Устройство и принцип работы ручных гидравлических прессов

Устройство и принцип работы ручных гидравлических прессов

Современные механизмы, машины и станки, не смотря на кажущееся сложное устройство, представляют собой совокупность так называемых простых машин – рычагов, винтов, воротов и тому подобного. Принцип работы даже очень сложных приборов основывается на основополагающих законах природы, которые изучает наука физика. Рассмотрим в качестве примера устройство и принцип работы гидравлического пресса.

Что такое гидравлический пресс

Гидравлический пресс – машина, создающая усилие, значительно превосходящее изначально приложенное. Название «пресс» довольно условно: такие устройства часто действительно используют для сжатия или прессования. Например, для получения растительного масла семена масличных культур сильно спрессовывают, выдавливая масло. В промышленности гидравлические прессы применяются для изготовления изделий методом штамповки.

Но принцип устройства гидравлического пресса можно использовать и в других сферах. Самый простой пример: гидравлический домкрат – механизм, позволяющий приложением относительно небольшого усилия человеческих рук поднимать грузы, масса которых заведомо превышает возможности человека. На этом же принципе – использовании гидравлической энергии, построено действие самых разных механизмов:

  • гидравлического тормоза;
  • гидравлического амортизатора;
  • гидравлического привода;
  • гидравлического насоса.

Популярность механизмов такого рода в самых разных областях техники связана с тем, что огромная энергия может передаваться с помощью довольно простого устройства, состоящего из тонких и гибких шлангов. Промышленные многотонные прессы, стрелы кранов и экскаваторов – все эти незаменимые в современном мире машины эффективно работают именно благодаря гидравлике. Помимо промышленных устройств гигантской мощности, есть множество ручных механизмов, например, домкратов, струбцин и небольших прессов.

Как работает гидравлический пресс

Чтобы понять, как работает этот механизм, нужно вспомнить, что такое сообщающиеся сосуды. Этим термином в физике называют сосуды, соединенные между собой и заполненные однородной жидкостью. Закон о сообщающихся сосудах говорит, что находящаяся в покое однородная жидкость в сообщающихся сосудах находится на одном уровне.

Если мы нарушаем состояние покоя жидкости в одном из сосудов, например, доливая жидкость, или оказывая давление на ее поверхность, чтобы привести систему в равновесное состояние, к которому стремится любая система, в остальных сообщающихся с данным, сосудах повысится уровень жидкости. Происходит это на основании другого физического закона, названного по имени ученого, сформулировавшего его – закона Паскаля. Закон Паскаля заключается в следующем: давление в жидкости или газе распространяется во все точки одинаково.

На чем же основан принцип работы любого гидравлического механизма? Почему человек может с легкостью поднять автомобиль, весящий больше тонны, чтобы поменять колесо?

Математически закон Паскаля имеет такой вид:

Давление P зависит прямо пропорционально от приложенной силы F. Это понятно – чем сильнее давить, тем больше давление. И обратно пропорционально от площади прилагаемой силы.

Любая гидравлическая машина представляет собой сообщающиеся сосуды с поршнями. Принципиальная схема и устройство гидравлического пресса показаны на фото.

Представьте, что мы надавили на поршень в большем сосуде. По закону Паскаля в жидкости сосуда начало распространятся давление, а по закону о сообщающихся сосудах, чтобы скомпенсировать это давление, в малом сосуде поршень поднялся. Причем, если в большом сосуде поршень сдвинулся на одно расстояние, то в малом сосуде это расстояние будет в несколько раз больше.

Проводя опыт, или математический расчет, несложно заметить закономерность: расстояние, на которые сдвигаются поршни в сосудах разного диаметра, зависят от соотношения меньшей площади поршня к большой. Тоже произойдет, если наоборот, силу прикладывать к меньшему поршню.

По закону Паскаля, если давление, полученное действием силы, приложенной к единице площади поршня малого цилиндра, во всех направлениях распространяется одинаково, то на большой поршень будет оказываться тоже давление, только увеличенное на столько, насколько площадь второго поршня больше площади меньшего.

В этом и заключается физика и устройство гидравлического пресса: выигрыш в силе зависит от соотношения площадей поршней. Кстати, в гидравлическом амортизаторе используется обратное соотношение: большое усилие гасится гидравликой амортизатора.

На видео представлена работа модели гидравлического пресса, которая наглядно иллюстрирует, каково действие этого механизма.

Устройство и работа гидравлического пресса подчиняется золотому правилу механики: выигрывая в силе, проигрываем в расстоянии.

От теории к практике

Блез Паскаль, теоретически продумав принцип работы гидравлического пресса, назвал его «машиной для увеличения сил». Но с момента теоретических изысканий до практического воплощения прошло более ста лет. Причиной такого запаздывания была не бесполезность изобретения – выгоды машины для увеличения силы очевидны. Конструкторами предпринимались многочисленные попытки соорудить это механизм. Проблема была в сложности создания уплотнительной прокладки, которая позволяла бы плотно прилегать поршню к стенкам сосуда и в тоже время, давать возможность ему легко скользить, сводя к минимуму издержки на трение – резины ведь тогда еще не было.

Проблема решилась только в 1795 году, когда английским изобретателем Джозефом Брамой был запатентован механизм, получивший название «пресс Брама». Позднее это устройство стали называть гидравлическим прессом. Схема действия прибора, теоретически изложенная Паскалем и воплощенная в прессе Брамы, нисколько не изменилась за прошедшие столетья.

Устройство, принцип работы и ремонт гидравлических прессов


Гидравлический пресс — это устройство для получения высокого давления сжатия какого-то вещества, вытеснение жидкостей, изменения формы изделий, подъема и перемещения тяжестей. Возникнув в конце XVIII века, гидравлический пресс использовался в основном для пакетирования сена, выдавливания виноградного сока, отжима масла и др.. Позже его стали применять для ковки слитков, промышленного листового и объемной штамповки, гибки, правки, выдавливания труб и профилей, брикетирования отходов, прессования порошковых материалов, покрытия кабелей металлической оболочкой и т.д. В настоящее время гидравлические прессы используются практически на каждом промышленном предприятии. Оборудование незаменимо на производстве изделий из пластмассы, резины, фанеры, алмазов и текстолита.

Читайте также:  Почему поднимается давление в газовом котле отопления

Принцип работы гидравлического пресса

Гидравлический пресс — это машина, которая позволяет при приложении малого усилия в одном месте, получать большое в другом месте. Его конструкция базируется на двух соединенных цилиндрах (с поршнями) разного диаметра, заполненных водой, маслом или другой жидкостью. По законам гидростатики давление (сила, действующая на единицу площади) в любом месте жидкости (или газа), находящегося в состоянии покоя, одинаковый во всех направлениях и одинаково передается во всем объеме.

Это закон Паскаля, названный по имени французского философа и ученого Б. Паскаля. Если до малого поршня приложить силу F1, то давление в жидкости увеличится на величину F1/S1, где S1 — площадь малого поршня. Это давление передастся большому поршню, а значит: F1 / S1 = F2 / S2, откуда F2 = (A2/A1) F1. Если площадь S2 гораздо больше площади S1, то сила F2 будет намного больше силы F1.

Такой принцип действия гидравлического пресса широко используется в технике. Следует иметь в виду, что работа, которая осуществляется силой F1, должна (при пренебрежении трением) равна работе, совершаемой против силы F2. Если через l обозначить перемещение поршня, то это можно записать в виде F1l1 = F2l2, откуда l2 = (F1/F2) l1, то есть перемещение большого поршня гораздо меньше, чем малого.

Классификация гидравлических прессов

Гидравлические прессы в зависимости от технологического назначения отличаются друг от друга конструкцией основных узлов, их расположением и количеством, а также величиной основных параметров Pн, Z, H, A? B (Z — открытая высота штампового пространства; H — полный ход подвижной перекладины; A ? B — размеры стола).

По технологическому назначению гидравлические прессы подразделяют на прессы для металла и для неметаллических материалов. В свою очередь прессы для металла подразделяют на пять групп:

  • для ковки и штамповки;
  • для выдавливания;
  • для листовой штамповки;
  • для правильных и сборочных работ;
  • для обработки металлических отходов.

Из-за большого многообразия типов гидравлических прессов приведем значения номинальных усилий PH наиболее распространенных.

Из прессов первой группы можно назвать следующие: ковочные — свободная ковка со штамповкой в подкладных штампах, Рн = 5-120 МН; штамповочные — горячо объемная штамповка деталей из магниевых и алюминиевых сплавов, Рн = 10-700 МН; прошивные — глубокая горячая прошивка стальных заготовок в закрытой матрице, Рн = 1,5-30 МН; протяженные — протягивание стальных поковок через кольца, Рн = 0,75-15 МН.

Из второй группы прессов можно отметить прессы трубопруткови и прутков-профильные — прессование цветных сплавов и стали, Рн = 0,4-120 МН.

С третьей группы назовем следующие прессы: листоштамповочных простого действия, Рн = 0,5-10 МН; вытяжные — глубокая вытяжка цилиндрических деталей, Рн = 0,3-4 МН, для штамповки резиной Рн = 20-200 МН, для бортування, фланцювання , кузнечно-прессового оборудования толстолистового материала, Рн = 3-45 МН; гибкие — сгибание толстолистового материала в горячем состоянии, Рн = 3-200 МН.

С пятой группы отметим гидравлические прессы пакетировочные и Брикетировочные для прессования отходов типа металлической стружки и обрезков листового металла, Рн = 1-6 МН. Гидравлические прессы для неметаллических материалов включают прессы порошков, пластмасс и для прессования древесностружечных листов и плит.

Технологическое назначение гидравлического пресса определяет конструкцию станины (колонна, двухстоечная, одностоечная, специальная), тип, исполнение и число цилиндров (плунжерный, дифференциально-плунжерный, поршневой и т. д.).

Цилиндры плунжерного и дифференциально-плунжерного типа являются цилиндрами простого действия. Рабочий цилиндр дифференциально-плунжерного типа применяется в случае, когда через рабочий плунжер, например, должна проходить игла. Цилиндры поршневого типа чаще применяются при использовании масла в качестве рабочей жидкости. В этом случае уплотнительным элементом самого поршня будут поршневые кольца. Цилиндр поршневого типа является цилиндром двойного действия.

У гидравлического пресса с нижним расположением рабочего цилиндра и неподвижной станиной могут применяться и цилиндры обратного хода, в этом случае возврат подвижных частей в исходное положение происходит под действием их веса. Рабочий цилиндр при этом соединяется с наполнительным баком.

По количеству рабочих цилиндров прессы подразделяются на одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые.

Привод и оборудование гидропрессовых установок

В состав гидравлической прессовой установки входят:

  • собственно гидравлический пресс;
  • рабочая жидкость;
  • источник жидкости высокого давления;
  • привод;
  • приемники для жидкости — баки;
  • трубопровод с соответствующей аппаратурой, соединяющий все указанные элементы в единую систему;
  • электропривод.

Тип привода определяется источником жидкости высокого давления, который питает пресс во время рабочего хода. Оно значительно влияет на схему и действие гидропрессового установки, в связи с чем последние классифицируют по этому признаку.

При насосных безакумуляторних приводах питание гидравлического пресса рабочей жидкостью высокого давления осуществляется непосредственно от насосов.

В насосно-аккумуляторных приводов прессов относят приводы, которые осуществляют питание гидравлического пресса рабочей жидкостью при рабочем ходе одновременно от аккумулятора и насоса.

В мультипликаторных приводах питание пресса во время рабочего хода осуществляется мультипликатором, который подает рабочую жидкость определенными порциями в гидравлический пресс. Мультипликатор — это что-то вроде одноцилиндрового насоса. Тип привода характеризует принципиальные свойства прессовой установки.

Для характеристики гидропрессового установки необходимо указывать не только тип привода, а род рабочей жидкости, который применяется определяет конструктивные особенности прессовой установки, например, маслонасосные безакумуляторний привод.

При насосно-аккумуляторном приводе аккумулятор накапливает энергию в течение полного цикла работы гидравлического пресса для осуществления рабочего хода. В результате нагрузка насоса и электродвигателя становится равномерным. Недостаток насосно-аккумуляторной поводу в том, что расход энергии не зависит от сопротивления поковки.

Читайте также:  Изготовить мягкую игрушку своими руками

Для насосного безакумуляторного поводу мощность насоса и электродвигателей определяется максимальной мощностью развивается прессом. Привод расходует энергию в соответствии с работой, которую осуществляют гидравлическим прессом.

Ремонт гидрораспределителей гидропресса следует проводить у специалистов , а не самостоятельно.

Привод от парового или воздушного мультипликатора расходует энергию независимо от сопротивления поковки. Он может обеспечить большого количества коротких ходов, часто повторяются. Привод от механического мультипликатора обеспечивает расход энергии в зависимости от осуществляемой работы, большое количество ходов, повторяются, и постоянный уровень проникновения бойка в металл.

Прежде чем браться за техобслуживание и тем более ремонт гидросистем прессов, советуем правильно оценить свои силы и знания в области гидравлики . Мы настоятельно рекомендуем сначала пройти курсы повышения квалификации по специальности гидравлика, в крайнем случае можно пройти дистанционные курсы гидравликов , тем более, что заказать этот курс можно не выходя из дома . Это вам обойдётся несопоставимо дешевле, чем если станет ваш гидропресс, из-за того, что вы залили в него не то масло, или смешали с другим (Этого делать ни в коем случае нельзя — смотри "Базовый курс практической гидравлики , там сказано, что после этого будет), после чего переклинит распределитель, в результате чего выйдет из строя насос. В итоге этот пресс будут смотреть уже специалисты сервиса .

Гидравлическое промышленное оборудование стоит достаточно дорого, стоимость некоторых прессов очень велика, а потому ремонт гидросистем является услугой нужной и востребованной. При этом, конечно же, возникает ряд вопросов, с которыми сталкивается владелец гидравлического оборудования – что, к примеру, выгоднее, ремонт, или приобретение новых деталей, особенно если надо провести ремонт гидронасоса, а то и всего пресса?

Как правило, приобретение новых деталей или пресса – мера крайняя, вынужденная, когда опытный специалист по гидравлической, электрической и электронной системам пришел к выводу, что ремонт не поможет наладить высокопроизводительную работоспособность и восстановить ее эксплуатационные характеристики.

Гидравлика прессов основана на работе нескольких цилиндров, которые работают в тактовом режиме, и если хотя бы один цилиндр или система управления выходят из строя, то в целом конструкция не работает в правильном направлении, а то и вообще останавливается. Для решения этой проблемы необходимо участие специалиста-гидравлика.

На многочисленных предприятиях, где пресс, как система общего функционала постоянно востребована, поломка данного агрегата чревата неприятными последствиями. Поэтому очень важно своевременно осуществить наладку, чтобы избежать более сложных проблем и не останавливать производственный процесс. Для выполнения работ по ремонту гидравлических прессов специалист-гидравлик выезжает к заказчику.

Основные виды ремонта осуществляемые специалистами УП"Белгидросила" :

  • ремонт гидравлики, замена резинотехнических изделий;
  • ремонт электрооборудования;
  • ремонт гидроавтоматики и электроавтоматики;
  • пусконаладочные работы.

Схема гидравлического пресса для ковки показана на рис.1. Основные его узлы: станина колонного типа, подвижная поперечина 7, главный (рабочий) 9 и возвратные 4 цилиндры. В конструкциях мощных прессов предусмотрен гидравлический цилиндр, который уравновешивает подвижную поперечину. Станина состоит из неподвижных верхней 1 и нижней (стол пресса) 3 поперечин, соединенных в жесткую раму колоннами 2, и предназначена для расположения всех узлов пресса. На подвижной поперечине 7, связанной с плунжерами главного и возвратных цилиндров б, и неподвижной нижней (стол пресса) 3 устанавливают и прикрепляют к ним рабочий инструмент (бойки плоские или вырезные, плиты для осадки и др.).

Принцип действия гидравлического пресса состоит в том, что под давлением жидкости, являющейся носителем энергии (рабочим телом), плунжер 8 выталкивается из главного цилиндра 9, перемещает подвижную поперечину 7 с установленным на ней бойком и после упора в заготовку 5, расположенную на столе 3, пластически деформирует ее.

Чтобы преодолеть сопротивление со стороны заготовки 5 при ее деформировании, в рабочие цилиндры гидравлических прессов подают жидкость высокого давления (до 32 МПа и более). Скорость перемещения подвижной поперечины редко превышает 30 см/с, поэтому кинетическая энергия поступательного движения подвижных частей пресса очень мала по сравнению с накапливаемой жидкостью потенциальной энергией и ею обычно пренебрегают. В связи с этим гидравлические прессы относят к кузнечным машинам квазистатического действия.

Подвижная поперечина возвращается в исходное положение под давлением жидкости, подаваемой в возвратные цилиндры. Описанный принцип действия гидравлического пресса остается неизменным несмотря на разнообразие технологического назначения, конструктивных форм и типов привода. Полный цикл одного двойного хода подвижной поперечины гидравлического пресса включает прямой и обратный ходы, а также технологические паузы. Прямой ход имеет два участка. На первом — рабочий инструмент подводится к заготовке (полезная работа не производится). Это — прямой холостой ход (ход приближения). На втором участке прямого хода происходит деформирование заготовки, т. е. совершается полезная работа. Это — рабочий ход. При обратном (возвратном холостом) ходе подвижная поперечина возвращается в первоначальное положение и полезная работа также не производится.

Рис. 1. Схема гидравлического пресса.

гидравлический пресс металл давление

Подвижную поперечину гидравлического пресса можно остановить в любой точке ее хода. Эти остановки, необходимые для выполнения вспомогательных операций, например манипулирования заготовкой, смены рабочего инструмента и др., называются технологическими паузами.

Чтобы произвести прямой холостой ход подвижной поперечины, необходимо главный цилиндр посредством наполнительного клапана (золотника) соединить с источником жидкости низкого давления (наполнительным баком), а возвратные цилиндры — с открытым сливным (насосным) баком. Для осуществления прямого рабочего хода в главный цилиндр подают жидкость высокого давления из аккумулятора (насоса). При этом из возвратных цилиндров жидкость сливается в наполнительный или сливной бак. В некоторых быстроходных прессах возвратные цилиндры в процессе рабочего хода постоянно связаны с источником жидкости высокого давления. Это приводит к некоторым потерям энергии, но повышает быстроходность, так как исключается время, необходимое для открытия клапанов и нарастания давления в возвратных цилиндрах при переключении на обратный холостой ход.

Читайте также:  Уголь для котла отопления

В общем случае для осуществления обратного холостого хода необходимо соединить главный цилиндр с наполнительным баком, а возвратные — с источником жидкости высокого давления. При нижнем расположении рабочих цилиндров обратный холостой ход происходит под действием силы тяжести и возвратные цилиндры в принципе не нужны.

Держание подвижной поперечины на весу во время технологической паузы возможно, если рабочий цилиндр отключен от источника жидкости высокого давления и перекрыто вытекание ее из возвратных цилиндров. При нижнем расположении рабочего цилиндра удержание подвижной поперечины на весу возможно благодаря прекращению подачи в него жидкости. Для прижима заготовки необходимо изолировать рабочий цилиндр, наполненный жидкостью высокого давления.

При работе гидравлического пресса жидкость высокого давления расходуется только во время прямого рабочего и обратного ходов. В связи с таким прерывистым и в то же время неравномерным (во время рабочего хода расход жидкости значительно больше, чем во время обратного хода) расходованием жидкости в приводе устанавливают устройства — аккумуляторы, позволяющие накапливать ее во время технологических пауз и прямого холостого хода. Применение аккумуляторов позволяет существенно снизить установочную мощность насосного привода.

Из рассмотренного полного цикла работы гидравлического пресса следует, что рабочий и возвратные цилиндры попеременно соединяются с источниками жидкости высокого и низкого давления. Потоки жидкости перераспределяют посредством клапанных или золотниковых устройств, обычно установленных в одном блоке, который называют главным распределителем.

Общий признак гидравлического пресса — использование потенциальной энергии давления жидкости для совершения полного цикла движения подвижной поперечины. Привод (электродвигатель и насос) преобразует электрическую энергию в механическую, а затем в потенциальную — давление жидкости, которая используется для пластического деформирования заготовки. Поэтому привод этих прессов всегда насосный.

Рабочим телом в таком приводе является жидкость — водные эмульсии или минеральные масла. Если индивидуальный привод установлен не непосредственно на прессе, а на одном с ним или отдельном от него фундаменте (иногда даже в другом помещении), то такую комбинацию называют гидропрессовой установкой. Привод, установленный в отдельном помещении для нескольких прессов, называют групповым. Это — насосно-аккумуляторная станция.

Гидравлические прессы, как и кривошипные, характеризуются размерными параметрами. Главным параметром является номинальное усилие, согласно которому устанавливают размерные ряды стандартов на гидравлические прессы, например, ковочные гидравлические прессы — ГОСТ 7284, прессы гидравлические листоштамповочные простого действия — ГОСТ 9753 и др.

Номинальное усилие гидравлического пресса используют для определения допустимых сил, их распределения на поперечинах, а также размеров поперечных сечений плунжеров рабочих цилиндров. Номинальное усилие гидравлического пресса, как и кривошипного, — условная характеристика. При ее определении не учитывают силу тяжести движущихся частей, гидравлические потери, потери на преодоление трения в уплотнениях и направляющих, а также сопротивление движению со стороны возвратных и уравновешивающих цилиндров.

ГОСТ на гидравлические прессы устанавливает линейные технологические параметры — максимальный ход подвижной поперечины Smax, максимальное расстояние между столом и подвижной поперечиной Н, размеры стола АхВ и расстояния между колоннами (стойками) в свету; скоростные параметры — скорость подвижной поперечины при прямом холостом, рабочем и обратном холостом ходах или число двойных ходов в минуту.

По сравнению с другими КШМ гидравлические прессы имеют преимущества, что предопределило их широкое распространение:

  • а) простота конструкции;
  • б) отсутствие предохранительных устройств от перегрузки, так как рабочая сила не может превысить определенное заранее установленное значение;
  • в) независимость развиваемой рабочей силы от положения подвижной поперечины и плавное регулирование ее скорости;
  • г) возможность в широком диапазоне менять закрытую высоту и длину хода подвижной поперечины;
  • д) возможность обеспечения выдержки любой продолжительности при постоянной силе.

Основной недостаток гидравлических прессов — тихоходность. Повышение скорости перемещения подвижной поперечины способствует возникновению гидравлических ударов в трубопроводах в момент соприкосновения рабочего инструмента с заготовкой. В результате происходит раскачивание пресса, нарушение уплотнений трубопроводов и пр.

Гидравлические прессы по сравнению с молотами деформируют металл со значительно меньшими скоростями. Даже у быстроходных гидравлических прессов скорость движения инструмента не превышает 0,3 м/с. Поэтому, несмотря на то что масса подвижных частей у гидравлических прессов бывает очень большой, превышая иногда 1000 т, основную работу они совершают не за счет массы и скорости движения, а за счет давления, создаваемого в их цилиндрах рабочей жидкостью. Чем выше это давление и чем больше площадь рабочих цилиндров, тем значительнее усилие, развиваемое гидравлическим прессом. В настоящее время в гидравлических прессах используется давления до 100 МПа (1000 кгс/см2). Усилие наиболее крупных прессов доходит до 700 МН (70 000 тс). Гидравлические прессы составляют примерно 7з всего парка прессов.

Действие гидравлического пресса основано на законе гидростатического давления Паскаля, который в 1698 г. указал, что сосуд, наполненный водой, является новой машиной для увеличения сил в желаемой степени ( фиг. Для целей ковки гидравлический пресс был впервые применен в середине XIX века.

Сущность действия гидравлических прессов заключается в следующем. По закону Паскаля давление, которое испытывает жидкость, заключенная в замкнутом сосуде, передается во все стороны с одинаковой силой.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector