Гидравлический пресс: конструкция и устройство

Гидропресс без преувеличения является одним из 100 величайших изобретений человечества. Появлению такой машины способствовал закон Паскаля, который был сформулирован еще в 1653 году. Первое такое устройство было запатентовано английским изобретателем, одним из основателей гидротехники, Джозефом Брамой, в 1795 году.

Первое время гидравлический пресс использовали для подъема тяжелых грузов и получения натуральных масел и соков, а также формирования тюков сена. Со временем конструкция гидравлических прессов изменялась и модернизировалась. С 1820 года агрегат начал применяться в металлообрабатывающей промышленности для прессования труб. Спустя 55 лет в конструкции появились штамп и подвижная траверса, что способствовало внедрению техники в военную промышленность.

Благодаря экономии металла, простоте конструкции, оперативности производства и оптимальной производительности пресс получил широкое применение в области создания автомобилей, морских судов, авиационной и сельскохозяйственной техники.

Разновидности и характеристики

Основные характеристики гидравлического пресса (параметры каждой модели отображаются на чертеже):

усилие сжатия (тонны);
усилие на ручке (Ньютоны);
рабочая скорость (миллиметры в секунду);
рабочий ход (сантиметры);
давление масла в гидроприводе (Мегапаскаль);
мощность привода (киловатты);
габариты и масса (миллиметры и килограммы).

Такой диапазон параметров определяет два вида приводов:

насосный привод – не использует принцип накопления энергии;
насосно-маховиковый и насосно-аккумуляторный приводы – используют накопление энергии в периоды между рабочими ходами.

В СТО используются разные типы гидропрессов: настольные, вертикальные, электрогидравлические и пневмогидравлические (способны развивать усилие до 100 тонн).

По способу функционирования гидравлические прессы делятся на две группы:

автоматические;
ручные.

Производители изготавливают агрегаты с закрытой и открытой рамой для работы с элементами нестандартных форм. Исходя из габаритов, различают настольные и напольные модели. В зависимости от станины существует 2 вида прессов: стоечные и колонные. По типу можно выделить две категории устройств: универсальные и специализированные (специального назначения).

Применение и практические особенности работы

Широкий диапазон мощности и конструкционных решений гидравлических прессов позволяет эксплуатировать их для разнообразных задач: штамповка, обрезка, отбортовка, тиснение, прессовка, прошивка, калибровка, сгибание, ковка и даже ламинирование.

Области использования:

промышленное производство;
утилизация отходов (горизонтальные установки);
ремонт транспортных средств и спецтехники;
слесарные работы.

При помощи такого оборудования можно работать с трубами и металлическим профилем, изделиями из пластмассы и керамики, угольными и угольно-графитовыми электродами, а также производить резиновые детали, кабели, электроизоляционные материалы, различные отделочно-строительные плиты и многое другое.

Особенности различных моделей:

глицериновые манометры отличаются повышенной точностью, прочностью, способностью подавления вибрации и широким диапазоном измерения;
лебедочный механизм незаменим для регулирования рабочей поверхности;
функция автоматического возврата штока существенно повышает производительность;
предохранительный клапан не допустит превышения давления;
хромированный шток исключает коррозионные процессы;
современные агрегаты оснащаются прогрессивными ЧПУ.

Кроме того, в состав конструкций не включаются разнообразные модули, предохраняющие от перегрузок, что положительно влияет на цену прессовочного оборудования. Также примечательно, что положение подвижного стола не оказывает никакого влияния на значение давления.

Содержание

Чтобы рассмотреть устройство гидравлического пресса, сначала дадим определение гидравлической машины:

Гидравлическая машина (от греческого «гидравликос» — водяной) – это машина, действие которой основано на законах движения и равновесия жидкостей и объясняется законом Паскаля.

Гидравлическая машина в основе представляет собой два цилиндра разного диаметра, в каждом из которых имеется поршень (рисунок 4). Цилиндры соединены между собой трубкой и заполнены жидкостью (водой, маслом или др.).

Так как эти цилиндры представляют собой сообщающиеся сосуды, высота столба жидкости в них будет одинакова, пока на поршни находятся в состоянии покоя.

Рисунок 4. Схематическое изображение принципа работы гидравлической машины.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда на поршни действуют некоторые силы $F_1$ и $F_2$, а $S_1$ и $S_2$ — площади поршней. По определению давления мы уже знаем, что $p=\frac{F}{S}$, тогда:

Давление, оказываемое меньшим поршнем: $p_1=\frac{F_1}{S_1}$

Давление, оказываемое большим поршнем: $p_2=\frac{F_2}{S_2}$

Так как сосуды соединены между собой, по закону Паскаля $p_1 = p_2$ или $\frac{F_1}{S_1} = \frac{F_2}{S_2}$, откуда следует, что

$$\frac{F_2}{F_1}=\frac{S_2}{S_1}$$

Сила, действующая на поршень, прямо пропорциональна площади этого поршня. Следовательно, сила $F_2$ больше силы $F_1$ во столько раз, во сколько раз площадь большего поршня $S_2$ больше площади меньшего $S_1$.

Например, если площадь большого поршня $300 см^2$, а маленького $3 см^2$ и на него действует сила $100 Н$, то на большой поршень будет действовать сила $10 000 Н$.

$$\frac{10 000 Н}{100 Н}=\frac{300 см^2}{3 см^2}$$

Показательное отношение $\frac{F_2}{F_1}$ называют выигрышем в силе. Другими словами, с помощью гидравлической машины можно малой силой уравновесить большую силу.

Гидравлический пресс – это гидравлическая машина, служащая для сдавливания (прессования).

Гидравлические прессы эффективно работают для преобразования малой силы в большую: используются для спрессовывания семян при изготовлении масла, для склеивания строительных материалов, для штамповки ювелирных изделий. Современные гидравлические прессы могут развивать силу в сотни миллионов ньютонов (рисунок 5).

Рисунок 5. Один из мощнейших гидравлических прессов в мире.

Рассмотрим устройство гидравлического пресса:

Усложняем схему устройства гидравлической машины: теперь над большим поршнем 2 имеется платформа, куда мы помещаем прессуемое тело 1.

С помощью малого поршня 3 мы создаем большое давление на жидкость, которое также начинает действовать на поршень 2. Происходит это потому, что давление передается без изменения в каждую точку жидкости (закон Паскаля).

Площадь поршня 2 больше площади поршня 3, поэтому и сила, действующая на него, будет больше (давление одинаковое). Под действием этой силы поршень 2 начинает подниматься и придавливает прессуемое тело к неподвижной верхней платформе.

Здесь же установлен манометр 4 для контроля давления жидкости и предохранительный клапан 5 (автоматически открывается, когда давление превышает максимально допустимое в данном устройстве значение).

При повторяющихся движениях поршня 3 жидкость снова попадает из малого цилиндра в большой: малый поршень поднимается и открывается клапан 6. Пространство под поршнем моментально заполняется жидкостью. Когда же малый поршень 3 опускается, клапан 6 закрывается под давлением жидкости, а клапан 7 открывается. Так жидкость снова оказывается в большом сосуде.

Преимущества

Среди преимуществ гидравлически прессов главными являются:

значительный коэффициент усиления;
возможность реализации разных технологических процессов;
высокая надежность конструкции и безопасность;
легкость осуществления работ при заданном режиме;
простота управления и низкий уровень шума;
возможность подключения любого гидравлического оборудования к приводу (ковши, отбойные молотки, захваты, дисковые пилы);
быстродействие и практичность.

Перед покупкой такого оборудования следует обратить внимание на материал рамной конструкции, качество швов, наличие обратного поршня, исправность и надежность манометра и гидросистемы, а также проверить возможность регулировки высоты рабочей зоны.

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.

Читать также: Кинематическая схема зубофрезерного станка

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:

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

Гидравлическая схема пресса показана на рисунке.

Процесс изготовления

Когда чертеж вашего будущего гидравлического пресса готов, а все необходимые материалы, инструменты, оборудование и комплектующие в наличии, переходят непосредственно к изготовлению. Первое, что необходимо сделать, – это нарезать весь металл, руководствуясь размерами, указанными в чертеже.

Один из вариантов чертежа для изготовления пресса

Теперь следует сделать основание пресса, для чего сваривают между собой подготовленные квадратные трубы, а на сформированный из них прямоугольник наваривают стальную пластину. Затем сваривают между собой боковые и верхнюю часть рамы, тщательно следя за тем, чтобы полученная П-образная конструкция была ровной и имела строго прямые углы в соединениях. Теперь полученную конструкцию следует приварить к основанию и можно считать, что рама для вашего гидравлического пресса готова.

Следующий элемент, который вам необходимо будет сделать для пресса, – это подвижная платформа. Для ее изготовления можно использовать швеллер, квадратную или прямоугольную трубу. В центральной части платформы приваривают отрезок трубы, который будет служить гнездом для головки штока домкрата. Для изготовления направляющих для рабочей платформы вам потребуются две стальные полосы, длина которых должна соответствовать ширине рамы пресса по ее внешнему контуру.

Вариант конструкции пресса с подвижной нижней платформой, фиксация которой производится болтами

Полосы крепят к боковым сторонам передвижной платформы при помощи болтовых соединений, предварительно заведя ее внутрь рамы. По такой же схеме изготавливается и съемный упор, но в его направляющих полосах просверливаются отверстия напротив стоек рамы для фиксации на нужной высоте. Завершает процесс изготовления гидравлического пресса своими руками установка оттягивающих пружин и самого домкрата. Удобен такой гидравлический пресс еще и тем, что вы всегда сможете извлечь из него домкрат (например, если вам необходимо использовать его для ремонта автомобиля).

Внешний вид готового самодельного пресса

Одна из довольно экономичных вариаций гидравлического пресса, сделанного собственными руками в своем гараже с использованием нехитрых приспособлений, сварки, домкрата и швеллеров.