 |
Дросселирующие распределители. Силовые гидроцилиндры
|
|
|
|
Дросселирующие распределители
Ранее рассмотренные распределители по функциональному признаку могли быть отнесены к реверсивным распределителям, которые в крайних положениях золотника открывают проходные сечения сразу на максимальную величину.
Дросселирующие распределители не имеют, как правило, крайних положений и, имея нулевое перекрытие, обеспечивают дросселирование потока рабочей жидкости за счет перемещения золотника относительно нейтрального положения в ту или другую сторону.
Рис. 20. Условное обозначение дросселирующего гидрораспределителя с управлением от копира (с механическим управлением)
На рис. 20 показано условное обозначение дросселирующего распределителя, конструкция которого используется в гидравлических следящих системах.
Коммутация каналов, обозначающих крайние позиции, соответствует реверсивным распределителям, но это лишь символизирует возможность изменения направления движения в гидравлическом следящем приводе.
Золотник (затвор распределителя) постоянно находится в движении относительно среднего положения, открывая и прикрывая соответствующие проходные сечения, то есть работает в качестве дросселя, отрабатывая входной сигнал. В связи с этим «картинка» средней позиции содержит обозначение дросселей по всем четырем линиям.
На рис. 21 показан один из таких распределителей, установленный в блоке золотников (в трейсере) двухкоординатного гидрокопировального вертикально-фрезерного станка модели 6М42К.
Рис. 21. Дросселирующий распределитель гидравлического следящего привода
Видно, что данный четырехщелевой распределитель в сборе представляет собой весьма сложный по конструкции узел. Сам золотник с четырьмя острыми кромками помещается в сборной втулке, которая состоит из нескольких (четырех) колец, оттянутых между собой с двух сторон специальными гайками, в общей корпусной втулке.
|
|
|
Подшлифовкой торцев колец в сборной втулке достигается нулевое перекрытие окон распределителя в нейтральном положении.
Силовые гидроцилиндры
В общем случае гидроцилиндры называют гидродвигателями поступательного движения. Они получили самое широкое распространение благодаря надежности и конструктивной простоте. Гидроцилиндры по своему функциональному назначению могут быть одностороннего и двустороннего действия. Цилиндры одностороннего действия воспринимают внешнюю нагрузку только в одну сторону. Гидроцилиндры двустороннего действия могут преодолевать внешнюю нагрузку при движении в обе стороны.
Конструкция гидроцилиндр может быть с одним штоком или с двумя штоками. Основными конструктивными характеристиками являются диаметр поршня «D» и диаметр штока «d», а также ход «L» поршня (штока).
Силовая характеристика гидроцилиндра зависит от конструктивных параметров и рабочего двигателя «p».
На рис. 22 приведена расчетная схема гидроцилиндра с двусторонним штоком, которая позволяет определить некоторые его характеристики.
Рис. 22. Расчетная схема двуштокового гидроцилиндра
На данном рисунке показан вариант движения поршня со штоком слева направо и преодоление силы R внешней нагрузки, то есть результирующей силы от сил трения в уплотнениях поршня и штока, сил трения в направляющих подвижного узла станка и полезной составляющей, ‒ например, силы резания.
В данном случае гидроцилиндр обеспечивает толкающую силу, и шток в этом случае работает на сжатие. Этот же гидроцилиндр, как и любой другой может развивать тяговое усилие, при котором шток работает на растяжение.
|
|
|
Ниже рассматриваются некоторые основные характеристики гидроцилиндра.
Тяговое усилие и толкающее усилие у двуштокового гидроцилиндра одинаковы из-за равенства эффективной площади F1 площади, но при условии одинакового давления в штоковой полости, то есть 
. Эффективная площадь F1 определяется по известному выражению 
, где фигурирует диаметр D поршня и диаметр d штока.
Другой параметр ‒ это скорость перемещения поршня со штоком, определяемая нужной скоростью движения подвижного узла станка. Эти скорости могут быть скоростью подачи стола станка, скоростью быстрого подвода, скоростью обратного хода, то есть реверса. Величина скорости V при неизменных конструктивных параметрах «D» и «d» зависит только от величины потока Q рабочей жидкости, поступающей в полости гидроцилиндра, и определяется простой зависимостью 
. Из этого выражения видно, что скорость гидроцилиндра может регулироваться либо дросселированием потока Q при насосе постоянной производительности, либо применением в гидросистеме регулируемого насоса.
Следующей характеристикой могут быть названы потери холостого хода ‒ это тот перепад давления 
, который необходим для преодоления сил трения в уплотнениях при его движении и отсутствии внешней нагрузки и составляющей около 
.
Работа гидроцилиндра характеризуется также внутренними утечками 
, где 
‒ это коэффициент утечек, равный 
.
Наибольшее распространение получили силовые цилиндры с односторонним штоком. Их часто называют дифференциальными, так как они имеют разную эффективную площадь поршня рабочих полостей.
На рис. 23 приводится расчетная схема одноштокового гидроцилиндра.
Рис. 23. Расчетная схема одноштокового цилиндра
В таких гидроцилиндрах принято называть рабочую полость без штока ‒ поршневой, а рабочую полость со штоком ‒ штоковой.
Такой гидроцилиндр имеет преимущество по сравнению с двуштоковым в том, что при подаче рабочей жидкости в штоковую полость скорость обратного ход (реверса) увеличивается.
На рис. 23 показаны векторы толкающих сил 
и тяговое усилие 
, которые могут быть достигнуты при одном и том же давлении «p».
В соответствие с этим здесь могут быть рассмотрены три случая подачи Q рабочей жидкости к гидроцилиндру.
|
|
|
· В первом случае рабочая жидкость подается в поршневую полость, воздействуя при постоянном давлении«p» на эффективную площадь 
. Из штоковой полости рабочая жидкость сливается в бак, и поршень движется слева направо, при этом 
, то есть толкающая ‒ максимальна.
· Во втором случае рабочая жидкость подается в штоковую полость, а из поршневой полости ‒ слив. Этот случай обеспечивает обратный ход (реверс), а тяговое усилие 
будет меньше, чем 
, так как 
.
· В третьем случае рабочая жидкость подается одновременно в поршневую и штоковую полости. При этом поршень со штоком вновь начнет движение слева направо, так как 
, а толкающее усилие 
будет наименьшим из всех трех случаев, то есть 
.
Скорость движения 
в каждом из трех рассмотренных случаях при величине потока рабочей жидкости Q ‒ const имеют обратную зависимость:
· В первом случае: 
;
· Во втором случае: 
;
· В третьем случае: 
.
При этом 
, то есть величина потока Q, воздействуя на минимальную площадь 
, обеспечивает наивысшую скорость перемещения 
в направлении рабочего хода. Этот вариант часто используют при чередовании рабочего хода и быстрого хода в технологическом оборудовании, например, при растачивании отверстий в многостенных корпусных деталях.
Такая схема включения гидроцилиндра с односторонним штоком часто используется, когда необходимо чередование рабочего и ускоренного хода, что было отмечено ранее.
Соединение поршневой и штоковой полости силового цилиндра на момент реализации ускоренного хода легко обеспечивается кулачками K, установленными на подвижном узле станка (путевое управление).
На рис. 24 приведена простейшая гидросхема, которая поясняет возможность чередования рабочих и ускоренных ходов.
Рис. 24. Схема включения одноштокового гидроцилиндра для реализации периодических ускоренных ходов и цикл работы
На рис. 24 показан элемент цикла «Рабочая подача». При этом рабочая жидкость подается от источника питания по магистралям, точки 1, 2, 3, 4, в поршневую ПП гидроцилиндра, в результате чего происходит движение поршня с рабочим органом слева направо. В этом случае из штоковой полости ШП рабочая жидкость вытесняется по магистралям, точки 5, 6, 7, 9, 10 в бак.
|
|
|
При дальнейшем движении кулачок K переключает распределитель 
, что приводит к подключению штоковой полости по магистралям, точки 5, 6, 8 и 3, к которой магистраль, то есть слив из штоковой полости, суммируется с потоком рабочей жидкости от источника питания. При этом происходит ускоренный ход в ту же сторону 
(быстрый подвод). Количество циклов быстрого подвода определяется количеством кулачков K.
При переключении распределитель 
в позицию реверса рабочая жидкость поступает в штоковую полость ШП, в результате чего осуществляется элемент цикла «Быстрый отвод» со скоростью 
|
|
|
