В разделе «Механизмы линейного перемещения» основной статьи изложены недостатки типичного четырехколонного пресса и даны рекомендации по их устранению. Там сказано, что в качестве направляющих подвижной траверсы следует использовать только две колонны из четырех, а гидроцилиндр установить на два сферических шарнира.

Между тем выпуск неправильных прессов продолжается, причем у некоторых из них (Рис. 1 и 2) избыточных связей еще больше, чем у пресса из основной статьи, где их насчитывается пятнадцать.

Рис. 1. На траверсу этого пресса наложено 19 избыточных связей

Рис. 2. Пресс с 23 избыточными связями подвижной траверсы

Глядя на продолжающееся распространение неправильных конструкций, сейчас представляется, что предложенные в основной статье рекомендации не самые оптимальные, как с точки зрения технологичности предложенной конструкции, так и с учетом опасности самоторможения подвижной траверсы.

На рис. 3. показан легкий пресс широко распространенной конструкции.

Рис. 3. Легкий пресс

Здесь нет траверсы, перемещающейся по каким-либо направляющим, а есть массивный диск жестко закрепленный на штоке гидроцилиндра. На мой взгляд, по схеме без силовых направляющих следует строить большинство прессов, в том числе тяжелых.   Такие прессы выпускаются (Рис. 4), но, к сожалению, они встречаются гораздо реже установок со специальными направляющими для траверсы.

Рис. 4. Пример мощного пресса без специальных направляющих подвижной траверсы

Здесь относительно простая станина без силовых направляющих. Помимо основного (центрального) цилиндра есть еще малые вспомогательные цилиндры (видимо, для подъема траверсы и плунжера основного цилиндра). Похоже, что они закреплены жестко, что накладывает на траверсу множество избыточных связей. Есть еще две легких цилиндрических колонки со втулками, удерживающие траверсу от вращения вокруг оси центрального цилиндра. Они также накладывают избыточные связи. Этот пресс следовало бы делать по схеме, показанной на рис. 5 или 7.

Рис. 5. Макет тяжелого пресса без специальных направляющих подвижной траверсы

Здесь подвижная траверса жестко закреплена на штоке цилиндра, корпус которого, в свою очередь, жестко закреплен на станине. Таким образом роль направляющей здесь играет гидроцилиндр. Чтобы траверса не поворачивалась достаточно поставить легкий поводок, скользящий в вертикальной прорези на станине. В большинстве случаев можно обойтись и без этого поводка. Если пресс используется, например, для сборки каких-то деталей по посадке с натягом, свобода поворота траверсы безразлична. А если он используется для привода какого-то штампа, то для устранения свободы вращения траверсы будет достаточно направляющих элементов этого штампа.

Очевидно, что станина такого пресса гораздо проще в изготовлении, чем у четырехколонного пресса. Она может быть литой, сварной, сварнолитой или составной и собранной по обмоточной схеме (одно из выдающихся достижений советского тяжелого машиностроения).

Такая конструкция пресса хороша еще тем, что в ней практически нет опасности появления самоторможения. Здесь линия действия движущей силы совпадает с осью направляющей. Это ось гидроцилиндра. А смещение точки приложения рабочей нагрузки, которое вызывает повышенные силы трения на штоке и поршне гидроцилиндра, здесь невелико. К тому же, пары трения здесь (на поршне и на штоке гидроцилиндра) постоянно и надежно смазываются рабочей жидкостью гидросистемы, что существенно снижает коэффициент трения. Поэтому до самоторможения дело не доходит. Понятно, что любое возможное внецентренное приложение рабочей нагрузки негативно сказывается на работе гидроцилиндра. Но практика показывает, что такая ситуация вполне допустима.

Это подтверждается, например, нормальной работой пресса, применяемого в кожевенном производстве, у которого рабочая нагрузка прикладывается на консоли и достаточно далеко от оси цилиндра (Рис. 6)

Рис. 6. Раскройный вырубной пресс

Для замены пресса нетехнологичной конструкции по рис. 1, можно предложить конструкцию, схематично показанную на рис. 7.

Рис. 7. Макет пресса с двумя цилиндрами и без специальных направляющих для подвижной траверсы

Здесь корпуса обоих цилиндров жестко закреплены на станине, шток левого цилиндра жестко соединен с траверсой, а между штоком правого цилиндра и траверсой установлен шатун (выделен красным цветом) с двумя сферическими шарнирами на его концах. На рисунке эти шарниры не видны, так как они заглублены в траверсу и в шток. Чем больше высота шатуна, тем лучше.

Такая конструкция не имеет избыточных связей и в ней практически нет опасности самоторможения. Для сведения к минимуму негативного влияния внецентренного приложения рабочей нагрузки, желательно, чтобы цилиндры имели поршни одинакового диаметра и чтобы они запитывались от одной напорной линии.

По подобной схеме можно построить пресс и с тремя цилиндрами. При этом один из них с жесткими креплениями корпуса и штока должен стоять на оси симметрии траверсы. А два цилиндра с шатунами должны располагаться симметрично относительно первого. При этом цилиндры с шатунами должны иметь одинаковые диаметры поршней, но этот диаметр может отличаться от диаметра поршня среднего цилиндра. В принципе, число цилиндров с шатунами может быть как угодно большим и все они должны располагаться симметрично относительно единственного цилиндра с жестким креплением штока. С увеличением числа цилиндров избыточные связи не появляются благодаря сообщению между собой одноименных полостей цилиндров (штоковых и поршневых). С добавлением каждого нового цилиндра не происходит увеличения числа связей, накладываемых на траверсу.  Как не увеличивается и число подвижностей траверсы. Увеличивается только суммарная площадь поршней, которые работают как один большой поршень, обеспечивающий одну рабочую подвижность траверсы – перемещение по вертикальной оси.

Представляется, что прессы с силовыми направляющими для траверсы следует делать только в редких случаях, для каких-то особых условий. Например, прессы для свободной ковки. И у них нужно устранять избыточные связи, как это рекомендовано в основной статье.

04.04.2020

Д.Д.