Патент на изобретение №2334619

(54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС

(57) Реферат:

Изобретение относится к обработке материалов давлением и может быть использовано при прессовании порошкообразных термопластичных взрывчатых составов. Пресс содержит рабочий цилиндр с плунжером, гидроагрегат, пневмогидронасос подпитки, напорную магистраль, цилиндры возврата и отсечной гидрораспределитель с электроуправлением. В напорную магистраль встроены аналоговый датчик давления и предохранительный клапан с пропорциональным электроуправлением. В линии слива рабочего цилиндра установлены регулируемые дроссели. Входы обоих дросселей соединены с выходами отсечного распределителя. В прессе предусмотрено программное управляющее устройство, включающее блок задания программы, блок сравнения, блоки управления, блок коррекции. Выход блока сравнения соединен с первым входом блока коррекции. Второй вход блока коррекции подключен к выходу блока задания программы, а выход – к электрическому входу предохранительного клапана. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей пресса. 2 ил.

Заявляемое техническое решение относится к области обработки материалов давлением и может быть использовано 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, В30В 15/22, 11/26, 1972 г.).

При прессовании термопластичных ВВ должен быть выдержан ряд технологических условий, в частности:

– 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 разгружения (снижения давления в гидросистеме) также должен носить ступенчатый характер с интервалами выдержки на этих ступенях.

Недостатками вышеуказанного устройства являются то, что 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. В связи с указанными недостатками данное устройство не может быть использовано при прессовании термопластичных ВВ.

Известен гидропривод пресса, содержащий силовой гидроцилиндр, насосную установку, трехпозиционный распределитель, пневмогидронасос и гидрозамок. В напорную линию гидроцилиндра встроены датчик давления и предохранительный пропорциональный клапан, которые связаны электросхемой с программным управляющим устройством, формирующим закон изменения давления прессования, (RU №2169665 С2, 27.06.2001, В30В 15/26).

Недостатки данного гидропривода заключаются в следующем:

– 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 нагружение, но и регулируемый переход от одной ступени к другой с заданной скоростью набора давления и определенной точностью регулирования;

– при наборе 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 прессования от заданного значения;

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

Известен гидравлический пресс для прессования порошкообразных термопластичных взрывчатых составов, содержащий рабочий цилиндр с плунжером, гидроагрегат, напорную магистраль со встроенными в нее аналоговым датчиком давления и предохранительным клапаном, пневмогидронасос подпитки с электропневмопреобразователем, цилиндры возврата, отсечной гидрораспределитель с электроуправлением, оснащенный электромагнитными катушками, вход которого подсоединен к выходу предохранительного клапана, регулируемый дроссель, установленный в линии слива рабочего цилиндра, и программное управляющее устройство, содержащее блок задания программы, блок сравнения, блоки управления отсечным гидрораспределителем и пневмогидронасосом подпитки, к первому входу блока сравнения подключен выход блока задания программы, ко второму входу блока сравнения – выход аналогового датчика давления, выход блока сравнения соединен с входами блоков управления, выход блока управления отсечным гидрораспределителем подключен к электромагнитным катушкам отсечного гидрораспределителя, а выход блока управления пневмогидронасосом подпитки – к электропневмопреобразователю пневмогидронасоса подпитки (RU №2279980 С1, 20.07.2006, В30В 1/32 – прототип).

Указанный гидравлический пресс может быть применен для прессования термопластичных взрывчатых веществ, однако имеет ряд недостатков:

– использование в качестве регулятора давления прессования клапана предохранительного непрямого действия с регулировочным винтом, т.е. с механическим устройством в качестве задатчика уставки обеспечивает лишь достаточно невысокую точность настройки регулятора;

– применение в качестве привода электродвигателя, соединенного через плавающую муфту с регулировочным винтом предохранительного клапана, при наличии люфта двигателя, зазоров и холостого хода в механической передаче отрицательно сказывается на точности регулирования давления.

Таким образом, для получения качественного процесса управления давлением прессования и повышения надежности работы регулятора необходимо применение предохранительного клапана без дополнительной механической передачи в системе задания и регулирования, например, пропорционального предохранительного клапана, давление в котором регулируется изменяющимся посредством электрического сигнала усилием встроенного электромагнита, воздействующим на золотник клапана.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка гидропресса для прессования ВВ, который позволяет расширить технологические возможности прессования.

К заявляемому гидропрессу были предъявлены следующие технические требования:

– обеспечить ступенчатое нагружение и разгружение прессуемых изделий с возможностью перехода с одной ступени прессования на другую с заданной регламентом скоростью набора (сброса) давления и организацией необходимых временных выдержек при заданных давлениях;

– обеспечить повышение качества процесса управления давлением прессования, для чего исключить механическое устройство, используемое в качестве грубого задатчика уставки давления, а также устройство со свойственными механической передаче погрешностями, используемое в качестве привода регулятора.

Для достижения названных технических требований предлагается гидравлический пресс, который, как и наиболее близкий к нему известный по патенту №2279980, содержит рабочий цилиндр с плунжером, гидроагрегат, напорную магистраль со встроенными в нее аналоговым датчиком давления и предохранительным клапаном, пневмогидронасос подпитки с электропневмопреобразователем, цилиндры возврата, отсечной гидрораспределитель с электроуправлением, оснащенный электромагнитными катушками, вход которого подсоединен к выходу предохранительного клапана, регулируемый дроссель, установленный в линии слива рабочего цилиндра, и программное управляющее устройство, содержащее блок задания программы, блок сравнения, блоки управления отсечным гидрораспределителем и пневмогидронасосом подпитки. К первому входу блока сравнения подключен выход блока задания программы, ко второму входу блока сравнения – выход аналогового датчика давления, выход блока сравнения соединен с входами блоков управления, выход блока управления отсечным гидрораспределителем подключен к электромагнитным катушкам отсечного гидрораспределителя, а выход блока управления пневмогидронасосом подпитки – к электропневмопреобразователю пневмогидронасоса подпитки. Кроме того, гидравлический пресс снабжен вторым регулируемым дросселем, установленным в линии слива рабочего цилиндра параллельно указанному регулируемому дросселю, входы обоих регулируемых дросселей соединены с выходами отсечного распределителя, в качестве предохранительного клапана использован предохранительный клапан с пропорциональным электроуправлением, а программное управляющее устройство снабжено блоком коррекции, при этом выход блока сравнения соединен с первым входом блока коррекции, второй вход которого подключен к выходу блока задания программы, а выход блока коррекции подключен к электрическому входу предохранительного клапана.

Заявляемый гидравлический пресс обладает следующими преимуществами:

– оснащение гидравлического пресса вторым регулируемым дросселем, установленным в линии слива рабочего цилиндра параллельно первому регулируемому дросселю, причем входы обоих регулируемых дросселей соединены с выходами отсечного распределителя, позволяет обеспечить управляемую максимальную величину скорости набора и снижения давления в процессе регулирования на этапе ступенчатого увеличения давления прессования, что способствует получению требуемого характера процесса нагружения (набора) и разгрузки (сброса) давления;

– оснащение гидравлического пресса, в качестве предохранительного клапана, предохранительным клапаном с пропорциональным электроуправлением, обеспечение программного управляющего устройства, содержащего блок сравнения, блок задания программы, дополнительно блоком коррекции, при этом выход блока сравнения соединен с первым входом блока коррекции, второй вход которого подключен к выходу блока задания программы, а выход блока коррекции подключен к электрическому входу предохранительного клапана, позволяет осуществлять процесс ступенчатого прессования, обеспечив точность задания, поддержания и регулирования давления за счет исключения грубых, с многозвенной механической передачей, устройств в цепи регулирования. Блок задания генерирует требуемую (в соответствии с технологическими требованиями) программу изменения давления, блок сравнения вырабатывает сигнал, пропорциональный разности между фактической (с датчика давления) и заданной величинами давления, в соответствии с которым блок коррекции управляет работой предохранительного клапана с пропорциональным электроуправлением, сводя к минимуму величину сигнала рассогласования между фактическим и заданным значением давления в гидросистеме, что повышает качество регулирования процессом.

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

На фиг.1 изображена схема гидравлического пресса, на фиг.2 – временная диаграмма работы механизмов пресса.

Гидравлический пресс размещается в изолированной бронекабине (не показана) и содержит (фиг.1) рабочий цилиндр 1 плунжерного типа, возвратные цилиндры 2, гидроагрегат 11, пневмогидронасос 4 подпитки с электропневмопреобразователем 5 и программное управляющее устройство.

Напорная магистраль рабочего цилиндра 1 оснащена системой дистанционного регулирования давления прессования, располагаемой для удобства эксплуатации и визуального контроля за процессом, а также, при необходимости – оперативного вмешательства, в зоне обслуживания оператора. Эта система содержит клапан 6 предохранительный с пропорциональным электроуправлением, отсечной гидрораспределитель 7, аналоговый датчик 3 давления и программное управляющее устройство, включающее блок 12 задания программы, блок 13 сравнения, блок 15 управления отсечным гидрораспределителем, блок 14 управления пневмогидронасосом, блок 16 коррекции, управляющий клапаном 6 предохранительным с пропорциональным электроуправлением. Выход клапана 6 предохранительного с пропорциональным электроуправлением подключен к входу отсечного гидрораспределителя 7, на обоих выходах которого параллельно установлены регулируемые дроссели 8 и 9, выходы которых объединены со сливной линией.

Выход датчика 3 давления подключен к первому входу блока 13 сравнения, ко второму входу которого подключен выход блока 12 задания, а выход соединен с входами блоков 14 и 15 управления и первым входом блока 16 коррекции, второй вход которого подключен к выходу блока 12 задания программы.

Выход блока 16 коррекции подключен к электрическому входу клапана 6 предохранительного с пропорциональным электроуправлением, выход блока 15 управления – к электрокатушкам гидрораспределителя 7 отсечного, выход блока 14 управления – к электропневмопреобразователю 5 пневмогидронасоса 4.

Программное управляющее устройство хранит заданную во времени программу изменения давления прессования, сравнивает ее с показаниями датчика давления и вырабатывает в зависимости от рассогласования управляющие сигналы для предохранительного клапана с пропорциональным электроуправлением, гидрораспределителя и пневмогидронасоса.

Гидроагрегат 11 подключен к напорной магистрали через трехпозиционный гидрораспределитель 10.

Работа гидропресса осуществляется следующим образом.

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

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

Гидрораспределитель 10 перемещается влево, соединяя через обратный клапан напорную магистраль рабочего цилиндра с напорной линией гидроагрегата 11, а цилиндры 2 возврата – со сливом. Отсечной гидрораспределитель 7 перемещается влево (набор) и соединяет выход клапана 6 предохранительного с пропорциональным электроуправлением с линией слива через регулируемый дроссель 8.

Плита пресса, поднимаясь, обеспечивает силовое замыкание пресс-инструмента, причем давление в гидросистеме, регистрируемое датчиком 3 давления, определяется исходным положением клапана 6 предохранительного. 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 12 задания программы программного управляющего устройства. Блок 13 сравнения формирует сигнал рассогласования между текущим давлением (с датчика 3 давления) и заданным значением давления (с блока 12 задания), который поступает на входы блоков 14 и 15 управления и блока 16 коррекции, на второй вход которого поступает сигнал с блока 12 задания программы.

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

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

Гидроагрегат 11 включен, плита – в верхнем положении, пневмогидронасос 4 отключен, отсечной гидрораспределитель 7 находится в левом положении (набор), а клапан 6 предохранительный с пропорциональным электроуправлением обеспечивает регулирование давления по заданному значению в зависимости от величины рассогласования (Р-Р_{заданное}), например, по следующему закону:

– пусть блок 12 задания программы вырабатывает электросигнал задания, пропорциональный заданному значению давления Р_{заданное}:

где k_П.Р. – паспортный коэффициент усиления пропорционального регулятора клапана 6 предохранительного с пропорциональным электроуправлением;

– тогда блок 13 сравнения вырабатывает электросигнал, пропорциональный разности между текущим давлением с датчика 3 давления (Р) и заданным значением давления (Р_{заданное}) с блока 12 задания программы:

а

– блок 16 коррекции вырабатывает и выдает на предохранительный клапан 6 с пропорциональным электроуправлением электросигнал задания с учетом коррекции на величину, пропорциональную разности между текущим и заданным значением давления:

Таким образом, при наличии рассогласования между фактическим и заданным давлением, за счет коррекции заданного значения электросигнала, подаваемого на электрический вход предохранительного клапана, компенсируется отклонение от заданного значения давления в гидросистеме пресса (при наличии утечек или перерегулирования), т.е. рассогласование в системе сводится к минимуму.

Так реализуется работа с необходимой скоростью набора давления (определяется темпом включения клапана 6 предохранительного с пропорциональным электроуправлением), нужным количеством и длительностью ступеней нагружения. Настройкой дросселя 8 обеспечивается максимальная скорость набора и снижения давления до заданного значения на этапе ступенчатого увеличения давления.

После достижения максимального давления прессования гидроагрегат 11 отключается с целью экономии энергозатрат и увеличения ресурса его работы, и дальнейшая работа ведется без включения гидроагрегата. При этом отсечной гидрораспрелитель 7 переводится в среднее положение (стоп), запирая выход клапана 6 предохранительного, предупреждая возможное скачкообразное падение давления за счет возмущения, возникающего в момент отключения гидроагрегата 11.

На этапе выдержки при максимальном давлении возможно снижение давления ниже заданного вследствие утечек в гидросистеме, которые компенсируются за счет подкачки от пневмогидронасоса 4 подпитки путем кратковременного включения электропневмопреобразователя 5. Клапан 6 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 6 предохранительный так, как и на этапе набора давления. При этом отсечной гидрораспределитель 7 перемещается в правое положение (сброс), подключая выход клапана 6 предохранительного к линии слива через регулируемый дроссель 9. Настройкой дросселя 9 определяется максимальная скорость снижения давления до заданного значения на этапе ступенчатого уменьшения давления. При этом также включается пневмогидронасос 4, который работает в режиме подпитки. Характерной особенностью функционирования гидросистемы с выключенным гидроагрегатом 11 является работа в условиях малых расходов, что, согласно рабочей характеристике клапана 6 предохранительного с пропорциональным электроуправлением, является критичным и не обеспечивает стабильности его работы. Отсечной гидрораспределитель 7 и регулируемый дроссель 9 гарантируют поддержание давления в соответствии с заданным значением.

На этапах формирования промежуточных ступеней давления при разгрузке клапан 6 предохранительный фиксируется в положении, соответствующем давлению ступени, отсечной гидрораспределитель 7 находится в среднем положении, запирая выход клапана 6 предохранительного, пневмогидронасос 4 включается при необходимости для компенсации утечек.

Таким образом, использование предлагаемого гидравлического пресса с его системой управления позволяет осуществить ступенчатое нагружение и разгружение 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, причем использование в качестве основного элемента в цепи регулирования давления прецизионного устройства (клапана предохранительного с пропорциональным электроуправлением), без свойственных регуляторам с механическим заданием и многозвенной передачей механического привода погрешностей, позволяет повысить точность управления процессом изменения давления прессования.

Так расширяются технологические возможности гидравлических прессов при прессовании термопластичных ВВ.

Формула изобретения

Гидравлический пресс для прессования порошкообразных термопластичных взрывчатых составов, содержащий рабочий цилиндр с плунжером, гидроагрегат, напорную магистраль со встроенными в нее аналоговым датчиком давления и предохранительным клапаном, пневмогидронасос подпитки с электропневмопреобразователем, цилиндры возврата, отсечной гидрораспределитель с электроуправлением, оснащенный электромагнитными катушками, вход которого подсоединен к выходу предохранительного клапана, регулируемый дроссель, установленный в линии слива рабочего цилиндра, и программное управляющее устройство, содержащее блок задания программы, блок сравнения, блоки управления отсечным гидрораспределителем и пневмогидронасосом подпитки, к первому входу блока сравнения подключен выход блока задания программы, ко второму входу блока сравнения – выход аналогового датчика давления, выход блока сравнения соединен с входами блоков управления, выход блока управления отсечным гидрораспределителем подключен к электромагнитным катушкам отсечного гидрораспределителя, а выход блока управления пневмогидронасосом подпитки к электропневмопреобразователю пневмогидронасоса подпитки, отличающийся тем, что он снабжен вторым регулируемым дросселем, установленным в линии слива рабочего цилиндра параллельно указанному регулируемому дросселю, входы обоих регулируемых дросселей соединены с выходами отсечного распределителя, в качестве предохранительного клапана использован предохранительный клапан с пропорциональным электроуправлением, а программное управляющее устройство снабжено блоком коррекции, при этом выход блока сравнения соединен с первым входом блока коррекции, второй вход которого подключен к выходу блока задания программы, а выход блока коррекции подключен к электрическому входу предохранительного клапана.

РИСУНКИ