Гидроприводы токарных станков ЧПУ

1.Введние.

 

Гидропривод – это совокупность устройств, предназначенных для  приведения в движение машин и  механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Гидропривод представляет собой  своего рода "гидравлическую вставку" между приводным электродвигателем  и нагрузкой (машиной  и  механизмом) и выполняет те же функции, что  и механическая  передача  (редуктор, ременная передача, кривошипно-шатунный  механизм и т.д.). Основное назначение гидропривода, как и механической  передачи, - преобразование  механической характеристики приводного двигателя  в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного  звена двигателя, его  параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

 

2.Гидропривод токарного патронного станка с ЧПУ мод. 16К20РФ3.

Обеспечивает подачу инструмента  в продольном и поперечном направлениях, а также поворот 8-позиционной  резцедержки.

 

Рисунок 1 – Гидравлическая схема токарного патронного станка с ЧПУ мод. 16К20Ф3.

 

Основными узлами гидропривода являются: НУ- насосная установка 7,5/1500Г48-44; ЭГШП1- комплектный ЭГШП типа Э32Г18-22 поперечного хода суппорта; ЭГШП2- комплектный ЭГШП типа Э32Г18-23 продольного хода каретки, ГМ- гидромотор поворота резцедержки Г15-21; Р1- распределитель с элетроуправлением 34ПГ73-12; Р2- распределитель с электроуправлением 54БПГ73-11;  ДР1,ДР2- дроссели; КР- клапан редукционный ПГ57-22; КО- клапан обратный ПГ51-22; РД- реле давления ПГ62-11.

В процессе обработки комплектные  ЭГШП обеспечивают перемещение инструмента  в соответствии с заданной программой, причем продольная дискрета составляет 2,4 м/мин соответственно. Поворот резцедержки производится путем включения одного из элетромагнитов распределителя Р1. Направление потоков масла в гидроприводе следующее:

 

Скорость поворота может  увеличиваться при включении  электромагнита распределителя Р2, подключающего параллельно дросселю ДР1 дроссель ДР2 через линию 7. Давление в гидромоторе ГМ регулируется клапаном КР и контролируется с помощью реле давления РД. При вращении ГМ в обратном направлении масло сливается через обратный клапан КО, распределители  и дроссели.

 

Замена полу-конструктивной схемы на гидравлическую аналогию:

Рисунок 2. Гидравлическая схема станка с ЧПУ мод. 16К20Ф3

 

2.2.Пояснение работы электрогидравлического шагового привода

 

Электрогидравлический шаговый  привод Э32Г18-2 схематически показан  на рис.3.

 

Рисунок 3 – Схема действия Э32Г18-2

 

Следящее устройство выполнено в виде осевого четырехкромочного следящего золотника 5, связанного через упорные шарикоподшипники с оправкой, которая с одной стороны оканчивается шлицевой втулкой 6, взаимодействующей со шлицевым концом вала аксиально-поршневого гидромотора 7 типа Г15-2, а с другой стороны — прецизионным винтом 4, взаимодействующим с гайкой 3. Последняя установлена на подшипниках, исключающих возможность ее осевого перемещения, и через поводковую муфту 2 связана с валом ШД 1. Таким образом, при повороте ШД золотник 5 получает осевое смещение, причем масло через его рабочие кромки из напорной линии гидросистемы поступает в одну из рабочих камер гидромотора (I или II) и одновременно из другой его камеры сливается в бак. В результате вал гидромотора поворачивается в том же направлении, что и вал ШД, и через шлицевое соединение и винтовую пару возвращает следящий золотник в исходное положение, после чего вращение гидромотора останавливается. При вращении вала ШД с постоянной скоростью вал гидромотора 7 вращается синхронно, однако с некоторым отставанием по углу  δ_отст, необходимым для того, чтобы масло могло  проходить в гидромотор  через рабочие кромки следящего золотника. После остановки вращения ШД угол δ_отст уменьшается практически до нуля, и вал гидромотора также останавливается. В динамических режимах работы привода при резком увеличении частоты вращения угол δ_отст может превышать 360°. В этом случае   дросселирующие   кромки золотника 5 практически не оказывают сопротивления потоку масла, что положительно сказывается на приемистости ЭГШП. При большом моменте инерции приводимого механизма в режиме резкого торможения ЭГШП возможна значительная перегрузка гидромотора. Это связано с тем, что в момент, когда золотник проходит через среднее положение и перекрывает своими рабочими кромками линии, идущие к гидромотору, последний, работая в режиме насоса, интенсивно вытесняет масло в одну из этих линий. Для исключения опасности поломки деталей гидромотора, на ЭГШП может устанавливаться специальное предохранительное устройство 2Г18-225, содержащее два клапана 8. При нормальной работе привода указанные клапаны закрыты давлением масла в напорной линии, однако при появлении опасной перегрузки, когда давление в одной из камер гидромотора превышает давление в напорной линии гидросистемы, соответствующий клапан перепускает часть масла из этой камеры в напорную линию.

 

Рекомендации по монтажу  и эксплуатации.

1. Во избежание попадания масла в ШД ЭГШП рекомендуется устанавливать вертикально, либо наклонять на угол не более 105⁰ от вертикальной оси.
2. Время разгона ЭГШП до максимальной частоты вращения зависит от нагрузки и инерционности приводимого механизма и изменяется в пределах 0,1 -0,6 с (возможность изменения времени разгона предусматривается системой ЧПУ).
3. Для питания ЭГШП применяются насосные установки Г48-22Н, 4Г48-1 и Г48-44, обеспечивающие требуемую степень очистки масла и тепловой режим гидропривода.
4. Максимальное тяговое усилие на рабочем органе зависит от линейной дискреты и типоразмера ЭГШП.
5. В результате износа ЭГШП могут пропускать отдельные импульсы с последующей отработкой скачком сразу нескольких импульсов. Этот дефект является результатом появления люфтов в кинематических связях собственно ЭГШП и всего привода подачи, износа торцового распределения гидромотора, винтовой пары и кромок следящего золотника. Повышенные люфты в кинематических связях следует устранить; изношенные следящий золотник и винтовую пару необходимо заменить новыми, изготовленными и испытанными по заводской технологии.
6. При эксплуатации ЭГШП приведенный к их валу момент инерции механизма во избежание возникновения автоколебаний и поломки деталей не должен превышать величин.

 

2.3. Гидравлическая схема насосной установки.

Гидравлическая схема  насосной установки показана на рисунок 3. Регулируемый аксиально-поршневой насос Н₁ типа 2Г15-14 работает по схеме с замкнутой циркуляцией с подпиткой от пластинчатого насоса Н₂. При включении электродвигателя М₂ масло, подаваемое насосом Н₂ через фильтр тонкой очистки Ф и предохранительный клапан КП поступает во всасывающую линию насоса H₁ и далее сливается в бак через подпорный клапан ПК и воздушный маслоохладитель МО.

Когда давление во всасывающей  линии достигает величины, определяемой настройкой клапана ПК, реле низкого давления РД₁ дает команду на включение электродвигателя M₁ привода насоса H₁. В момент включения распределитель запуска РЗ и золотник распределителя П пружинами установлены в крайнее верхнее (на схеме) положение, и камеры насоса H₁ объединены между собой (11 -16 -22 -РЗ-14 -12), благодаря чему обеспечивается плавный запуск насоса. При возрастании давления в напорной линии 11 масло через дроссель 19 поступает к управляющему поршню распределителя РЗ. Так как полость под поршнем постоянно соединена со всасывающей линией через канал 21, поршень устанавливает РЗ в среднее положение, при котором линии насоса H₁ соединяются через дроссель. Параметры последнего подбираются таким образом, что при полной подаче насоса Н₁ потери давления в дросселе составляют ~ 0,7 рабочего давления гидропривода, и масло в гидросистеме интенсивно разогревается за счет дроссельных потерь мощности. Когда температура масла достигает 30 - 35 °С, температурное реле ТР₁ дает команду на включение электромагнита распределителя Л, в результате чего нижняя торцовая полость РЗ через распределитель соединяется со всасывающей линией насоса Н₁ (РЗ  23 - П - 20- 14- 12), и давлением масла в верхней торцовой полости РЗ опускается в крайнее нижнее положение, при котором камеры насоса Н₁ разъединяются, причем одновременно выдается команда, разрешающая запуск устройства ЧПУ.

В процессе работы насосной установки охлажденное  и отфильтрованное масло, подаваемое насосом Н₂, постоянно поступает во всасывающую линию насоса H₁, где оно перемешивается с маслом, циркулирующим по замкнутой системе. Из другой точки всасывающей линии, расположенной „выше по течению", часть горячего масла через клапан ПК и маслоохладитель МО сливается в бак. Таким образом, в замкнутой системе циркуляции обеспечивается постоянная смена масла с целью его фильтрации и, охлаждения.

Подача насоса Н₁ определяется углом наклона α его наклонной шайбы. Угол а, в свою очередь, зависит от давления в цилиндрах управления Ц₁  и  Ц₂.

Расположенные в корпусе  насоса пружины и цилиндр Ц₁ стремятся увеличить угол α, а цилиндр Ц₂ - уменьшить. Масло поступает в цилиндр Ц₂ от управляющего золотника УЗ. Последний представляет собой двухкромочный золотниковый гидроусилитель, плунжер которого нагружен с одной стороны регулируемым усилием пружины и давлением во всасывающей линии (12 - 6-7), а с другой - давлением в напорной линии (11-9-10). Если давление в напорной линии ниже давления настройки, камера цилиндра Ц₂ соединяется со всасывающей линией (12-6-5-УЗ - 8 - Ц₂), и пружины прижимают наклонную шайбу к упору, ограничивающему максимальный угол наклона. По мере роста давления в напорной линии плунжер УЗ смещается влево (на схеме), сжимая пружину. При этом давление в камере цилиндра Ц₂ увеличивается, и угол α соответственно уменьшается. Наконец, при максимальном давлении линии 8 и 9 соединяются через УЗ и цилиндр Ц₂ ставит наклонную шайбу насоса в положение, близкое к нулевому, при котором подача насоса соответствует величине утечек жидкости в гидросистеме. Параметры золотника УЗ подбираются таким образом, что полному изменению угла  соответствует незначительное (0,6 - 0,8 МПа) изменение давления в напорной линии.

Рисунок 4. Гидравлическая схема насосной установки Г48-44

 

 

Основные параметры насосной установки Г48-44.

1. Рабочее давление (МПа): минимальное 4, максимальное 6,3.

2. Давление во всасывающей линии регулируемого насоса 0,2—0,5 МПа.
3. Изменение рабочего давления во всем диапазоне подач регулируемого насоса не более 0,8 МПа.
4. Параметры насоса системы подпитки: подача 18 л/мин, рабочее давление 0,8 - 1,2 МПа.
5. Давление в напорной линии при разогреве 3 — 3,5 МПа.
6. Номинальная мощность приводных электродвигателей (кВт); регулируемого насоса 7,5, насоса системы подпитки 0,8.
7. Диапазон температур масла в баке 30 —50° С.
8. Масса (без масла) 560 кг.

 

Для уменьшения пульсации  давления в гидроприводе и исключения пиков давления в переходных режимах  работы насоса Н₁предусмотрен пружинный аккумулятор А, подключенный через дросселирующий золотник ДЗ. В установившихся режимах работы гидропривода последний пружинами ставится в среднее положение, при котором аккумулятор подключается к напорной линии через дроссель (11 -16-17- ДЗ -24- А); в переходных режимах золотник давлением в линиях 18 или 25 смещается в одно из крайних положений, свободно соединяя аккумулятор с напорной линией. Масло, вытесняемое из корпуса аккумулятора при перемещении его поршня, отводится во всасывающую линию насоса (А-26-14-12).

Реле высокого давления РД₂ служит для контроля давления в напорной линии насоса Н₁ . Температурное реле ТР₂ выдает электрический сигнал в случае перегрева масла в гидросистеме свыше 60 °С. Манометр М, подключенный через золотник ЗМ, позволяет контролировать перепад давлений на фильтре Ф, давления в напорной и всасывающей линиях насоса Н₁ а также может использоваться для контроля давлений дополнительно в двух точках гидросистемы.

3. Усовершенствование гидросистемы

Для описанных выше ротационных  ЭГШП необходимо преобразование вращательного движения в поступательное с помощью винтовых, зубчато-реечных или других механических передач; кроме того, ресурс ЭГШП часто лимитируется гидромотором. Линейные электрогидравлические шаговые приводы (ЛЭГШП) лишены этих недостатков, поскольку в качестве гидродвигателя в этом случае используются цилиндры, однако при большой длине хода (более 1 м) сжимаемость масла в цилиндре отрицательно сказывается на равномерности движения; изготовление длин- ноходовых цилиндров сложно технологически; тепловые деформации деталей могут в ряде случаев приводить к снижению точности позиционирования; не во всех конструкциях удачно решена задача защиты от перегрузки. Тем не менее возможности исключения из приводов дорогой и ненадежной шариковинтовой передачи, а также использования более совершенного гидродвигателя в определенной группе оборудования (например, в промышленных роботах) дают линейным приводам решающее преимущество.

Рисунок 5.Конструкция линейного  ЭГШП типа Г28-2

Линейные электрогидравлические  шаговые приводы типа Г28-2 по ТУ2-053-1629 — 83 (рис. 5) состоят из управляющей части I (ШД, следящий золотник), полностью унифицированной с управляющей частью ЭГШП типа Э32Г18-2, силового цилиндра 9 и устройств, обеспечивающих механическую отрицательную обратную связь по перемещению штока цилиндра. Движение поршня 7 со штоком 10 с помощью гайки 6 (с резьбой, имеющей большой шаг) трансформируется в поворот винта 8, связанного с помощью зубчатой передачи (колеса 3,4 и 5) с валиком 2. Последний (подобно валу гидромотора ротационных ЭГШП) оканчивается шлицевым соединением со втулкой следящего золотника.

 

3. Выбираем типоразмер дросселя и рассчитываем максимальную площадь его проходного сечения.

Параметры дросселя подбираются таким образом, что при полной подаче насоса Н1 потери давления в дросселе составляют 0,7 рабочего давления гидропривода, и масло в гидросистеме интенсивно разогревается за счет дроссельных потерь мощности.

Выбираем  типоразмер дросселя распределителя РЗ входящего в состав насосной установки: