Гидравлический привод в производственных машинах
https://extxe.com/18855/gidravlicheskij-privod-v-proizvodstvennyh-mashinah/
26.06.2019
Содержание
1. Устройство гидробака
2. Гидронасосы
3. Исполнительные устройства
4. Контрольно-регулирующая гидроаппаратура
5. Распределительные устройства
6. Трубопроводы
7. Фильтры
8. Гидравлические схемы гидропривода
Гидравлический привод (или, сокращенно, гидропривод) широко применяется в производственных машинах, механизмах, в том числе в металлорежущих станках. Если в электроприводе электроэнергия поступает от внешнего источника, то в гидроприводе источник энергии — движение жидкости под давлением создается преобразованием других видов энергии — в основном электричества.
Гидравлический привод состоит (рис. 1) из бака 1 с рабочей жидкостью, гидронасоса 2, контрольно-регулирующей и распределительной гидроаппаратуры (дросселя 3, гидрораспределителя 4 и предохранительного клапана 6) и исполнительного устройства (гидродвигатель, гидроцилиндр и др.) 5, которым приводится в действие рабочий орган производственной машины.
Рис. 1. Схема гидропривода
Рабочая жидкость – минеральное масло марок ИГП-18, ИГП- 30, ИГП-38 и др., которое применяется в гидравлическом приводе станков для передачи движения и скорости силовому органу. Масло, применяемое в качестве рабочей жидкости, должно быть однородно по химическому составу, иметь высокую температуру вспышки, низкую температуру застывания и не должно содержать водорастворимых кислот и щелочей, т.к. они вызывают коррозию и появление мылообразующих жиров, образующих пену, которая является причиной неравномерного движения силового органа.
Установившаяся температура масла в баке гидросистемы во время работы не должна превышать 55°C, 70°C и т.д., если в технических условиях или заменяющих их технических документах на конкретный станок не предусматривается меньшее значение.
Температура масла в гидробаке должна быть не более 70°C, если выделяемое гидросистемой тепло не оказывает существенного влияния на точность работы станка.
Гидронасос – устройство, всасывающее рабочую жидкость из гидробака и нагнетающее ее в гидросистему. Гидронасос в производственных машинах приводится в действие электродвигателем.
По принципу действия, т.е. по способу передачи механической энергии жидкости, насосы подразделяются на объемные (поршневые, пластинчатые, шестеренчатые, винтовые) и центробежные. Основными величинами, характеризующими работу насоса, являются производительность, давление, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия и высота всасывания.
Производительностью насоса называется объемное количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени. Оно обозначается Q (м3/с, м3/ч, л/с).
Энергия жидкости в гидросистеме характеризуется давлением. За единицу давления принимается давление, получающееся при действии силы в 1 кгс/см2. Эта единица давления называется технической атмосферой и обозначается ата. В СИ килограмм-сила на квадратный сантиметр будет равна 100 кПа. Полезная мощность всегда меньше потребляемой за счет потерь, возникающих в насосе. Более высокие значения КПД соответствуют насосам больших размеров. Для поршневых насосов КПД составляет 0,60–0,92, для осевых — 0,7–0,85.
Исполнительные устройства предназначены для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию вращательного, возвратно-поступательного или возвратно-поворотного (качательного) движения выходного звена (поршня со штоком или лопасти с валом) и связанных с ним устройств.
Контрольно-регулирующая и распределительная гидроаппаратура предназначена для управления исполнительным устройством, т.е. для регулирования скорости вращения гидродвигателя, для регулирования скорости перемещения штока гидроцилиндра и величины усилия за счет изменения количества и направления жидкости, протекающей в единицу времени через трубопровод, и давления жидкости в отдельных полостях гидропривода.
Трубопровод предназначен для соединения всех устройств гидропривода. По трубопроводу перемещается рабочая жидкость.
Устройство гидробака
Гидробак — герметичная емкость сварной конструкции, предназначенная для питания гидросистемы маслом; он может быть расположен вне станка (рис. 2), а также может быть выполнен в нише станины станка.
Рис. 2. Гидробак: а — схема устройства гидробака; б — сапун
Масло в гидробак заливают через фильтр 5, защищающий бак от попадания грязи при заливке масла.
Между сливным 4 и всасывающим 2 патрубками обычно располагаются перегородки, которые исключают прямой ток масла между патрубками 4 и 2, что позволяет осесть тяжелым частицам по пути к всасывающему патрубку 2. Обычно дно в гидробаке выполняется наклонным в сторону сливного патрубка, где располагается сливное отверстие. В низкой части дна бака собирается осадок из продуктов износа элементов гидросистемы, загрязнений и других примесей.
На крышке бака установлен сапун 3 (защитное устройство в виде грибка, снабженное фильтром), предназначенный для отвода из бака газообразных примесей, выравнивания давления (внутри и снаружи бака) и защиты от попадания в бак стружки, эмульсии и пыли из цеха (рис. 2, б).
Масло в гидробаке должно находиться на определенном уровне Н, контроль которого осуществляется индикаторами. Для улавливания продуктов износа, взаимодействующих стальных деталей гидропривода, в стенку бака иногда ввертывают магнитную пробку. Постоянство температуры масла в гидробаке обеспечивается нагревательными и охладительными установками.
Обычно гидробак является основанием для установки гидронасоса с электродвигателем, фильтра и защитно-регулирующей аппаратуры. Такую установку называют станцией.
Гидронасосы
Поршневые насосы применяются в гидроприводах промышленного оборудования в тех случаях, когда необходимо Ч I. Глава 1. Производственный процесс изготовления машин получить высокое рабочее давление масла.
Наибольшее распространение нашли аксиально-поршневые насосы (рис. 3).
Рис. 3. Аксиально-поршневой насос
В расточках ротора 1 перемещаются поршни 2, которые через шатуны 4 связаны с шайбой 5, наклоненной к валу 3 под углом a. Вал 3 связан с шайбой 5 шарнирно, а с ротором 1 — шлицами. При вращении ротора 1 вместе с шайбой 5 наклон шайбы сохраняется, и поэтому поршни совершают возвратнопоступательное движение.
При этом под одним поршнем образуется разрежение и масло по каналам 8 и 9 всасывается из бака в цилиндр, а другой поршень сжимает масло, которое по каналам 6 и 7 нагнетается из цилиндра в напорную магистраль. Объем поступающего в напорную магистраль масла можно регулировать изменением угла α наклона шайбы 5. При α = 90° подача масла в напорную магистраль прекращается.
Шестеренчатые насосы. Эти насосы бывают низкого, среднего и высокого давления.
Шестеренчатые насосы низкого давления применяют в системах смазки и охлаждения станков. Насосы среднего давления применяют в гидравлических системах шлифовальных, фрезерных и других станков. Насосы высокого давления применяют в гидравлических системах сверлильно-расточных, протяжных, токарных и фрезерных станков.
Шестеренный насос внешнего зацепления (рис. 4) состоит из двух зубчатых колес, которые находятся в зацеплении и установлены с минимальным зазором между вершинами зубьев колес и цилиндрическими расточками в корпусе. От ведущего зубчатого колеса 1 приводится во вращение ведомое зубчатое колесо 3. Масло, попадая в полости между зубьями и корпусом, переносится из зоны 5 в зону 2. В зоне 5 образуется разрежение, и масло по каналу 4 всасывается в нее. В зоне 2 зубья колес входят в зацепление и вытесняют масло из впадин между зубьями, в результате чего масло нагнетается в магистраль, соединенную с полостью 2.
Рис. 4. Шестеренчатый насос
Насосы, у которых зубчатые колеса имеют 5–10 зубьев, применяют для систем охлаждения. В гидроприводах используют зубчатые колеса с 10–20 зубьями.
Лопастные-пластинчатые насосы. Эти насосы применяют в гидросистемах сверлильно-расточных, токарных, фрезерных, протяжных и других станков.
Пластинчатый насос (рис. 5) состоит из статора 1 и ротора 2. В радиальных пазах ротора помещены пластины 3. Оси ротора и статора расположены с эксцентриситетом е.
Рис. 5. Пластинчатый насос
При вращении ротора пластины в его пазах совершают возвратно-поступательное движение, прижимаясь торцами (под действием центробежных сил и силы давления жидкости) к поверхности статора.
В результате объемы пространства между пластинами изменяются. При увеличении объемов создается разрежение, и жидкость, поступая из масляного бака по трубопроводу через отверстия в торцовых крышках, заполняет пространство между пластинами. При уменьшении объемов пространства жидкость вытесняется через отверстия в торцовых крышках в напорную магистраль. Изменяя эксцентриситет е, можно регулировать поток жидкости при неизменной частоте вращения ротора. При е =0 объемы пространства, заключенные между пластинами 3, не изменяются и подачи жидкости нет.
Винтовые насосы. Во многих отраслях промышленности винтовые насосы начали вытеснять шестеренчатые благодаря ряду преимуществ: небольшие размеры и масса, бесшумность, отсутствие взбалтывания перекачиваемой жидкости, способность к перекачиванию жидкостей с самой различной вязкостью, большая допустимая скорость вращения, что позволяет прямое соединение с быстроходными электродвигателями. Конструкция винтового насоса проста, и для сборки не требует высокой квалификации слесаря-сборщика.
Камеры всасывания 10 винтовых насосов (рис. 6, а) и нагнетания 4 располагаются по торцам винтовых роторов, а по цилиндрическим поверхностям роторы плотно охватываются корпусом насоса (рис. 6, б).
Рис. 6. Винтовой насос: а — устройство; б — поперечный разрез трехвинтового насоса; 1 — крышка корпуса; 2 — обойма роторов; 3,9 — ведомые роторы; 4 — нагнетательный патрубок; 5 — ведущий ротор; 6 — нажимная втулка уплотнительного сальника; 7 — корпус; 8 — опорная втулка ведущего ротора;10 — всасывающий патрубок; 11,13 — разгрузочные поршни ведомых роторов; 12 — разгрузочный поршень ведущего ротора
Рабочим органом винтовых насосов является ротор 5, который представляет собой винт, имеющий резьбу специального профиля.
Этот ротор является ведущим. Он своей резьбой вступает в зацепление по всей длине с витками резьбы двух, трех и девяти или более роторов, которые являются ведомыми. Осевые линии роторов могут быть расположены параллельно или под определенным углом, т.е. в первом случае роторы имеют цилиндрическую форму, а во втором — коническую.
Рабочая жидкость, находящаяся во всасывающей полости 10, поступает в раскрывающуюся винтовую впадину каждого ротора. При дальнейшем вращении ротора эта впадина замыкается выступающими витками других роторов, которые проталкивают жидкость, находящуюся во впадине, к нагнетательной полости 4. Для надежной работы винтовых насосов необходимо в максимальной степени исключить возможность перетекания жидкости из нагнетательной камеры во всасывающую. Так как эти камеры разделены роторами, необходимо обеспечить герметичность в зацеплении (рис. 6, б) впадин и наружного диаметра витков (Dн и dв, Dв и dн), а также прилегание витков резьбы по их наружной поверхности (Dн и dн с допуском h5) к расточке в корпусе насоса (с допуском Н6).
Исполнительные устройства
Исполнительные устройства, называемые гидродвигателями, служат для преобразования энергии масла в гидросистеме в механическую, используемую для перемещения рабочих органов. В металлорежущих станках в качестве гидродвигателей применяются гидроцилиндры, роторные и пластинчатые гидродвигатели и др.
В принципе все рассмотренные гидронасосы можно превратить в гидродвигатели, если снять с них электродвигатель и в рабочее пространство подать жидкость с определенным давлением и скоростью. В шестеренчатом насосе жидкость вращала бы зубчатые колеса, в лопастном насосе — ротор с лопастями, а в поршневых насосах поршни приводили бы во вращательное движение ротор.
Гидропривод вращательного движения представляет собой комбинацию двух насосов, из которых один работает в качестве насоса, а другой — в качестве гидродвигателя.
Существуют несколько разновидностей гидроприводов вращательного движения: комбинация из двух шестеренчатых насосов, из двух лопастных насосов и, наконец, из двух плунжерных насосов.
Регулирование чисел оборотов на выходе гидропривода производится уменьшением или увеличением давления и, соответственно, расхода масла в гидродвигателе.
Наиболее эффективно применение поршневых гидроприводов (рис. 7), где аксиально-поршневой насос 1 и аксиально-поршневой гидродвигатель 4 размещены в одном корпусе 3.
Рис. 7. Гидропривод с аксиально-поршневым насосом
В корпусе размещены также каналы, по которым масло поступает от насоса к двигателю. Наклон шайбы гидронасоса изменяется золотником 5, который управляется дросселем 2. Вращающий момент гидродвигателя зависит от давления и расхода подаваемой жидкости, а направление вращения зависит от того, к какому каналу гидродвигателя подводится жидкость под давлением.
Гидроцилиндр является гидравлическим двигателем, преобразующим энергию движущейся жидкости в механическую движущегося поршня.
Поршневые гидроцилиндры могут выполняться с неподвижным цилиндром или с перемещающимся поршнем (рис. 8, а), с неподвижным поршнем или подвижным цилиндром (рис. 8, б) и с подачей жидкости через полый шток (рис. 8, в). На рис. 9 показан гидроцилиндр двустороннего действия, предназначенный для сообщения возвратно-поступательного движения рабочим органам станка. Внутри цилиндрической полости гильзы 2 перемещается поршень 6, который соединен со штоком 3 запорными кольцами 4. Цилиндр герметизируется уплотнениями 5, 1 и 8. Проушиной 7 цилиндр соединяется со станиной станка, а конец штока соединяется с исполнительным органом станка, совершающим возвратно-поступательное движение.
Рис. 8. Поршневые гидроцилиндры
Обычно если масло подается в отверстие 4, то поршень, перемещаясь вправо, сообщает исполнительному органу рабочий ход, а если в отверстие 6, то исполнительный орган возвращается в исходное положение.
Пластинчатый (лопастной) поворотный двигатель предназначен для получения угловых периодических движений (рис. 10).
Рис. 9. Гидроцилиндр двустороннего действия
Рис. 10. Схема пластинчатого (лопастного) поворотного двигателя
Такой гидродвигатель состоит из корпуса, вала с лопастью 1 и упора 2 с уплотнением 3, разделяющим полость цилиндра на две части. При подаче масла в отверстие А, расположенное слева от упора 2, лопасть 1 поворачивается против часовой стрелки, а при подаче масла в отверстие В, расположенное справа от упора 2, по часовой стрелке.