Гідропривід ковальсько-пресового машини повинен забезпечувати в кожен момент часу такий тиск рідини в робочому циліндрі преса. яке було б достатнім для подолання технологічного навантаження.
В даний час в промисловості найбільше застосування отримали прямий насосний і насосно-акумуляторний приводи пресів, кожен з яких має свої переваги і недоліки. При прямому насосному приводі харчування преса робочою рідиною високого тиску здійснюється безпосередньо від насосів. Установча потужність насосів і електродвигунів при цьому визначається максимальною потужністю, що розвивається пресом на робочому ходу. Наприклад, при гарячому штампуванні найбільше (пікове) опір технологічного навантаження виникає в самому кінці робочого ходу. З цієї найбільшому навантаженню вибирається потужність приводу. Але в зв'язку з тим, що на більшій частині ходу опір поковки значно нижче пікового, привід працює з недовантаженням, тобто з недовикористанням настановної, потужності насосів:
Nн - номінальна (установча) потужність насоса, кВт;
рн - номінальний тиск робочої рідини. МПа;
Qн - номінальна подача насоса, м 3 / с.
Насос, що розвиває протягом всього робочого ходу постійну потужність, рівну номінальній (настановної), називають ідеальним насосом:
Nн і = p Q = const
Реальні приводи намагаються наближати до ідеальних, використовуючи не один насос, а групу насосів, що дозволяє при малому опорі поковки деформування розвивати велику подачу, а при зростанні опору і, відповідно, тиску в робочому циліндрі подачу насосів знижувати, наближаючи розвивається потужність до постійної величини.
Більш досконалими є приводи, в яких використовуються насоси зі змінною плавно регульованою продуктивністю, яка автоматично змінюється в залежності від зміни опору поковки деформування.
Основні принципові особливості насосного приводу зводяться до чого:
1. Швидкість робочого плунжера преса цілком і повністю визначається обсягом рідини, що подається насосом в одиницю часу, тобто геометричним фактором:
Vпл - швидкість плунжера преса, м / с;
Qн - продуктивність (подача) насоса, м 3 / с;
Fпл - площа плунжера, м 2.
2 Протягом усього робочого ходу потужність, що розвивається електродвигуном і насосом, пропорційна потужності, що розвивається плунжером робочого циліндра преса. Завдяки цій властивості прямої насосний привід є більш економічним, ніж насосно-акумуляторний.
Широке застосування в гідроприводах пресів знайшли кривошипно-плунжерні насоси. Найбільш часто використовувані тиску - 20 і 32 МПа. Схема кривошипно-плунжерного насоса показана на малюнку 1.
Малюнок 1 - Схема кривошипно-плунжерного насоса
1 - всмоктуючий клапан; 2 - насосна камера; 3 - нагнітальний клапан;
4, 7 - повітряні ковпаки в напірної і усмоктувальної магістралях
відповідно; 5 - напірна труба, що відводить рідина;
6 - плунжер насоса; 8 - фільтр; 9 - шатун; 10 - колінчастий вал; 11 - повзун;
12 - напрямні повзуна; 13 - бак
Кривошипно-плунжерні насоси використовуються як в індивідуальному, так і в груповому насосному приводах гідравлічних пресів. Вони можуть працювати на будь-якої рідини (див. Робоча рідина. Емульсія. Емульсол.): Водної емульсії, мінеральному маслі і ін.
Кривошипно-плунжерний насос (рисунок 1) складається з насосної камери 2 з входять до неї через сальник плунжером 6. Зворотно-поступальний рух плунжер 6 здійснює завдяки кривошипно-шатунного механізму, що приводиться в рух від приводного електродвигуна (на малюнку 1 не показаний). Насосна камера 2 з одного боку має всмоктуючий клапан 1, а з іншого - нагнітальний клапан 3. Перед всмоктуючим клапаном 1 розташована труба, що підводить рідину в насосну камеру 2, а після нагнітального клапана 3 - напірна труба 5, що відводить рідина в гідросистему преса. Усмоктувальна труба повинна мати фільтр 8 з площею прохідного перерізу, в шість разів більшою перетину трубопроводу.
Робота насоса, представленого на малюнку 1, здійснюється наступним чином. Зворотно-поступальний рух плунжера 6 надається за допомогою клонували 10, що приводиться в обертання електродвигуном. шатуна 9 і повзуна 11. Повзун 11 переміщається по напрямних 12. При русі плунжера 6 вправо в насосній камері 2 створюється розрідження, що всмоктує клапан 1 спливає і пропускає порцію рідини з бака 13 в камеру 2. При русі плунжера 6 вліво рідина через нагнітальний клапан 3 виштовхується в камеру 4, а потім в трубопровід 5, що йде до клапанного розподільника преса.
Плунжери насоса можуть розташовуватися вертикально або горизонтально. Якщо рідина нагнітається при русі плунжера (або поршня) тільки в одному напрямку і всмоктується при зворотному, то такий насос називається насосом простої дії. Якщо насос нагнітає рідина при русі плунжера (поршня) в обох напрямках, то такий насос називається насосом подвійної дії. Насос подвійної дії, як правило, поршневий, всмоктує і нагнітає обома сторонами поршня, завдяки чому збільшується продуктивність насоса, робота його стає більш рівномірною за повний оборот колінчастого вала.
Плунжерні насоси застосовуються у всіх випадках, коли потрібно створити високий тиск при малій в'язкості нагнітається рідини, а поршневі - для низьких тисків. Поршневі насоси вимагають ущільнення поршня, так як рідина може просочуватися з нагнітаючої боку у всмоктувальну.
Обсяг рідини (див. Робоча рідина. Емульсія. Емульсол.), Яка подається насосом, завжди менше обчисленого теоретичного. Ставлення дійсного поданого об'єму рідини насосом до теоретичного називається об'ємним ККД або коефіцієнтом подачі насоса:
Різниця між теоретичною і дійсної подачами рідини насоса залежить від витоків в результаті запізнювання відкриття і закриття всмоктувального і нагнітального клапанів, нещільності при посадці клапана в сідло, витоків через сальник і ряду інших причин. Об'ємний ККД кривошипно-плунжерних насосів, що застосовуються в насосному приводі гідравлічних пресів, дорівнює 0,92 ... 0,94.
Для підвищення об'ємного ККД кривошипно-плунжерних насосів на всмоктуючої магістралі встановлюють повітряний ковпак 7 (див. Малюнок 1) або створюють певний натиск, для чого використовують насос низького тиску (наприклад, відцентровий). Роль повітряного ковпака полягає в тому, щоб зменшити довжину всмоктуючого трубопроводу, а значить, зменшити інерційні зусилля і втрати на тертя по довжині трубопроводу при всмоктуванні. При цьому всмоктування рідини відбувається з повітряного ковпака, в результаті тиск в ньому стано-вится нижче атмосферного, і рідина з резервуара самопливом спрямовується в ковпак, щоб відновити колишній рівень.
Повітряний ковпак 4 встановлюється також і на напірної трубі 5, завдяки чому усувається небезпека розриву струменя в напірної магістралі, зменшується геометрична висота напору за рахунок збільшення напору, теряемого на опір в довшій напірної магістралі, з'являється можливість збільшення числа оборотів колінчастого вала в зв'язку зі зменшенням інерційного напору.
Повітряні ковпаки для найбільш досконалого свого призначення повинні встановлюватися можливо ближче до плунжеру. У ковпаку необхідно підтримувати певний обсяг повітря. Надлишок повітря видаляється з ковпака через всмоктувальні труби, які мають невеликі отвори. Розміри цих отворів зроблені з таким розрахунком, щоб повітря не засмоктувався великими порціями для запобігання гідравлічних ударів.
Напірний повітряний ковпак 4 повинен бути досить міцним на увазі можливих підвищень тиску при пуску насоса в хід. Що знаходиться в напірному ковпаку повітря частково розчиняється в рідині. Для підтримки постійного обсягу повітря в напірному ковпаку недостатньо повітря, засмоктує з всмоктуючого ковпака, тому для великих насосів встановлюють допоміжні повітряні компресори для підживлення повітрям напірного ковпака 4.
Для періодичного ізолювання насосної камери 2 від всмоктуючої і нагнітальної магістралей використовуються клапани 1 і 3. Найбільшого поширення набули автоматичні клапани. Розміри їх і висота підйому визначаються допустимими швидкостями рідини в клапані. Робота клапанів при певних кількостях ходів плунжера в хвилину супроводжується стуком. Число оборотів колінчастого вала насоса, при якому виникає стукіт клапанів, називають критичним. При цьому подача рідини (див. Робоча рідина. Емульсія. Емульсол.) Стає різко нерівномірною, так як відкриття і закриття клапанів не відповідає ходу плунжера, і робота насоса стає нестійкою. Нестійка робота клапанів супроводжується низьким об'ємним ККД (великими витоками рідини), розривом струменя, швидким зносом деталей клапана та ін.
Залежно від кількості насосних камер плунжерні насоси підрозділяються на одно-. дво- і трехплунжерние. У многоплунжерние насосах плунжери розташовуються паралельно. Кожен плунжер кріпиться за допомогою шатуна до свого коліна трехколенчатого вала. Кожне коліно валу встанов-ється під різними кутами для отримання найбільш рівномірної подачі рідини. Найбільшого поширення набули трехплунжерние насоси, у яких коліна колінчастого вала розташовані під кутом 120 о відносно один одного. Така послідовність роботи плунжеров забезпечує найбільшу рівномірність подачі рідини в процесі повного обороту колінчастого валу.
Розрахунок швидкості, переміщення і прискорення плунжера проводиться також, як для кривошипно-шатунного механізму.
Подача одноплунжерний насоса за один хід дорівнює, м 3 / с:
f - площа плунжера, м 2;
V - швидкість плунжера, м / с: V = ω R sinα.
Малюнок 2 - Діаграми подач одноплунжерний і двухплунжерного насосів
а - одноплунжерний; б - двухплунжерний
З малюнка 2 видно, що подання одноплунжерний і двухплунжерного насосів дуже нерівномірні. Тому з метою підвищення рівномірності подачі і згладжування пульсацій застосовують трехплунжерние насоси. На малюнку 3 показано зміну подачі рідини кожним плунжером трехплунжерного насоса за один оборот колінчастого валу.
З малюнка 3 видно, що на ділянці повороту колінчастого вала від 0 до π / 3 миттєва подача рідини (див. Робоча рідина. Емульсія. Емульсол.) Підсумовується з подач I і III плунжеров. Подачі рідини також будуть підсумовуватися на ділянках від 2π / 3 до π (I і II плунжери) і від 4π / 3 до 5π / 3 (II і III плунжери).
Малюнок 3 - Діаграма подачі рідини трехплунжерного насоса
Ефективна подача кривошипного трехплунжерного насоса в хвилину визначається формулою, м 3 / хв:
f - площа плунжера, м 3;
s - хід плунжера, м;
n - число оборотів колінчастого валу в хвилину, об / хв;
ηо - об'ємний ККД насоса (ηo = 0,92 ... 0,94).
Потужність на колінчастому валу насоса визначають за формулою, кВт:
рн - номінальний тиск рідини, МПа;
ηо - об'ємний ККД насоса (ηo = 0,92 ... 0,94);
ηм - механічний ККД насоса (ηм = 0,8 ... 0,85).
Конструкція кривошипно-плунжерного насоса з трьома плунжерами показана на малюнку 4. Станина 1 виконується з чавунного (див. Чавуни) лиття досить масивної для погашення вібрацій, що викликаються нерівномірним поступальним рухом плунжером. Колінчастий вал 2 виготовляють кованим зі сталі 45. Опорами його є підшипники ковзання або кочення (роликопідшипники). Шатуни 3 і повзуни 4 виготовляють кованими або литими. Рекомендується приймати довжину шатуна не менше п'яти радіусів кривошипа (l ≥ 5R). Напрямні повзуна 5 можуть бути плоскими або циліндричними.
Малюнок 4 - Конструкція трехплунжерного насоса
Напрямні зазвичай є змінними, що дозволяє регулювати зазор у міру їх зносу. Плунжери 6 виготовляють з легованої нержавіючої сталі марок 3Х13 і 2Х13 (див. Леговані стали. Класифікація легованих сталей. Маркування легованих сталей.). Поверхня плунжера повинна бути твердою і дзеркально гладкою. З'єднання плунжера 6 з повзуном 4 має забезпечити його регулювання при монтажі в радіальному напрямку. Блок циліндрів 7 виготовляють кованим зі сталі 30, клапани, їх сідла, пружини і кріпильні деталі - з нержавіючої сталі.
При використанні кривошипно-плунжерних насосів в насосному Безакумуляторна приводі необхідно передбачити можливість переведення його на холосту роботу, коли витрата рідини пресом припиниться.