ГИДРОПРИВОДЫ

Назначение и принцип работы. Г идроприводы широко используются в современных металлорежущих станках. Они служат для передачи движения от приводного двигателя к механизмам станка посредством жидкости.

Основные преимущества гидроприводов заключаются в воз­можности бесступенчатого регулирования скорости в широких пределах; способности развивать значительные тяговые усилия и крутящие моменты при небольших размерах механизма; воз­можности полной автоматизации рабочего цикла простыми сред­ствами; долговечности деталей гидропривода (поршней, цилинд­ров).

Гидроприводы применяются главным образом для получения прямолинейных перемещений в механизмах подачи и рабочего движения шлифовальных, строгальных, протяжных и других станков. В отдельных случаях их используют для передачи вра­щательного движения, как, например, на резьбошлифовальном станке модели 582 для вращения шлифуемого изделия. При по­мощи гидравлических передач часто механизируется управле­ние станком, например переключение скоростей и реверсирова­ние.

Недостатками гидроприводов является утечка рабочей жид­кости через зазоры и уплотнения, невозможность практически получить очень медленные движения, а также неравномерность передаваемого движения.

В качестве рабочей жидкости для гидросистем применяется очищенное минеральное масло. Для механизмов, работающих на больших скоростях, берут менее вязкое масло (веретенное 3), а на меньших скоростях — более вязкое (турбинное Л или ин­дустриальное 30).

Потери в гидроприводах складываются из механических по­терь (потери на трение в движущихся деталях гидросистемы), объемных потерь (потери на утечку масла через неплотности и зазоры во всех звеньях) и гидравлических потерь.

Потери механические учитываются коэффициентом полезно­го действия г)м, значение которого принимается таким же, как и в других механизмах.

Объемные потери учитываются объемным к. п. д., значение которого равно:

где Qa — действующий объем масла в рабочей зоне гидро­привода;

Qт — теоретический объем масла, на который рассчитан насос.

Объемный к. п. д. зависит от давления, температуры и вязко­сти масла, от состояния уплотне­ний и зазоров в движущихся ор­ганах гидросистемы и колеблется в пределах 0,9—0,985.

Потери гидравлические, вы­званные внутренним трением ча­стиц масла, трением движущего­ся масла о стенки труб и других деталей гидроаппаратуры, сопро­тивлением движению масла при резких изменениях направления и сечения в коленах трубопровода и отверстиях аппаратуры, опреде­ляются гидравлическим к. п. д. т]г, значение которого колеблется в пределах 0,95—0,98.

Общий к. п. д. гидропривода Т] = 11м — їіоб ‘ї]г-

Гидропривод, помимо насоса и рабочего цилиндра, состоит из регуляторов скорости и давле­ния, а также распределительных устройств. На рис. 60 показана схема гидропривода, обеспечи­вающего возвратно-поступательное движение стола круглошли­фовального станка.

Насос 2, забирая масло из бака 1, через кран 4 управления направляет его в регулятор скорости (дроссель) 5, а оттуда в полость цилиндра золотника 12. При положении золотника, показанном на схеме, масло поступает в левую полость рабоче­го цилиндра 10 и толкает поршень 11, а вместе с ним стол стан­ка вправо. Одновременно масло из правой полости рабочего ци­линдра выталкивается и тем же путем направляется обратно в бак.

На боковой поверхности стола 8 станка в нужном положе­нии устанавливаются упоры 9 и 7, расстояние между которыми равно требуемой длине хода стола. При движении стола впра­
во упор 7, достигнув головки рычага 6, передвигает его вправо, и под действием механизма мгновенного реверсирования (на ри­сунке не показан) плунжер золотника переходит в положение, показанное на схеме пунктиром. В новом положении золотника масло от насоса будет поступать в правую полость рабочего ци­линдра 10 и стол начнет двигаться влево, пока упор 9 не воз­вратит плунжер золотника в прежнее положение. Механизм мгновенного реверсирования устраняет остановку движения поршня И в тот момент, когда плунжер золотника занимает нейтральное положение и перекрывает соединительные каналы, ведущие в цилиндр 10.

Во время кратковременных остановок станка для замера или съема прошлифованной детали и установки следующей насос обычно не отключается, и в это время масло из насоса через пре­дохранительный клапан 3 сливается обратно в бак.

Насосы. Насосы гидропривода предназначены для нагне­тания масла в гидросистему. В металлорежущих станках при­меняются насосы трех типов: шестеренные, лопастные и порш­невые.

Шестеренные насосы имеют постоянную производительность, а лопастные и поршневые — как постоянную, так и переменную.

Шестеренный насос (рис. 61, а) состоит из пары зубчатых ко­лес 1, вращающихся в корпусе 2. При направлении вращения колес, показанном стрелками, масло, поступающее по каналу II, заполняет впадины между выходящими из зацепления зубьями, затем выталкивается из впадин и нагнетается в канал I, пита­ющий гидросистему.

Шестеренные насосы выпускаются низкого, среднего и вы­сокого давления. Насосы низкого давления, собранные вместе с электродвигателем (тип ШДП), применяются в системах охлаждения металлорежущих станков. Такие же насосы давле­нием 2—5 кГ/см2, но без электродвигателя (тип Ш) применяют­ся в системах смазки станков.

Для питания гидросистем используются шестеренные насосы среднего и высокого давления (10—65 кГ/см2). Производитель­ность таких насосов от 5 до 125 л/мин.

Производительность шестеренного насоса с одинаковыми ше­стернями определяется с точностью до 2% по формуле Q — S)-b n AjMUH

ще ‘

где D — диаметр наружной окружности зубчатого колеса, мм;

5 —расстояние между центрами зубчатых колес, лш;

Ь — ширина зубчатого колеса, лш; п — число оборотов шестерен в минуту.

Схема работы лопастного насоса двойного действия с по­стоянной производительностью показана на рис. 61,6.

В корпусе насоса закреплено статорное кольцо / с внутрен­ней полостью вытянутого (эллиптического) профиля. Внутри статорного кольца помещен ротор 2, вращающийся в подшип­никах, смонтированных в корпусе насоса.

Ротор имеет 12 пазов шириной 1,8—2,5 мм, в которых пере­мещаются лопасти 3, толщина которых на 0,01—0,02 мм мень­ше ширины пазов, а высота на такую же величину меньше вы­соты статорного кольца. Такое соотношение размеров обеспечи­вает свободное перемещение лопастей в пазах ротора, которые под действием центробежной силы постоянно прижаты к внут­ренней поверхности статорного кольца.

Статорное кольцо вместе с ротором закрывается крышками 9 с четырьмя профрезерованньтми окнами. Окна 4 и 6 соединены
с полостью всасывания. В этом месте пространство между ло­пастями заполняется маслом. Проходя наиболее вытянутый участок полости статора, лопасти начинают постепенно вдавли­ваться в пазы ротора, а масло вытесняется в окна полости на­гнетания 5 и 8. За один оборот ротора лопасти дважды всасы­вают и нагнетают масло, поэтому насос и называется насосом двойного действия.

На крышках 9 имеется кольцевая выточка 10, соединенная с окнами нагнетания 5 и 8. Отсюда масло попадает в отверстия 7 ротора для создания давления на тыльной стороне каждой ло­пасти, прижимающего их к статору. Производительность лопаст­ного насоса тем больше, чем более вытянута полость статорного кольца и прямо пропорциональна высоте этого кольца.

В гидроприводах применяются лопастные насосы марки Л/Ф, выпускаемые восьми типоразмеров со следующей технической характеристикой:

Производительность, ліміт…………………………………………. 5—100

Рабочее давление, кГ/см2……………………………………………… до 65

Приводная мощность, кет…………………………………………… до 13

Объемный к. п. д. г]…………………………………………………….. 0,62—0,92

Поршневые насосы гидроприводов позволяют развивать в гидросистеме давление до 200 кГ/см2.

Схема поршневого насоса показана на рис. 61, в. Ротор 1 вращается на неподвижном валу 2, который по длине имеет два изолированных друг от друга внутренних канала. Один ка­нал (на схеме верхний) соединен с всасывающей трубой, а дру гой — с нагнетательной. В роторе находится ряд радиальных отверстий 3, служащих цилиндрами для поршней 4. Эксцентрич­но ротору неподвижно смонтирован цилиндр 5, внутренняя по­верхность которого при вращении ротора вызывает возвратно­поступательное движение поршней в радиальном направлении. Путь каждого поршня равен удвоенной величине смещения е.

При движении головки поршня по полуокружности АВС он перемещается к центру и нагнетает масло в нижний канал и от­туда в нагнетательную трубу. На участке СДА движения голов­ки поршня происходит засасывание масла. За один оборот ро­тора каждый поршень делает двойной ход. Число цилиндров бывает 5—9, а в более мощных насосах используются два ряда цилиндров.

Поршневые насосы изготовляются различных типоразмеров производительностью 50—200 л/мин при давлении 75—200 кГІсм2.

Рабочие гидроцилиндры. В механизмах с возврат­но-поступательным движением в качеству гидродвигателей при­меняются рабочие цилиндры.

Рабочие цилиндры имеют поршни с односторонним (рис. 62, а) или двухсторонним штоком (рис. 62,6). Цилиндры с двухсторонним штоком обеспечивают равенство скоростей

прямого и обратного ходов. Однако на практике часто приме­няют рабочие цилиндры, имеющие поршни с односторонним што­ком. В таких цилиндрах скорость движения поршня в разные стороны неодинакова.

Для определения отношения скоростей поршня в правую и левую

Регулирование работы гидропривода. При работе станка на различных режимах требуется изменять ско­рость перемещения рабочих механизмов, что достигается регу­лированием количества масла, поступающего в рабочие цилинд­ры гидропривода при помощи дросселя. Наиболее часто приме­няют дроссели щелевого типа (рис. 63).

Поворотом дросселя 1 вокруг его оси изменяют размер щели для прохода масла из канала 2 в канал 3, что вызывает изме­нение гидравлического сопротивления проходу масла. Чем меньше щель, тем больше гидравлическое сопротивление и тем меньше количество пропускаемого масла, и наоборот.

Рис. 63. Щелевой дроссель

Регулирование дросселем обеспечивает плавное изменение скорости рабочего механизма в больших пределах; так, напри­мер, скорость продольной подачи внутришлифовального станка 3250 регулируется в пределах 250—8000 мМ/мин. Дроссели можно ставить либо на входе масла в рабочий цилиндр, либо на выходе из цилиндра. Чаще дроссель устанавливают на выхо­де, что обеспечивает более равномерный ход поршня.

Обычно в гидроприводах металлорежущих станков приме­няют насосы постоянной производительности. Но так как рас­ход масла колеблется в значительных пределах, то в гидросис­теме станка иногда образуется излишек масла. Чтобы избежать скачков давления в гидросистеме, излишки масла отводятся в бак, минуя рабочие цилиндры, через предохранительные кла­паны.

На рис. 64 показан разрез шарикового предохранительного клапана. Канал 1 соединен с трубопроводом гидросистемы. Пружина 5 давит на наконечник 3, который посредством шари­ка 4 закрывает канал 1. Сила пружины 2 выбрана с таким рас­четом, что при давлении в гидросистеме, превышающем нор­мальное, шарик преодолевает сопротивление пружины и откры­вает выход для масла из канала 1 в каналы 2, ведущие в бак.

Перелив масла продолжается до тех пор, пока давление в сис­теме не установится нормальным.

Для управления потоком масла, поступающим в рабочие ци­линдры гидропривода, и для отвода его после работы в бак слу­жат распределители или переключатели.

Распределители бывают крановые и золотниковые. На рис. 65

показано устройство кра­нового распределителя. Корпус 12 имеет четыре отверстия, соединяемые соответственно с насосом, баком и с каждой поло­стью рабочего цилиндра. С другой стороны каждое из этих отверстий соеди­нено с соответствующей камерой, имеющейся на наружной поверхности распределителя 2.

При установке рукоятки / в позицию М масло от насоса по­ступает в отверстие 4. Оттуда через камеру 3 и сквозное отвер­стие 9 распределителя масло переходит в камеру 8 и через от­верстие 7 в корпусе направляется в правую полость цилиндра.

В то же время из левой полости цилиндра масло поступает в от­верстие 5 и дальше через камеру 6, сквозные отверстия 13 рас­пределителя и камеру 10 попадает в отверстие 11 и далее в бак.

При положении рукоятки распределителя в позиции N мас­ло от насоса поступает через отверстие 4, камеру 3 и отверстие 5 в левую полость цилиндра. В это же время из правой полости масло через отверстие 7, камеру 6 и сквозное отверстие 13 попа­

дает в отверстие И и далее в бак. Управление рукояткой / рас­пределителя может осуществляться от руки или механически.

Схема управления потоком масла с помощью золотникового распределителя показана на рис. 60. Имеются нормализованные конструкции золотников. Так, золотники с гидравлическим уп­равлением Г-72 изготовляются семи различных типоразмеров.