4.3 Типовые приводы гидравлических прессов
4.3.2 Насосный безаккумуляторный привод
ток насосно-аккумуляторного привода в том, что происходит расход энергии вне зависимости от сопротивления заготовки.
Привод от механического мультипликатора обеспечивает расход энергии в зависимости от совершаемой работы, большое число повторяющихся ходов и постоянный уровень деформации.
В зависимости от назначения гидроприводы подразделяют на индивиду- альные и групповые. Применяют как индивидуальный гидропривод, предна- значенный для одного пресса, так и групповой – для нескольких прессов. В ка- честве группового привода гидропрессов обычно используют насосно- аккумуляторные станции (НАС), которые размещают в отдельном помещении, примыкающем к цеху. Протяженность линий трубопроводов, соединяющих НАС с отдельными прессами, может достигать десятки метров. В современных НАС используют кривошипно-плунжерные насосы и гидропневматические беспоршневые аккумуляторы. Стандартное условное давление рабочей жидко- сти НАС составляет 20-32 МПа. Аккумулятор запасает жидкость под давлени- ем, подаваемую насосами во время пауз в работе прессов и в периоды пони- женного расхода жидкости, а подает ее в моменты, когда потребление жидкости превышает подачу насосов.
Уровень жидкости в аккумуляторе меняется между верхним предельным уровнем, на котором все насосы переключаются на работу вхолостую, и ниж- ним предельным уровнем, на котором аккумулятор отключается (прекращается расход жидкости из него). Объем жидкости, заключенный между этими уров- нями, составляет рабочий или маневровый объем.
Для гидропрессов различного технологического назначения используют практически все виды приводов, а для гидравлических пресс-молотов и гидро- винтовых прессов – в основном применяют индивидуальный насосно- аккумуляторный привод. Это объясняется сравнительно большими значениями скорости (0,5-6 м/с) и, соответственно, мгновенной мощности, которую должен развивать гидравлический исполнительный механизм прессов ударного дейст- вия к началу рабочего хода. Для небольших прессов, мощность привода кото- рых не превышает 15 кВт, применяют насосные безаккумуляторные приводы.
усилия деформации FД. Эту скорость вычисляют по формуле vП = QН/S = сonst, где S – площадь рабочего цилиндра пресса, QН – производительность насоса постоянной подачи. Скорости прямого холостого и рабочего ходов пресса оди- наковы, а скорость обратного холостого хода значительно больше, т.к. площадь под поршнем меньше, чем площадь над поршнем.
а – принципиальная схема;
б – диаграмма давления и подачи насоса во время рабочего хода пресса;
в – диаграмма мощности насоса в течение цикла работы 1 – ползун; 2 – рабочий цилиндр; 3 – распределитель;
4 – разгрузочно-переливной клапан; 5 – насос; 6 – электродвигатель Рисунок 4.11 – Принцип действия насосного гидропривода
постоянной подачи
б а
в
В течение большей части технологического цикла работы пресса мощ- ность, развиваемая электродвигателем NЭ и насосом NН, равна мощности, раз- виваемой поршнем рабочего цилиндра, т.е. NЭ = NН = NЦ.
Установочная мощность насоса , где QН – подача насоса; рН – давление, создаваемое насосом.
Установочная мощность электродвигателя с учетом КПД насоса ηН
.
Если пресс выполняет операцию объемной штамповки (рисунок 4.11, в), то давление, создаваемое насосом, соединенным с рабочим цилиндром (рису- нок 4.11, а), будет пропорционально усилию деформации FД (рисунок 4.11, б)
,
где k = 1,05-1,07 – коэффициент, учитывающий трение в направляющих и в уп- лотнениях; FД – усилие деформации; S –площадь рабочего цилиндра.
Наибольшую нагрузку насос воспринимает в самом конце рабочего хода, а большую часть хода насос недогружен.
В течение времени tП холостого хода приближения, когда подвижные час- ти пресса опускаются под действием низкого давления жидкости или силы тя- жести, насос работает с очень малой нагрузкой (рисунок 4.11, в); в течение времени tВ возвратного хода из-за уменьшения сопротивления после начала движения он также обычно недогружен. В течение времени tТП технологиче- ской паузы насос должен работать вхолостую; это осуществляется с примене- нием распределительных устройств, обеспечивающих соединение насоса со сливным баком в нейтральной позиции, или применением разгрузочно- переливных клапанов.
В насосном гидроприводе постоянной подачи электродвигатель, непосред- ственно соединенный с насосом, нагружен примерно так же, как и насос. Одна- ко электродвигатель потребляет большую мощность из-за снижения коэффици- ента мощности – cosφ при недогрузке во время хода приближения и технологической паузы. Для гидропрессов с короткими и частыми циклами, например для ковочных прессов, выполняющих большую часть времени про- тяжку или шлихтовку (когда время хода приближения мало и нет технологиче- ской паузы), применение насосного привода постоянной подачи может быть рациональным.
Насосный привод со ступенями давления и подачи позволяет добиться улучшения использования установочной мощности электродвигателя и насосов во время рабочего хода при выполнении операций осадки, объемной штампов- ки и других операций. Насосы должны отключаться поочередно при достиже- нии определенного давления в гидросистеме. Широко применяют принципи- альную схему привода с насосами, имеющими две ступени подачи и давления (рисунок 4.12).
а – принципиальная схема; б – диаграмма давления и подачи насосов;
в – диаграмма мощности привода во время рабочего хода пресса;
1 – насос низкого давления; 2 – рабочий цилиндр; 3 – разгрузочно- переливной клапан первой ступени; 4 – обратный клапан; 5 – разгрузочно-
переливной клапан второй ступени; 6 – насос высокого давления;
7 – электродвигатель
Рисунок 4.12 – Принцип действия насосного гидропривода с двумя ступенями подачи
В гидроприводе используются два насоса (рисунок 4.12, а), один из кото- рых 1 рассчитан на меньшее давление, чем другой 6. Насосы могут приводиться в движение одним электродвигателем 7 с двумя выходными концами вала.
Вначале, на участке хода ползуна s1 оба насоса 1 и 6 работают совместно, пере- мещая плунжер пресса со скоростью, определяемой суммарной подачей Q = Q1 + Q2 двух насосов (рисунок 4.12, б). Затем насос 1, достигнув в точке а давления p1 с помощью разгрузочно-переливного клапана 3 переключается на слив. Насос 6, линия нагнетания которого отделена обратным клапаном 4, про- должает работать, завершая деформирование на участке s2 с пониженной ско- ростью, определяемой подачей Q2 этого насоса. Разгрузочно-переливной кла- пан 5 должен быть настроен на давление, несколько большее, чем рm. Установочная мощность насосов, подача и давление связаны соотношением
.
б
в а
Установочная мощность насосов и электродвигателя может быть исполь- зована полностью в двух точках рабочего хода b и c (рисунок 4.12, в).
В насосно-маховичном приводе на валу насоса и электродвигателя нахо- дится маховик, который служит накопителем (аккумулятором) механической энергии электродвигателя (рисунок 4.13, а). Насос постоянной подачи через распределительное устройство соединен с рабочим цилиндром пресса. Насос развивает мощность NH, пропорциональную мощности, развиваемой плунже- ром рабочего цилиндра; установочная мощность насоса NУH такая же, как и в насосном приводе постоянной подачи, а мощность электродвигателя меньше (рисунок 4.13, в).
а – принципиальная схема; б – диаграмма давления и подачи насоса;
в – диаграмма мощности привода во время рабочего хода пресса;
1 – рабочий цилиндр; 2 – распределитель; 3 – разгрузочно-переливной клапан; 4 – маховик; 5 – насос; 6 – электродвигатель
Рисунок 4.13 – Принцип действия насосно-маховичного гидропривода Момент инерции маховика
,
где AМ – работа маховика; ωэд – синхронная угловая скорость электродвигателя;
ε – скольжение электродвигателя.
б
а
в
плунжерные и радиально-плунжерные насосы, в конструкции которых преду- смотрена возможность изменения подачи в зависимости от давления.