Гидроимпульсный привод вибропресса

(5) 5 В Я ОБРЕТ ИСА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТ(71) Винницкий политехнический институт (72) Р.Д.Искович-Лотоцкий и В.И,Беньков скийФ(56) Авторское свидетельство СССР В 1426685, кл, В 21,/ 9/06, 1988.(54) ГИДРОИМПУЛЪСНЫй ПРИВОД ВИБ РОПРЕССА(57) Изобретение относится к машиностро ению, а именно к вибропрессам. Цель - рас ширение технологических воэможностей и повышение производительности. В гидроимпульсном приводе вибропресса гидроаккумуляЮ 41,(. тор выполнен в видедвух поршнеи 3,4, свинчивающихся правой и левой резьбами с поворотным валом 2 и образующихся в корпусе 1 замкнутую гидравлическую полость, которая через напорный дифференциальный клапан 18 и подпорный клапан генератора импульса давления соединена с полостью силового гидроцилиндра. Слив жидкости из полости силового гидроцилиндра при его возвратном ходе осуществляется через сливной дифференциальный клапан 19 генератора импульсов давления и напорный золотник 33. Изобретение позволяет снизить время настройки рабочего объема гидроаккумулятора и повысить частоту импульсов давления, 1 ил,Ы ЯИзобретение относится к машиностроению, а именно к конструкциям гидравлических приводов вибропрессов, и может быть использовано при создании оборудования для прессования порошковых материалов.Известен вибропресс с гидроприводом, состоящий иэ станины, поперечины - стола, рабочего и возвратных гидроцилиндров, задающего устройства золотника, одноходового и газогидравлического гидроаккумуляторов, дросселя, напорной и сливной магистралей.Недостатки такого вибропресса - схемная и конструктивная сложность.Известен также гидравлический привод , вибропресса, содержащий газогидравлический аккумулятор, цикловой гидроаккумулятор, исполнительный гидроцилиндр, напорную гидролинию, генератор импульсов давления, золотник с двумя управляющими полостями и подпружиненным поршнем в одной иэ них, возвратные цилиндры, поршневую полость исполнительного гидроцилиндра и сливную полость.Недостатком этого привода является сложность конструктивного исполнения, связанная с применением для возврата вибростола дополнительных гидроцилиндров, функционирующих по принципу гидропружин.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гидроимпульсный привод вибропресса, включающий силовой гидро- цилиндр со штоковой и поршневой полостями, содержащий основной и вспомогательный аккумуляторы, а также генератор импульсов давления, напорную и сливную гидролинии.Недостатком укаэанного гидроимпульсного привода является наличие двух аккумуляторов - газогидравлического и циклового, что увеличивает сложность и габариты привода, Кроме того, гидроимпульсный привод с распределительным устройством, построенным из шаровых элементов, не обеспечивает полную разрядку циклового гидроаккумулятора, Экспериментально доказано, что плотность и рэвноплотность прессуемых изделий из порошковых материалов зависит в большей степени от энергии импульса, определяемой для аккумулятора гидравлического тика известным соотношением:Аи = 0,5Лр вайаЗж, (1)где Д - коэффициент сжимаемости жидкости; Ю - объем гидроаккумулятора;Ьр - разность максимального и минимального давлений.Из формулы (1) ясно, что для получения 5 больших значений энергии импульса необходимо стремиться к возможно более полной разрядке гидроаккумулятора, до рмин. О.Конструкция прототипа не обеспечивает этого условия, так как исходя из рас четной формулы для давлелия закрытияр 2р т 04/14 + к 1(п+ п 2)Л 4 (2) следует, что давление закрытия р 2 = рин отличается от давления р 1 = рмас лишь на величину соотношения площади поперечного сече ния, перекрываемой шариком т 04, к площади поперечного сечения этого же шарика т 4, и, ввиду того, что это соотношение не может быть малым и к тому же компенсируется зэ счет усилия пружины - составляющей 20 к 1(Ь 1+ 12) в формуле (2), ясно, что в данном случае нельзя говорить о полной разрядке гидроаккумулятора. Кроме того, при жЕЛаНИИ ПОВЫСИТЬ ЭНаЧЕНИЕ Р 1 = Рмас СО- гласно формуле (2) увеличивается и значе ние р 2, так что определяющее соотношениеЛр = р - р 2, входящее в формулу (1), не изменится.Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение 30 производительности гидроимпульсногопривода вибропресса путем повышения энергии, передаваемой импульсами давления жидкости с заданной частотой, увеличения быстродействия срабатывания 35 запорных элементов основного каскада иуменьшения времени настройки гидроаккумулятора на требуемый объем, соответствующий расчетному значению энергии.Поставленная цель достигается тем, что 40 в гидроимпульсном приводе вибропресса,содержащем гидроаккумулятор, генератор импульсов давления, сливную и напорную гидролинии, а также силовой гидроцилиндр, включающий корпус с днищем и размещен ным в нем плунжером, гидроаккумуляторвыполнен в виде установленного на подшипниках в корпусе вала и свинчивающихся с ним правой и левой резьбой двух поршней, образующих в упомянутом корпусе 50 замкнутую полость, а также соединенного свалом через муфту реверсивного электродвигателя, а генератор импульсов давления выполнен в виде смонтированных в корпусе напорного и сливного дифференциальных 55 клапанов, состоящих иэ седла и подпружиненного клапана с центральным и радиальным дроссельйым отверстиями, образующими подклапанную, надклапанную и кольцевые полости, подпорного кла30 мгновенных расходов и устанавливаются в 40 напорной линии. Однако ранее неизвестны конструкции гидроимпульсных приводов, в которых распределительный каскад генератора импульсов давления выполнен в виде напорного и сливного дифференциальных 45 клапанов, состоящих из седла и подпружиненного клапана с центральным и радиальным дроссельным отверстиями, образующими подклапанную, надклапан 50 55 пана, включающего седло с осевым и радиальным отверстиями и подпружиненный элемент с конической и цилиндрической герметизирующими кромками, и напорного золотника с управляющей полостью и размещенными в его канале дросселем, плунжер силового цилиндра выполнен с хвостовиком, а в днище корпуса силового цилиндра выполнены центральное и два боковых сквозных отверстия, при этом хвостовик плунжера силового гидроцилиндра размещен в цилиндрическом гнезде днища корпуса, образуя тормозную полость, при этом напорный дифференциальный клапан соединен своей подклапанной полостью с замкнутой гидравлической полостью гидроаккумулятора и напорной гидролинией, а надклапанной полостью - с полостью силового гидроцилиндра через. одно из боковых отверстий в днище последнего и управляющей полостью - через подпорный клапан со сливной гидролинией, а сливной дифференциальный клапан соединен подклапанной полостью с полостью силового гидроцилиндра через второе боковое отверстие в днище, надклапанной полостью - со сливной гидролинией и управляющей полостью - через напорный золотник со сливной гидролинией, а тормозная полость силового гидроцилиндра соединена через центральное отверстие в днище корпуса последнего с управляющей полостью напорного золотника и через дроссель - со сливной магистральюю. Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что двухкаскадные клапаны-пульсаторы применяются в вибрационной технике с целью сочетания высоких (выше 10 МПа) и значительных ную и кольцевую полости, где напорный дифференциальный клапан соединен своей подклапанной полостью с замкнутой гидравлической полостью гидроаккумулятора и напорной гидролинией, нэдклапанной полостью - с полостью силового гидроцилиндра через одно иэ боковых отверстий в днище последнего и управляющей полостью - через подпорный клапан со сливной магистралью, а сливной дифференциальный клапан соединен подклэпанной поло 5 10 15 20 25 стью с полостью силового гидроцнлиндра через второе боковое отверстие в днище, надклапанной полостью - со сливной гидролинией и управляющей полостью - через напорный золотник со сливной гидролинией, а тормозная полость гидроцилиндра соединена через центральное отверстие в днище корпуса гидроцилиндра с уйрэвляющей полостью напорного золотника и через дроссель - со сливной гидролинией,Широко известно также применение винтовой передачи для изменения объема .гидроаккумулятора.Однако применение для этой цели механизма, состоящего из установленного на подшипниках в корпусе вала и свинчивающихся с ним правой и левой резьбой двух поршней, образующих в упомянутом корпусе замкнутую гидравлическую полость, а также соединенного с валом через муфту реверсивного электродвигателя, ранее неизвестно,Применение в конструкциях вибропрессон гидроимпульсного привода с аккумулятором переменного объема, регулируемого взаимным расположением двух поршней, установленных на одном валу, а также установка в распределительном каскаде генератора импульсов давления запорных элементов в виде двух дифференциальных трубчатых клапанов с радиальным дроссельным отверстием, каждый из которых имеет управляющий каскад, позволяет соответственно сократить время настройки гидроаккумулятора на требуемый объем, соответствующий расчетному значению энергии, а также повысить энергию, передаваемую импульсами давления жидкости, и увеличить частоту колебаний за счет увеличения быстродействия срабатывания эапорных элементов, что расширяет технологические возможности вибропрессового оборудования и увеличивает его производительность,Нэ чертеже приведена конструктивная схема гидроимпульсного привода,Гидроимпульсный привод содержит гидроаккумулятор, генератор импульсов давления и силовой гидроцилиндр, собранные в один блок, Гидроэккумулятор состоит иэ корпуса 1, внутри которого на валу 2 размещены поршни 3 и 4, свинченные с последним с помощью леной и правой резьбы. С торцов корпус 1 закрыт крышками 5 и б с установленными н них стопорными винтами 7 и 8, В крышке 5 размещен также подшипник 9, служащий опорой вала 2. Подшипник 9 фиксируется навалу 2 с помощью гайки 10. Выходной конец вала 2 через муфту 11 соединен с реверсивным электродвигателем 12, На корпусе 1 гидроаккумулятора размещен генератор импульсов давления, состоящий из корпуса 13, в расточках которого размещены гильзы 14 и 15, седла 16 и 17, дифференциальные клапаны 18 и 19, размещенные внутри гильз 14 и 15 соответственно, нормально прижаты к седлам 16 и 17 с помощью пружин 20 и 21, расположенных одним концом в расточках клапанов 18 и 19, а другим упирающихся в стенки 22 и 23 корпуса 13, причем клапан 18 размещен в напорной гидролинии 24, а клапан 19 - в сливной гидролинии 25. Внутри гильз 14 и 15 расположены также направляющие втулки 26 и 27, по внутренней повеохности которых центрируются хвостовики клапанов 18 и 19, Дифференциальные клапаны 18 и 19 имеют осевую расточку и радиальное дроссельное отверстие, так что жидкость может свободно поступать через них в кольцевую полость, В другой расточке корпуса 13 генератора импульсов давления размещен подпорный клапан, подседельная полость которого гидравлически связана через расточку в корпусе 13 и канал в клапане 18 с полостью гидроаккумулятора, Подпорный клапан состоит из седла 28, внутри которого находится ступенчатый элемент 29, имеющий расточку для размещения пружины 30, а также коническую и цилиндрическую герметизирующие кромки, Другой конец пружины 30 упирается в установочный винт 31, размещенный в крышке 32, Через расточку в корпусе седла 28 и канал в корпусе 13 подпорный клапан соединен со сливом, В расточке корпуса 13 расположен напорный золотник 33, поджатый пружиной 34. В золотнике ЗЗ имеется Т-образный канал, в котором имеется дроссель 35. К корпусу 13 генератора импульсов давления с помощью полуколец 36 и 37 крепится корпус 38 силового гидроцилиндра, с плунжером 39 которого жестко связан рабочий стол 40. Полость силового гидроцилиндра гидравлически связана с напорной гидролинией 24, перекрываемой клапаном 18, а также со сливной гидролинией 25, перекрываемой клапаном 19, В хвостовой части плунжера 39 имеются продольные канавки 41, сообщающие подплунжерную полость силового гидроцилиндра с объемом 42, образованным цилиндрическим гнездом в днище корпуса 38 гидроцилиндра и хвостовой частью плунжера 39 (тормозной полостью).Тормозная полость 42 связана через центральное отверстие в днище корпуса 38, канал в корпусе 13 со сливом, через Т-образный канал с дросселем 35 в золотнике ЗЗ с управляющей полостью золотника ЗЗ, В рабочем столе 40 и гильзе силового гидроцилиндра 38 установлены направляющие 43пружин 44 возврата,Гидроимпульсный привод работает5 следующим образом,В исходном состоянии дифференциальные клапаны 18 и 19 поджаты к седлам 16 и17, ступенчатый элемент 29 находится вкрайнем правом положении под действием10 усилия со стороны пружины 30, а золотник33 в крайнем левом положении поддействием усилия со стороны пружины 34. Плунжер 39 с рабочим столом 40 находится внижнем положении,15 При подаче рабочей жидкости от гидронасоса (не показан) в полость гидроаккумулятора давление в последнем возрастает,Причем объем гидроаккумулятора устанавливается на любую требуемую величину в20 пределах хода поршней 3, 4, Установка необходимого объема гидроаккумулятора осуществляется вращением вала 2, имеющегона концах левую и правую резьбу, так что,вращаясь, вал вынуждает поршни 3, 4, ли 25 шенные воэможности вращаться стопорными винтами 7, 8, двигаться либонавстречу друг другу (уменьшение объемагидроаккумулятора), либо в противоположных направлениях (увеличение объема гидЗО роаккумулятора) в зависимости отнаправления вращения вала 2,Рабочая жидкость иэ гидроаккумулятора через канал в корпусе 13, через осевойканал в клапане 18, радиальный канал и35 кольцевую расточку в нем поступает в отверстие седла 28 и воздействует давлениемна элемент 29,При достижении давления, создающегоосевое усилие на элемент 29, превышающее40 усилие пружины, происходит перемещениеэлемента 29 влево. Перемещение элемента29 происходит скачкообразно, так как пристрагивании его резко возрастает площадь,на которую воздействует рабочая жидкостьо45 - с площади 11 клапана До 13 золотника,соответственно осевая сила, заставляющаяэлемент 29 перемещаться влево, скачкообразно возрастает в п = тэ/1 раэ, После перемещения элемента 29 влево полость50 гидроаккумулятора через каналы в корпусе13, осевое и радиальное отверстие в клапане 18, через радиальное и осевое отверстиев седле 28 оказывается непосредственносоединенной со сливом. Вследствие того,55 что соединение происходит практическимгновенно, давление в кольцевой полостиклапана 18, создававшее усилие дополнительно к усилию пружины 20, прижимавшеедифференциальный клапан 18 к седлу 16,резко падает, Одного усилия пружины 20оказывается недостаточно, чтобы противодействовать усилию сдвига влево, происходит разгерметизация клапана 18 и перемещение его влево.При этом пружина 20 сжимается, клапан 18 перекрывает сообщение напорной линии 24 с полостью седла 28 элемента 29 и сообщает ее с подплунжерной полостью силового гидроцилиндра. Элемент 29 под воздействием усилия со стороны пружины 30 возвращается в исходное положение. Давление в подплунжерной полости силового гидроцилиндра резко возрастает и плунжер 39 с рабочим столом 40 перемещается вверх, сжимая пружины возврата, Вследствие быстрого перемещения плунжера 39 вверх происходит увеличение объема, заполняемого рабочей жидкостью, иэ-эа чего давление во всех полостях гидроимпульсного привода падает. Клапан 18 под действием пружины 20 возвращается в исходное положение, Под действием усилия со стороны пружин возврата и силы тяжести плунжер 39 перемещается вниз, При этом хвостовик плунжера 39 из полости 42 в днище корпуса 38 начинает вытеснять рабочую жидкость через каналы в нем и корпусе 13 к дросселю 35 и клапану 19. Вследствие перепада давления на дросселе 35 возникает осевое усилие, вынуждающее золотник 33 перемещаться вправо, сжимая пружину 34, при этом Т-образный канал в золотнике 33 оказывается сообщенным с каналом в корпусе 13, гидравлически связанным с кольцевой полостью дифференциального клапана 19. С этим же объемом через осевой и радиальный каналы в клапане 19 связана подплунжерная полость гидроцилиндра и до момента перемещения золотника ЗЗ давление рабочей жидкости в этом объеме повышалось вследствие сжатия (уменьшения объема) последней при опускании плунжера 39.При перемещении золотника 33 вправо происходит резкое падение давления кольцевой полости клапана 19 вследствие соединения его через Т-образный канал и рабочую полость. золотника 33 со сливом, при этом клапан 19 разгерметизируется аналогично клапану 18, Усилие страгивания клапана 19 превышает усилие затяжки пружины. Клапан 19 перемещается вправо, сжимая пружину 21, перекрывает сообщение своего осевого канала через полость золотника 33 со сливом и открывает сливную гидролинию 25, сообщая с ней подплунжерную полость силового гидроцилиндра. Через сливную гидролинию достаточного диаметра происходит практически мгновенный слив рабочей жидкости из подплунжерной полости. После этого под действием пружины 21 клапан 19 возвращается в исходное положение, так же как и золотник 33 под действием усилия5 пружины 34, плунжер 39 с рабочим столом40 занимают крайнее нижнее положение.Давление рабочей жидкости в гидроаккумуляторе вновь начинает возрастать, и цикл работы гидроимпульсного привода повторя ется,Давление открытия генератора импульсов давления может быть определено по ,формуле15 р3(1 по/1, (3)где к 1, йод - жесткость и предварительная деФормация пружины 30;Хт - площадь поперечного сечения кла пана-золотника по герметиэирующей фаске.Давление закрытия генераторов импульсов давления р определяется из условия25р 2 2р 2 тз+ 3(2(Ь 02+ Ь 2) (4),Следовательно,р 232(ъ 02 + ъ 2)/Р 2 тз) (5)где Гг - площадь сечения клапана 18;30 з - площадь сечения клапана со стороны пружины 20;12, пог, Ьг - жесткость, предварительнаяи рабочая деформация пружины 20.Из формулы (5) видно, что, выбрав до статочно мягкую пружину, при небольшойрабочей деформации ее можно добиться практически полной разрядки гидроаккумулятора, а значит большего значения разно-.сти Лр = р - р 2, что приведет к увеличению 40 энергии импульса по сравнению с конструкцией-прототипом согласно формуле (1). Момент открытия клапана в сливной гидролинии определяется из условия срабатывания золотника 33, которое можно эапи сать в видерз 1 эсз(поз + пз) (6)илирзз(поз+ пз)/тз,(7)50где рз - давление на торцовую площадьзолотника 33, возникающее вследствие перепада давлений на дросселе 35 ( Лр = рз),так как дроссель 35 непосредственно соеди 55 нен со сливом:з - площадь, сечение золотника 33, накоторую. воздействует давление рЗ;кз, Ьоз, Ьз - жесткость, предварительнаяи рабочая деформации пружины 34,1697969 При выполнении условия (7) клапан срабатывает, причем жесткость пружины выбирается из условияР 2 Т 4"4 п 04 (8)илик 4р 2 Т 4/п 04, (9) подклапанную, надклапанную и кольцевую полости, подпорного клапана, включающего седло с осевым и радиальным отверстиями и подпружиненный элемент с конической и цилиндрической герметизирующими кромками, и напорного золотника с управляющей полостью и размещенным в его канале дросселем, плунжер силового гидроцилиндра выполнен с хвостовиком, а в днище корпуса силового гидроцилиндра выполнено цилиндрическое гнездо с центральным сквозным отверстием и два боковых сквозных отверстия, при этом хвостовик плунжера силового гидроцилиндра размещен В цилиндрическом гнезде днища корпуса, образуя тормозную поСоставитель Р, Искович-ЛотоцкийТехред М,Моргентал Корре стор Т, Малец Редактор М. Бандура Заказ 4352 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, М(-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул,Гагарина, 101 где р 2 - давление закрытия;т 4 - площадь сечения клапана по Герметизирующей фаске;к 4, Ьо 4 - жесткость и предварительная деформация пружины.Анализируя зависимости (7) и (9) можно сделать вывод, что, подобрав соответственно параметры дросселя и пружин 34 и 20, можно обеспечить значительное быстродействие срабатывания клапана 19, уменьшая время слива по сравнению с прототипом, а значит и увеличивая частоту колебаний, определяемую по известной зависимости; 14 = - = 1/Йх.В,+ 1 в + то), (10)где 1, Т - частота и период колебаний плун.жера;сх.в. - время хода плунжера вверх;тв - время хода плунжера вниз, со - время паузы (выстоя) в нижнем положении за счет уменьшения составляющей Ь,Формула изобретения Гидроимпульсный привод Вибропресса, содержащий гидроаккумулятор, генератор импульсов давления, гидропривод со сливной и напорной гидролиниями, а также силовой гидроцилиндр, включающий корпус с днищем и размещенным в нем плунжером, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей и увеличения производительности путем повышения энергии удара, быстродействия срабатывания и уменьшения времени настройки, гидроаккумулятор выполнен в виде установленного на подшипниках в корпусе вала и свинчивающихся с ним правой и левой резьбами двух поршней, образуощих в упомянутом корпусе замкнутую гидравлическую полость, а также соединенного с валом через муфту реверсивного электродвигателя, генератор импульсов давления выполнен В виде смонтированных в корпусе напорного и сливного дифференциальных клапанов, состоящих из седла и подпружиненного клапана с центральным и радиальными дроссельными отверстиями, образующимй лость, напорный дифференциальный клапан соединен своей подклапанной полостью с замкнутой гидравлической полостью гидроаккумулятора и напорной магистралью гидропривода, надклапанной полостью с полостью силОВОГО Гидроцилиндра через одно из боковых отверстий и кольцевой полостью - через подпорный клапан со сливной гидролинией, сливной дифференциальный клапан соединен подклапанной полостью с полостью силового гидроцилиндоа через второе боковое отверстие, надклапанной полостью - со сливной гидролинией и кольцевой полостью - через напорный золотник со сливной гидролинией, а тормозная полость гидроцилиндра соединена через центральное отверстие корпуса с управляющей гголостью онапорного золотника и через дроссель - со сливной гидролинией.