9 ПРИНЦИП ДІЇ, КЛАСИФІКАЦІЯ ТА СИСТЕМИ ПРИВОДА ГІДРОПРЕСІВ 

9.1 Принцип дії гідравлічних КШМ

 

До гідравлічних КШМ відносять гідравлічні преси гідростати, гідромолоти, гідрогвинтові преси, гідроімпульсні та гідровібраційні преси та інші машини, енергоносієм приводу яких слугує робоча рідина.

 

Гідравлічними пресами називають КШМ квазістатичної дії на матеріал заготовки силою тиску рідини на поршень чи плунжер робочого виконавчого механізму. Гідропреси відносять до енерготипу машин, які використовують ефективну енергію у вигляді енергії тиску. Їх використовують для створення великих стискаючих зусиль. Сучасне пресове виробництво має в своєму складі гідропреси зусиллям до 500...750 МН.

 

Принцип дії гідравлічних пресів оснований на законі Паскаля про сполучені посудини (рис 9.1), згідно якого тиск в стисненій рідині передається у всі сторони рівномірно та діє по нормалі до поверхні.

Рис. 9.1. Принцип дії гідравлічного пресу

s, s₁ – переміщення; F, F₁  – площі плунжера та поршня;

Р, Р₁ – сили на плунжері та поршні пресу

 

Тиск p=Р/F, що створює сила Р, діюча на плунжер площею F, розповсюджується по всьому об’єму рідини та створює більшу в F₁/F силу Р₁=pF₁ на поршні, площею F₁. Відповідно до умови постійності об’єму рідини, переміщення поршнів та їх площі пов’язані співвідношенням

 

s₁=sF₁/F .

 

В сучасних гідропресах тиск рідини створюється гідроприводом з насосною станцією. Об’єм рідини, що подається насосом, називається подачею Q_н. За рахунок подачі поршень пресу (рис. 9.2, а) переміщується зі швидкістю v=Q_н/F₁.

 

  

а                                                 б

Рис. 9.2. Схеми гідравлічних пресів

а – з насосним приводом, б – з насосно-акумуляторним приводом.

Р_д – сила деформування; Q_н  – подача насоса; 1 – робочий циліндр; 2 – підтримуючий клапан; 3 – розподілювач; 4 – зворотний клапан; 5 – насос; 6 – запобіжний клапан; 7 – повзун (траверса); 8 – дросель; 9 – акумулятор

 

Робоча швидкість гідропресів невисока і рідко перевищує 0,5 м/с. Для досягнення таких швидкостей деформування застосовують насосно-акумуляторний гідропривід (рис. 3.2, б). В пресах з таким приводом застосовують акумулятор для накопичення рідини високого тиску, яка надходить від насосу під час технологічних пауз. Під час деформування рідина акумулятора надходить в головний циліндр пресу, збільшуючи подачу Q.

 

Перший гідравлічний прес був запатентований англійцем Йозефом Брама у 1795 р. Його надалі назвали "Пресом Брама".

 

9.2 Характерні особливості гідропресів

 

Розглянуті фізичні закономірності визначають основні особливості гідравлічних пресів як одного з класу КШМ:

 

1.     Зусилля, що створює гідропрес, теоретично може бути скільки завгодно великим. Це досягається збільшенням площі робочого поршня, підвищенням тиску в гідросистемі чи збільшенням кількості гідроциліндрів. Технічні труднощі створення надпотужних пресів обмежують номінальні зусилля межами 500...750 МН.

 

2.     Хід пресу також може бути скільки завгодно великим. Підвищуючи величину подачі Q_н насосної установки та час подачі робочої рідини можна досягнути великих ходів пресу. Хід деяких сучасних гідропресів вимірюється метрами.

 

3.     Швидкість руху поршня пресу визначається кількістю рідини, що поступає в робочий циліндр за одиницю часу. Змінюючи число працюючих насосів, їх продуктивність, а також використовуючи спеціальний акумуляторний чи мультиплікаторний привід, можна регулювати швидкість пресу. Це регулювання може бути плавним чи ступінчастим.

 

4.     Так само, регулюючи тиск в системі приводу та число працюючих циліндрів в багатоциліндрових пресах, можна плавно чи ступінчасто регулювати зусилля. Можна також забезпечити тривалу витримку заготовки під тиском.

 

5.     Гідропрес, як правило, здійснює роботу при порівняно малих швидкостях руху робочих органів, тому зазвичай мізерна частина роботи здійснюється за рахунок їх кінетичної енергії. У зв’язку з цим гідравлічні преси віднесені до машин практично статичної дії.

 

6.     Як видно з принципової схеми гідравлічного пресу, зусилля, яке розвиває робочий циліндр, замикається через заготовку в його станині (рамі) та не передається на фундамент. Тому фундаменти гідропресів значно простіші та дешевші ніж фундаменти молотів та деяких механічних пресів.

 

Основний недолік гідравлічних пресів це їх тихохідність. Підвищення швидкості викликає появу гідравлічних ударів, що викликає розхитування пресу, порушення ущільнення трубопроводів.

 

9.3 Класифікація гідропресів

 

Гідравлічні преси можна класифікувати за конструктивними особливостями, за кількістю циліндрів, типом гідроприводу та технологічним призначенням.

 

Найбільш характерними ознаками поділу гідропресів за конструкцією є розміщення циліндрів та тип станини.

 

Існують преси з вертикальним розміщенням робочих циліндрів, їх називають вертикальними, та преси горизонтальні – з горизонтальним розташуванням гідроциліндрів. Вертикальні преси частіше бувають з верхнім розміщенням циліндрів.

 

За кількістю циліндрів гідропреси бувають одноциліндрові, трьох- та багатоциліндрові.

Станини гідропресів мають рамну конструкцію. Вертикальні елементи рам, по яким спрямовують рухому поперечину, можуть бути виконані у вигляді стійок чи колон. Відповідно станини поділяють на одно-, двохстійкові та колонні. Одностійкові станини застосовують для пресів з невеликим зусиллям. Така станина забезпечує кращий доступ до робочого простору. Двохстійкова станина має краще спрямування рухомої поперечини, підвищену жорсткість.

 

З метою зменшення металомісткості використовують іноді рамні станини скріплені стрічкою чи дротом. При цьому станину відносять до попередньо напруженої. Попереднє напруження стрічки чи дроту підбирають таким, щоб під робочим навантаженням елементи станини не розходились.

 

Колонні преси будують з різним числом колон – від 2 і більше. Найбільш розповсюдженими є чотирьохколонні гідропреси.

 

За типом гідроприводу гідравлічні преси поділяють на насосні, насосно-акумуляторні та мультиплікаторні. Насосний безакумуляторний привід може бути з постійною подачею, зі ступінчастою та регульованою подачею. Мультиплікаторний привід гідропресів може бути електромеханічним та пароповітряний. Останній тип мультиплікаторного приводу присутній на гідропресах застарілих моделей та останнім часом рідко використовується.

 

За призначенням гідропреси поділяють на преси:

-         для кування та об’ємного штампування;

-         для листового штампування;

-         для прямого та зворотнього пресування, прутково-профільні, трубні;

-         спеціалізовані (для різки та ламання металопрокату, пресування металопорошків, для пресування та переробки пластмас, для механоскладальних робіт).

Рис. 9.3. Класифікація гідропресів за технологічним призначенням

 

Гідропреси для штампування можуть бути простої та подвійної дії, інші групи пресів виготовлялись, переважно, простої дії.

 

9.4 Робочі рідини та тиски гідравлічних пресів

 

В якості робочої рідини в приводах гідравлічних пресів частіше застосовують водяні емульсії та оливи. Чиста вода викликає корозію в трубопроводах та клапанах, тому її не застосовують. Крім того, при використанні води зростає тертя в ущільненнях, від чого прискорюється їх спрацювання та вихід з ладу.

 

Найбільш частіше застосовують емульсію, яка являє собою 1...1,5 % розчин емульсії в воді. Зазвичай це – емульсор марки Э-2 (емульсол Б). Згідно ГОСТ 1975 він складається з 85 % веретенної оливи та 15 % асидолу (суміші нафтенових кислот). Емульсію переважно застосовують в гідроприводах з плунжерними кривошипними насосами.

 

В радіально-плунжерних насосах застосовують індустріальні оливи И-20А, И-30А, И-40А. Оливи – більш в'язкі рідини, ніж емульсії. Тому в магістралях гідросистеми можна застосовувати не клапанні розподілювачі, як в приводах, що працюють на воді чи емульсіях, а більш прості – золотникові. Проте оливи є вогненебезпечними, що потребує дотримання певних вимог.

 

Як правило, в приводах гідравлічних пресів застосовують тискі в межах 20...45 МПа (200...450 ат). Для безакумуляторних приводів тиск робочої рідини зазвичай становить 20...25 МПа, для насосно-акумуляторного приводу – до 35 МПа, а мультиплікаторного – до 65 МПа.

 

Застосування тієї чи іншої робочої рідини в більшому визначає конструкцію основних вузлів пресу елементів приводу, системи керування та ущільнень. Наприклад, при використанні емульсій головний робочий циліндр преси виконують плунжерного типу, при використанні олив – поршневого типу, рідко плунжерного у випадку великих діаметрів.

 

Робочі рідини мають задовольняти таким вимогам:

–        не викликати корозії та не руйнувати ущільнення;

–        не розчиняти в собі значної кількості повітря та інших домішок;

–        володіти змащувальними властивостями;

–        не бути надто в'язкими, щоб не викликати значних гідравлічних втрат на тертя;

–        задовольняти умовам пожежобезпеки.