Рабочий цикл гидравлического пресса с насосно-аккумуляторным приводом

Гидравлическая установка с насосно-аккумуляторным при­водом состоит из четырех основных участков (см. рис 101):    1) сети низкого давления, питающей насосы и пресс на оппределенных этапах его рабочего цикла (4, 5, 6, 7, 9);

2) насосной установки 10;

3) сети высокого давления с аккумулятором и водораспределительнымиустройствами управления прессом (11, 12, 13, 14, 3 и 2)

 4) собственно пресса (1, 15,1 6).

Рабочий цикл вертикального гидравлического пресса состоят из следующих этапов: обратного (подъем) хода; держания сис­темы подвижных частей пресса на весу (стоп); опускания тра­версы до соприкосновения бойка с заготовкой, так называемый холостой ход или ход предварительного наполнения рабочих ци­линдров; рабочего хода (прессование).

Для совершения обратного хода (подъема) подвижной тра­версы рабочие цилиндры соединяют с сетью низкого давления, а ретурные — с сетью высокого давления (аккумулятором 12). При этом жидкость высокого давления, воздействуя на ретурные плунжеры, передвигает траверсу, вытесняя жидкость из рабочих цилиндров в сеть низкого давления.

Держание подвижных частей пресса на весу осуществляется путем запирания жидкости в ретурных цилиндрах и соединения рабочих цилиндров с сетью низкого давления. Общая сила, дей­ствующая вниз *,. уравновешивается в основном усилием **, развиваемым на ретурных плунжерах от воздействия на них жидкости» запертой в ретурных цилиндрах. Давление, устанав­ливающееся при этом в ретурных цилиндрах, достигает несколь­ких меганьютонов на 1 м² (нескольких десятков атмосфер).

Для опускания траверсы (холостого хода) рабочие 15 и ре­турные 1 цилиндры при помощи водораспределительных уст­ройств 3 и 2 соединяются с сетью низкого давления. Подвижная траверса (поперечина) 16 под действием собственного веса и» разности усилий от давления на рабочие 15 и ретурные 1плун­жеры начинает двигаться вниз до момента соприкосновения верхнего бойка с заготовкой (слитком). При этом движении в рабочий цилиндр 15 будет поступать вода из сети низкого дав­ления 4, а вода из ретурных. цилиндров будет вытесняться в эту же сеть низкого давления. Рабочий цилиндр предварительно наполняют для того, чтобы не расходовать дорогостоящую воду высокого давления.

При холостом ходе во избежание разрыва водяной струи *** поступающей в рабочий цилиндр, следует применять воду низко­го давления, не ниже 0,2 Мн /м² (2 ати.), причем наполнение надо производить через специальный наполнительный клапан 2,

* Вес системы подвижных частей и усилие на рабочие плунжеры от- дав­ления жидкости из сети низкого давления.

** Силы трения в уплотнениях и направляющих сравнительно малы. *** Разрыв струн наступает в тех случаях, когда вода не успевает посту­пать в должном количестве в рабочий цилиндр пресса и заполнять объем ци-. линдра, освобождающийся за движущимся плунжером, вследствие чего в ра-бочем цилиндре создается разрежение» которое может вызвать подсос в рабо-чнй цилиндр воздуха из атмосферы через сальниковые уплотнения. Этот воздух занимая верхнее положение в рабочем цилиндре, сжимается при рабочем ходе водой высокого давления и вследствие способное» расширяться нарушав* дальнейшем нормальное управление прессом. Поэтому следует предупреждать разрежение в рабочих цилиндрах.

имеющий большое сечение для прохода воды. т. е. оказывающий малое сопротивление ее движению.

Для совершения рабочего хода рабочие цилиндры соединя­ются с сетью высокого давления —20— 32. Мн/м² (200— 320 оти) * — или. другими словами, с аккумулятором 12, а ретурные—остаются соединенными с сетью низкого давления, куда и вытесняется жидкость из ретурных цилиндров.

Из сказанного следует, что в гидропрессовой установке име­ется замкнутая гидравлическая система, по которой вода прину­дительно циркулирует из бака 6 к насосам 10, оттуда — в сеть высокого давления с аккумулятором 12, затем в цилиндры 1 и /5, из них в резервуары 4 низкого давления, а далее опять в сливной бак 6 через клапан 5предельного давления.

По развиваемому усилию прессы бывают одноступенчатые и многоступенчатые. На рис 102. а изображена схема трехступен­чатого одноцилиндрового пресса. Первая ступень усилия пресса получается при подаче воды высокого давления в полость I ци­линдра, а вода низкого давления —в полость II. Вторая ступень усилия: вода высокого давления подается в полость II, а низко­го давления — в. полость I. Вследствие разницы площадей а и кольцевой b (а< b) усилие второй ступени отличается от усилия первой ступени. Третья ступень усилия, развиваемого прессом, достигается путем впуска воды высокого давления в обе поло­сти цилиндра. От использования трех ступеней усилия одноци­линдрового пресса на производстве отказываются, так как труд­но обеспечить должное уплотнение между полостями I и IIци­линдра вследствие его износа.

При работе трехцилиндрового пресса (рис, 102, б) в резуль­тате впуска воды высокого давления в цилиндр I, а воды низкого давления в цилиндры II и III получается первая ступень усилия пресса. Если воду высокого давления впускать в цилиндры II и III, а цилиндр I соединить с сетью низкого давления, то—вто­рая ступень усилия пресса. Если одновременно все три цилиндра б удут з аполняться водой высокого давления, то пресс сможет развить усилие, соответствующее третьей ступени.

Таким образом, при различных ступенях усилия пресса рабо­тают либо I, либо два крайних —II и III, либо все три рабочих цилиндра. Аналогично осуществляются ступени усилия в много-цилиндровых прессах.

Использованием ступеней усилия пресса достигается эконо­мия воды высокого давления, так как в этом случае в процессе рабочего хода часть цилиндров будет заполняться водой низко­го давления.

Ступени усилия у мощных гидравлических прессов иногда получают за счет повышения давления жидкости гидравличе­ским мультипликатором. Мультипликатор состоит из двух цилиндров разных диаметров. Для управления цилиндром боль­шего диаметра имеется отдельная распределительная коробка с клапанами для слива и подачи воды из аккумулятора. Плунжер управляемого цилиндра большего диаметра переходит в плунжер меньшего диаметра, входящий в другой цилнндр.

 

* Для крупных прессов с насосно-аккумуляторным приводом применяют в ряде случаев более высокое давление, в том числе до 100—120 Мн/м2 (1000— 200 ати) от гидравлических мультипликаторов.

 

СЕТЬ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Сеть низкого давления бывает двух типов: с естественным напором и с искусственным давлением.

Чтобы создать давление воды в сети с естественным напором, устанавливают наполнительный бак на высоту 15 м. Баки с водой размещают возможно ближе к насосам, чтобы сопротив­ление движению воды по трубопроводу было меньше, и вода под напором успевала поступать к насосам в необходимом количе­стве, иначе будут частично засасываться водяные пары, и про­изводительность насосов соответственно снизится.

В сети с искусственным давлением вместо открытого бака устанавливают герметически закрытые резервуары, в которых на поверхность воды воздействует воздух, сжатый до 0,6— 1,2 Мн /м^2 (6—12 ати) (позиция 4 на рис. 101).

В сети с искусственным давлением можно установить не­сколько баков (резервуаров), поставив их вблизи каждого прес­са. Уровень жидкости в этих резервуарах саморегулируется: если от пресса жидкость в большом количестве поступает в бли­жайший резервуар, то уровень в нем поднимается, отчего рас­положенный над жидкостью воздух сжимается до давления, более высокого, чем в соседнем резервуаре. Естественно, что жидкость, поступающая от пресса, пойдет в направлении наи­меньшего сопротивления не в этот, а в соседний резервуар, и т. п.

В сети с искусственным давлением трубопровод можно уста­навливать меньшего сечения, чем в сети с естественным напором.

В настоящее время применяют смешанную систему сети низ­кого давления. Для питания насосов используют бак 6 (см. рис. 101) с естественным напором. Этот бак является одновре­менно отстойным и сливным из системы 4 низкого давления с искусственным давлением. Данная система предназначена для обслуживания прессов. Излишняя жидкость из резервуара 4 че­рез перепускной клапан 5 предельного давления сливается в бак 6.

В сети низкого давления устанавливают фильтр 7, задерживающий различные предметы, попадающие в трубопровод (об­рывки уплотнений, обломки клапанных пружин, частицы, отко­ловшиеся от клапанов, ржавчина и т. д.), и холодильник 9 со своим циркуляционным насосом для охлаждающей воды. Рабо­чая вода нагревается при преодолении сопротивлений в трубо­проводе и особенно в клапанной системе. При интенсивной ра­боте без применения охлаждения вода может нагреться до 70град С

и более. Воду необходимо охлаждать, так как при повышенной температуре она вымывает смазку в сальниках и нагревает тру­бопроводы, расстраивая вследствие теплового расширения уп­лотнения в их соединениях.

Из-за неизбежных утечек приходится периодически добав­лять в систему свежую воду из заводского водопровода. Если для этой цели используется промышленная вода, то она, до по­падания в гидравлическую систему пресса, должна быть очище­на в специальном фильтре 8.

НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Обычно в установках гидравлического пресса применяют плунжерные насосы с приводом от кривошипного механизма. При малых мощностях до 51,5 квт (70 л. с.) строят насосы в основном вертикального типа (рис. 104, а), а при больших (свыше

 

 

 

51,5 квт) —горизонтальные (рис. 104, б). Вообще вертикаль­ные насосы строят мощностью до 110 квт (150 л. с), а горизон­тальные — ДО 1100 квт (1500.г. с)*. Насос имеет несколько цилиндров 2 со скалками 3 (плунжерами). Каждый цилиндр снабжен минимум двумя клапанами — впускным 4 и выпуск­ным 1. В больших насосах у каждого цилиндра ставят по не­скольку впускных и выпускных клапанов, потому что один кла­пан большого сечения быстро выходит из строя и его трудно притирать.

Недостатком многоклапанных насосов является то, что они требуют тщательного ухода, так как при выходе из строя одно­го из клапанов вода подается насосом не в полном количестве, а выяснить, какой из клапанов пропускает, затруднительно.

 

 

 

 

§ 47. СЕТЬ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

В сеть высокого давления входит ряд вспомогательных уст­ройств, в том числе аккумулятор 12 (см, рис. 101), системы 11 и 13 управления аккумулятором, компенсаторы 14 гидравличе­ских ударов и водораспределительные устройства 3 управления прессом. Аккумуляторы служат для запаса энергии в виде воды высокого давления, а также для регулирования давления в сети. Имеется четыре типовые схемы сети высокого давления.

Схема I. По наиболее простой схеме (рис. 106, а) сети вы­сокого давления каждый пресс имеет индивидуальный аккуму­лятор 2 и насосную установку. Сеть такого типа требует больших] капитальных затрат, поэтому она экономически несовер­шенна. Трубопровод в этой схеме короткий, в ней мало клапа­нов, я поэтому объемный к. п. д. сети высокого давления дости­гает Т) шв ⁼ 0,90—0,95,

Схема II (рис. 106, б). К одному магистральному трубо­проводу высокого давления присоединяют несколько прессов. Прессы располагают обычно в два ряда вдоль цеха. Отдельные прессы и аккумуляторы могут быть отключены от сети посред­ством вентилей. Если применяют грузовые аккумуляторы, что устарело, то в работе находится только один из них, а другой является запасным.

* Это превышение у трехплунжерного насоса меньше, чем у четырехплн-жерного двойного действия (см. рис. 104), поэтому для четырехплунжерного н асоса вместо 1,15 следует принять 1,20.

Магистраль высокого давления по данной схеме иногда име­ет протяженность более сотни метров. Вследствие этого увели­чивается количество соединений трубопровода, а поэтому возра­стают и утечки, и n_wb равен 0,8-0,85. При этом учитывают по-

тери воды скрытые и явные. Скрытые потери связаны с утечкой воды из сети высокого давления в сеть низкого давления через клапаны. Этот вид утечки трудно обнаружить из-за того, что работает ряд прессов, К недостаткам следует отнести также и

то, что в случае аварии трубопровода (его разрыв в одном мес­те) выходит из строя вся группа прессов, расположенных за местом аварии. Кроме того, во время работы только одного пресса, наиболее удаленного от насосной станции, вся маги­страль должна находиться под высоким давлением.

Схема III (рис. 106, в). Каждый пресс имеет самостоя­тельный трубопровод, проложенный вдоль цеха от общего кол- ' лектора. Данная система" является весьма дорогой, так как тре­бует много труб высокого давления. Объемный к. п. д. сети не превышает 0,8.

Схема IV. Наиболее совершенной является схема кольце­вого типа (рис. 106, г). Прессы располагают по обе стороны це­ха и подключают к одному кольцевому магистральному трубо­проводу. В такой системе количество гидравлических потерь (потери давления) минимально, потому что вода подходит с двух сторон и с меньшей скоростью. При аварии одного участка его выключают, а остальная система продолжает работать. Так как протяженность магистрали большая, то и утечки значитель­ны. Они в основном заключаются в утечке воды в систему низ­кого давления. При расчете баланса воды необходимо учесть утечки, составляющие 20%, т. е. n_wb=0,8.

Применение прессовой установки, работающей от аккумуля­тора, выгодно для случаев, когда по технологическому процессу требуются большие скорость и величина рабочего хода пресса.

ГРУЗОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Грузовые аккумуляторы бывают двух типов: с неподвижным цилиндром и подвижным плунжером (рис. 107, а) и с подвиж­ным цилиндром и неподвижным плунжером (рис. 107, б). Под­вижные части аккумулятора находятся под действием грузов, выполненных в виде чугунных секторов, укладываемых на пли­те, подвешенной к траверсе (см. рис. 107, а и б) или насыпных (рис. 107, в и г). В последнем случае на подвешенной к травер­се плите устраивают кольцевой стальной кожух, заполняемый рудой или камнями. При полном опорожнении аккумулятора подвижная плита с грузами ложится на деревянные опоры, рас­положенные на фундаментной плите. Вес груза

С = />1,1,                             (289)

где / — площадь плунжера, см²(м²); р — требуемое давление во­ды, н /м² (кГ/см*); 1,1—коэффициент, учитывающий трение в I сальнике и трение направляющих для груза.

Во избежание выбрасывания плунжера (или цилиндра, если он подвижен) вследствие переполнения аккумулятора водой пре­дусматривают следующие предохранительные устройства 11 (см. рис. 101):

 

1) осевой и поперечный каналы в плунжере (см. рис. 107); если плунжер или цилиндр будут вытеснены водой настолько, что поперечные каналы пройдут сальник (уплотнение) и выйдут из цилиндра, то через них будет вытесняться вода из цилиндра аккумулятора в атмосферу, что, с одной стороны, будет служить сигналом для выключения насосов, а с другой, при известных условиях (когда подача воды от насосов меньше, чем вытекаю­щая в атмосферу из отверстий поперечных каналов), —может

являться действительным предохранением плунжера от выбра­сывания. Это устройство следует рассматривать лишь как ава­рийное, а не основное. Кроме него всегда устанавливают спе­циальное автоматически действующее приспособление;

2) когда начнется переполнение аккумулятора водой, его грузы 2, поднимаясь, потянут за собой тягу 3 (рис. 108, а). Что­бы тяга 3 не обрывалась от резких толчков со стороны грузов аккумулятора, между упором на тяге и поводком, укрепленным на грузах, устанавливают пружину /. Тяга 3 поднимает стер­жень 5, который открывает клапан 6. Вода от насосов пойдет в сеть низкого давления, причем из аккумулятора вода выйти не может, так как обратный клапан 7 не пропустит ее. Когда грузы аккумулятора опустятся вследствие расхода воды прессами, опустится под действием груза 4 также тяга 3, и клапан о за­кроется. Вода от насосов опять начнет поступать в аккумулятор;

3) другое устройство, предохраняющее от переполнения во­дой аккумулятора, работает посредством переключения насосов

на холостой ход (рис. 108, б). Груз аккумулятора в определен­ном положении поднимает тягу 5, которая закрывает клапан 3 «открывает клапан 4. Вода из сети высокого давления пойдет под поршень 2 сервопривода, открывающий и удерживающий в таком положении впускной клапан 1 насоса. Вследствие этого при ходе нагнетания вода из цилиндра насоса будет вытеснять­ся в сеть низкого давления через открытый клапан 1, и насос начнет работать вхолостую. Когда груз аккумулятора опустится, клапан 4 закроется, а

клапан 3 откроется. Тогда на поршень 2 будет действо­вать вода низкого давления, и под действием пружины он опустится, вследствие чего впускной клапан 1 насоса начнет работать в соответст­вии с его назначением.

Кроме описанных предо­хранительных устройств, монтируют также предохра­нительные устройства 13 (см. рис. 101) от полного опо­рожнения аккумулятора и посадки грузов с ударом на опоры. Это может произойти при большом расходе воды, в частности при аварии в трубопроводе. Такое устрой­ство (рис. 109, а) устанавли­вают в трубопроводе высо­кого давления вблизи от аккумулятора на участке меж­ду аккумулятором и прес­сом. При большом расходе вода устремится из аккумулятора в трубопровод. Под действием скоростного напора (перепада дав­ления) воды шаровидный клапан 1, преодолевая действие контр­груза, прикроет выход в трубопровод.

Кроме того, применяют' приспособление для плавной посад­ки грузов на опоры (рис. 109, б). При подходе к опорам 4 гру­зы 5 перемещают вниз рычаг 1 и связанную с ним скалку 2, в которой имеется отверстие 3. Вследствие этого перемещения от­верстие 3 для прохода воды постепенно перекрывается, грузы аккумулятора 5 затормаживаются и сравнительно плавно опус­каются на опоры.

Грузовые аккумуляторы во время работы дают сильные гид­равлические удары в сети, т. е. внезапно повышают давление

на несколько меганьютонов на 1 м^2 (на несколько десятков атмосфер). Это объясняется тем, что при расходе воды из акку-

мулятора его грузы и масса движущейся жидкости накаплива­ют известную кинетическую энергию. Если в этот момент резко прекратить расход воды из аккумулятора, то грузы и вода долж­ны будут быстро остановиться, а грузы аккумулятора переме­нить направление движения, так как начнется наполнение акку­мулятора. Следовательно, к статическому давлению грузов на воду прибавится динамическое воздействие.

Практически при повышении давления от гидравлического удара вода несколько сжимается, а трубопроводы упруго де­формируются (раздуваются), вследствие чего грузы аккумуля­тора затормаживаются на некотором пути, расходуя на указан­ную упругую деформацию накопленную ими энергию. Чем боль­ше путь, на котором произойдет затормаживание грузов, тем меньше дополнительная динамическая сила их нажатия.

Во избежание сильных гидравлических ударов, расстраиваю­щих систему соединения трубопроводов и вызывающих иногда аварию, в сети устанавливают компенсаторы, смягчающие гид­равлический удар. Компенсаторы бывают пневматические (рис. ПО, а) и пружинные (рис. 110, б). При повышении давле­ния в трубопроводе от гидравлического удара пружина или воздух

 

 

компенсатора сжимаются, освобождая в цилиндре некото­рый объем. Тем самым удар смягчается, так как грузы аккумулятора и жидкость затормозятся на большем пути. Два грузовых аккумулятора без специальных приспособле­ний нельзя устанавливать для одновременной совместной рабо­те в сети, так как практически невозможно подобрать два аккумулятора с одинаковыми грузами и силами трения в сальнике. Для спаренной работы двух грузовых аккумуляторов используют следующий метод. Аккумуляторы заранее устанавливают на

причем Р4> P3. После этого начнется наполнение аккумуля­тора 1, и его подъем будет совершаться до тех пор, пока он не наполнится. Поэтому у аккумулятора 1 необходимо установить предохранительное устройство от переполнения.

Опорожнение аккумуляторов происходит в следующем по­рядке: сначала воду отдает аккумулятор 1, и его грузы опуска­ются до тех пор, пока дополнительный груз G 3 не опустится на свои опоры. Затем аккумулятор 2 опорожняется до тех пор, по­ка груз G₂ не опустится на опоры. Поэтому предохранительное устройство против быстрой посадки на опоры необходимо уста­навливать у аккумулятора 2.

К недостаткам грузовых аккумуляторов необходимо отнести:

1) гидравлические удары в сети; чем быстроходнее пресс, т. е. чем больше мгновенный расход воды, тем большие гидрав­лические удары возникают, поэтому грузо­вой гидравлический аккумулятор применя­ют для тихоходных прессов;

2) громоздкость установки;

3) необходимость специального приспо­собления для одновременной работы двух грузовых аккумуляторов.