книги / Металлорежущие станки Краткий курс
..pdfНа трубопроводе 6 установлен клапан противодавления 12 (подпорный клапан). Он устроен таким образом, что масло может через него пройти на слив при небольшом повышении давления порядка (3-;-8) -105 н/м2. Это создает некоторый подпор, способ ствующий получению более плавного движения, и предотвращает подсос воздуха в гидросистему.
Для обеих схем скорость поршня регулируется величиной расхода масла через дроссель:
Q = khv У Pi~ Р2 м3/сек,
где к — коэффициент, постоянный для данного дросселя; по дан ным ЭНИМСа, для проходных сечений дросселей, име ющих форму диафрагмы, к = 3,3* 10-2;
fdp — площадь проходного |
сечения дросселя в м2; |
||||
Pi» Рч — давления масла |
в системе перед дросселем и после |
||||
него в |
н/м2. |
|
(40а) |
скорость |
поршня |
На основании |
уравнений |
||||
|
v = 5 |
= - |
р Vpp |
~ рг M l сек. |
(41) |
Анализ уравнения (41) показывает, что скорость поршня за висит от перепада давления. При дросселировании на входе (рис. 46, б) постоянным является давление ръ устанавливаемое регулированием переливного клапана 5. Давление р2 определяется величиной нагрузки. При дросселировании на выходе (рис. 46,а) наоборот: р2 — постоянно, а рх зависит от величины дей ствующей нагрузки. Указанное обстоятельство приводит к тому, что при изменяющихся нагрузках величина перепада давления Pi — Рч колеблется. В этом случае рассматриваемая схема не обес печивает постоянства скорости движения рабочего органа. Ее применяют при относительно спокойных нагрузках или когда допустимо некоторое изменение скорости (например, в различных вспомогательных устройствах). Из уравнения (41) следует, что для стабилизации скорости необходимо обеспечить постоянство перепада давления. Этого достигают применением дросселей в сочетании с редукционными клапанами, которые поддерживают постоянство перепада давления (см. ниже) и стабилизируют расход масла через дроссель. Агрегат, состоящий из дросселя и редук ционного клапана, называют регулятором скорости.
Схема регулирования (рис. 46, в) отличается от предыдущей тем, что перед дросселем 7 включен редукционный клапан 11. Он обеспечивает постоянную величину давления масла перед дросселем. Так как после дросселя давление постоянно и близко к атмосферному, перепад давления и расход масла через дроссель будут стабилизированы.
Неполное использование всего масла, подаваемого насосом, приводит к потере мощности и снижению к. п. д. установки.
Однако несмотря на это, простота, дешевизна и эксплуатацион ные достоинства систем с дроссельным регулированием обеспе чили широкое применение их в гидравлических передачах станков.
§ 2. НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ
Общие сведения. В качестве насосов и гидромоторов в переда чах станков применяют роторные агрегаты, обладающие в боль шинстве случаев свойством обратимости. Оно заключается в сле дующем. Если ротор вращается, агрегат работает как насос, если к агрегату подвести поток масла, он становится гидромото ром. Поэтому вопросы расчета и конструирования для насосов и гидромоторов являются общими.
Работа насосов характеризуется такими показателями как производительность, рабочее давление, развиваемая мощность.
Производительностью (расходом или подачей) насоса назы вают объем масла, подаваемого им в единицу времени. Суммарное изменение объема рабочих камер насоса за один оборот ротора называют рабочим объемом насоса qH*. Он характеризует теоре тический объем масла, подаваемого насосом за один оборот ро тора.
Если w — объем одной рабочей камеры в м3\ z — число ка мер, то рабочий объем насоса
gH= wz.
Теоретическая производительность насоса
Ятн= Япл« м3/сек,
где пн — число оборотов ротора в секунду **.
Фактическая производительность будет меньше теоретиче ской на величину утечек, основную часть которых составляют утечки в самом насосе (неполное заполнение камер; часть масла под действием давления из полости нагнетания через зазоры воз вращается в полость всасывания). Объем теряемого масла зави сит от давления и учитывается объемным к. п. д. цоб, который пред ставляет собой отношение фактического объема масла, подавае мого насосом под давлением, к теоретическому объему масла,
подаваемого насосом, при отсутствии давления: |
|
Фактическая производительность насоса |
|
<?„ = ^т нЛоб= 9н«нЛоб м*/сек. |
(42) |
*Его называют также коэффициентом подачи или расхода.
**Если в технической характеристике насоса пп не приводится, то про изводительность следует отнести к пн = 16,6 об(сек.
Мощность на валу насоса, аналогично уравнению (406),
NH |
PMQH |
6 Г, |
(43) |
|
Ли |
||||
а величина передаваемого |
крутящего момента |
|||
М к |
2ди |
P HQ H |
(44) |
|
2лпнУ\н НМ. |
||||
Здесь рн — давление, развиваемое |
насосом, |
в н/м2; |
||
г]н — механический |
к. п. д. |
насоса. |
|
|
Основной характеристикой гидромоторов являются скорость вращения выходного вала и величина передаваемого крутящего момента. Число оборотов вала гидромотора определяют анало гично предыдущему. Если w и z — объем рабочих камер и их количество, то рабочий объем гидромотора
qM= wz м3.
Он характеризует объем масла, расходуемого для вращения выходного вала на один оборот. Если QM— объем масла в ж3, подводимого к гидромотору в секунду, то число оборотов выход ного вала
пм = — об/сек.
МЯм
Величину передаваемого гидромотором крутящего момента определяют для каждого агрегата отдельно на основе конструк тивных данных (см. ниже).
§ 3. ШЕСТЕРЕННЫЕ НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ
Шестеренные насосы чаще всего применяют в механизмах по дач и механизмах быстрых перемещений столов и суппортов станков, работающих на средних и высоких скоростях с малыми усилиями (шлифовальные станки), а также как привод для различ ных вспомогательных устройств и подачи охлаждающей жидкости.
Шестеренный насос (рис. 47) состоит из двух цилиндриче ских колес 1 и 2, вращающихся в корпусе 3. Зубчатое колесо 2 закрепляется шпонкой на приводном валу и получает вращение. Зацепление зубьев разделяет внутреннее пространство корпуса на две изолированные полости.
При вращении колес, как показано стрелками, в левой по лости (всасывания) зубья выходят из зацепления, во впадинах освобождается некоторый объем и возникает вакуум. Масло под действием атмосферного давления заполняет впадины колес, ув лекается ими и, удерживаясь между впадинами и расточкой кор пуса 5 , переносится в правую полость (нагнетания). Зубья в этой полости вступают в зацепление и выдавливают масло из впадин в нагнетательный трубопровод.
Шестеренные насосы проектируют в различных исполнениях. Чаще всего вращение вала насоса осуществляется непосредственно
от вала электродвигателя. Корпус насоса крепится к корпусу
электродвигателя |
или |
монтируется с ним на одной плите. |
В зависимости |
от |
давления зубчатые колеса изготовляют из |
чугуна СЧ 18-36, СЧ 24-44 при давлении до 10 -10б н/м2 и стали марок 45—50 при давлении до 20 -105 н/м2. При высоких давлениях целесообразно применять цементованные закаленные зубчатые колеса. Для повышения производительности колеса должны иметь
большие объемы впадин, |
чего |
|||
обычно достигают уменьшением |
||||
количества |
зубьев |
и |
увеличе |
|
нием модуля. |
|
зуба, |
t — |
|
Если к — высота |
|
|||
шаг зацепления, b — длина зуба, |
||||
то объем одной впадины (ка |
||||
меры) * |
|
|
|
|
w ^ |
0,5 hib м3. |
|
||
Так как всего впадин 2z, |
||||
рабочий объем насоса |
|
|||
qH— htbz м3. |
|
|||
Будучи |
простыми |
по |
кон |
|
струкции, шестеренные насосы |
||||
Рис. 47. Схема шестеренного насоса имеют ряд |
недостатков: нерав |
|||
номерность |
подачи, |
значитель |
||
ное неразгруженное радиальное давление на шестерни, валы и подшипники, что ограничивает максимальное давление.
В отечественном станкостроении применяют насосы произ водительностью (0,2ч-2,30)-10“3 м3/сеп и давлением (13 — 25) х X 105 н/м2. Обычно вал насоса вращается со скоростью 24,1 об/сек. Высота всасывания для всех насосов не более 0,5 м. Объемный
к. п. д. т]об = |
0,7-=-0,9. |
насосам |
|
Шестеренные |
гидромоторы конструктивно подобны |
||
и отличаются |
от |
них более тщательным изготовлением |
и неко |
торыми особенностями: меньше зазоры в подшипниках, разгрузка их от давления вследствие наличия специальных канавок, боль ший зазор между колесами и корпусом.
Величина крутящего момента на выходном |
валу |
||
|
MK= pb(m2z + m2— l2)y]M нм, |
|
|
где |
z — число зубьев; |
ширина |
колес, длина ли |
яг, |
6 , I — соответственно модуль, |
||
|
нии зацепления в м; |
|
н/м2; |
|
р — давление (перепад давления) в |
||
|
т)м — механический к. п. д. |
гидромотора. |
|
* Для простоты объем впадины колеса принимают равным объему впа дины зубчатой рейки.
Шиберные насосы получили широкое распространение и в гидроприводах механизмов подач сверлильных, расточных, фре зерных и агрегатных станков, требующих расхода масла (0,05 — 3,3)10 3 ж6!сек при рабочем давлении до 65 -10б н/м2. Устройство
Вращение
ротора
насоса |
двойного действия показано |
|
|
||
на рис. |
48,а. |
|
|
|
|
В расточке корпуса 5 устанавли |
|
|
|||
вается статорное кольцо 7, внутрен |
|
|
|||
няя поверхность которого в сечении |
|
|
|||
имеет |
специальный |
профиль |
(рис. |
|
|
48, б). Он образован дугами радиуса |
|
|
|||
т^и г2, описанными из одного центра. |
|
|
|||
Дуги сопряжены между собой отрез |
|
|
|||
ками кривой, обеспечивающей равно |
|
|
|||
мерное |
нарастание |
ускорения |
при |
|
|
движении лопаток. |
|
|
|
|
|
На шлицах приводного вала на |
|
|
|||
сажен ротор 2 (рис. 48, а) с пазами, |
|
|
|||
внутри |
которых |
устанавливаются |
Рис. 48. Шиберный насос двой |
||
шлифованные и доведенные притир |
ного действия |
||||
кой лопатки 3. При вращении ротора |
силы и давления масла, |
||||
лопатки под действием центробежной |
|||||
подводимого под их торцы, постоянно |
прижимаются |
к внутрен |
|||
ней поверхности статорного кольца. Пазы наклонены |
к радиусу |
||||
♦Насосы этого типа иногда называю! лопастными или пластинчатыми.
под некоторым углом с целью предотвращения защемления лопаток.
Каждая смежная пара лопаток образует камеру, ограничен ную поверхностями статора 7, ротора 2 и торцовыми плоскостями боковых дисков 9 и 10, между которыми вращается ротор. Диски в торцах имеют окна, из которых 1 и 6 каналами соединены с всасывающим, а 4 и 8 — с нагнетательным трубопроводом.
Работает насос следующим образом. Ротор вращается по ча совой стрелке. Так как лопатки прижимаются к внутренней по верхности статорного кольца, они при переходе от одного уча стка к другому перемещаются в пазах. В результате объем камеры изменяется. При повороте ротора на участке квадранта / лопатки выдвигаются из пазов, объем камер увеличивается, масло через окно 1 заполняет полость всасывания. При дальнейшем вращении, на участке квадранта / / , лопатки перемещаются к центру ротора, объем камер уменьшается и масло через окно 8 вытесняется в наг нетательный трубопровод. То же самое происходит при дальней шем повороте ротора: на участке квадранта III — всасывание, на участке квадранта IV — нагнетание. Таким образом, за один оборот ротора происходит дважды всасывание и дважды нагне тание *.
Количество масла, подаваемого за один цикл всасывания и нагнетания, приближенно принимают равным объему масляного кольца, имеющего наружный радиус г2 (см. рис. 46, б), внутренний гх и высоту, равную ширине лопатки. Так как за один оборот ро тора такой объем подается дважды, то
?! = 2я (г§ - r'i) Ь,
где qx — общий объем масла; Ъ— ширина лопатки.
Из этого объема необходимо вычесть объем, занимаемый ло патками. Если z — количество лопаток (обычно 12), s — толщина их (обычно 0,00225—0,0025 м) и а — угол наклона пазов (не бо лее 13°), то искомый объем
2bs (г2— гl) z
Рабочий объем насоса
Для лопастных насосов цоб = 0,62-7-0,93.
Шиберные насосы обладают большой равномерностью подачи, а наличие двух участков всасывания и нагнетания создает благо приятные условия для разгрузки цапф ротора от одностороннего
♦ Отсюда и название — насос двойного действия,
радиального давления. К числу недостатков насосов данного типа следует отнести удары лопаток о статор в местах перехода от окружности к специальной кривой профиля.
В отечественном станкостроении применяют лопастные насосы производительностью 0,083—3,3 л!сек, давлением до 65-10бн/ле2.
Шиберные гидромоторы двойного действия отличаются от на сосов радиальным расположением лопаток и наличием специаль ных пружин, обеспечивающих прижатие лопаток к внутренней поверхности статорного кольца при невращающемся роторе. Это необходимо в начальный момент пуска гидродвигателя. Масло, попадая в пространство между двумя соседними лопатками, да вит на их рабочие поверхности. Вследствие того, что площадь поверхности одной лопатки больше другой — соседней, возни кает крутящий момент. Его наибольшая величина приближенно равна:
|
|
M K = 2pfrx]M. |
|
Здесь |
р — давление подводимого |
масла в н/м2; |
|
|
/ = Ыг = |
Ъ(г2 — гх) — рабочая площадь лопатки в м2; |
|
|
Ьу h — соответственно ширина |
лопатки и высота, на ко |
|
|
торую она выступает, |
в м\ |
|
|
г = - |
—средний радиус в м. |
|
Подставляя указанные значения /, г, получим
Мк = рЬ (г5-п)Лл! нм-
Шиберные гидромоторы выпускаются нереверсивными и ре версивными. Последние снабжены специальным золотником, из меняющим при реверсировании направление потока масла.
§ б. РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ
Поршневые насосы используют в приводах главного движения и подачи станков, где требуется реагируемый расход и постоян ное или переменное направление потока жидкости. Находят при менение насосы трех типов: радиально-поршневые, аксиально поршневые и эксцентриковые.
Схема, поясняющая работу радиально-поршневого насоса, показана на рис. 49. Ротор 1 с радиально расположенными в нем поршнями 2 вращается вокруг неподвижной полой оси 3 внутри обоймы статора 4, Оси ротора и статора могут смещаться на неко торый эксцентрицитет е. Неподвижная ось 3 имеет полости вса сывания и нагнетания.
При вращении ротора по часовой стрелке поршни под дей ствием центробежной силы прижимаются к обойме. Вследствие эксцентричного расположения обоймы поршни при вращении ротора перемещаются в радиальном направлении, всасывая масло из верхней полости неподвижной оси 3 и нагнетая его в нижнюю полость оси. Таким образом, за один оборот ротора каждый пор шень совершает один двойной ход: всасывания и нагнетания. Величина хода зависит от величины эксцентриситета. Если ось ста тора переместить влево до совмещения с осью ротора, то подача масла прекратится. При дальнейшем перемещении статора влево,
когда эксцентриситет перейдет в противоположную сторону, направление потока масла изме нится.
Рабочий объем одной камеры
|
|
|
nd2 7 |
nd2e |
ч |
|
|
где d — диаметр |
поршня в м; |
||
|
|
h — ход поршня |
в м; |
||
|
|
е — величина эксцентриси |
|||
|
|
|
тета в м. |
|
|
|
|
Рабочий объем насоса при z |
|||
|
|
поршнях (обычно |
z = |
9— 11) |
|
|
|
|
nd2ez |
(45) |
|
Рис. 49. Схема радиально-поршне |
Я.П' |
М ° |
|||
вого |
насоса |
В |
отечественном |
станко |
|
|
|
||||
|
|
строении выпускают насосы про |
|||
изводительностью (0,5-г-3,3) •10~3 м3/сек |
при рабочем |
давлении |
|||
(75^200) -10б |
н/м2 и при пн = |
16 об/сек. |
|
|
|
Объемный |
к. п. д. т]об = |
0,73-^0,95. |
|
|
|
Радиально-поршневые гидродвигатели по конструкции мало отличаются от насосов. Если подать масло под давлением в верх нюю полость неподвижной оси 3 (см. рис. 49), то под действием силы давления поршни цилиндров верхней половины начнут вы ходить из цилиндров и вызывать реакции со стороны статора в виде нормальных сил, которые создают крутящий момент, при водящий во вращение ротор.
§ 6. АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ
На рис. 50, а показана схема, поясняющая принцип устройства и работы аксиально-поршневого насоса. В корпусе 3 смонтиро вано два основных узла: блок 4 и шайба 7. Блок состоит из группы цилиндров, расположенных по окружности диаметра Z), с осями,
жестко связана с корпусом и угол у не меняется. У регулируемых насосов обойма 8 в корпусе смонтирована на цапфах 10. Это поз воляет изменять величину угла у, а вместе с ним и производи тельность. Из рассмотрения схемы на рис. 50, а следует, что ве личина хода поршня
h = D tg у.
Следовательно, рабочий объем одного цилиндра
nd2 и |
nd2р. . |
w = - r h = |
-r-D tgy, |
а рабочий объем насоса |
|
„ nd2 п |
3 |
qH= — D ztg y м3 |
|
Здесь z — число цилиндров, |
обычно нечетное. |
В некоторых конструкциях шайба 7 жестко установлена на приводном валу 9, а блок 3 насажен на вал 9а (рис. 50, в).
Аксиально-поршневые насосы компактны; имеют высокий объемный к. п. д. (т|об = 0,97-^0,98), допускают высокие давления (до 200 -105 н/м2) и расход 0,66—200 л/сек. Но вследствие недо статочного динамического уравновешивания не допускают боль шого числа оборотов блока цилиндров (не более 10—12 об/сек).
Гидромоторы данного типа (конструктивно подобны насосам) монтируются раздельно или в одном агрегате с насосом. Если подвести поток масла по каналу 2 через окно 15 к цилиндрам, расположенным в верхней половине блока (см. рис. 50, а), то силы давления масла (без учета силы трения)
вызовут действующие на шайбу нормальные силы N (рис. 50, в) и ее составляющие
Г = Ptgy.
Последние создают крутящий момент на валу 9, который вслед ствие этого получает вращение.
§7. СИЛОВЫЕ ЦИЛИНДРЫ
Впрактике применяют силовые цилиндры с односторонним (рис. 51, бив) или двусторонним (рис. 51, а) штоком, с подвижным (рис. 51, а и в) или неподвижным (рис. 51, в) штоком. В послед нем случае шток жестко связан со станиной станка, а цилиндр перемещается вместе со столом или суппортом.
Скорость перемещения поршня зависит от величины рабочего сечения поршня. Для цилиндров с двусторонним штоком ско рость движения поршня в обе стороны одинакова:
4Q
v - я (D* —</»)•