ЛЕКЦИЯ 9. Приводы приспособлений (продолжение)

9.1. Гидравлические приводы.

Гидравлический привод это самостоятельная установка, состоящая из гидродвигателя, рабочего цилиндра, насоса для подачи масла в цилиндр, бака для масла, аппаратуры управления и регулирования и трубопроводов. В зависимости от назначения и мощности гидравлический привод может обслуживать одно приспособление, группу из трех-пяти приспособлений на нескольких станках, или группу из 25-35 приспособлений, установленных на различных станках.

Схема работы гидропривода. При перемещении рукоятки 5 в крайнее положение, переключается золотник 4 и включается электродвигатель насоса 2. Масло из бака 1 по трубопроводу через лопастной насос 2, работающий от электродвигателя, и трубопроводу 2 под давлением 6,3 МПа подается в золотник 4. Из золотника 4 масло по трубопроводам 7 поступает в правую или левую полость лопастного цилиндра 8. При подаче масла в правую полость цилиндра лопатки с ротором 9 поворачиваются до упора 10 и вытесняет масло из левой полости. Масло через левый трубопровод 7, золотник 4 по трубопроводу 14 стекает в бак 1. При переключении рукоятки 5 золотника 4 в другую сторону масло поступает в левую полость цилиндра 8, а из его правой полости и золотника 4 по трубопроводу 14 сливается в бак 1. Масло, которое просочилось из золотника 4, отводится по трубопроводу 13 в бак. Необходимое давление масла в гидросистеме регулируется клапаном 12 и определяется манометром 6. Все подшипники качения смазываются маслом, которое скапливается от утечки в прикрепленному к муфте кожухе, и по маслопроводу 11 отводится в бак 1. Данный гидропривод может через тягу и промежуточные звенья производить перемещения кулачков в рычажных и клиновых патронах токарных станков.

Сила тяги однолопастного гидропривода

где l -высота лопасти, см; h - ши­рина лопасти, см; р - удельное давление масла в цилиндре, МПа; R - расстояние от оси гайки до точки приложения равнодейст­вующей сил в середине высоты лопасти, см;  r_cp - средний

радиус резьбы гайки, см; α - угол подъема резьбы, град; ρ - приве­денный угол трения в резьбовой паре, град; η - к.п.д. гидропривода, учитывающий потери на трение.

Вращающиеся гидроцилиндры По конструкции вращающиеся гидроцилиндры подразделяют на лопастные и поршневые. Гидроприводы с вращающимися поршневыми гидроцилиндрами в сравнении с лопастными цилиндрами обеспечивают большую длину хода, тяги и кулачков патрона, проще в изготовлении и стоят дешевле. Поэтому поршневые гидроцилиндры имеют большее применение в гидроприводах.

Недостатком конструкции вращаю­щихся поршневых гидроцилиндров яв­ляется невозможность использовать их при больших числах оборотов шпинделя станка (п=1200 об/мин), так как вследст­вие трения в маслораспределительной муфте привода повышается износ тру­щихся поверхностей деталей, начина­ется утечка масла и гидропривод нагре­вается.

Рекомендуемые материалы

В стационарных (невращающихся) ста­ночных приспособлениях применяют нормализованные гидроцилиндры двух видов:

• встраиваемые;

• агрегатированные.

Гидроцилиндры бывают одностороннего действия с возвратной пружиной и двустороннего действия. Гидроцилиндры одностороннего действия в зависимости от направления перемещения поршня со штоком бывают толкающими и тянущими. Масло под давлением поступает через штуцер 1 в полость “А” цилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 4 вправо в толкающем и влево в тянущем гидроцилиндрах при зажиме заготовки в приспособлении. Во время разжима пружина 3 перемещает поршень 2 со штоком 4 влево в толкающем и вправо в тянущем цилиндрах.

В гидроцилиндрах двустороннего действия масло под давлением последовательно поступает в левую или правую полость гидроцилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 1 в обе стороны при зажиме и разжиме.

Гидроцилиндры в зависимости от вида обслуживаемого приспособления бывают неподвижными и вращающимися.

Размеры всех деталей, входящих в гидроцилиндры одно- и двустороннего действия, нормализованы. Цилиндры одностороннего действия изготовляют из стали 40Х, а цилиндры двустороннего действия - из холоднокатаных бесшовных труб. Поршень изготовляют заодно со штоком или отдельно из стали 40. Наружные поверхности поршня и штока изготовляются по 7 квалитету точности с посадкой с зазором и шероховатостью Rа=0,32 мкм.

В качестве уплотнений в соединениях поршней с цилиндрами и штоков с крышками применяют манжеты У-образного сечения из маслостойкой резины, кольца круглого сечения из маслостойкой резины.

Сила на штоке для гидроцилиндров одностороннего действия:

толкающих                                     

тянущих                                           

Для гидроцилиндров двустороннего действия (см. при подаче масла:         в бесштоковую полость                             

 в штоковую полость                        

где D - диаметр поршня гидроцилиндра, см; р - давление масла на поршень 1,9-7,3 МПа; η - 0,85-0,9 - к.п.д. гидроцилиндра; Q₁- сила сопротивления сжатой пружины при крайнем рабочем положении поршня н (кгс); d - диаметр штока.

Задаваясь давлением масла, определяют площадь поршня (см²):

откуда диаметр поршня гидроцилиндра 

Производительность см3/с насосов гидравлических приводов:

где  Q- требуемая сила на штоке гидроцилиндра, H; L - длина рабочего хода поршня гидроцилиндра, см; р - давление масла в гидроцилиндре, МПа;  t- время рабочего хода поршня гидроцилиндра, мин; =0,85 - объемный к.п.д. гидросистемы, учитывающий утечки масла в золотнике и гидроцилиндре.

Время (мин) срабатывания гидроцилиндра определяют по упрощенной формуле:                                                       

Мощность кВт, расходуемая на привод насоса,     

где V -производительность насоса, см3/с; η = 0,9 - к.п.д. насоса и силового узла.

По сравнению с пневматическими гидравлические приводы имеют ряд преимуществ:

1. Высокое давление масла на поршень гидроцилиндра создает большую осевую силу на штоке поршня;

2. Вследствие высокого давления масла в полостях гидроцилиндра можно уменьшить размеры и вес гидроцилиндров;

3. Возможность бесступенчатого регулирования сил зажима и скоростей движения поршня со штоком.

К недостаткам гидравлических приводов относятся:

1. Сложность гидроустановки и выделение площади для ее размещения;

2. Утечки масла, ухудшающие работу гидропривода.

9.2. Пневмогидравлические приводы.

Пневмогидравлические приводы применяют для перемещения зажимных устройств приспособлений. Они состоят из преобразователя давления, который соединен с гидроцилиндрами приспособлений и необходимой аппаратуры.

По виду работы пневмогидроприводы бывают с преобразователями давления прямого действия и с преобразователями давления последовательного действия.

Пневмогидравлические приводы питаются сжатым воздухом из цеховой сети через пневматическую аппаратуру под давлением 0,39-0,58 Мн/м² при давлении масла в гидравлической части привода 7,8-9,8 Мн/м².

Высокое давление масла в пневмогидроприводе создается пневмогидравдическим и преобразователями прямого или последовательного действия, превращающими давление сжатого воздуха в высокое давление масла.

Пневмогидравлические приводы, сочетающие в себе простоту конструкции пневматических с преимуществами гидравлических приводов, обеспечивают быстроту перемещения зажимных устройств, небольшие габариты конструкции, создание больших сил зажима, сравнительно небольшую стоимость. Пневмогидроприводы применяют для зажима заготовок в одно-, многоместньтх и многопозиционных приспособлениях в серийном производстве.

Схема работы пневмогидравлического привода с преобразователем давления прямого действия основана на непосредственном преобразовании давления сжатого воздуха в высокое давление масла.

Пневмогидропривод состоит из пневмоцилиндра 2 одностороннего действия с поршнем 3 и гидравлического цилиндра 1 одностороннего действия с

поршнем 5. Сжатый воздух поступает из воздушной сети через кран в бесштоковую полость “А” пневмоцилиндра 2 и перемещает поршень 3 со штоком 4 влево. Шток 4 давит на масло, которое перемещает в гидроцилиидре 1 поршень 5 со штоком 6 влево. При этом шток 6 через промежуточные звенья перемещает зажимньие устройства приспособления при зажиме заготовки. При разжиме поршни 3 и 5 со штоками, пружинами перемещаются вправо.

При равновесии привода, т.е. давления между воздухом и маслом в пиевмогидравлическом преобразователе (без учета трения):

Откуда давление масла в цилиндре

где Р давление масла в гидроцилиндре, Мн/м²; Р8 — давление воздуха в пневмоцилиндре, Мн/м²; 1)i — диаметр поршня пневмоцялиядра, см; d — диаметр штока плунжера, см.                     

Отношение i  является коэффициентом усиления давления, принимают i =16-21.

Сила на штоке рабочего гидроцилиндра (без учета сопротивления возвратной пружин), но с учетом механического к.п.д.

Подставим вместо Р его значение, тогда:

              обозначим

Подставим в равенство значение силы Q и, произведя преобразования, получим:

где D — диаметр поршня гидроцилиндра, см;  η- 0,8-0,85 — коэффициент полезного действия; Q — сила на штоке пневмоцилиндра, н.

Величина хода штока пневмоцилиндра:

откуда

С учетом η₀ определяющего потери масла на утечку

где L -ход штока пневмоцилиндра, cм; l — ход штока рабочего гидроцилиндра, см; η₀=0,95 объемный к.п.д. привода; п — число рабочих гидроцилиядров приспособлений, обслуживаемых приводом.

Из выражения  определяем диаметр рабочего гидроцилиндра без учета к.п.д.

Обратите внимание на лекцию "Олигархический переворот 411 г. до н. э.".

Диаметр штока пневмоцилиндра

Из формулы  определяем диаметр пневмоцилиндра

Объем (cм³) сжатого воздуха, расходуемого за один цикл зажима детали в приспособлении,

где D — диаметр поршня пневмоцилиндра, см; L — длина хода поршня со штоком пневмоцилиндра, см.