книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин

К 58 УДК [62.82 + 62.85]: 669.02. 001.24

Кожевников С. Н., Пешат В. Ф. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин. М., «Машиностроение», 1973, 360 с.

В книге описаны механизмы и устройства с гидрав­ лическим и пневматическим приводами металлургиче­ ских машин, дай анализ конструкций этих механизмов, указаны основные требования при эксплуатации. Рас­ смотрены теоретические положения, позволяющие оце­ нить характер работы приводов и произвести расчеты, связанные с их проектированием. Результаты динами­ ческих расчетов, выполненные с помощью электронных моделирующих установок, сопоставлены с эксперимен­ тальными данными.

Книга предназначена для инженерно-технических ра­ ботников машиностроительных заводов и институтов, занятых проектированием н конструированием метал­ лургических механизмов и машин с гидравлическим и пневматическим приводами, а также для инженеров-ме­ хаников металлургических заводов. Ил. 228, список лит 41 назв.

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

Рецензент д-р техн. паук проф. В. Н. Прокофьев

К3121—148 148--73 038(01)—73

© Издательство «Машиностроение», 1973 г.

ВВЕДЕНИЕ

Производство металла на металлургических заводах связано с большим расходом энергии, особенно электрической, для при­ ведения в действие всевозможных исполнительных механизмов, поэтому более рациональное и экономное использование энер­ гии имеет большое народнохозяйственное значение.

Широкое использование гидравлического привода в различ­ ных отраслях промышленности — автостроении, авиастроении, станкостроении, экскаваторостроении, тяжелом машиностроении (прессы) и др. обязано ряду его положительных свойств, поз­ воляющих ему с успехом конкурировать с электрическим приво­ дом. Оснований для все более широкого внедрения гидроприво­ да в практику машиностроения несколько. Прежде всего следует указать на возможность создания высоких давлений до 320— 400 и даже 1000—1200 кгс/см2 , что позволяет реализовать боль­ шие рабочие усилия на плунжерах (поршнях) при относительно малых их размерах. Кроме того, гидравлическую энергию, как

иэлектрическую, можно передавать на относительно большие расстояния по трубопроводам в любом направлении, она может дробиться на любое число'частей. При использовании гидравли­ ческой энергии особенно просто воспроизводятся прямолинейные

ивращательные движения рабочего исполнительного механизма. Поэтому, наряду с электрическим приводом, применяемым в на­ стоящее время в металлургических машинах, следует расширять использование гидравлического и пневматического приводов, ко­ торые имеют свои достоинства, особенно в применении к вспо­ могательным машинам и механизмам, движения исполнительных органов которых наиболее сложны и разнообразны.

3

вания толщины в листопрокатных станах путем распора вал­ ков; для подачи трубной заготовки в пнлнгримовых станах и в других агрегатах.

При использовании гидравлического привода в металлурги­ ческих машинах можно создать надежные и маневренные сис­ темы для тяжелых условий работы. Преимуществами такого привода являются:

возможность реализации больших (практически неограни­ ченных) рабочих усилий на плунжерах (поршнях) гидродвига­ телей при относительно малых их размерах, что уменьшает ме­ таллоемкость привода;

простота воспроизведения исполнительными механизмами прямолинейного и вращательного движений, и как следствие, отсутствие сложных и громоздких передач;

возможность воспроизводить заданные законы изменения усилий, скорости и перемещения исполнительных органов, а также производить частые и быстрые переключения. Это поз­ воляет осуществлять автоматизацию работы машины и надеж­ ную защиту элементов привода от перегрузок.

Кроме того, гидравлическую энергию можно посредством ее носителя — рабочей жидкости передавать по трубопроводам на значительные расстояния. Сложные гидросистемы можно синтезировать из простых стандартных или нормальных эле­ ментов.

Гидравлический привод предпочтительнее в тех случаях, ко­ гда требуется преодолевать большие усилия при малых скоро­ стях исполнительных органов. Электродвигатели, наиболее эко­ номично используемые при больших скоростях ведомых звень­ ев механизмов, нельзя применить при малых или средних ско­ ростях этих звеньев без промежуточных устройств — редукто­ ров.

Гидравлический привод при наличии двух источников пита­ ния, например непосредственно от аккумулятора и от мультип­ ликатора, обеспечивает скорость перемещения ведомого звена в зависимости от величины действующего на него усилия (быст­ рое перемещение при малом усилии и медленное перемещение при возрастании усилия). Необходимость в движении такого рода возникает, например, в приводе манипуляторов блюмин­ гов, линейки которого не только перемещают прокатываемую штуку поперек оси прокатки, но и осуществляют ее правку.

Сравнительно малое распространение гидропривода в ме­ таллургической промышленности можно объяснить недостаточ­ ными знаниями его качеств и особенностей и малым развитием теоретических исследований в области динамики металлургиче­ ских гидравлических механизмов. Наблюдались случаи, когда при проектировании гидропривода исходные параметры не со­ ответствовали требованиям его быстроходности, точности сраба­ тывания и надежности.

4

Так гидропривод для открытия и закрытия дорноупорного подшипника прошивного стана 200 в результате неправильного выбора его параметров при проектировании долгое время сдер­ живал достижение проектной производительности при эксплуа­ тации, а время срабатывания гидропривода подъема и опуска­ ния рольганга на этом стане не отвечало циклограмме. В колесо­ прокатном стане почти все механизмы имеют тихоходный гид­ равлический привод, особенно подъема и опускания верхнего наклонного вала, определяющий непроизводительные затраты времени стана. В других агрегатах, например, в гидравлических прессах и ножницах, в результате гидравлического удара при рез­ ком изменении скорости плунжеров наблюдаются разрывы тру­ бопроводов.

П и е в м э т и ч е с к и й п р и в о д в металлургических агре­ гатах получил применение главным образом в трубопрокатном производстве. В прошивных станах, автоматстанах, раскатных и других машинах для перемещения корпусов упорных подшипни­ ков со стержнем оправки используются длинноходовые (11 — 14 м) пневматические цилиндры, имеющие явное преимущество по сравнению с канатным, винтовым или цепным механизмами перемещения. Для последних в качестве привода лебедки необ­ ходим управляемый электродвигатель постоянного тока и мо­ тор-генераторная установка, в то время как для пневматических цилиндров необходима лишь подача сжатого воздуха от цехо­ вой магистрали. Для управления замками, сбрасывателями, клапанами и другими простейшими механизмами используются короткоходовые стационарные или качающиеся пневмоцилиндры, являющиеся одновременно и звеном кинематической цепи исполнительного механизма. Это позволяет иметь предельно простые конструкции.

Расширение использования пневматических механизмов ог­ раничивается затруднениями, связанными с управлением их движением. В частности, для позиционных механизмов (напри­ мер, таких, как подающие аппараты пильгерных установок, механизмов перемещения упорных подшипников и других) ос­ новной проблемой является выбор надежных тормозных устройств, гарантирующих точную остановку в пространстве и времени. Пневматические и механические (фрикционные и уп­ ругие) тормозные системы не могут обеспечить точной останов­ ки больших масс в требуемом положении вследствие случайно­ го разброса характеристик и наличия в пневматической системе остаточной потенциальной энергии. Более надежными здесь яв­ ляются гидравлические тормозные системы.

Новые качества приводные системы получают при использо­ вании г и д р о п н е в м а т и ч е с к и х механизмов, в которых сжатый воздух приводит в движение поршень пневматического цилиндра, связанный с поршнем гидравлического цилиндра. Из последнего нагнетается жидкость в соответствующую по-

5

Ч а с т ь п е р в а я ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Г л а в а I

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

П Р И Н Ц И П Д Е Й С Т В И Я Г И Д Р А В Л И Ч Е С К О Г О П Р И В О Д А

Гидравлические механизмы, используемые в качестве основ­ ных и вспомогательных приводов, по принципу действия мо­ гут быть разделены на два типа: статические или объемные и ди­ намические. В дальнейшем рассматриваются только статические

типа), вытесняющий жидкость из рабочего пространства в тру­ бопровод и далее через распределительный орган в рабочее про­ странство исполнительного механизма поступательного или вращательного действия. Питание исполнительного механизма может осуществляться от одного или нескольких насосов непо­ средственно или через аккумулятор (промежуточную емкость).

На рис. 1 показана принципиальная схема объемного гидро­ привода. Жидкость из резервуара 1 насосом 2 нагнетается в коллектор 3 и далее через четырехходовой распределительный орган 4 — в левую или правую полости гидравлического ци­ линдра 5. Из нерабочей полости цилиндра жидкость через дру­ гие ходы распределительного органа вытесняется в резервуар 1. Клапан 6, отрегулированный на определенное давление, пре­ дохраняет систему от перегрузки.

Во избежание значительной пульсации жидкости, нагнетае­ мой насосом, его, как правило, выполняют многоцилиндровым или же в систему включают аккумулятор.

Насос и гидравлический цилиндр с поршнем работают по принципу сообщающихся сосудов. Жидкость, вытесняемая пор­ шнем из цилиндра насоса, по трубопроводам поступает в рабо­ чую полость гидравлического цилиндра, сообщая движение поршню. Если пренебречь сжимаемостью жидкости и утечками ее через неплотности, то объем жидкости, нагнетаемой насосом, можно считать равным объему жидкости, расходуемой нспол-

7

лениях выше атмосферного, например, в воздушных (газовых) аккумуляторах без разделительной перегородки.

При проектировании гидравлических систем следует стре­ миться к тому, чтобы рабочая жидкость не имела контакта с га­ зами при высоких давлениях во избежание их растворения в жидкости и последующего выделения при понижении давления. Кавитационные процессы, возникающие при этом, разрушающе действуют на насосные установки и исполнительные механизмы, коммуникации, вызывают шум и вибрации при работе гидросис­ тем.

Вязкость жидкости

Сопротивление при относительном сдвиге частиц жидкости определяет ее внутреннее трение, называемое вязкостью жид­ кости.

Представим себе две неограниченные плоскости: АВ— не­ подвижную (рис. 2) и CD — движущуюся со скоростью и, про­ странство между которыми заполнено жидкостью. В результате

Рис. 2

прилипания частиц жидкости к плоскостям слой жидкости, гра­ ничащий с плоскостью АВ, оказывается неподвижным, а слой, граничащий с плоскостью CD, перемещается со скоростью и. Закон изменения скорости движения слоев жидкости по сече­ нию будет зависеть от величины давления в этом сечении.

Выделив два бесконечно близких слоя жидкости на расстоя­ нии у от плоскости АВ, можно найти скорость относительного скольжения их в виде

ду

В результате скольжения бесконечно близких слоев жидко­ сти на поверхности F возникает сила внутреннего трения, кото­ рая согласно второму закону Ньютона выражается равенством

9