Материал: Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Пачевский В.М., Яценко С.Н

3.2. Гидравлические приводы

В станочных приспособлениях с гидроприводом высокое давление масла создается насосом гидравлической установки, работающей от электромо­тора.

По сравнению с пневматическими приводами гидравлические приводы имеют ряд преимуществ: 1) высокое давление рабочей жидкости — мас­ла — на поршень гидроцилиндра создает большую силу зажима детали; 2) благодаря высокому давлению можно уменьшить размеры и массу гидрав­лических приспособлений; 3) рабочей жидкостью в гидравлических приво­дах является масло, которое обеспечивает надежную смазку трущихся по­верхностей деталей гидроцилиндра и уменьшает их износ; 4) передача за­жимных усилий происходит плавно вследствие практической несжимае­мости рабочей жидкости — масла.

К недостаткам гидравлических приводов относятся: 1) сложность гид­роустановки и необходимость в дополнительной площади для ее размещения; 2) большая стоимость гидроприводов по сравнению с пневмоприводами.

Гидравлические приводы применяются в основном на заводах серий­ного и мелкосерийного производства, не имеющих компрессорных установок для получения сжатого воздуха.

Гидравлический привод — это самостоятельная установка (агрегат), состоящая из электродвигателя, рабочего гидроцилиндра, 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 приспособление, установленное на одном станке, группу из трех-пяти приспособлений, установленных на не­скольких станках, или группу из 30—40 приспособлений, установленных на различных станках. Гидравлические приводы для единичного и группо­вого обслуживания конструктивно устроены одинаково и различаются лишь мощностью.

На рис. 15 дана схема гидропривода, который может обслужить 30— 40 приспособлений (показаны только три приспособления, установленные на различных станках). Объединенный гидропривод — гидроагрегат — со­стоит из двух самостоятельных гидроприводов, каждый из которых имеет самостоятельную ветвь. При работе используется только один гидропривод или одна ветвь (второй является запасным).

На баке 1 установлена вся гидроаппаратура. Каждая рабочая ветвь объединенного гидропривода состоит из электродвигателя 2, гидронасоса 3 производительностью 12 л/мин, обратного клапана 5, гидроаккумулятора 7, предохранительного клапана 4, манометра 6, реле давления 3, магнитных пускателей 9 и трубопроводов. Электродвигатель 2 приводит в действие гидронасос 3, который подает масло через обратный клапан 5 в гидроакку­мулятор и гидросеть под давлением 5 Мн/м² (50 кГ/см²). Реле давления отключает электродвигатель с насосом, если давление масла в гидросети становится выше этой величины, и включает его, когда давление в гидро­сети падает ниже 4,5 Мн/м² (45 кГ/см²).

Предохранительный клапан 4 при увеличении давления масла в гидро­сети спускает его в бак 1. Гидроаккумулятор 7, поддерживающий постоян­ным давление масла в гидросети, состоит из цилиндра, внутри которого находится поршень со штоком. Одна полость цилиндра гидроаккумулятора заряжается из баллона сжатым воздухом под давлением 3—4 Мн/м² (30— 40 кГ/ см²), после чего в другую его полость насосом 3 нагнетается масло под давлением 5 Мн/м² (50 кГ/см²). При этом поршень перемещается и по­вышает давление сжатого воздуха в полости цилиндра гидроаккумулятора с 4 Мн/м² (40 кГ/см²) до 5 Мн/м² (50 кГ/см²). При уменьшении давления масла в гидросети ниже этого воздух, сжатый под давлением 5 Мн/м² (50 кГ/см²) в полости цилиндра гидроаккумулятора, будет перемещать пор­шень и, сжимая масло в другой полости цилиндра гидроаккумулятора под таким же давлением, будет выравнивать давление масла в гидросети до 5 Мн/м² (50 кГ/см²).

Рис. 13. Универсальная пневмокамера двустороннего действия с рычажным усилителем

На рис. 13 показана универсальная пневмокамера двустороннего дей­ствия с рычажным усилителем, применяемая для механизации перемеще­ния зажимных устройств приспособлений при обработке деталей на фрезер­ных и сверлильных стан­ках. Внутри пневмока­меры установлены две резинотканевые диаф­рагмы 1, жестко прик­репленные к стальному штоку 8. В паз штока 8 справа и слева вставле­ны длинные плечи ры­чагов-усилителей 7, ус­тановленных на осях 6. На левом плече рыча­гов имеется по два ко­ротких отростка 5 и 4. Отростки 5 используют­ся для перемещения за­жимных устройств приспособления по вертикали, а отростки 4— по горизон­тали. При поочередной подаче сжатого воздуха в верхнюю и нижнюю по­лости пневмокамеры диафрагмы 1 и шток 8 будут опускаться или подни­маться и "через отростки рычага 7 перемещать зажимные устройства прис­пособлений при зажиме и разжиме обрабатываемых деталей. Благодаря на­личию двух рычагов пневмокамера может одновременно обслуживать два приспособления, так как каждое из них соединяется с одним из рычагов 7. Поочередная подача сжатого воздуха в полости пневмокамеры осуществ­ляется распределительным краном 2 при повороте рукоятки 3.

Основными величинами, определяющими работу пневмокамеры, яв­ляются сила Q на штоке и длина рабочего хода штока. В диафрагменных пневмоприводах сила Q зависит от отношения и расстояния штока от своего исходного положения (d — диаметр опорного диска, к которому прикреплена диафрагма, и D — диаметр рабочей части диафрагмы, или внутренний диаметр пневмокамеры). С увеличением отношения ~ сила Q на штоке возрастает. По мере удаления штока от своего исходного поло­жения сила Q уменьшается. В конце рабочего хода штока вся энергия сжа­того воздуха будет расходоваться на упругую деформацию диафрагмы; при этом полезное усилие на штоке снижается до нуля. Поэтому используют не всю длину рабочего хода штока диафрагмы, а только часть ее, чтобы сила на штоке составляла 80—85% силы при исходном положении штока. Прак­тически принимают отношение ~ = 0,7, при котором рабочая длина хода штока диафрагмы для тарельчатых диафрагм равна (0,22-f-0,30) D, а для плоских диафрагм — (0,16~0,2)D.

Рис. 14. Схема присоединения вращающегося пневмоцилиндра к воздушной сети и к патрону токарного станка

Вспомогательная аппаратура пневматических приводов. Для надежной работы приспособления с пневматическим приводом в сеть подвода сжатого воздуха включаются ряд приборов. На рис. 14 показана схема присоеди­нения вращающегося пневматического цилиндра 1 к воздушной сети и к пат­рону 5 токарного станка. Из цеховой сети сжатый воздух поступает в воз­душный фильтр 10, регулятор давления 2 с манометром 3, масленку 4, об­ратный клапан 6 распределительный кран 7 и по воздухопроводам 8 или 9 поочередно подается в правую или левую полости пневмоцилиндра 1 двустороннего действия.

Рис. 15. Гидропривод для одновременного обслуживания

30-40 станочных приспособлений

Каждый станок с гидравлическим приспособлением снабжен гидро­панелью 10 и распределительным краном 11, через которые масло проходит к гидроцилиндрам каждого приспособления станка.

На рис. 16 дана схема гидропанели, служащей для поочередной по­дачи масла в правую или левую полости гидроцилиндра. Гидроаккумуля­тор 1 и обратный клапан 4 поддерживают в гидроцилиндре станочного приспособления по­стоянное давление независимо от колебаний давления в гидросети. Схема гидропривода к токарному станку показана на рис. 17. Гидро­привод состоит из агрегата 1 (электродвигатель, насос и бак для масла), трубопроводов 2 и гидроцилиндра 3. Распределительный кран 6 поочеред­но переключает подачу масла в правую или левую полость гидроцилиндра. При этом поршень гидроцилиндра последовательно перемещается вправо или влево и через шток, тягу и промежуточные звенья приводит в действие кулачки 5 патрона 4, которые сжимают или разжимают обрабатываемую деталь.

Гидроцилиндры являются самостоятельными силовыми узлами гидро­приводов. По конструкции гидроцилиндры можно разделить на порш­невые и лопастные. Поршневые гидроцилиндры широко при­меняются в приспособлениях к различным станкам. Лопастные гидроци­линдры используются в некоторых случаях (весьма редко) для зажима де­талей на токарных и револьверных станках и здесь не рассматриваются.

Рис. 16. Схема гидропанели:

1 – гидроаккумулятор; 2 – запорные краны;

3 - воздушный клапан; 4 – мобратный клапан; 5 - манометр

Гидроцилиндры нормализованы и различаются по типоразмерам, ко­торые определяются диаметром цилиндра и длиной хода поршня со штоком. Основные эксплуатационные показатели гидроцилиндров — усилие на штоке и длине его хода.

Рис. 17. Гидропривод к токарному станку

Рис. 18. Гидроцилиндр одностороннего действия:

а – толкающийся; б - тянущий

По принципу действия гидроцилиндры разделяются на односто­ронние и двусторонние. Гидроцилиндры одностороннего дей­ствия по способу подачи масла в их полость и по характеру работы штока изготовляются толкающими и тянущими (рис. 18, а, б). В гидроцилиндрах одностороннего действия масло под давлением поступает через штуцер 1 в полость А цилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 4 вправо (при зажиме детали). Движение поршня 2 со штоком 4 влево осуществляется пружиной 3 (при разжиме детали). В двусторонних гидро­цилиндрах масло последовательно поступает в левую или правую полость гидроцилиндра и перемещает поршень в обе стороны при зажиме и раз­жиме обрабатываемой детали в приспособлении.

На рис. 19 показан вращающийся гидроцилиндр двустороннего дей­ствия, установленный на заднем конце шпинделя токарного станка и слу­жащий для перемещения кулачков патрона при зажиме и разжиме обраба­тываемых деталей. Внутри корпуса 7 гидроцилиндра на штоке 9 закреплен поршень 8.

В крышку 6 запрессована ось 5, вращающаяся во втулке 4, уста­новленной в неподвижном маслоприемнике 1. В правый конец штока 9 ввинчена тяга, которая передает движение поршня со штоком промежуточ­ным звеньям, перемещающим кулачки патрона. Герметичность между порш­нем, корпусом и крышкой, а также между штоком и корпусом обеспечи­вается резиновыми кольцами. Масло, подводимое под давлением к штуцеру 2 через каналы в оси 5, крышке 6 и корпусе 7, поступает в штоковую полость гидроцилиндра. Масло, подводимое под давлением к штуцеру 3, по каналу в оси поступает в бесштоковую полость гидроцилиндра. Поочередная по­дача масла в штоковую и бесштоковую полости гидроцилиндра осуществ­ляется гидропанелью. Для гидроцилиндров двустороннего действия (рис. 19) при давлении масла на поршень в бесштоковой полости гидроцилиндра а при давлении масла на поршень в штоковой полости гидроцилиндра

Рис. 19. Вращающийся гидроцилиндр двустороннего действия

3.3. Пневмогидравлические приводы

Эти приводы состоят из преобразователя (повышающего) давления с аппаратурой и подключаемых к нему рабочих гидроцилиндров, которые через промежуточные звенья перемещают зажимные механизмы приспособ­ления при зажиме и разжиме детали.

Рис. 20. Пневмогидропривод с пневмогидравлическим

преобразователем давления прямого действия

Пневмогидравлические силовые приводы применяются в азлич­ных станочных приспо­соблениях. На рис. 20 показана схема пнев­могидропривода с пнев- могидравлическим пре­образователем давления прямого действия, ко­торый состоит из пневмо­цилиндра 2 односторон­него действия с порш­нем 4 и гидравлического цилиндра 1 одностороннего действия с поршнем 6. Сжатый воздух поступает из воздушной сети в бесштоковую полость 3 пнев­моцилиндра и перемещает поршень 4 со штоком-плунжером 5 влево. Шток- плунжер оказывает давление на масло, находящееся в гидроцилиндре 1. При увеличении давления масла в гидроцилиндре поршень 6 со штоком 7 движется влево, и шток через промежуточные звенья перемещает зажимные устройства приспособления.

Пневмогидравлические приводы применяются в стационарных и вра­щающихся приспособлениях станков.

На рис. 21 показана схема пневмогидравлического преобразователя последовательного действия со следующим циклом работы: подвод зажимов до их соприкосновения с обрабатываемой деталью (при низком давлении масла), зажим детали (при высоком давлении масла) и разжим обрабо­танной детали. На схеме показаны различные положения рукоятки 8 плос­кого золотника распределительного крана и направления движения сжа­того воздуха при поджиме, зажиме и разжиме.

При подводе зажимов к детали рукоятка 8 находится в положении, со­ответствующем предварительному зажиму детали («Поджим»). Сжатый воз­дух по трубопроводу II поступает в полость А цилиндра и перемещает пор­шень 3 вправо. Поршень 3 перегоняет масло из полости Б через отверстия 5 и 4 в плунжере 6 в полость В. При этом давление масла в полости В уве­личивается, и поршень 2 со штоком перемещается вправо. В это время за­жимы приспособления предварительно зажимают обрабатываемую деталь. Так как диаметры поршней 2 и 3 примерно одинаковы, то сила предвари­тельного зажима зависит от давления воздуха в сети и площади поршня 3. Для полного зажима детали рукоятку 8 распределительного крана ставят в положение «Зажим». При этом сжатый воздух по трубопроводу III по­ступает в полость Г и перемещает влево поршень 7 с плунжером 6.

В то время, когда радиальные отверстия 5 плунжера 6 перекроются, масло перестает переливаться из полости Б в полость В. При этом плунжер, сжимая масло в полости В, резко повышает его давление. Это давление пе­редается поршню 2 со штоком 1 и на штоке возникает сила до 50 кн (5000 кГ).

Рис. 21. Пневмогидравлический преобразователь

давления масла последовательного действия

При разжиме обрабатываемой детали рукоятка 8 распределительного крана ставится в положение «Разжим». При этом сжатый воздух по трубо­проводу 1 поступает в полости Д и Е, а из полостей А и Г выпускается в атмосферу. При этом поршень 2 перемещается влево, а поршень 7 с плун­жером 6 — вправо. Радиальные отверстия 5 плунжера 6 открываются, масло поршнем 2 вытесняется из полости В в полость Б, и все детали пневмо­гидропривода занимают первоначальное положение.

Пневмогидропривод применяется в приспособлениях, где требуются большие силы для зажима и разжима обрабатываемых деталей. Большое давление масла в пневмогидроприводе создается пневмогидравлическими преобразователями, превращающими энергию сжатого воздуха в большое давление масла. Пневмогидравлические приводы сочетают в себе простоту конструкции пневматических с преимуществами гидравлических приводов. Весьма рационально применять пневмогидравлические приводы для зажима деталей в многоместных и многопозиционных приспособлениях, исполь­зуемых в серийном производстве. Приспособления с пневмогидравлическим приводом могут применяться на заводах, имеющих компрессорные установ­ки для получения сжатого воздуха.