2019-11-23

Гидравлический пресс - устройство и принцип работы

Принцип работы гидравлического пресса

Работа гидравлического пресса основана на принципе гидравлического рычага.

На рисунке показана схема простейшего гидравлического пресса, состоящего из поршней большего и малого диаметров, установленных в сообщающихся цилиндрах, под поршнями находится жидкость. На поршень малого диаметра площадью S₁ оказывается усилие F₁, определим усилие F₂, которое сможет преодолеть поршень площадью S₂.

Давление под поршнем 1 можно вычислить по формуле:

p₁=F₁/S₁

Давление под поршнем 2 будет определяться зависимостью:

p₂=F₂/S₂

Согласно закону Паскаля давление, приложенное к жидкости передается всем точкам этой жидкости одинаково во всех направлениях.

p₁=p₂=p

Получается, что:

• F₁/S₁=F₂/S₂
• F₂=F₁*S₂/S₁

Сила на втором поршне будет увеличена пропорционально соотношению площадей поршней. Чем больше площадь второго поршня, и чем меньше площадь первого тем больший коэффициент усиления можно получить на гидравлическом рычаге.

---

---

Величина перемещения поршня 2 зависит от объема жидкости, вытесненного поршнем 1. Определим величину перемещения второго поршня l2, при перемещении поршня 1 на расстояние l1.

l₂=l₁*S₁/S₂

Так как первый поршень меньше второго, то расстояние на которое переместится второй поршень будет меньше расстояния, на который переместится первый поршень.

Получается, что представленная конструкция позволила значительно увеличить усилие, но при этом произошло снижение величины перемещения. Каким образом можно увеличить величину хода поршня 2, не увеличивая конструкцию?

Добавив в конструкцию два обратных клапана, и бак с дополнительным объемом рабой жидкости, мы сможем увеличить величину перемещения поршня 2, увеличивая число циклов перемещения поршня 1. Для возврата поршня 2 в исходное состояние добавим задвижку или распределитель, позволяющий при необходимости вытеснить жидкость из под поршня 2 обратно в бак.

Рассмотрим как работает гидравлический пресс в данном случае.

Во время перемещения поршня вниз под действием давления жидкости клапан 1 прижимается к седлу - закрывается, а клапан 2 открывается, жидкость поступает под поршень 2, заставляя его перемещаться и при необходимости преодолевать усилие нагрузки.

По достижении крайнего нижнего положения поршень начинает перемещаться вверх, увеличивая объем под поршнем, в результате создавшегося разряжения клапан 1 откроется, а клапан 2 закроется жидкость из бака будет поступать под поршень 1. После достижения крайнего положения поршень начнет движение вниз вытесняя рабочую жидкость, цикл повториться.

---

---

Таким образом увеличивая число циклов, можно достигнуть необходимой величины перемещения поршня 2 с увеличенным, за счет разницы площадей, усилием.

Представленную конструкцию можно назвать простейшим гидравлическим прессом, поршень 1 совместно с обратными клапанами 1 и 2 является поршневым насосом, поршень 2, установленный в цилиндрической камере - гидроцилиндром одностороннего действия, управление потоками жидкости осуществляется с помощью распределителя или задвижек.

Устройство гидравлического пресса

В реальных прессах используются объемные насосы различных типов, от насоса по трубопроводам жидкость поступает к одному или нескольким гидроцилиндрам. Параметры потока - давление, расход могут регулироваться с помощью предохранительных и редукционных клапанов, дросселей, регуляторов расхода.

Рассмотрим, принципиальную схему реального гидравлического пресса.

Жидкость от насоса через фильтр поступает на вход трехпозиционного распеределителя. В нейтральном положении золотник жидкость через распределитель отправляется на слив. При переключении распределителя жидкость направляется в поршневую или штоковую полость гидроцилиндра установленного на гидравлическом прессе.

Во время подачи жидкости в поршневую полость осуществляется рабочий ход - прессование. Во время подачи жидкости в штоковую полость - обратный ход.

Усилие прессования определяется как произведение площади поршня на давление в полости гидроцилиндра:

---

---

F=p*S

Максимальное давление в системе определяется настройкой предохранительного клапана и контролируется по манометру, установленному в напорной линии.

Гидравлическая схема пресса показана на рисунке.

Классификация гидравлических прессов

Наиболее часто используют классификации прессов по следующим признакам.

По расположению рабочих цилиндров :

• горизонтальные
• вертикальные
  • с верхним цилиндром
  • с нижним цилиндром
• угловые (с вертикальным и горизонтальным цилиндрами)

По количеству рабочих цилиндров:

• с одним цилиндром
• с двумя и более цилиндрами

По конструкции:

• колонные
• рамные
• челюстные

По типу привода:

• с ручным приводом
• с приводом от двигателя внутреннего сгорания
• с приводом от электродвигателя

Характеристики гидравлических прессов

Гидравлический привод позволяет реализовать различные усилия и скорости перемещения выходного звена пресса. Скорость перемещения выходного звена может варьироваться в диапазоне от 0,1 мм/с до 300 мм/с.

Усилие гидравлического пресса

Одним из ключевых преимуществ гидравлических прессов является простота регулирования силы и возможность реализации больших усилий.

Силу, развиваемую гидравлическим прессом можно определить как произведение давления в полости гидроцилиндра на площадь поршня:

F=p*S

В зависимости от конструкции гидравлические прессы способны развивать усилие от нескольких тонн, до 70 000 тс (тонн силы).

Достоинства гидравлических прессов

• Возможность получения огромных усилий
• Большой коэффициент усиления
• Простота регулирования и контроля усилия
• Простота регулирования скорости выходного звена
• Высокая надежность
• Кинематическим звеном гидравлического пресса является жидкость, движение который осуществляется по трубопроводам, в том числе и гибким, это позволяет передавать энергию даже к подвижным элементам конструкции.

Недостатки гидравлических прессов

• Меньший, по сравнению с механическими прессами, КПД
• Относительно высокая стоимость комплектующих и обслуживания
• Возможность попадания масла в зону прессования

Применение гидравлических прессов

Гидравлические прессы применяют:

• при штамповке деталей из пластмасс, резины, стали, алюминия и других металлов
• для запрессовки металлических деталей
• для прессования угольных блоков, угольно графитовых электродов
• для прессования древесной стружки при производстве фанеры, древесных плит

Гидравлические прессы широко используют в металлургии для для горячей и холодной штамповки, выдавливания, прошивки, гибки, правки, резки металла.

В пищевой промышленности из-за недопустимости попадания частиц масла в продукты используют пневматические прессы.