумуляторные, безаккумуляторные и мультипликаторные.

Иногда гидропривод, содержащий одноплунжерный насос, называют электромеханическим мультипликаторным, так как он создает в гидросистеме такое же пульсирующее давление, как и мультипликаторный. Однако такое название не отражает его конструктивные особенности, поскольку под мультипликатором понимают устройство, предназначенное для повышения давления рабочей жидкости и содержащее два цилиндра - низкого и высокого давления. Одноплунжерный кривошипный насос имеет только один цилиндр, плунжер которого всасывает жидкость, а затем нагнетает ее в гидросистему. Поэтому так называемый электромеханический мультипликаторный привод относится к разряду насосных.

Привод гидравлического пресса может быть групповым (насосно-аккуму-ляторная станция) и индивидуальным. Групповой гидропривод позволяет уменьшить общую установленную мощность. Насосно-аккумуляторную станцию располагают в отдельном помещении и связывают с гидравлическим прессом трубопроводом. Наиболее широкое распространение насосно-аккумуляторные станции получили в ковочных прессах, для которых характерны продолжительные технологические паузы, или в мощных гидравлических прессах, где невозможно установить привод на прессе или вблизи его.

Насосный привод. Основной привод, определяющий тип гидравлического пресса, - это силовой насосный, который осуществляет возвратно-поступательное движение рабочего органа - подвижной поперечины (ползуна).

Гидравлические цилиндры (гидродвигатели подвижной поперечины) могут быть поршневыми или плунжерными. Рабочая жидкость в поршневых цилиндрах -минеральные масла, обладающие достаточной вязкостью, что исключает их утечку между поршнем и стенками цилиндра. Плунжерные цилиндры применяют, если рабочая жидкость - водная эмульсия, вязкость которой недостаточная, чтобы исключить утечки через поршень при использовании обычных уплотнительных устройств. Выбор в качестве рабочей жидкости водной эмульсии или минерального масла определяется в значительной степени назначением и конструкцией пресса. Так, в гидравлических прессах, предназначенных для ковки или горячей объемной штамповки, минеральное масло рекомендуют не применять согласно требованиям пожарной безопасности. Однако для прессов с нижним расположением привода и при условии герметичных в пожарном отношении перекрытий (пола) минеральное масло можно использовать в качестве рабочей жидкости.

Основное преимущество минерального масла - применение распределительных устройств и уплотнений более простых конструкций, а также повышенных скоростей без опасности возникновения сухого трения. Можно также увеличивать частоту вращения, что позволяет исключать редуктор, применять насосы ротационного типа с постоянной подачей или бесступенчатым регулированием подачи.

Насосно-аккумуляторный привод. Типовая схема насосно-аккумулятор-ного привода с одной ступенью нагружения показана на рис. 6.13. Привод содержит источник жидкости высокого давления - аккумулятор 6, рабочий 2 и возвратные 7 цилиндры (гидродвигатель), наполнительный 4 и сливной 7 баки, насос 9, предохранительный клапан 70, распределительную аппаратуру 11, трубопроводы, обратный клапан 8 и компенсатор гидроударов 5.

- диаметр плунжера возвратных цилиндров 1.

В исходном положении II (стоп), изображенном на рис. 6.13, рабочий 2 и возвратные 7 цилиндры изолированы от источника питания, следовательно, подвижная

поперечина пресса покоится на весу - технологическая пауза. Для совершения прямого холостого хода необходимо рукоятку главного распределителя передвинуть из положения II в положение III. В результате возвратные цилиндры / соединятся со сливным баком, подвижная поперечина под действием силы тяжести начнет опускаться, в рабочем цилиндре 2 давление понизится и жидкость из наполнительного бака 4 начнет перетекать в рабочий цилиндр 2, открывая наполнительный клапан 3. После соприкосновения рабочего инструмента с заготовкой необходимо осуществить рабочий ход. Для этого рукоятку главного распределителя необходимо передвинуть еще в положение IV. При этом рабочий цилиндр 2 соединится с аккумулятором 6 и насосом 9, жидкость высокого давления поступит в рабочий цилиндр 2, а наполнительный клапан 3 под действием жидкости высокого давления прижмется к седлу.

Для осуществления обратного холостого хода рукоятку главного распределителя 11 необходимо передвинуть в положение I. В результате рабочий цилиндр 2 соединится со сливным баком, а возвратные 1-с аккумулятором. Под действием жидкости высокого давления откроется наполнительный клапан 3, рабочий цилиндр 2 соединится с наполнительным баком 4 и подвижная поперечина переместится вверх; жидкость из рабочего цилиндра 2 вытеснится в наполнительный бак 4 и частично на слив.

Аккумулятор в электрогидравлическом приводе, как и маховик в электромеханическом, накапливает энергию во время холостых ходов и технологических пауз и расходует ее в процессе рабочего хода. Наличие аккумулятора позволяет выбирать мощность электродвигателя по средней мощности, расходуемой за рабочий ход, что позволяет снизить установочную мощность.

Недостатком насосно-аккумуляторного привода являются большие потери энергии при выполнении технологических операций, силовой график которых имеет пиковый характер. Если деформирующая сила, необходимая для выполнения технологической операции, меньше номинального усилия, то вследствие перепада давлений в аккумуляторе и рабочем цилиндре увеличивается скорость течения жидкости в трубопроводе. В результате возрастают потери энергии на преодоление местных сопротивлений и по длине трубопровода. Запасенная аккумулятором потенциальная энергия расходуется на нагрев жидкости. Для исключения этого недостатка в конструкции насосно-аккумуляторного привода пресса предусматривают возможность повышения деформирующей силы через определенные интервалы (ступени). Это возможно, если гидропривод имеет не один, а несколько рабочих цилиндров.

Насосно-аккумуляторный привод прессовой установки с тремя ступенями нагружения содержит три рабочих цилиндра 2 и два распределителя: главный 6 и вспомогательный 5 (рис. 6.14).

Для совершения рабочего хода рукоятку главного распределителя 6 необходимо передвинуть в крайнее положение IV. Если рукоятка вспомогательного распределителя 5 будет при этом передвинута в крайнее положение III, то жидкость

высокого давления будет поступать только в средний рабочий цилиндр 2. Боковые рабочие цилиндры заполнятся жидкостью из наполнительного бака 4 через наполнительные клапаны 3. В этом случае будет осуществлена первая ступень нагружения.

Если рукоятку вспомогательного распределителя 5 передвинуть в крайнее положение /, то жидкость высокого давления будет поступать в боковые рабочие цилиндры 2, а средний рабочий цилиндр через наполнительный клапан заполнится жидкостью из наполнительного бака. При этом осуществляется вторая ступень нагружения. Для обеспечения третьей ступени нагружения необходимо все рабочие цилиндры соединить с аккумулятором. Для этого рукоятку вспомогательного распределителя 5 необходимо поставить в среднее положение //.

Для совершения обратного холостого хода рукоятку главного распределителя 6 следует передвинуть в крайнее положение I. В этом случае возвратные цилиндры 1 соединены с жидкостью высокого давления (аккумулятором), а рабочие 2 через наполнительные клапаны 3-е наполнительным баком 4. Для открытия наполнительного клапана жидкость высокого давления подают под поршень наполнительного клапана.

Работа распределителей 5 и 6 характеризуется диаграммами открытия клапанов, показанными на рис. 6.14.

Современные насосы гидроприводов позволяют создавать давление жидкости 32 МПа. Габаритные размеры гидравлического пресса в плане определяются количеством рабочих цилиндров. Один из путей сокращения размеров - повышение давления жидкости. Для этого в насосно-аккумуляторный привод включают гидравлический мультипликатор давления (рис. 6.15).

В исходном положении II рукоятки управления главным распределителем рабочий 2 и возвратные 1 цилиндры изолированы, подвижная поперечина пресса неподвижна. Чтобы совершить прямой холостой ход, необходимо рукоятку передвинуть в положение III. Для осуществления рабочего хода - первая ступень

нагружения - рукоятку нужно передвинуть в положение IV. В этом случае рабочий цилиндр 2 будет соединен с аккумулятором 7. Для создания максимальной силы - вторая ступень нагружения - рукоятка должна находиться в крайнем положении V. В этом случае жидкость из аккумулятора 7 поступает в цилиндр низкого давления мультипликатора 5. В результате плунжер мультипликатора перемещается, и жидкость сверхвысокого давления нагнетается в рабочий цилиндр 2 пресса. Обратный клапан 8 отключает аккумулятор 7.

Для совершения обратного холостого хода необходимо рукоятку главного распределителя 6 передвинуть в крайнее положение I. При этом жидкость из аккумулятора поступает в возвратные цилиндры, а из мультипликатора - на слив.

Насосный безаккумуляторный привод. Такие приводы получили широкое распространение для гидравлических прессов с небольшим номинальным усилием. Безаккумуляторный привод может быть с насосом постоянной или регулируемой производительности.

На рис. 6.16 показан типовой насосный безаккумуляторный привод с насосами постоянной производительности. Основными элементами привода являются рабочий 2 и возвратные 1 цилиндры (гидродвигатель) и насос постоянной подачи 8; распределитель - трехпозиционный главный золотник 6; регулирующие устройства - дроссель с обратным клапаном 3, обратный клапан 4, предохранительный клапан 9 вспомогательные устройства - наполнительный бак; управляющие устройства - двухпозиционные золотники 5 и 7.

Рассмотрим принцип действия привода при работе пресса и во время технологических пауз (держание подвижной поперечины на весу). При прямом ходе

(холостом и рабочем) необходимо возвратные цилиндры 1 соединить с наполнительным баком 10, а рабочий 2-е насосом 8. Главный золотник 6 должен переместиться в крайнее правое положение. Для этого необходимо подать жидкость высокого давления в левую полость золотника, а правую - соединить с жидкостью низкого давления. Тогда золотник управления 5 опускается в крайнее нижнее положение под действием электромагнита, а золотник 7 остается в верхнем положении. Скорость опускания подвижной поперечины при прямом холостом ходе регулируется дросселем 3.

Для поддержания заданной скорости подвижной поперечины необходимо кроме подачи жидкости от насоса 8 дополнительно подавать жидкость через обратный клапан 4 из наполнительного бака 10. При соприкосновении рабочего инструмента, установленного на подвижной поперечине, с заготовкой сопротивление увеличивается. В результате давление жидкости в магистрали возрастает и обратный клапан 4 опускается. Скорость движения поперечины определяется подачей насоса 8. Чем больше деформирующая сила, тем выше давление жидкости при постоянной подаче и больше потребляемая двигателем мощность. Максимальное ее значение соответствует наибольшей деформирующей силе, действующей в процессе выполнения технологической операции.

Отсюда следует, что применение безаккумуляторного привода в гидравлических прессах при пиковых нагрузках приводит к увеличению установочной мощности, хотя позволяет повысить КПД. Это основной недостаток безаккумуляторного привода с насосом постоянной подачи, который ограничивает область использования таких приводов. Для повышения эффективности привода используют несколько насосов с различной производительностью.

Для обратного холостого хода рабочий цилиндр пресса соединяют с жидкостью низкого давления. При этом главный золотник 6 перемещается в крайнее левое положение. Насос 8 подает жидкость в возвратные цилиндры 1 через обратный клапан дроссельного устройства, что снижает потери при течении жидкости через него.

Для осуществления технологической паузы (держание подвижной поперечины на весу) возвратные цилиндры изолируют от источников подачи жидкости. Для этого главный золотник устанавливают в среднем положении, как показано на рис. 6.16. В этом случае рабочий цилиндр 2 также изолирован от насоса 8, а жидкость поступает в наполнительный бак 10 через предохранительный клапан 9.

Безаккумуляторным приводом с насосами постоянной подачи оснащают прессы для ковки, штамповки деталей из листовых материалов вытяжкой, холодного выдавливания и др.

На рис. 6.17 показана схема типового безаккумуляторного привода с насосами низкого и высокого давления постоянной производительности.

Типовой безаккумуляторный привод с насосами регулируемой подачи (и реверсивным потоком) показан на рис. 6.18. Основные элементы гидропривода -цилиндр поршневого типа (гидродвигатель) и насос 5 с регулируемой производительностью и реверсивным потоком, вспомогательное устройство - наполнительный бак 4, регулирующие - обратный клапан 6 и наполнительный клапан 3.

Для совершения прямого (холостого и рабочего) хода насос 5 подает жидкость из нижней полости 1 рабочего цилиндра в верхнюю полость 2. При этом в магистрали, соединяющей насос 5 и верхнюю полость 2 рабочего цилиндра, давление падает и дополнительное количество жидкости через клапан 3 поступает из наполнительного бака 4. После соприкосновения рабочего инструмента с заготовкой давление в верхней полости 2 рабочего цилиндра возрастает, клапан 3 опускается и насос всасывает необходимое для обеспечения заданной скорости количество жидкости через обратный клапан 6 из сливного бака.

Чтобы обеспечить обратный холостой ход, функции нагнетательной и всасывающей полостей насоса 5 меняют местами, в результате создается реверсивный

поток жидкости. Насос 5 отсасывает жидкость из верхней полости рабочего цилиндра 2 и нагнетает ее в нижнюю 7. При установившемся снижении давления в верхней полости рабочего цилиндра наполнительный клапан 3 поднимается и жидкость вытесняется в бак 4.

Подача жидкости насосом может изменяться в процессе рабочего хода, что позволяет увеличить экономичность привода в результате постоянства потребляемой мощности, снизить его установочную мощность и обойтись без золотниковых распределительных устройств и дополнительных трубопроводов. Однако стоимость насоса со вспомогательным приводом для регулирования подачи жидкости в процессе рабочего хода выше, чем насоса с постоянной подачей и золотниковым распределением для прессов с номинальным усилием свыше 50 МН.

Насосный безаккумуляторный привод с насосами переменной подачи целесообразно применять в прессах, предназначенных для гибки, объемной штамповки, брикетирования, пакетирования и других технологических операций с пиковым характером графика деформирующей силы.