Корзина
47 отзывов
ООО "Гидро-Максимум"
+380503713700Инженер гидравлик Алина
+380675522377Инженер гидравлик Даниил
+380675710037Инженер гидравлик Алина
Добавить отзыв
Корзина

Основы проектирования гидравлических приводов

Основы проектирования гидравлических приводов

Правила выполнения гидравлических и пневматических схем. Единая система конструкторской документации.pdf

Виды и задачи проектных и конструкторских работ

Основными видами проектных и конструкторских работ, выполняемых при создании технологического оборудования с гидравлическими приводами и системами, являются научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.

Научно-исследовательские работы (НИР) при создании современных изделий проводят, когда решение принципиально новых задач требует глубоких и всесторонних теоретические и экспериментальных исследований.

В общем случае НИР включает в себя:

  • - разработку и согласование технического задания;
  • - изучение отечественной и зарубежной научно-технической информация по исследуемым вопросам;
  • - разработку общей методики и составление плана проведения работ;
  • - проведение теоретических исследований;
  • - составление перечня экспериментов с разработкой конкретных методик испытаний и схем экспериментальных установок;
  • - разработку, изготовления и испытания макетных и экспериментальных образцов;
  • - анализ результатов экспериментов и испытаний;
  • - составление научно-технического отчета.

Опытно-конструкторские работы (ОКР) выполняют после установления принципиальной технической возможности создания изделия с целью разработки и изготовления опытного образца.

Обычно ОКР включает в себя следующие стадии разработки:

  • техническое задание,
  • техническое предложение,
  • эскизный проект,
  • технический проект,
  • разработка рабочей конструкторской документации.

Гидравлические приводы современных станков, роботов, прессов и другого технологического оборудования создаются, как правило, из нормализованных аппаратов и устройств, серийно изготовляемых специализированными заводами.

Это позволяет упростить процесс проектирования, монтаж гидравлических систем и их эксплуатацию. Применение оригинальных устройств ограничивается из экономических и эксплуатационных соображений, так как их использование в создаваемых приводах и системах удлиняет сроки проектирования оборудования, его изготовления и нередко требует тщательных исследований и экспериментальных проверок разработанных устройств. Однако не следует отказываться от использования оригинальных элементов гидропривода, применение которых необходимо или может обеспечить заметное повышение технического уровня проектируемой машины.

При проектировании станочных гидроприводов и систем цикловой гидроавтоматики в большинстве случаев выполняют комплекс ОКР.


 

Разработка технического задания и технического предложения

Техническое задание на изделие (например, станок) разрабатывают на основе результатов выполненных научно-исследовательских работ, анализа технического уровня отечественной и зарубежной техники, а также на основе исходных требований заказчика.

В разделах технического задания указывают:

  • основное назначение изделия,
  • область его применения,
  • технические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию,
  • экономические показатели,
  • выполнение необходимых стадий и этапов разработки конструкторской документации и ее состав,
  • порядок контроля и приемки изделия.

Конструкция гидравлического привода и его основные параметры определяются типом станка, для которого он предназначен, поэтому разработка привода должна начинаться с анализа технического задания.

Этот документ составляется ведущим разработчиком станка и содержит его общее описание, включая механическую часть, электрические и гидравлические узлы (функциональное назначение) с предварительной компоновкой на станке гидравлических двигателей, насосной установки, а также указанием возможных мест размещения гидравлической аппаратуры и других устройств.

В техническом задании приводятся:

  • методы управления и контроля,
  • требуемые блокировки,
  • нагрузочные характеристики и режимы движения (перемещения,
  • скорости,
  • ускорения,
  • пути и время торможения и разгона) каждого рабочего органа,
  • циклограмма работы станка,
  • необходимые средства диагностики технического состояния оборудования,
  • основные требования надежности,
  • а также, при необходимости, другие сведения (точность, дискретность перемещений, жесткость, допустимые вибрации, шум, качество переходных процессов, температура масла, точность гидравлического уравновешивания, возможности регулировок, необходимость остановок гидравлических двигателей в промежуточных положениях, время остановки в заданном положении и другие).

Наиболее важными характеристиками, с точки зрения типового расчета, являются нагрузочные (силовые) и скоростные характеристики привода.

Для приводов возвратно-поступательного движения максимальное усилие, развиваемое цилиндром, должно обеспечить преодоление максимальной полезной нагрузки, суммарных сил трения, приведенных к выходному звену (штоку) цилиндра, сил инерции и сил сопротивления, создаваемых давлением жидкости в сливной полости двигателя. Для приводов, обеспечивающих вертикальное перемещение рабочего органа, кроме того, учитывают вес подвижных частей машины. Значения указанных сил задаются в техническом задании ориентировочно, обычно с некоторым запасом, и впоследствии уточняются по результатам типового расчета.

Аналогичным образом задаются соответствующие моменты на валу гидравлического мотора привода вращательного движения.

Если выходное звено двигателя (обычно шток цилиндра или вал мотора) соединяется с рабочим органом станка через промежуточную механическую передачу (зубчатую, зубчато-реечную, винт-гайка и т.п.), то усилие или вращающий момент определяют с учетом коэффициента передачи механического устройства. По заданным нагрузочным характеристикам рассчитывают необходимое рабочее давление жидкости для выбранных двигателей, а по скоростным характеристикам – требуемый расход жидкости на различных переходах цикла работы гидропривода.

Специалист-гидравлик вместе с ведущим разработчиком станка конкретизирует и уточняет техническое задание с учетом специфики гидропривода. Тщательность разработки технического задания и обоснованность указанных в нем требований технико-экономических показателей во многом определяют успех проектирования.

Техническое предложение разрабатывают, если это предусмотрено техническим заданием. Под техническим предложением понимают совокупность проектных конструкторских документов (пояснительная записка, схемы, чертежи общих видов и другие), содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия.

Техническое предложение разрабатывают с целью выявления дополнительных или уточненных требований к изделию, которые не могли быть указаны в техническом задании. Это целесообразно делать на основе предварительной конструкторской проработки и анализа различных вариантов проектируемого изделия.

Техническое предложение является основанием для разработки эскизного проекта.


 

Разработка эскизного и технического проектов

Эскизный проект разрабатывают с целью установления принципиальных конструктивных решений, дающих общее представление о принципе работы и (или) устройстве изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации.

В общем случае разработка эскизного проекта включает в себя:

  • разработку принципиальных схем изделия;
  • гидравлические расчеты проектируемых приводов;
  • конструкторскую проработку изделия и его составных частей;
  • предварительные расчеты на прочность, жесткость и т.п.;
  • изготовление и испытание макетов (при необходимости);
  • выполнение чертежей общих видов;
  • предварительное согласование габаритных, установочных и присоединительных размеров изделия;
  • предварительную оценку показателей качества изделия.

Все эти работы выполняются совместно со специалистами различных служб. В комплект документов эскизного проекта входят: чертежи общего вида, габаритные чертежи, схемы, ведомость покупных изделий, ведомость эскизного проекта, пояснительная записка, расчеты и другие материалы.

Эскизный проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации.

Технический проект разрабатывают с целью выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции изделия, когда это целесообразно сделать до разработки рабочей документации.

В общем случае разработка технического проекта включает в себя:

  • окончательную разработку конструкции машины и ее отдельных узлов с оформлением чертежей общих видов;
  • уточнение технических расчетов;
  • разработку, изготовление и испытание макетов основных узлов и машины в целом;
  • анализ технологичности конструкции изделия;
  • оценку изделия на соответствие требованиям эргономики и технической эстетики;
  • проверку машины на соответствие требованиям безопасности;
  • определение уровня стандартизации и унификации изделия;
  • проверку изделия на патентную чистоту и при необходимости оформление заявки на изобретение;
  • выявление номенклатуры покупных изделий и согласование применения покупных изделий;
  • согласование габаритных, установочных и присоединительных размеров;
  • разработку при необходимости рабочих чертежей.

В комплект документов технического проекта входят:

  • чертежи общего вида,
  • габаритные чертежи,
  • схемы,
  • ведомость покупных изделий,
  • ведомость технического проекта,
  • пояснительная записка и другие материалы.

Технический проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации.

Основные виды конструкторских документов устанавливает ГОСТ.

К ним относятся:

  • чертежи деталей,
  • сборочные чертежи отдельных узлов и машины в целом,
  • габаритные и монтажные чертежи,
  • схемы,
  • спецификации сборочных единиц,
  • пояснительная записка и технические условия,
  • программы и методики испытаний,
  • расчеты,
  • эксплуатационные и другие документы.

 

Правила выполнения и описание работы гидравлических схем

Схемой называют конструкторский документ, на котором в виде условных изображений или обозначений показаны составные части изделия и связи между ними.

В машиностроении установлены следующие виды схем:

  • электрические (шифр Э),
  • гидравлические (Г),
  • пневматические (П),
  • кинематические (К),
  • комбинированные (С) и другие.

В зависимости от основного назначения, указанные виды схем подразделяют на типы:

  • структурные (шифр 1),
  • функциональные (2),
  • принципиальные (3),
  • соединений (4),
  • подключений (5),
  • общие (6),
  • расположения (7),
  • прочие (8),
  • объединенные (0) схемы.

Для гидравлических приводов применяют лишь три типа схем:

  • структурные,
  • принципиальные,
  • соединений.

Полное наименование схемы определяется ее видом и типом, а ее шифр должен состоять из буквы, определяющей вид схемы, и цифры, обозначающей тип схемы, например:

  • гидравлическая структурная схема – Г1,
  • гидравлическая принципиальная схема – Г3,
  • гидравлическая схема соединений – Г4.

Комбинированной схемой, например, является электрогидравлическая принципиальная схема - С3.

Структурной называют схему, определяющую основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи. Функциональные части изделия на схеме изображают в виде прямоугольников, а линии связи - сплошными основными линиями. На схеме необходимо указывать наименование каждой функциональной части изделия, а на линиях связи - направление потоков рабочей жидкости.

Пример гидравлической структурной схемы приведен на рисунке 1

Рис 1

Принципиальной называют схему, определяющую полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дающую детальное представление о принципах работы изделия.

Элементы и устройства на схеме изображают в виде условных графических обозначений, установленных ГОСТом.

При вычерчивании принципиальной схемы гидропривода все элементы, как правило, изображают в исходном положении (гидравлические распределители - при отключенных управляющих электромагнитах, поршни цилиндров - перед совершением рабочего хода и т.д.).

Каждый элемент принципиальной гидравлической схемы привода или системы должен иметь буквенно-цифровое позиционное обозначение.

Применяемые буквы:

  • А - устройство,
  • АК - аккумулятор,
  • Б - бак,
  • Д - двигатель поворотный;
  • ДП - делитель потока,
  • ДР - дроссель,
  • ЗМ - золотник переключения манометра,
  • К - клапан ,
  • КД - клапан давления,
  • КО - клапан обратный,
  • КП - клапан предохранительный,
  • КР - клапан редукционный,
  • М - мотор,
  • МН - манометр,
  • Н - насос,
  • НА - насос аксиально-поршневой,
  • НП - насос пластинчатый,
  • HP - насос радиально-поршневой,
  • Р - распределитель ,
  • РД - реле давления,
  • РР - регулятор расхода (потока),
  • Ф - фильтр,
  • Ц - цилиндр.

В пределах одной группы элементы могут иметь порядковые номера (например, P1, Р2, т.д.).

Порядковые номера элементам следует присваивать в соответствии с последовательностью их расположения на принципиальной схеме сверху вниз и слева направо. Если на схеме имеется только один элемент данной группы, то его порядковый номер обычно не ставится. Позиционные обозначения располагаются справа и сверху относительно условного графического обозначения элемента.

Всем гидравлическим линиям на схеме присваиваются порядковые номера, начиная с единицы, как правило, по направлению движения потока рабочей жидкости из бака насосной станции; дренажные линии нумеруются в последнюю очередь и изображаются пунктиром.

Номера обычно ставятся около обоих концов линий, причем номера соответствующих трубопроводов на схеме соединений, составляемой разработчиком станка, и принципиальной схеме должны совпадать.

Расположение графических обозначений элементов и устройств на схеме должно примерно соответствовать их действительному размещению в изделии.

При вычерчивании условных обозначений гидравлических двигателей рекомендуется придерживаться определенного масштаба (диаметр цилиндра, величина перемещения и т.п.), то же относится и к другим элементам привода (аппаратура, насосы, фильтры и т.п.). Вблизи гидравлических двигателей ставятся стрелки с указанием направления и вида действия (например, "зажим", "фиксация" и другие).

Рабочие позиции гидравлических распределителей на принципиальных схемах обозначают римскими цифрами или строчными буквами русского алфавита, при этом нейтральное положение распределителя считается нулевым. Графические обозначения элементов следует располагать на поле схемы таким образом, чтобы получить линии связи наименьшей длины, а также наименьшее число их изломов и взаимных пересечений.

Данные об элементах, изображенных на принципиальной схеме, должны быть записаны в перечне элементов, который помещают на первом листе схемы в виде таблицы или выполняют в виде самостоятельного документа. Элементы привода в перечень записывают в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений, указывая их наименование, тип и количество. В примечании приводят основные параметры элементов гидропривода (рабочее давление, расход, основные размеры гидравлических двигателей, тонкость фильтрации и т.п.).

В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные обозначения, элементы располагаются по возрастанию порядковых номеров. Однотипные элементы (например, распределители Р1, ..., Р4) записываются в одну строчку.

Кроме перечня элементов на принципиальной схеме приводится таблица всех основных движений (элементов цикла), реализуемых гидроприводом, с указанием номеров включаемых при этом управляющих электромагнитов распределителей. Электромагниты аппаратов и устройств гидропривода нумеруют на схеме сверху вниз и слева направо цифрами по порядку, начиная с единицы. Перед цифрами ставят буквы ЭМ (например, ЭМ1, ЭМ2 и т.д.).

Пример гидравлической принципиальной схемы приведен на рисунке 2

Рис 2

Описание работы гидравлического привода на различных переходах цикла обычно выполняют с помощью уравнений гидравлических цепей, показывающих соответствующий путь масла по системе. При этом используют буквенные или буквенно-цифровые позиционные обозначения аппаратов и устройств, а для сложных разветвленных схем, дополнительно, цифровые обозначения отдельных гидравлических линий.

Особенности работы привода, назначение и работа отдельных элементов схемы, при необходимости, приводятся в текстовой части пояснительной записки проекта.

Схемой соединений называют схему, показывающую соединение составных частей изделия и определяющую трубопроводы, которыми обеспечиваются эти соединения, а также места их присоединения. Элементы и устройства, а также соединения трубопроводов на схеме изображают в виде упрощенных внешних очертаний. Элементы и устройства на схеме допускается изображать в виде прямоугольников, а соединения трубопроводов - в виде условных графических обозначений. На схеме соединений около графических обозначений элементов и устройств указывают позиционные обозначения, присвоенные им на принципиальной схеме.

Пример гидравлической схемы соединений показан на рисунке 3.

Схема соединений соответствует гидравлической принципиальной схеме привода смотри рисунок 2

 

Рис 3

Разработка гидравлических схем проектируемого привода является важным этапом эскизного проекта.

Рекомендации по разработке гидравлической принципиальной схемы привода

Исходная информация, необходимая для разработки принципиальной гидравлической схемы проектируемого привода, содержится в техническом задании.

Общий цикл работы всех механизмов автоматизированных станков состоит из частных циклов работы устройств целевого назначения, каждое из которых, как правило, имеет отдельный гидравлический двигатель.

В свою очередь, частные циклы складываются из отдельных элементов, например:
- исходное положение "стоп" (ИП),
- быстрый подвод (БП), 
- рабочая подача (РП), 
- первая рабочая подача (РП1), 
- вторая рабочая подача (РП2), 
- остановка с выдержкой времени (ОВ), 
- реверс (РВ), 
- быстрый отвод (БО) и др.

Под исходным положением "стоп" понимают такое состояние привода, когда насосная установка переводится на режим работы с минимальным потреблением мощности. При этом рабочая жидкость циркулирует по системе или по отдельным ее участкам под незначительным избыточным давлением, величина которого определяется настройкой подпорного клапана, установленного в сливной линии, или сопротивлением самой линии.

Для переключения насоса на полную или частичную разгрузку гидропривод должен быть оснащен дополнительной аппаратурой или устройствами, однако некоторое усложнение сравнительно быстро окупается.

Выбор способа разгрузки зависит от конкретных условий: цикла работы механизмов станка, количества насосов, выбранной гидроаппаратуры и др. Наиболее распространенными являются: разгрузка насоса через трехпозиционный распределитель с открытым центром и через предохранительный клапан непрямого действия с пилотом, управляемым от электромагнита (рис. 2). Иногда для разгрузки насоса используют отдельный двухпозиционный распределитель (рис. 12.).

Обеспечение исходного положения "стоп" отключением электродвигателя насоса при коротких паузах в работе на одну-две минуты экономически невыгодно, так как частые остановы и пуски электродвигателя приводят к интенсивному износу вращающихся частей насоса и электродвигателя, а частые включения сопровождаются "пиковыми" нагрузками, что приводит к перегреву и быстрому выходу из строя электрической части двигателя. Поэтому лучше при работающем электродвигателе переключить насос на разгрузочный режим. В последнем случае также легче поддерживать необходимый температурный режим работы привода.

Быстрые перемещения (БП и БО) рабочих органов станков с гидравлическими приводами дроссельного регулирования обеспечиваются за счет подвода и отвода рабочей жидкости к двигателям в обход аппаратов, ограничивающих расход масла (дросселей, регуляторов расхода и т.п.).

Например, на рисунке 7,б приведена схема привода, в котором быстрый отвод рабочего органа станка обеспечивается подводом к цилиндру Цмаксимального расхода масла от насоса Н через обратный, клапан КО1 в обход дросселей ДР1, ДР2 и ДРЗ.

 

Быстрые перемещения можно получить и при использовании двухпоточных насосов (рис. 4), когда к двигателю подводится суммарный расход масла.

Рабочая подача (РП) обеспечивает заданный режим работы технологического оборудования, поэтому она должна быть, как правило, регулируемой.

Бесступенчатое регулирование скоростных параметров двигателей подачи обеспечивается настройкой и поддержанием соответствующего расхода масла, что можно осуществить двумя способами.

При объемном способе регулирования скорости выходного звена привода регулирование расхода масла производят путём изменения рабочего объема гидравлических машин (насоса или мотора, или того и другого одновременно) (рис.2.1.2,а).

При дроссельном способе рабочие объемы гидравлических машин остаются постоянными, а необходимое изменение расхода масла через них достигается за счет использования специальных устройств - дросселей (регулируемых гидравлических сопротивлений) (рис. 2.4.2).

Ступенчатое регулирование можно обеспечить при использовании нескольких насосов постоянной, обычно разной, производительности или нескольких дросселей при их параллельной или последовательной по отношению к двигателю установке в приводе (рис. 7).

Реверс (РВ) - изменение направления движения рабочего органа машины, обычно производится распределителями, меняющими, при их переключении из одной рабочей позиция в другую, направление потока масла в гидравлических линиях привода. В отдельных случаях реверс обеспечивают переключением насоса или гидравлического мотора, если это позволяет их конструкция (рис. 2.1.2,а).

Правильно спроектированная принципиальная гидравлическая схема должна удовлетворять следующим требованиям:

  • - время и последовательность работы механизмов станка должны соответствовать заданной циклограмме;
  • - включение в работу или отключение питания отдельных участков разветвленной системы гидравлических линий не должны нарушать работу других участков;
  • - должна быть обеспечена возможность независимого управления работой отдельных механизмов станка при наладке вне автоматического цикла (ручной режим наладки);
  • - гидропривод должен включать минимальное необходимое количество элементов, при этом преимущественно должны использоваться стандартные и нормализованные машины, аппараты и устройства.

 

2.6.6 Проектирование насосной установки

Насосные установки представляют собой совокупность одного или нескольких насосных агрегатов и бака, конструктивно оформленных в одно целое.

В машиностроении преимущественное применение получили насосные агрегаты, состоящие из приводного трехфазного асинхронного электродвигателя и одного или нескольких нерегулируемых пластинчатых насосов.

Применение таких насосов обусловлено относительной простотой их конструкции, компактностью, высокой равномерностью подачи масла, относительно высоким КПД и небольшой стоимостью. Они выпускаются для работы на номинальном давлении до 12,5 МПа (при необходимости обеспечения более высоких давлений используют роторно-поршневые насосы).

Как правило, насосная установка комплектуется гидроаппаратурой, манометрами и кондиционерами рабочей жидкости.

Например, насосная установка, принципиальная схема которой приведена на рисунке 2, а схема соединений на рисунке 12, включает в себя: 
- бак Б, 
- пластинчатый насос НП, 
- приводной электродвигатель ЭД, 
- предохранительный клапан КП, 
- фильтры Ф1 и Ф2, 
- обратные клапаны КО2, КО3 и КО4, 
- манометр МН с золотником переключения ПМ, 
- маслоохладитель МО, 
- гидравлические линии ГЛ, 
и может устанавливаться рядом со станком или встраивается в него, в последнем случае она размещается в нижней части станины.

При проектировании гидравлического привода или системы предварительно следует рассмотреть возможность использования серийной насосной установки и только после этого приступать к разработке оригинальной установки, учитывая при этом следующие рекомендации.

Конструкция насосной установки оказывает существенное влияние на тепловой режим работы гидропривода. При выборе вместимости бака следует учитывать количество масла, поступающего при работе в гидросистему, во избежание чрезмерного падения уровня при заполнении цилиндров, аккумуляторов, других устройств и гидравлических линий.

Максимальный объем масла не должен превышать 80...90 % полного объема бака для компенсации теплового расширения масла и улучшения условий отделения воздуха, чему способствует также установка между всасывающим и сливным отсеками бака перегородки, высота которой составляет 2/3 от минимального уровня масла.

Для увеличения поверхности охлаждения и облегчения слива отработанного масла дно бака должно располагаться на расстоянии не менее 100 мм от пола и иметь уклон, в нижней части которого предусматривается сливное отверстие.

В баке рекомендуется иметь смотровые люки размером не менее 200 х 200 мм для осмотра и очистки внутренней полости установки. 

Верхнюю крышку бака следует выполнять достаточно жесткой для закрепления на ней гидроагрегатов. Указатель уровня масла должен иметь отметки предельно допустимых максимального и минимального уровней. Внутренняя полость бака должна сообщаться с атмосферой только через воздушный фильтр.

Подключение трубопроводов удобно осуществлять через специальную монтажную плиту, на которой размещена гидроаппаратура. Глубина погружения сливных и дренажных трубопроводов должна быть не менее 4...5 их диаметров, а расстояние от концов  трубопроводов до дна бака - не менее двух диаметров. Концы этих трубопроводов должны иметь срез под углом 45° для снижения скорости потока на выходе с целью уменьшения перемешивания масла с воздухом и оседающими на дне частицами загрязнений. Аналогичные рекомендации должны выполняться и для всасывающих трубопроводов, так как их недостаточное погружение может привести к подсосу воздуха через воронку, образующуюся на поверхности масла в баке.

Учитывая, что насосная установка обычно располагается рядом со станком, желательно гидроаппаратуру, заливочную горловину, фильтр, манометр, маслоуказатель, люк для осмотра и очистки, сливное отверстие располагать с одной, наиболее доступной, стороны.

В качестве типового следует рассматривать набор аппаратов и устройств нормализованных насосных установок аналогичного назначения.

Для сокращения потерь мощности применяют питание гидроприводов от двухпоточных насосов, которые автоматически переключаются разделительной панелью в зависимости от рабочего давления в тот или иной переход цикла обработки (рис. 4).

Стандартная разделительная панель  осуществляет разделение потоков, поступающих в систему от двух насосов разной производительности, и предохранение системы от перегрузок. Панель содержит клапаны высокого  и низкого  давлений, в также обратный клапан .

Когда давление масла в напорной линии привода не превышает давление настройки  клапана , поток масла от насоса  (большей производительности) проходит через обратный клапан  и поступает в напорную линию вместе с маслом, нагнетаемым насосом  (меньшей производительности). При этом осуществляются быстрые перемещения рабочих органов станка.

Если давление в системе превышает давление настройки клапана , то он открывается и пропускает поток масла от насоса  на слив в бак . Одновременно клапан  закрывается и масло в напорную линию поступает только от насоса  (режим рабочей подачи). При перегрузке системы или остановке цилиндра на жестком упоре клапан , работая в режиме предохранительного клапана, пропускает масло из напорной линии на слив в бак .

В современном технологическом оборудования, оснащенном гидравлическими приводами, особенно в прессах, термопластавтоматах, манипуляторах, в станках и автоматических линиях с целью повышения КПД, уменьшения мощности насоса, увеличения надежности работы и выполнения ряда вспомогательных функций применяют аккумуляторы.

Рис. 4. Схема насосной установки с двухпоточным насосом и разделительной панелью

В промышленности наибольшее применение получили пневмогидроаккумуляторы с эластичным разделением сред, которые выполняют разнообразные функции:

 

 

На рисунке 5 приведена упрощенная принципиальная схема насосной установки с пневмогидравлическим аккумулятором.При низком давлении масла в напорной линии привода управляющий золотник P1 разгрузочного клапана КР находится в положении I, коммутирующий золотник Р2в положении II, и насос Н питает привод, одновременно заряжая аккумулятор АК через распределитель РЗ, находящийся в положении I. Когда давление в напорной линии достигает величины, определяемой настройкой пружины управляющего золотника, последний смещается влево (в положение II), коммутирующий золотник переключается в положение I, и насос разгружается на бак (клапан КО при этом  закрыт), а аккумулятор подпитывает привод. Когда давление в напорной линии падает, цикл повторяется. При работе установки злектромагнит ЭМ распределителя P3 включен; при остановке электромагнит отключается, и масло из аккумулятора сливается в бак.

Применение насосных установок с аккумулятором предпочтительно в приводах зажимных механизмов, которые в течение длительного времени потребляют минимальный расход масла, равный величине внутренних утечек в приводе.


 

2.6.7 Способы и типовые схемы регулирования и стабилизации скорости гидравлических двигателей

Скорость выходного звена гидравлического двигателя и связанного с ним рабочего органа станка прямо пропорциональна расходу жидкости, проходящему через двигатель, и зависит от его геометрических размеров (см. формулы 2.4.1 и 2.4.4).

Выбор способа регулирования скорости двигателя зависит от многих факторов, в частности

 

 

Применение аккумуляторов дает значительный экономический эффект, а затраты, связанные с приобретением или изготовлением аккумуляторов и вспомогательной аппаратуры, достаточно быстро окупаются.

 

 

  • компенсация утечек масла при длительной остановке двигателя под нагрузкой;
  • - получение максимального кратковременного расхода жидкости с удержанием заданного давления;
  • - осуществление быстрых перемещений рабочего органа во время холостого хода;
  • - разгрузка' насоса от давления с сохранением давления в замкнутых полостях двигателей и гидравлических линиях привода;
  • - демпфирование гидравлических ударов и колебания давления, которые неизбежно возникают при резких остановках, переключениях потока жидкости и изменениях нагрузки;
  • - обеспечение резерва мощности при отключении насоса;
  • - питание вспомогательных устройств во время рабочего хода и в течение всего цикла;
  • - работа в режиме реле времени в сочетании с дросселем или дозатором.
  • от вида нагрузки и характера ее изменения,
  • диапазона регулирования,
  • мощности и КПД привода,
  • точности и быстродействия,
  • надежности,
  • экономической эффективности.

На рисунке 5 приведена упрощенная принципиальная схема насосной установки с пневмогидравлическим аккумулятором.При низком давлении масла в напорной линии привода управляющий золотник P1 разгрузочного клапана КР находится в положении I, коммутирующий золотник Р2в положении II, и насос Н питает привод, одновременно заряжая аккумулятор АК через распределитель РЗ, находящийся в положении I. Когда давление в напорной линии достигает величины, определяемой настройкой пружины управляющего золотника, последний смещается влево (в положение II), коммутирующий золотник переключается в положение I, и насос разгружается на бак (клапан КО при этом  закрыт), а аккумулятор подпитывает привод. Когда давление в напорной линии падает, цикл повторяется. При работе установки злектромагнит ЭМ распределителя P3 включен; при остановке электромагнит отключается, и масло из аккумулятора сливается в бак.

Применение насосных установок с аккумулятором предпочтительно в приводах зажимных механизмов, которые в течение длительного времени потребляют минимальный расход масла, равный величине внутренних утечек в приводе.

 

Рис.5. Принципиальная схема насосной установки с аккумулятором

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6.7 Способы и типовые схемы регулирования и стабилизации скорости гидравлических двигателей

Скорость выходного звена гидравлического двигателя и связанного с ним рабочего органа станка прямо пропорциональна расходу жидкости, проходящему через двигатель, и зависит от его геометрических размеров (см. формулы 2.4.1 и 2.4.4).

Выбор способа регулирования скорости двигателя зависит от многих факторов, в частности

  • от вида нагрузки и характера ее изменения,
  • диапазона регулирования,
  • мощности и КПД привода,
  • точности и быстродействия,
  • надежности,
  • экономической эффективности.

В гидроприводах с объемным регулированием скорости двигателя используются насосы переменной производительности, причем в станочных приводах наибольшее применение нашли пластинчатые насосы с регулируемым эксцентриситетом между осями ротора и статора, и аксиально-поршневые насосы с регулируемым положением наклонной шайбы.

В гидравлическом приводе (рис. 6) от аксиально-поршневого насоса НА переменной производительности жидкость подводится к распределителю Р, а от него, в зависимости от положения золотника в корпусе распределителя, к левой или правой полости цилиндра Ц. Предохранение системы от перегрузки обеспечивается предохранительным клапаном КП, а небольшой подпор давления в сливной линии устанавливается подпорным клапаном КД. Скорость штока цилиндра и связанного с ним рабочего органа машины определяется производительностью насоса, а стабильность скорости зависит от внутренних утечек в элементах привода.

Рис. 6. Принципиальная схема гидравлического привода с объемным способом регулирования скорости двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следует отметить, что привод с регулируемым насосом дает возможность бесступенчато изменять скорость двигателя без потерь энергии, связанных с отводом избытка жидкости под давлением через предохранительный клапан и дросселированием в регулирующей аппаратуре (дросселе, регуляторе  расхода и т.п.). Это обеспечивает сравнительно высокий КПД привода.

Объемный способ регулирования скорости применяется в протяжных, отрезных, продольно-строгальных, шлифовальных станках портального типа, предназначенных для шлифования станин и громоздких корпусных деталей, в термопластавтоматах, прессах и других технологических машинах. Этот вид регулирования широко применяется для обеспечения вращательного движения выходного звена (см. рис. 2.1.2,а).

Основным недостатком гидроприводов с объемным регулированием является сложность системы автоматического изменения рабочего объема насоса. Для перемещения регулирующих элементов насосов требуются значительные усилия, которые создаются с помощью двухкаскадных гидравлических усилителей мощности, имеющих низкий КПД.

В отдельных случаях в станочных гидроприводах может применяться объемное ступенчатое регулирование скорости двигателя. При этом в насосной станции устанавливают два или три насоса постоянного производительности (обычно в отношении 1:2:3), которые включаются в работу попеременно или в различных комбинациях. Объемное ступенчатое регулирование часто сочетают с дроссельным.

Принцип дроссельного регулирования и стабилизации скорости гидравлических двигателей, применяемые аппараты и типовые схемы приводов рассмотрены ранее, в пунктах 1.9 и 2.4 учебника.

При обработке деталей на металлорежущих станах в автоматическом или полуавтоматическом режимах нередко требуется переключение скоростей движения рабочих органов внутри технологического цикла. Это необходимо, например, при различных режимах обработки одним инструментом (черновая, получистовая, чистовая) или при последовательной обработке одной и той же поверхности различными режущими инструментами (сверление, зенкерование, развертывание).

Типовые схемы автоматического переключения скорости гидравлического двигателя при дроссельном способе регулирования приведены на рисунке 7.

Подключение дополнительных дросселей ДР1 и ДР2 (рис. 7,а) шунтируемых распределителями Р2 и Р3, позволяет ступенчато изменять скорость штока цилиндра Ц, причем регулятор (редукционный клапан) аппарата РП обеспечивает постоянство перепада давлений на всей дроссельной цепочке, так как отверстие для дистанционного управления соединено с баком Б.

Схема обеспечивает зависимую настройку скоростей двигателя, при которой максимальная скорость рабочей подачи настраивается дросселем регулятора потока РП, а минимальная - дросселем ДР2. Такая настройка обусловлена последовательным включением аппаратов РП, ДР1 и ДР2 в сливную линию привода.

Уравнения гидравлических цепей, показывающие пути движения жидкости при обеспечении различных элементов цикла работы привода, могут быть записаны в следующем виде:

первая рабочая подача РП1: Б – Н – Р1(I) -  - Р1(I) – РП – Р2 – Б;

вторая рабочая подача РП2: Б – Н – Р1(I) -  - Р1(I) – РП – ДР1 – Р3 – Б;

третья рабочая подача РП3: Б – Н – Р1(I) -  - Р1(1) – РП – ДР1 – ДР2 – Б.

На рисунке 7,б показана схема, в которой с помощью распределителя Р2 можно устанавливать любую из трех скоростей двигателя, определяемых независимой настройкой дросселей ДР1, ДР2 и ДР3, установленных "на выходе" двигателя параллельно друг к другу. Обратный клапан KО1 обеспечивает быстрый отвод рабочего органа влево.

Рис. 7. Типовые схемы автоматического переключения скорости гидравлического двигателя при дроссельном способе регулирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнения гидравлических цепей для данной схемы имеют  вид:

первая рабочая подача РП1: Б – Н – Р1(I) -  - ДР1 – Р2(0) – Р1(I) – Б;
вторая рабочая подача РП2: Б – Н – Р1(I) -  - ДР2 – КО2 – Р2(II) – P1(I) – Б;
третья рабочая подача РП3: Б – Н – Р1(I) -  - ДР3 – КО3 – Р2(I) – Р1(I) – Б;
быстрый отвод БО: Б – Н – Р1(II) – КО1 -  - Р1(II) – Б.

Гидроприводы с дроссельным регулированием скорости выходного звена обычно выполняются с разомкнутым потоком жидкости. Они могут обеспечивать поступательное, поворотное и вращательное  движения рабочих органов станков. Наибольшее применение получали приводы поступательного движения. Несколько гидравлических двигателей с дроссельным регулированием скорости могут работать независимо друг от друга при питании от одного насоса.

Преимуществами гидроприводов с дроссельным регулированием скорости двигателей являются высокие чувствительность и быстродействие; малые усилия, требуемые для перемещения запорно-регулирующих элементов гидравлических распределителей; простота конструкций гидравлических устройств и невысокая их стоимость. Однако эти приводы имеют низкий КПД, обусловленный самим принципом дросселирования потока рабочей жидкости, поэтому их целесообразно применять при мощностях приводов не более 5 кВт.

2.6.8 Синхронизация работы гидравлических двигателей

В практике машиностроения нередко возникает необходимость в синхронной работе нескольких исполнительных механизмов. В зависимости от назначения машины или отдельных ее органов, компоновки механизмов и допустимой степени рассогласования применяются гидромеханический или гидравлический способы синхронизации.

При использовании гидромеханического способа синхронизации в качестве приводного двигателя используется гидравлический цилиндр или мотор, а согласованное движение исполнительных механизмов обеспечивается рычагами, тягами, зубчатыми колесами, то есть жесткими механическими связями и передачами. Подобные конструктивные решения позволяют получить, пожалуй, наибольшую точность в согласовании движений исполнительных органов, однако механизмы такого рода громоздки, трудоемки, в изготовлении и в ряде случаев не экономичны. Применение этого способа затруднено, когда исполнительные механизмы удалены друг от друга на значительное расстояние или произвольно сориентированы в пространстве.

На рисунке 8 показана гидромеханическая схема привода подачи двух гидроцилиндров Ц1 и Ц2 от одного насоса Н с регулятором потока РП, установленным на выходе из штоковых полостей цилиндров.

Синхронизация скоростей перемещения поршней  цилиндров достигается за счет применения силовой зубчато-реечной  передачи, состоящей из реек 1 и 2 и вала 5 с зубчатыми колесами 3 и 4. Недостатком такой схемы является нагрузка (кручение) вала 5 разностью сил, воспринимаемых гидроцилиндрами Ц1 и Ц2.

Точность синхронизации будет зависеть от точности изготовления зубчато-реечных передач и зазоров в них.

При использовании гидравлического способа синхронизации зачастую можно обойтись применением нормализованной аппаратуры. Однако гидравлические устройства обеспечивают различную точность согласования работы нескольких гидравлических двигателей, между которыми нет жестких связей.

Схема, реализующая синхронизацию работы гидроцилиндров с помощью дросселей, приведена на рисунке 9.

Рис. 8. Гидромеханическая схема синхронизации работы цилиндров с применением силовой реечной передачи Рис. 9. Схема синхронизации работы цилиндров с помощью дросселей Рис. 10. Схема синхронизации работы цилиндров с помощью объемных гидравлических моторов

 

 

 

 

Питание цилиндров Ц1, Ц2 и ЦЗ обеспечивается от общего источника (насоса) через соответствующие дроссели ДР1, ДР2 и ДРЗ, настройкой которых обеспечивается условие .

Этот способ прост, обеспечивает рассогласование в работе двигателей не более 10...15 % и может быть применен в машинах и механизмах, к которым не предъявляются жесткие требования к обеспечению синхронности  перемещения рабочих органов.

Схема синхронизации с помощью объемных гидравлических машин (рис. 10.) включает в себя два гидравлических мотора М1 и М2, подключенных к бесштоковым полостям цилиндров Ц1 и Ц2 и имеющих единый вал.

Давление на выходе моторов поддерживают клапаны КП1 и КП2. Синхронизация осуществляется только при ходе рабочих органов машины вверх. При изменении одной из нагрузок  или  изменяются скорости  или . Тогда 

один из моторов притормаживается и начинает работать в режиме насоса. В результате в приторможенный силовой цилиндр будет поступать дополнительное количество жидкости, восстанавливающее первоначальную скорость.

Рис.11. Схема синхронизации работы цилиндров с помощью делителя потока

 

Рассогласование в работе цилиндров в этом случае зависит от типа и характеристик используемых моторов и не превышает 5... 10 %.

На рисунке 11 приведена схема синхронизации работы цилиндров Ц1 и Ц2 с помощью делителя потока ДП, который представляет собой регулятор, имеющий два постоянных дросселя с сопротивлениями  и , а также два дросселя с переменными сопротивлениями  и .

Переменные сопротивления образованы щелями между конусами подвижного плунжера делителя и расточками в корпусе.

Если при изменении нагрузок  или  меняется одна из скоростей  или , то в линии питания заторможенного цилиндра повысится давление, которое заставит переместиться плунжер в сторону увеличения щели (уменьшения сопротивления  или ).

В результате, в эту линию будет поступать большее количество жидкости, а в противоположную - меньшее количество жидкости, что приведет к восстановлению равенства скоростей .Рассогласование в работе цилиндров не более 1%.

При разных сопротивлениях  и  дросселей можно получить деление потока на неравные части, что обеспечит заданное соотношение скоростей  и .

 

 

 

 

 

 

2.6.9 Последовательное включение гидравлических двигателей в работу

В технологическом оборудовании машиностроительных производств нашли применение несколько способов контроля и управления последовательностью переходов, выполняемых отдельными механизмами: по пути, по давлению, по времени, по величине нагрузки на инструмент или комбинированные: по пути и по времени, но пути и  давлению и т.д.

Как показала практика эксплуатации автоматизированного технологического оборудования, контроль по пути (или по пути в сочетании с другими видами контроля), при котором команда на выполнение последующего элемента цикла дается от датчика, включаемого механизмом, завершившим движение предыдущего перехода, является в большинстве случаев наиболее надежным средством, обеспечивающим заданную последовательность работы механизмов.

При таком способе контроля исключается влияние изменения скоростей движения рабочих органов машины (вследствие утечек, изменения расходов масла через дроссели и других причин, зависящих от изменения температуры масла, нагрузки на силовых органах станка, давления в гидравлических линиях и т.д.) на последовательность выполнения отдельных  элементов цикла. Изменение скоростей движения  механизмов в этом случае может только несколько изменить темп работы станка или автоматической линии.

В качестве датчиков, сигнализирующих о завершении движения механизма станка и дающих команду на начало следующего элемента цикла, применяются гидравлические распределители с управлением от кулачка, клапаны, упоры, различные электрические конечные выключатели (контактные и бесконтактные) и реле, индуктивные датчики и другие устройства автоматики.

Пример гидравлического привода с управлением по пути показан на рисунке 12.

 

Рис. 12. Принципиальная схема гидравлического привода с управлением двигателями по пути

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последовательность включения в работу цилиндров Ц1 и Ц2 в указанном порядке (на рисунке направления движения поршней в цилиндрах показаны стрелками, a последовательность работы цилиндров отмечена римскими цифрами) обеспечивается контактными электрическими конечными выключателями ВК1, ВК2, ВКЗ и ВK4, управляющими соответствующими толкающими электромагнитами ЭМ4, ЭМ3, ЭМ1 и ЭМ2 гидравлических распределителей Р4, РЗ, Р1 и Р2.

Принципиальная схема привода с управлением последовательностью включения в работу цилиндров Ц1 и Ц2 по давлению показана на рисунке 2.

Уравнение гидравлической цепи, обеспечивающей зажим заготовки (ЗЗ) при работе цилиндра Ц1, имеет вид:

Б - Ф2 - НП - Ф1 - KО1 - P1(I) -  - ДР - Р1(I) – Б.

Подвод жидкости к цилиндру Ц2 возможен только в том случае, если давление в цилиндре Ц1 достигнет величины настройки клапана КД. При падении давления жидкости в цилиндре Ц1 клапан КД перекрывает подвод масла к цилиндру Ц2 и прекращает подачу рабочего органа станка, т.е. схема обеспечивает блокировку подачи при ослаблении зажима заготовки.

Комбинированный способ контроля и управленияпоследовательностью элементов цикла работы станка по пути и давлению может быть применен в приводе, схема которого приведена на рисунке 12.

Для этого необходимо в напорную линию цилиндра Ц1 установить реле давления, конечный выключатель которого вместе с ВК2 будет включен в цепь питания электромагнита ЭМ3. Тогда включение в работу цилиндра Ц2 будет возможно только при срабатывании конечного выключателя ВК2 в конце хода штока цилиндра Ц1 (контроль и управление по пути) и конечного выключателя реле давления (управление по давлению). Последнее обеспечивает заданное усилие на штоке цилиндра Ц1.

Контроль конечного положения механизмов по давлению с использованием в качестве датчиков напорных золотников, гидравлических и гидроэлектрических реле давления, реагирующих на изменение давления в системе, может быть рекомендован для сравнительно простых циклов работы с небольшим количеством переходов.

В гидравлических приводах с белее сложными циклами работы вследствие трудностей, связанных с необходимостью поддерживать определенные перепады давлений на отдельных ее участках, надежность работы привода с этими датчиками не всегда обеспечивается. Кроме того, на надежность работы реле давления в некоторых случаях значительно влияют внутренние утечки в элементах привода, особенно при малых расходах масла (в механизмах подачи), когда величина утечек сопоставима с рабочим расходом масла.

На выбор системы контроля и управления (по пути или по давлению) в некоторых случаях влияет требуемая точность подачи команды при остановке механизма. Например, при сверлении силовой головкой сквозных отверстий предпочтительным являются контроль по пути, как более простой. При обработке отверстий или торцовых поверхностей, где силовая головка в конце хода становится на жесткий упор для выдерживания точного  размера по глубине, может быть применен контроль по давлению.

Для предотвращения ложных команд, которые могут возникать при кратковременных резких повышениях давления в приводе, реле давления в тех случаях, когда это необходимо, блокируется путевыми электрическими конечными выключателями, замыкающими электрическую цепь, в которой находятся контакты конечного выключателя реле давления, только непосредственно при подходе механизма станка к жесткому упору (комбинированный  способ контроля и управления последовательностью работы двигателей).

В приводах зажимных устройств контроль по давлению является практически единственным надежным способом, гарантирующим подачу команды на подвод силовых узлов станка только после достижения заданного давления в рабочих полостях всех соединенных параллельно двигателей зажимных приспособлений.

Контроль по времени в гидравлических приводах станков и автоматических линий применяется значительно реже контроля по пути и давлению вследствие возможной нестабильности (по времени) отдельных элементов цикла. Для контроля по времени в станочных гидроприводах обычно, используют электрические реле.