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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел

II.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Рис. 8.15. Схемы редукционного

(а)

и дроссельного (б) клапанов

седла и жидкость может свободно протекать. На рис.

8Л

а показан редукцион-

ный клапан диафрагменного типа. Направление потока жидкости через входной 6

и выходной 3 каналы указано стрелками. Клапан 4 удерживается в открытом

положении под действием силы сжатия пружины 7, прогиба диафрагмы 2 и рав-

нодействующей давления жидкости в полостях 5, 7, 8.

Принцип действия редукционного клапана состоит в следующем. При изме-

нении, например увеличении, давления в полости 7 в первый момент возрастает

давление в полости 8. В результате пружина 7 сжимается, диафрагма 2 прогиба-

ется и клапан 4 опускается. Зазор между седлом и клапаном уменьшается, со-

противление протеканию жидкости через щель между ними возрастает, а следова-

тельно, давление под клапаном и в полости 8 падает. Клапан 4 совершает

несколько колебательных движений и останавливается. Давление под клапаном 4,

т. е. в выходном канале 5, становится первоначальным. При уменьшении давления

в полости

все происходит в обратном порядке.

Для регулирования давления в выходном канале 3 редукционного клапана

необходимо изменить затяжку пружины 7. При этом клапан 4 изменит свое пер-

воначальное положение, а следовательно, изменится сопротивление протеканию

жидкости через него. Установленное в результате регулировки давление жидкос-

ти в выходном канале 3 поддерживается автоматически.

Иногда в насосном приводе гидравлического пресса необходимо регулиро-

вать давление и расход жидкости одновременно. В этих случаях используют дрос-

сельные устройства, представляющие собой комбинацию редукционного клапана

и дросселя. Дроссельные устройства применяют для регулирования скорости ис-

течения жидкости из возвратных цилиндров при прямом холостом ходе. На

рис.

8.15, б показано дроссельное устройство, состоящее из редукционного клапа-

на 7 и дросселя 2 (направление потока жидкости обозначено стрелками). Назначе-

ние редукционного клапана 7 - поддерживать давление перед дросселем 2 по-

стоянным, что обеспечивает постоянный расход жидкости несмотря на возможное

повышение давления во входном канале дроссельного устройства. При этом поте-

ри на нагревание жидкости в нем остаются примерно постоянными.

260

Глава 8. Типовые конструкции узлов гидропривода

Рис.

8.16. Схема гидравлического конечного выключателя

Отличительная особенность дроссельного устройства - наличие полости //,

которая связана каналом с приемником жидкости. Поэтому при малых расходах

жидкости редукционный клапан эффективнее снижает давление, так как перепад

давлений в полостях Я/и //возрастает, а следовательно, зазор /уменьшается.

Гидравлические конечные выключатели (рис. 8.16) используют для соеди-

нения цилиндров гидравлических прессов со сливной магистралью в определен-

ных точках хода подвижной поперечины. Принцип действия гидравлического

конечного выключателя ясен из приведенной схемы: при нажатии упора на ро-

лик напор соединяется со сливом.

Наиболее широкое распространение золотниковые распределительные устрой-

ства получили в насосном безаккумуляторном приводе гидропрессовых установок,

рабочей жидкостью которых является масло. Золотниковые распределительные

устройства имеют некоторые преимущества перед клапанными, так как позволяют

осуществить многопозиционность распределения. Наиболее распространены двух-

и трехпозиционные золотники, позволяющие одновременно соединять один ци-

линдр пресса с источником жидкости высокого давления (например, насосом),

а другой

- со сливом. Недостаток золотниковых распределителей по сравнению

клапанными - меньшая герметичность перекрытия, что ограничивает область их

применения давлениями рабочей жидкости до 20 МПа. Однако вязкость минераль-

ных масел высокая по сравнению с водными эмульсиями, поэтому золотниковые

распределители обеспечивают достаточную герметичность даже без применения

уплотнений в виде манжет или поршневых колец.

Перемещение золотников в золотниковых распределителях осуществляет-

ся вручную от рукоятки либо с использованием электромагнитов, монтируе-

мых на торцах корпуса распределителя, или вспомогательных механизмов

(сервоприводов), которые работают от насосного привода управления или на

сжатом воздухе.

На рис. 8.17 показана конструктивная схема трехпозиционного золотнико-

вого распределителя с электрогидравлическим сервоприводом. Золотниковый

распределитель состоит из корпуса 77, главного золотника 70, корпусов 8 и 1,

сервозолотников 2, электромагнитов 4. Главный золотник 10 предназначен для

направления потока жидкости в цилиндры / или //. Нейтральное положение

261

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

С-С

От линии

управления

сТ

Рис. 8.17. Схема золотникового распределителя

золотника 10 изображено на рис. 8.17 - цилиндры I и II изолированы. Под дей-

ствием жидкости, подаваемой из сети управления под левый торец главного зо-

лотника, последний перемещается в крайнее правое положение. При этом

цилиндр / соединяется с жидкостью высокого давления, а II - со сливом. В слу-

чае перемещения главного золотника 10 в крайнее левое положение, наоборот,

цилиндр / соединяется со сливом, а // - с жидкостью высокого давления. Когда

давление жидкости под торцами главного золотника 10 отсутствует, он под дей-

ствием пружин 9 возвращается в нейтральное положение.

Потоком жидкости управляют с помощью сервозолотников. При включении

левого электромагнита 4 сервозолотник 2 опускается, направляя в левую полость

главного золотника 10 поток жидкости из сети управления. Быстрота срабатыва-

ния главного золотника 2 регулируется иглой 6. При ввинчивании винта 7 игла 6

перекрывает отверстие и подача жидкости уменьшается. Избыток давления в сети

управления сбрасывается с помощью обратного клапана 5. При отключении элек-

тромагнита 4 сервозолотник 2 под действием пружины 3 поднимается, соединяя

262

г л ава 8. Типовые конструкции узлов гидропривода

Рис.

8.18. Влияние формы золотника и щели на характер течения

и гидравлические потери

левую полость главного золотника 70 со сливом. При этом золотник 10 под дейст-

вием пружин 9 возвращается в исходное положение.

Статическое давление жидкости на золотник уравновешивает реактивная

сила потока жидкости (рис. 8.18, а), действующая в противоположном потоку

направлении и равная произведению секундной массы расхода жидкости и его

скорости:

^peaK=epV = V^pF^,

где F^ - площадь поперечного сечения щели; для круглых золотников F^

ndx

(см.

рис. 8.18, а).

Согласно уравнению Бернулли, без учета потерь на трение

zi= Pi~P2 _ ^

2g pg pg'

Тогда

^реак = ^^^Р^^^Р^

Р щ

где

к^

- коэффициент расхода.

Эта сила может быть значительной, поэтому ее необходимо учитывать при

расчете и конструировании.

Для идеальной жидкости принимают, что скорость потока направлена под

углом а к оси золотника, где может достигать 69°. Аксиальная составляющая

Р^^

силы Ррезк будет стремиться уменьшить зазор между полкой золотника и кром-

кой окна корпуса:

Р^^

2к ndxAp cos а.

(8.9)

263

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Формула (8.9) справедлива также для случая обратного течения жидкости. При

наличии радиального зазора 6 между полкой золотника и корпусом сила Р^к У^^"

личится:

Р^^

= Inkd/Sp^x^ +6^

•

cos а.

Чтобы уменьшить аксиальную составляющую реактивной силы, рекомендо-

вана приведенная на рис. 8.18, б конструкция золотника и втулки.

Зазор между полкой золотника и корпусом распределителя не должен пре-

вышать 3 мкм на каждые 25 мм ее диаметра; размеры и ход золотника выбирают

из условия обеспечения требуемого расхода жидкости. Материалом золотника

должна быть цементируемая сталь с поверхностной закалкой до 55 HRC3. Во

избежание защемления золотниковых распределителей рекомендуют кромки

полок и окон делать острыми. Это способствует перерезанию неметаллических

грязевых частиц, имеющихся в жидкости. Чтобы уменьшить трение, предотвра-

тить защемление и увеличить герметичность уплотнения, на полках золотника

делают кольцевые проточки.

8.4. Вспомогательные устройства

Аккумуляторы. Для накопления жидкости в периоды пауз и холостого хо-

да, а также расходования ее при рабочем ходе используют аккумуляторы. Нали-

чие аккумулятора позволяет выбирать мощность насосов при периодических

кратковременных расходах жидкости высокого давления по средней мощности

привода. Аккумуляторы рассчитывают на давления до 32 МПа (на большие дав-

ления редко, поскольку трудно обеспечить герметичность системы, которая по-

стоянно находится под давлением).

Аккумуляторы в насосном приводе прессов могут быть грузовые, поршне-

вые и пневмогидравлические, однако грузовые и поршневые аккумуляторы вви-

ду их громоздкости и возможности возникновения гидравлических ударов в

настоящее время не используют. Пневмогидравлические аккумуляторы без раз-

деления воздуха и жидкости применяют только в тех случаях, когда рабочей

жидкостью является водная эмульсия. Если рабочей жидкостью является мине-

ральное масло, которое способно в больших количествах растворять воздух, то

рекомендуется использовать пневмогидравлические аккумуляторы с диафраг-

мами для разделения жидкости и воздуха или поршневые аккумуляторы.

Пневмогидравлический аккумулятор состоит из баллона для жидкости и ба-

тареи воздушных баллонов. Нормальное соотношение между вместимостью тех

и других баллонов составляет примерно 1:10. При таком соотношении объемов

воды и воздуха колебание давления жидкости не превышает 12 %. Внутренний

диаметр баллона для жидкости устанавливают в зависимости от скорости паде-

ния уровня жидкости, которая не должна превышать 20 см/с.

264

Глава 8. Типовые конструкции узлов гидропривода

Рис.

8.19. График мгновенного расхода жидкости прессом {а) и

принципиальная схема аккумулятора (б):

1 - средний расход жидкости за время рабочего хода; 2 - расход жидкости

из аккумулятора;

- мгновенный

расход

жидкости

в процессе рабочего

хода;

- производительность

насосов;

- мгновенный расход при обратном ходе

Необходимые размеры насоса и аккумулятора можно определять по приве-

денному на рис. 8.19,

графику мгновенного расхода жидкости прессом.

Объем жидкостного баллона складывается из количества жидкости, отда-

ваемой аккумулятором прессу, - рабочий объем //, а также нижнего аварийно-

го/и верхнего резервного /// объемов (рис. 8.19, б). Аварийный объем

необходим, чтобы не произошло полного опорожнения водяного баллона и

прорыва воздуха высокого давления в систему пресса, если по каким-либо

причинам замедленно сработает аппаратура управления аккумулятором и во-

время не закроется клапан минимального уровня. Аварийный объем жидкости

должен быть таким, чтобы время полного опорожнения аккумулятора от мо-

мента включения аварийного сигнала было достаточным для его ручного от-

ключения. Из аналогичных соображений устанавливают верхний резервный

объем. Расчет воздушного объема аккумулятора, соответствующего макси-

мальному давлению, проводят следующим образом.

Изменение давления воздуха в аккумуляторе в зависимости от его объема

(при заборе жидкости) выражается уравнением политропы:

/7F"

= const.

Показатель политропы п при/? = 20 МПа можно принимать равным

1,29...

1,30:

265

Раздел П. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

/^тах min /'^min max jrminv''^min ж/ ' \^0.1U^

где

p^^^,

p^i^ - соответственно максимальное и минимальное давления в аккуму-

ляторе; Fj^jn, F^ax ~ соответственно минимальный и максимальный объемы воз-

духа в аккумуляторе; V^ - объем жидкости высокого давления, расходуемой

прессом за один полный и аварийный циклы.

Согласно выражению (8.10),

'^ mm

Л"

min

^ ^

Х-п-^.

(8.11)

Принимая

Рт\п/Ртах

^ 0,9

подставляя это значение в формулу (8.11), получаем

При п

1,3

•

= 13F

в связи

С ЭТИМ

аккумулятор имеет ряд контрольных уровней (см. рис. 8.19, б).

Нижний аварийный уровень соответствует полному расходу рабочего объема

жидкости из аккумулятора. При совпадении свободной поверхности жидкости

с этим уровнем автоматический запорный клапан отключает магистраль от ак-

кумулятора и подается световой сигнал оператору. При наполнении аккумуля-

тора жидкостью можно наблюдать уровни, по достижении которых происходит

последовательное переключение насосов на холостую работу. Когда жидкость

достигает верхнего уровня, все насосы отключаются. По мере расхода жидкости

насосы включаются в обратном порядке.

Баллоны аккумулятора изготовляют цельноковаными и сварными. Для конт-

роля уровней жидкости в баллоне используют датчики, преобразующие пере-

мещение свободной поверхности жидкости в электрические сигналы, которые

регистрируются и в соответствии с которыми происходит автоматическое пере-

ключение регулирующих устройств гидропривода.

Наполнительный бак. На рис. 8.20, а показан наполнительный бак, пред-

назначенный для подачи жидкости низкого давления в рабочий цилиндр пресса

при прямом холостом ходе, а также для приема ее из рабочего цилиндра при об-

ратном холостом ходе. Вместимость наполнительного бака определяют исходя

из количества жидкости, необходимого для заполнения рабочего цилиндра прес-

са при полном ходе подвижной поперечины. Этот внутренний (полезный) объем

бака называют маневровым V^^^.

Для предотвращения возможности попадания воздуха из бака в трубопровод

объем жидкости в наполнительном баке принимают равным (1,8...2,5)

V^^^.

Дав-

ление жидкости в наполнительном баке в связи с изменением ее объема с доста-

266

Глава 8.

Типовые конструкции узлов гидропривода

.JL.JTV-X

Tf|tJ-^h--|j:i;

/О

vLv

vLy

Vly

a б

Рис. 8.20. Схемы наполнительного (а) и сливного (наполнительного) (б) баков

точной степенью точности изменяется по закону/7

К =

const, где V - объем воз-

духа в наполнительном баке.

Принимают, что давление воздуха в конце наполнения рабочего цилиндра

составляет 75 % от начального, т.

^.р^-щ =

^^^^

Ртах-

Поэтому можно записать

р • (V+ V )

р V.

/^min V '^ '^ ман / /^тах

После преобразований получаем

V=3V

'^ ^

ман*

Таким образом, полный объем F/ наполнительного бака

(1,8...2,5)F,,„ + ЗГ,,„ = (4,8...5,5) Г,,„.

Здесь и далее цифры в индексах соответствуют принятым в схемах гидравличес-

ких прессов обозначениям элементов насосно-аккумуляторного привода: 1 - рабочий

цилиндр; 2 - возвратный цилиндр; 3 - аккумулятор; 4, 5 - наполнительный и сливной

бак

соответственно; 6 - насос; 7 - мультипликатор.

267

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Наполнительные баки изготовляют только сварными из листовой стали. В не-

которых случаях устанавливают непосредственно на рабочем цилиндре пресса.

При большом удалении наполнительного бака от рабочего цилиндра в магистра-

ли,

соединяющей их, устанавливают компенсатор гидравлических ударов.

Сливной (насосный) бак. Для хранения рабочей жидкости, необходимой

для нормальной работы гидравлического пресса, используют сливные баки. Жид-

кость из него забирают насосы и подают к другим элементам гидравлической

системы. Отработанная жидкость возвращается в сливной бак непосредственно

из рабочего или возвратных цилиндров через главный распределитель или из

наполнительного бака через переливной клапан по сливному трубопроводу. Из-

быточное давление жидкости в сливном баке равно нулю, поэтому его иногда

называют открытым. Сливной бак должен иметь размеры, достаточные для

приема жидкости из аккумулятора Fj, наполнительного бака

V^,

рабочих и воз-

вратных цилиндров пресса

V1+V2.

Полезный объем сливного бака

V,= \,5{V,+ V,+ V,+ V,).

Температура жидкости в сливном баке не должна быть выше 30...40 °С. В не-

которых случаях для охлаждения жидкости в баке устанавливают змеевики. Как

правило, сливные баки имеют прямоугольную форму и изготовляются сваркой.

Конструктивная схема сливного бака показана на рис. 8.20, б.

8.5. Уплотнительные устройства

Назначение уплотнительных устройств состоит в том, чтобы препятствовать

утечке жидкости, находящейся под избыточным давлением, через зазор в стыке

неподвижных или подвижных относительно друг друга поверхностей деталей.

Требования к уплотнениям следующие: обеспечение герметичности, малый

коэффициент трения, высокая износостойкость самого уплотнения и уплотняе-

мых мест, инертность по отношению к материалу сопрягаемых изделий, надеж-

ность, простота конструкции, удобство в обслуживании и экономичность.

Все уплотнения подразделяют на неподвижные и подвижные. Неподвижные

представляют собой кольца различного поперечного сечения, устанавливаемые

в замкнутое пространство между уплотняемыми поверхностями (рис. 8.21). Они

требуют такой предварительной затяжки, которая обеспечивала бы нераскрытие

стыка при действии рабочего давления жидкости. В этом случае силу предвари-

тельной затяжки Рзат принимают согласно условию

при приложении давления р^ силы Р^ и

^Рпрокл?

растягивающие болты и сжи-

мающие прокладку, с учетом предварительной затяжки определяют по формулам

268

Глава 8.

Типовые конструкции узлов гидропривода

Рб=Р,^+Рз

прокл

где

£'б,

^'прокл и

/"б?

^прокл ~ модули упругости и площади поперечных сечений со

соответственно расчетная длина бол-

ответственно болта и прокладки; /g,

/„р^^^^

та и высота прокладки.

Встречаются также самоуплотняющиеся неподвижные уплотнения.

Неподвижные уплотнения изготовляют из красной отожженной меди, фиб-

ры,

полихлорвинила, фторопласта или маслостойкой резины. Форма поперечно-

го сечения уплотнений - круглая, прямоугольная или квадратная.

Наиболее широкое распространение в качестве уплотнений подвижных эле-

ментов деталей в гидравлических системах прессов при давлениях более ЮМПа

получили эластичные уплотнения манжетного типа, U-образные и уплотнительные

кольца типа «Лайон». Эти уплотнения обеспечивают превышение давления в зоне

контакта по сравнению с давлением жидкости. Давление в зоне контакта зависит от

давления жидкости. Эластичные уплотнения обеспечивают хорошую герметич-

ность при неточности изготовления контактирующих поверхностей до 0,3 мм. Ма-

териалом эластичных уплотнений являются полихлорвинил, прорезиненные хлоп-

чатобумажные ткани (например, тонкая и прочная ткань домастик или грубая

чефер, вулканизированная резина севанит). Кожу в настоящее время с этой целью

не

применяют, так как она вызывает эрозию плунжера в местах контакта.

Стойкость эластичных уплотнительных устройств зависит от состояния по-

верхности плунжера и смазки. Наиболее неблагоприятные условия их работы

имеют место при отделочных операциях свободной ковки (шлихтовке), когда ход

плунжера не превышает высоты уплотнения и плунжер не смазывается рабочей

жидкостью. Для обеспечения смазки поверхности плунжера между кольцами уп-

Рб

пр

а.

4шш1шш^

Рис. 8.21. Расчетная схема

(а)

и конструкция (б) неподвижного

уплотнения

269