Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Рис. 8.6. Конструктивная схема ротационно-плунжерного насоса

каналов 10 VL 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 в 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

w w w \ \ \ \ \ \ , \ 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- К

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

253

Раздел П. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

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

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

Q = 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 и 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 7 (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

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

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 F^ - 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