Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел IL

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Рис. 8.6. Конструктивная схема ротационно-плунжерного насоса

каналов 10

нагнетание ее в каналы 9. Для повышения объемного КПД во всасы-

вающие клапаны жидкость подают под давлением от шестеренного насоса 1.

Ротационно-плунжерные насосы с регулированием подачи позволяют более

эффективно использовать установочную мощность электрогидравлического при-

вода. Наиболее эффективным будет использование установочной мощности при

условии/?g = const.

Насос, у которого в процессе эксплуатации соблюдается условие/^g = const,

называют идеальным. При этом зависимость между давлением и подачей жид-

кости имеет вид равносторонней гиперболы. Наиболее приближенными к иде-

альным являются ротационно-плунжерные насосы с автоматическим регулиро-

ванием подачи, линейно зависящей от давления.

250

Глава 8.

Типовые конструкции узлов гидропривода

Рис.

8.7. Схема автоматического регулирования подачи жидкости ради-

ально-плунжерного насоса

Простейшее устройство для автоматического регулирования подачи по дав-

лению изображено на рис. 8.7. Под действием пружины 3 барабан 1 поворачива-

ется вправо до упора 4, подача жидкости при этом максимальная. При повышении

давления жидкости в нагнетательной магистрали поршень сервопривода 2 пере-

мещается влево. В результате изменяется эксцентриситет ротора, а следовательно,

и подача. Такое устройство позволяет получить линейную или криволинейную

зависимость подачи жидкости от ее давления в соответствии с характеристикой

пружины. Если характеристика пружины линейная, то изменение подачи от дав-

ления будет также линейным. Применяя фасонные пружины, можно получать

любые зависимости силы от их осадки, а значит, и зависимости давления жидкос-

ти от ее подачи. Используя две или несколько пружин с разными упругими харак-

теристиками, можно создать насос с характеристикой, близкой к идеальной.

На рис. 8.8 показана конструктивная схема ротационно-плунжерного насоса с

аксиальным расположением плунжеров, состоящего из распределительного диска

с нагнетающим и всасывающим каналами, блока цилиндров 6 с плунжерами 7,

вала 8 с ведущим диском 2 и шпонкой 3. Блок цилиндров закреплен неподвижно

корпусе насоса штифтом 5, на котором установлен распределительный диск 7.

Принцип действия насоса состоит в том, что при вращении вала установленный

под углом ведущий диск, вращаясь, перемещает плунжеры 7, благодаря чему про-

исходит всасывание и нагнетание жидкости. У рассмотренного насоса угол наклона

251

Раздел

II.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

www \\\\\\,\ N> \'

Рис. 8.8. Конструктивная схема ротационно-плунжерного насоса с аксиальным

расположением плунжеров

ведущего диска 2 можно изменять посредством рычажной системы 4, которая при-

водится в действие от рукоятки управления или от сервоцилиндра, связанного с на-

порной магистралью. При изменении давления в напорной магистрали изменяется

угол наклона ведущего диска, а следовательно, и подача насоса.

Часто в конструкциях ротационно-плунжерных насосов с аксиальным распо-

ложением плунжеров не предусмотрено изменение угла наклона ведущего дис-

ка. Такие насосы являются нерегулируемыми.

Ротационно-плунжерные насосы с аксиальным расположением плунжеров

работают при высоких давлениях (до 42 МПа) и больших подачах (до 800 л/мин).

Число цилиндров в блоке обычно семь или десять. Максимальный угол наклона

между осями цилиндров и диска не превышает 20°.

Эксцентриково-плунжерные насосы. В насосном приводе гидравлических

прессов все более широкое использование получают эксцентриково-плунжерные

насосы для создания давлений 30...40 МПа. Они работают в комбинации с насо-

сами низкого давления, например шестеренными, у которых рабочей жидкостью

является минеральное масло, а переключение осуществляется автоматически.

Конструктивная схема эксцентриково-плунжерного насоса приведена на

рис.

8.9. Основные детали этого насоса: корпус 7, наполненный минеральным мас-

лом, эксцентриковый вал 2, плунжеры 4, всасывающие 3 и обратные 5 клапаны.

252

г л ава 8.

Типовые конструкции узлов гидропривода

^ш-

Рис, 8.9. Конструктивная схема эксцентриково-плунжерного насоса

При вращении эксцентрикового вала 2 плунжеры 4 перемещаются. При ходе

вверх под действием пружины открывается всасывающий клапан 3 и жидкость за-

полняет освобождающийся в цилиндре объем. При ходе вниз эксцентрик закрывает

клапан 3 и перемещает плунжеры 4, при этом жидкость из нижней полости цилинд-

ра через обратный клапан нагнетается в магистраль. Рабочая жидкость в корпусе

насоса находится под избыточным давлением до 0,01 МПа. Объемный КПД этих

насосов ц^

0,5...0,6. Эксцентриково-плунжерные насосы с подачей жидкости до

1000 л/мин можно использовать в приво-

дах

крупных гидравлических прессов.

Лопастные насосы. Применяют эти

насосы для нагнетания жидкости до дав-

лений 7,5 МПа, при этом объемный КПД

насоса

Г|об

= 0,84...0,93. Лопастные насо-

сы могут быть простого и двойного дей-

ствия. На рис. 8.10 показана схема ло-

пастного насоса двойного действия. При

вращении ротора 7 лопасти 2 под дейст-

вием центробежной силы и давления

жидкости, подводимой в пазы ротора из

нагнетательной полости, прижимаются к

внутренней фасонной поверхности ста- Рис. 8.10. Схема лопастного насоса

тора 6, При этом рабочая жидкость вса- двойного действия

253

Раздел

П.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Рис. 8.11. Схема шестеренного

насоса

сывается через окна 3, 5 и нагнетается че-

рез окна 4, 7. Таким образом, в насосах

двойного действия каждая лопасть нагне-

тает жидкость за один оборот дважды.

Расчетную подачу жидкости для ло-

пастного насоса двойного действия можно

определить по формуле

2n(R2-R^)bn,

где i?2, i?i - соответственно большая и ма-

лая полуоси статора; b - ширина лопасти.

Крутящий момент на валу ротора

Крутящий момент на валу лопастного

насоса с достаточной степенью точности

можно принимать постоянным.

Шестеренные насосы. Это наиболее простые и компактные насосы из всех

типов насосов без регулирования подачи жидкости. Они обеспечивают подачу до

150 л/мин при давлении до 6,5 МПа. Схема такого насоса показана на

рис.

8.11.

При вращении шестерен жидкость заполняет пространство между зубьями и

таким образом происходит ее нагнетание. Объемный КПД шестеренного насоса

Лоб = 0,75...0,90. Утечки происходят через радиальный зазор между дуговой по-

верхностью корпуса и цилиндрической поверхностью зуба, а также через зазор

между стенками корпуса и торцами шестерен.

Теоретическую подачу можно определить по формуле

InDmbn,

где D - диаметр делительной окружности шестерни; т - модуль зацепления;

b - ширина шестерни.

Лопастные и шестеренные насосы могут создавать высокие давления, одна-

ко их объемный КПД при этом резко снижается.

8.2. Мультипликаторы

Гидравлический мультипликатор не является самостоятельным приводом,

его применяют в сочетании с насосно-аккумуляторным для создания допол-

нительной ступени давления. В приводе гидравлических прессов, в которых

рабочим телом является жидкость сверхвысоких давлений (> 100 МПа), они

незаменимы.

254

Глава 8. Типовые конструкции узлов гидропривода

Рис.

8.12. Схема мультипликатора

Схема и принцип действия гидравлического мультипликатора приведены

на

рис.

8.12. Жидкость низкого давления поступает в цилиндр 1 и выталкивает

цилиндр-плунжер 2, который одновременно является цилиндром высокого

давления. При перемещении цилиндра-плунжера жидкость из него вытесняет-

ся

через канал в неподвижном плунжере 7 в магистраль под давлением, кото-

рое

без учета потерь на трение, силы тяжести подвижных частей, инерционных

сил

сопротивления в возвратных цилиндрах 3 определяют по формуле

p^p{Dld)\

где

р - давление жидкости в цилиндре низкого давления; D - наружный диа-

метр

цилиндра 2\d - диаметр плунжера

(см.

рис. 8.12).

Отношение {D/d)^ называется

коэффициентом

мультипликации.

Для гид-

равлических мультипликаторов коэффициент мультипликации принимают в ин-

255

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

тервале 2...4. Потери на трение, преодоление инерционных и других сил обычно

не превышают 5 %.

Для совершения обратного хода цилиндра-плунжера 2 используют цилинд-

ры возвратного хода 3 с плунжерами 4, укрепленными на неподвижной верхней

поперечине 5, которая соединена с цилиндром низкого давления 1 посредством

колонн 6.

8.3.

Распределительные и регулирующие устройства

Распределительные и регулирующие устройства, применяемые в современ-

ных гидравлических системах прессовых установок, по принципу действия и

конструктивному оформлению могут быть клапанными или золотниковыми.

Клапанное распределение наиболее широко применяют в гидравлических

прессах с насосно-аккумуляторным приводом, рабочей жидкостью которого яв-

ляется водная эмульсия.

В зависимости от назначения клапаны подразделяют на впускные (на-

порные), сливные, наполнительные, предохранительные, редукционные, пере-

ливные и обратные. Каждый из указанных типов клапанов имеет свои кон-

структивные особенности. Конструкции впускного клапана представлены на

рис.

8.13, а, б. Клапаны устанавливают в коробке главного распределителя

(рис.

8.13, в), а их работой управляет распределительный вал.

Клапан 1 (см. рис. 8.13, а) прижимается к седлу 2 под давлением пружины и

жидкости. Для подъема клапана 1 необходимо приложить силу

P=pF- p\F^ - F,3) + Рзат + p.,.

где р^ и р'^ - давления соответственно в полости подвода жидкости к клапану

и под клапаном; F^ = nd^/4 - площадь поперечного сечения клапана диамет-

ром d^; F^B - площадь поперечного сечения хвостовика; Рзат ~ сила предва-

рительной затяжки пружины; Ртр - сила трения.

При открытии клапана 1 давления р' и р'' выравниваются и сила

Р^^^,

необ-

ходимая для удержания его в верхнем положении, уменьшается. При высоких

значениях Р^^л применяют предварительное выравнивание давлений в полостях

над клапаном и под ним, для чего используют разгрузочный клапан 3, встроен-

ный в основной 1 (см. рис. 8.13, б). Принцип действия клапана с разгрузкой со-

стоит в следующем: толкатель приподнимает разгрузочный клапан 3, давления

в полостях над клапаном и под ним выравниваются, при дальнейшем перемеще-

нии разгрузочный клапан 3 поднимает основной 7.

Высоту подъема h клапана устанавливают из условия равенства «живых»

сечений потока в проходном сечении седла клапана и в щели между клапаном и

седлом. Средняя скорость потока при этом не должна превышать 20...30 м/с для

давленийр = 20...30 МПа.

256

Глава 8. Типовые конструкции узлов гидропривода

Рис.

8.13. Схемы впускных клапанов (а, б) и распределительного устройства (в)

257

Раздел

II.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Высота

л/l + sina-l

2 sin 2а

d^r. ~-

4 cos а

где а - угол наклона образующей седла клапана с осью.

Наполнительный клапан (рис. 8.14, а) предназначен для соединения напол-

нительного бака с рабочими цилиндрами при прямом и обратном холостых хо-

дах. В первом случае наполнительный клапан поднимается под действием

'А'^^^^^Г<^<(Ш

Рис. 8.14. Схемы наполнительного (а), предохранительного (б) и предо-

хранительного переливного(в) клапанов

258

г л ава 8. Типовые конструкции узлов гидропривода

жидкости, находящейся в наполнительном баке, во втором - принудительно.

Для этого пространство под поршнем сервопривода соединяют с возвратными

цилиндрами. Одновременно с подачей жидкости высокого давления в возврат-

ные цилиндры она поступает под поршень сервопривода, который, преодолевая

сопротивление давления жидкости над ним, перемещается вверх. При этом шток

сервопривода поднимает наполнительный клапан. В результате полости рабоче-

го цилиндра и наполнительного бака соединяются.

Площадь проходного сечения наполнительного клапана определяют по

формуле

где

- площадь проходного сечения рабочего плунжера пресса (см. рис. 6.1);

Vj - скорость прямого холостого хода подвижной поперечины. Скорость v тече-

ния жидкости в проходном сечении наполнительного клапана не должна пре-

вышать 7 м/с, определяют ее расчетным путем.

Для регулирования давления в гидравлической системе предназначены пре-

дохранительные и редукционные клапаны. Первые срабатывают при макси-

мальных давлениях, вторые - при регулировании давления в гидравлической

системе.

Принцип действия предохранительного клапана основан на равенстве рав-

нодействующей давления жидкости, действующего на клапан, силе сжатия пру-

жины. Конструкция предохранительного клапана показана на рис. 8.14, б. Если

давление превышает расчетное, клапан, преодолевая силу пружины, поднимает-

ся,

соединяя напор со сливом. Жидкость, заполняющая полость над штоком кла-

пана, играет роль демпфера.

Для предотвращения обратного потока жидкости в насосном приводе гид-

равлических прессов применяют обратные клапаны, которые предназначены для

обеспечения абсолютной герметичности перекрытия трубопровода при течении

потока жидкости в одном направлении и пропускании ее с наименьшим сопро-

тивлением в другом. По конструкции обратные клапаны аналогичны предохра-

нительным, но сила сжатия пружины должна быть минимальной, достаточной

только для обеспечения посадки клапана в седло.

Предохранительные клапаны можно использовать в качестве переливных

(рис.

8.14, в). Их рабочее давление на 0,1...0,2МПа ниже, чем у предохрани-

тельных. Рассмотрим принцип действия переливного клапана. При достижении

определенного давления в полостях /// и // обратный клапан 1 открывается и

давление в полости // падает, в результате под действием давления жидкости

клапан 2 поднимается. После выравнивания давлений в полостях // и /// клапан 2

под

действием пружины и давления жидкости (полость /) закрывается.

Для регулирования давления жидкости и поддержания его постоянным в ка-

кой-либо части насосного привода применяют редукционные клапаны. Они яв-

ляются нормально открытыми, т. е. в исходном положении клапан не касается

259