Патент на изобретение №2279980

(54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС

(57) Реферат:

Изобретение относится к области обработки материалов давлением и может быть использовано, в частности, при прессовании порошкообразных термопластичных взрывчатых веществ (ВВ). Пресс содержит рабочий цилиндр с плунжером, гидростанцию, пневмогидронасос подпитки, напорную магистраль рабочего цилиндра и систему управления. Он снабжен цилиндрами возврата, плавающей муфтой, переменным дросселем, реверсивным электродвигателем и установленным в напорной магистрали рабочего цилиндра устройством дистанционного регулирования давления прессования, содержащим клапан предохранительный непрямого действия с регулировочным винтом, отсечной гидрораспределитель, аналоговый датчик давления и программное управляющее устройство. Регулировочный винт клапана предохранительного через плавающую муфту соединен с валом реверсивного электродвигателя. Выход упомянутого клапана подключен к входу отсечного гидрораспределителя, на одном из выходов которого установлен переменный дроссель, выход которого и второй выход отсечного гидрораспределителя объединены со сливной линией. Программное управляющее устройство содержит блок задания программы, блок сравнения и блоки управления клапаном предохранительным непрямого действия, отсечным гидрораспределителем, пневмогидронасосом подпитки, снабженным электропневмопреобразователем. Выход аналогового датчика давления подключен к входу блока сравнения, к второму входу которого подключен выход блока задания. Выход блока сравнения соединен с входами блоков управления. Выход блока управления клапаном предохранительным непрямого действия подключен к обмоткам реверсивного электродвигателя. Выход блока управления отсечным гидрораспределителем подключен к катушкам отсечного гидрораспределителя. Выход блока управления пневмогидронасосом подпитки подключен к электропневмопреобразователю пневмогидронасоса подпитки. В результате обеспечивается создание гидропресса для прессования ВВ, который позволяет расширить технологические возможности прессования при низких энергозатратах. 2 ил.

Заявляемое техническое решение относится к области обработки материалов давлением и может быть использовано, в частности, при прессовании порошкообразных термопластичных взрывчатых веществ (ВВ).

Известен гидравлический пресс для пороха и ВВ, содержащий ползун с силовым гидроцилиндром, в магистраль которого встроен клапан, регулирующий давление в цилиндре. В результате регулирования гидравлическое давление нарастает, а затем поддерживается постоянным. Регулировочный клапан приводится в действие с помощью кулачкового диска с приводом от двигателя. Давление в силовом цилиндре отслеживается механизмом, снабженным выключателем для останова двигателя кулачкового диска в момент достижения максимального давления (Франция, заявка № 2427904, В 30 В 15/22, 11/26, 1972 г.).

Данное устройство не может быть использовано при прессовании термопластичных ВВ по следующим причинам:

– процесс прессования термопластичных ВВ должен сопровождаться ступенчатым ростом давления прессования с выдержкой времени на заданных ступенях давления;

– при достижении максимального давления в гидросистеме, которое рассчитывается исходя из удельного давления прессования данного вида ВВ, прессовка, во избежание ее возможного «роста» после снятия нагрузки, должна быть достаточно длительное время нагружена этим давлением;

– процесс сброса давления в гидросистеме также должен носить ступенчатый характер с интервалами выдержки на этих ступенях.

Недостатки вышеуказанного устройства: оно не может обеспечить как ступенчатого набора, так и ступенчатого сброса давления, а длительное нагружение прессовки под давлением возможно лишь при условии непрерывной работы насосной установки гидроагрегата, что влечет за собой большие энергозатраты.

Известен также гидравлический пресс с основным и вспомогательным цилиндрами, имеющими общий шток, а золотник на нагнетательной магистрали соединяет обе полости основного цилиндра. Золотник снабжен клапаном отключения нагнетающей магистрали и пресс-реле давления, установленным в магистрали питания бесштоковой полости вспомогательного цилиндра. Реле давления электрически связано с золотником (СССР, а.с. № 867659, В 30 В 1732, 1981 г.).

Недостатком этого гидравлического пресса является то, что, обеспечивая за счет периодического подключения вспомогательного цилиндра поддержание заданного усилия прессования, его гидравлическая система не может обеспечить ступенчатое прессование.

Известен гидропривод пресса, содержащий насосную установку, рабочий гидроцилиндр, трехпозиционный распределитель, обратный клапан, пневмогидронасос и гидрозамок. В напорную магистраль гидроцилиндра встроены датчик давления и предохранительный пропорциональный клапан, которые связаны электросхемой с программным управляющим устройством, несущим программу изменения давления во времени (РФ, патент № 2169665, 7 В 30 В 15/26, 2001. г – прототип).

Недостатки данного гидропривода заключаются в следующем:

– в момент отключения гидростанции в процессе прессования, что является сильным возмущением, наблюдается скачкообразное падение давления в гидросистеме;

– набор давления осуществляется при помощи пневмогидронасоса через аналоговый электропневмопреобразователь по команде от программного управляющего устройства, электросигнал от которого сначала преобразуется в пневматическую, а затем в гидравлическую величину. Система управления с двойным преобразованием сигнала достаточно сложна, особенно, если требуется обеспечить не только ступенчатое прессование, но регулируемый переход от одной ступени к другой с заданной скоростью набора давления и определенной точностью регулирования;

– на этапе набора давления невозможно при необходимости снизить давление в гидросистеме в случае превышения заданного значения – отсутствует регулирование в сторону уменьшения давления;

– сброс давления осуществляется при выключенной гидростанции с использованием пропорционального предохранительного клапана. Данный режим работы в области малых расходов является критичным для пропорционального клапана (согласно рабочей характеристике) и не является оптимальным – не обеспечивает стабильной работы, что может привести к недостаточной точности и значительным отклонениям регулируемого давления прессовки от заданного значения.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка гидропресса для прессования ВВ, который позволяет расширить технологические возможности прессования при низких энергозатратах.

В связи с тем, что параметры прессования: время погружения, время разгрузки и выдержки, меняются в широких пределах в зависимости от типа изделий, к заявляемому гидропрессу были предъявлены следующее технические требования:

– предотвратить скачкообразное падение давления в гидросистеме в момент отключения гидростанции и перехода на набор давления пневмогидронасосом;

– обеспечить возможность ступенчатого нагружения и разгружения прессуемых изделий с организацией необходимых временных выдержек при заданных давлениях;

– обеспечить возможность перехода с одной ступени прессования на другую с заданной регламентом скоростью набора (сброса) давления;

– обеспечить поддержание давления прессования в соответствии с заданным значением при наличии в системе возмущений (регулирование в сторону уменьшения и увеличения давления);

– при минимальных энергозатратах обеспечить длительную выдержку под давлением и управляемый процесс разгрузки изделий.

Указанные технические требования нашли свое решение в заявляемом гидравлическом прессе, отличительные признаки которого заключаются в следующем:

– напорная магистраль рабочего цилиндра оснащена устройством дистанционного регулирования давления, содержащим клапан предохранительный непрямого действия, отсечной гидрораспределитель, аналоговый датчик давления и программное управляющее устройство;

– регулировочный винт клапана предохранительного через плавающую муфту соединен с валом реверсивного электродвигателя, выход клапана предохранительного подключен к входу отсечного распределителя, на одном из выходов которого установлен переменный дроссель, выход которого и второй выход распределителя объединены со сливной линией;

– программное управляющее устройство включает блок задания программы, блок сравнения, блоки управления, причем к первому входу блока сравнения подключен выход датчика давления, ко второму входу – выход блока задания, а выход блока сравнения соединен с входами блоков управления, выход первого из которых подключен к обмоткам реверсивного электродвигателя, выход второго – к катушкам гидрораспределителя, выход третьего – к электропневмопреобразователю пневмогидронасоса.

Заявляемый гидравлический пресс обладает следующими преимуществами:

– оснащение напорной магистрали рабочего цилиндра устройством дистанционного регулирования давления, содержащим клапан предохранительный непрямого действия, отсечной гидрораспределитель, аналоговый датчик давления и программное управляющее устройство, включающее блоки задания, сравнения и управления, причем к первому входу блока сравнения подключен выход датчика давления, к второму – выход блока задания, а выход блока сравнения соединен с входами блоков управления клапаном предохранительным, отсечным гидрораспределителем, пневмогидронасосом, позволяет предотвратить наблюдаемое скачкообразное падение давления в гидросистеме в момент отключения гидростанции путем отключения гидролинии от слива переключением отсечного гидрораспределителя в среднее положение, а также осуществлять ступенчатое нагружение и разгружение с изменяемой скоростью набора (сброса) давления и возможностью его регулирования. При этом блок задания генерирует требуемую (в соответствии с технологическими требованиями) программу изменения давления, блок сравнения вырабатывает сигнал, пропорциональный разности между заданной и фактической (с датчика давления) величинами давления, в соответствии с которым блоки управления производят переключение клапана предохранительного, отсечного гидрораспределителя и пневмогидронасоса;

– соединение регулировочного винта клапана предохранительного через плавающую муфту с валом реверсивного электродвигателя, причем выход клапана предохранительного подключен к входу отсечного распределителя, один из выходов которого соединен со сливной линией, позволяет производить регулируемый набор давления с различными скоростями набора и формированием промежуточных ступеней без промежуточных электропневмогидропреобразований сигнала. Управление электродвигателем производится, например, по закону широтно-импульсной модуляции в зависимости от сигнала рассогласования между заданным и фактическим значением выходного сигнала;

– подключение клапана предохранительного к входу отсечного распределителя, на одном из выходов которого установлен переменный дроссель, выход которого соединен со сливной линией, позволяет совместно с предохранительным клапаном получить требуемый характер процесса разгрузки (сброса) давления. При этом, когда процесс разгрузки с целью экономии энергии ведется с выключенной гидростанцией, а пневмогидронасос работает лишь в режиме подпитки (компенсируя потери), клапан предохранительный работает не в оптимальном (нестабильном) режиме малых расходов (согласно рабочей характеристике). Дополнительное регулирование давления осуществляется переключением, в зависимости от величины сигнала рассогласования, отсечного гидрораспределителя. Максимальная величина скорости снижения давления определяется настройкой дросселя.

Следовательно, все существенные признаки заявляемого изобретения причинно-следственно связаны с достигаемым техническим результатом.

Других технических решений, кроме прототипа, с признаками, частично совпадающими с отличительными признаками заявляемого изобретениями, не выявлено. На фиг.1 изображена схема гидравлического пресса, на фиг.2 – временная диаграмма работы механизмов пресса.

Гидравлический пресс размещается в изолированной бронекабине (поз. не указана) и содержит (фиг.1) рабочий цилиндр с плунжером 1, цилиндры возврата 2, гидростанцию 11, пневмогидронасос подпитки 4 и систему управления.

Напорная магистраль рабочего цилиндра оснащена устройством дистанционного регулирования давления прессования, располагаемым для удобства эксплуатации и визуального контроля за его работой, а также, при необходимости, оперативного вмешательства в зоне обслуживания оператора. Это устройство содержит клапан предохранительный непрямого действия 7, отсечной гидрораспределитель 8, аналоговый датчик давления 3 и программное управляющее устройство, включающее блок задания программы 12, блок сравнения 13, блоки управления: клапаном предохранительным 14, отсечным гидрораспределителем 16, пневмогидронасосом 15. Регулировочный винт клапана предохранительного через плавающую муфту соединен с валом реверсивного электродвигателя 6. Выход клапана предохранительного подключен к входу отсечного распределителя, на одном из выходов которого установлен переменный дроссель 9. Выход дросселя и второй выход распределителя объединены со сливной линией.

Выход датчика давления подключен к входу блока сравнения, ко второму входу которого подключен выход блока задания, а выход соединен с входами блоков управления.

Выход блока управления 14 подключен к обмоткам реверсивного электродвигателя, выход блока 16 – к электрокатушкам гидрораспрелелителя, выход блока 15 – к электропневмоклапану 5 пневмогидронасоса.

Гидростанция подключена к напорной магистрали через трехпозиционный гидрораспределитель 10.

Работа гидропресса осуществляется следующим образом.

В исходном положении напорная магистраль рабочего цилиндра отключена гидрораспределителем 10 от гидростанции 11, пневмогидронасос 4 отключен электропневматическим клапаном 5 от пневмомагистрали (на фиг.1 не показана), плита пресса занимает нижнее положение.

Сборка пресс-инструмента с брикетом термопластичного ВВ размещается на плите пресса, и подается команда на включение пресса в работу.

Распределитель 10 перемещается влево, соединяя через обратный клапан напорную магистраль рабочего цилиндра с напорной линией гидростанции, а цилиндры возврата 2 – со сливом. Отсечной гидрораспределитель 8 перемещается влево и соединяет выход клапана предохранительного с линией слива.

Плита пресса, поднимаясь, обеспечивает силовое замыкание пресс-инструмента, причем давление в гидросистеме, регистрируемое датчиком давления 3, будет определяться исходным положением клапана 7. Требуемый характер изменения давления в процессе прессования (скорость набора и сброса давления, наличие ступеней прессования, их количество, уровень и длительность, максимальная величина давления) определяется блоком задания программы 12 программного управляющего устройства. Блок сравнения 13 формирует сигнал рассогласования между заданным значением давления (с блока задания 12) и текущим давлением (с датчика давления 3), который поступает на входы блоков управления.

Алгоритм управления механизмами пресса, реализуемый блоками управления 14, 15, 16, проиллюстрирован на временной диаграмме фиг.2.

На этапе набора давления до максимального значения, определяемого технологическим регламентом, состояние исполнительных механизмов следующее (см. фиг.2).

Гидростанция включена, плита – в верхнем положении, пневмогидронасос отключен, гидрораспределитель отсечки находится в левом положении (открыт 1), а клапан предохранительный обеспечивает регулирование давления по заданному значению в зависимости от величины рассогласования (Р-Р_{заданное}), например, по закону широтно-импульсной модуляции:

t_и=к·/Р-Р_зад./·Т_и, где

t_и – длительность импульса включения электропривода предохранительного клапана;

Т_и – период включения электропривода;

к – коэффициент усиления;

Р, Р_зад. – фактическое и заданное значение давления в каждый период времени.

Если Р<Р_зад. – электропривод включается «прямо», переводя клапан в положение, обеспечивающее набор давления;

если Р>Р_зад. – электропривод включается «реверс», обеспечивая снижение давления.

Таким образом реализуется необходимая скорость набора давления (определяется темпом включения привода), нужное количество и длительность ступеней нагружения, определяемые фиксацией привода в нужном положении.

После достижения максимального давления прессования гидростанция отключается с целью экономии энергозатрат и увеличения ресурса ее работы и дальнейшая работа ведется без включения гидростанции. При этом отсечной гидрораспрелитель 8 переводится в среднее положение, запирая выход клапана предохранительного 7, предупреждая возможное скачкообразное падение давления за счет возмущения, возникающего в момент отключения гидростанции.

На этапе выдержки при максимальном давлении возможно снижение давления ниже заданного вследствие утечек в гидросистеме, которые компенсируются за счет подкачки от пневмогидронасоса 4 путем кратковременного включения электропневмоклапана 5. Клапан предохранительный при этом находится в положении, соответствующем максимальному давлению.

По окончании времени выдержки под максимальным давлением на этапе сброса давления вновь включается в работу клапан предохранительный так, как и на этапе набора давления. При этом отсечной гидрораспределитель 8 перемещается в правое положение, подключая выход клапана предохранительного к линии слива через дроссель 9.

Характерной особенностью функционирования гидросистемы с выключенной гидростанцией является работа в условиях малых расходов, что, согласно рабочей характеристике клапана предохранительного, является критичным и не обеспечивает стабильности его работы. Отсечной гидрораспределитель 8 и дроссель 9 гарантируют поддержание давления в соответствии с заданным значением. Настройкой дросселя определяется максимальная скорость снижения давления, отсечной гидрораспределитель переключается в среднее положение и отключает выход клапана от линии слива при снижении давления ниже заданного значения. При этом также включается гидропневмонасос, который работает в режиме подпитки.

На этапах формирования промежуточных ступеней давления при разгрузке клапан предохранительный 7 фиксируется в соответствующем положении, гидрораспределитель 8 находится в среднем положении, запирая выход клапана предохранительного, пневмогидронасос 4 включается при необходимости для компенсации утечек.

Таким образом, использование предлагаемого гидравлического пресса с его системой управления позволяет предотвратить возможное скачкообразное падение давления в гидросистеме в момент отключения гидростанции, обеспечить возможность ступенчатого нагружения и разгружения прессуемых изделий с организацией необходимых временных выдержек при заданных давлениях, а также возможность перехода с одной ступени прессования на другую с заданной регламентом скоростью набора (сброса) давления, обеспечить поддержание давления прессования в соответствии с заданным значением при наличии в системе возмущений (регулирование в сторону уменьшения и увеличения давления), при минимальных энергозатратах обеспечить длительную выдержку под давлением и управляемый процесс разгрузки изделий.

Все это позволяет расширить технологические возможности гидравлических прессов и сократить энергозатраты при прессовании термопластичных ВВ.

Формула изобретения

Гидравлический пресс для прессования взрывчатых составов, содержащий рабочий цилиндр с плунжером, гидростанцию, пневмогидронасос подпитки, напорную магистраль рабочего цилиндра и систему управления, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрами возврата, плавающей муфтой, переменным дросселем реверсивным электродвигателем и установленным в напорной магистрали рабочего цилиндра устройством дистанционного регулирования давления прессования, содержащим клапан предохранительный непрямого действия с регулировочным винтом, отсечной гидрораспределитель, аналоговый датчик давления и программное управляющее устройство, причем регулировочный винт клапана предохранительного через плавающую муфту соединен с валом реверсивного электродвигателя, а выход упомянутого клапана подключен к входу отсечного гидрораспределителя, на одном из выходов которого установлен переменный дроссель, выход которого и второй выход отсечного гидрораспределителя объединены со сливной линией, программное управляющее устройство содержит блок задания программы, блок сравнения и блоки управления клапаном предохранительным непрямого действия, отсечным гидрораспределителем, пневмогидронасосом подпитки, снабженным электропневмопреобразователем, выход аналогового датчика давления подключен к входу блока сравнения, к второму входу которого подключен выход блока задания, а выход блока сравнения соединен с входами блоков управления, выход блока управления клапаном предохранительным непрямого действия подключен к обмоткам реверсивного электродвигателя, выход блока управления отсечным гидрораспределителем – к катушкам отсечного гидрораспределителя, а выход блока управления пневмогидронасосом подпитки – к электропневмопреобразователю пневмогидронасоса подпитки.

РИСУНКИ