Глава 28. Приводы

Основные требования производительного выполнения работ — это сокращение времени зажима за счет снижения вспомогатель­ного времени, создание более стабильных сил зажима за счет за­мены ручных зажимных приводов на механизированные и автомати­зированные и облегчение труда рабочих. Чтобы величина зажима­ющего усилия не зависела от рабочего, используют пневматические, гидравлические, пневмогидравлические и другие приводы.

Пневматические приводы. В пневматических приводах источни­ком энергии служит сжатый воздух. Свойства, выгодно отличаю­щие сжатый воздух от других источников энергии, следующее: безопасность в работе и удобство для подвода коммуникаций к месту потребления; способность в силу упругости моментально передавать малейшие колебания в давлении; сжатый воздух при низких температурах окружающей среды не замерзает в трубопро­водах; отработавший воздух не нуждается в утилизации или в спе­циальном отводе, а в случае необходимости может быть использо­ван для другой полезной работы. Основные особенности пневма­тического привода:

быстрота зажима. Время для зажима и открепления детали в приспособлении постоянно (составляет примерно 0,022 мин) и не зависит от количества прижимов и массы детали;

постоянство силы зажима. В приспособлениях с ручными зажи­мами усилие в каждом отдельном случае находится в прямой зави­симости от усилия, которое прикладывает рабочий для закрепле­ния детали и которое невозможно контролировать. Оно колеблется в значительных пределах. Кроме того, в приспособлениях с ручны­ми зажимами усилие зажима, как правило, должно быть заведомо большим, чем это требуется для удержания детали в процессе об­работки из-за наличия вибрации, в силу чего неровности на поверхности прихвата сглаживаются, ослабляя силу зажима. В пневма­тических приспособлениях усилие зажима находится вне зависи­мости от усилия, прикладываемого рабочим, и оно всегда постоян­но, т.е. усилие, которое было приложено в начале работы, остает­ся неизменным в течение всего периода обработки. Эта особенность дает возможность уменьшить силу зажима, гарантирует безопас­ность работы, повышает качество обработки и позволяет увели­чить скорость резания, что положительным образом сказывается на производительности труда;

простота управления. При работе с ручными зажимными меха­низмами обязательным условием для рабочего является приложе­ние физической силы, величина которой зависит от конструкции механизма и от того, какую силу необходимо получить при зажи­ме. В пневматических приспособлениях, чтобы осуществить закреп­ление обрабатываемой детали, необходимо повернуть рукоятку рас­пределительного крана, для чего нужно приложить небольшое уси­лие, которое в течение смены не утомляет рабочего и ведет к повышению производительности труда.

Пневматические приводы состоят из пневмодвигателя, пнев­матической аппаратуры и воздухопроводов и подразделяются по виду пневмодвигателя — на поршневые (пневмоцилиндры) и диафрагменные (пневмокамеры); по схеме действия — на одно- и двусторонние; по методу компоновки с приспособлением — на встроенные и агрегатированные; по виду установки — на стацио­нарные и вращающиеся; по количеству приводов — на одинарные и сдвоенные. У цилиндров одностороннего действия обратный ход поршня осуществляется пружиной, а у цилиндров двустороннего действия — сжатым воздухом.

Оптимальная рабочая скорость исполнительного механизма при применении пневмопривода составляет 0,1... 2,0 м/с. При меньших скоростях возникают вибрации и неравномерность хода. Экономи­чески целесообразно применение пневмопривода в механизмах с усилием до 30кН и пневмоцилиндров с максимальным диамет­ром 250 мм.

Недостатки пневмопривода — это довольно низкий коэффици­ент полезного действия; большие габариты по сравнению с гидро­приводом (из-за применения низкого давления воздуха); неравно­мерность перемещения рабочих органов, особенно при перемен­ных усилиях; невозможность остановки в середине хода.

Поршневой привод. Они бывают неподвижного, качающегося и вращающегося типов, одностороннего и двустороннего действия. Особенности поршневого привода: величина хода поршня может быть любой в зависимости от длины цилиндра; на протяжении всей длины хода поршня зажимное усилие остается неизменным; небольшая часть давления сжатого воздуха расходуется на преодо­ление силы трения; конструкция основного рабочего органа (пор­шня) сложнее диафрагмы из-за необходимости герметичности в подвижном соединении; габаритные размеры привода развиты в осевом направлении; высокие требования к чистоте обработки деталей привода (поршня и цилиндра); в эксплуатации наблюда­ются случаи прилипания уплотнения к цилиндру при длительных остановках в работе, особенно при малых диаметрах поршня, что иногда создает трудности при пуске; стойкость на износ уплотне­ний поршня ниже работоспособности диафрагмы; наблюдаются утечки сжатого воздуха, которые возрастают к концу срока служ­бы уплотнений; стоимость изготовления поршневого привода выше диафрагменного.

На рис. 28.1, а представлена конструкция неподвижного ци­линдра, а на рис. 28.1, б и в даны примеры использования качаю­щихся цилиндров. Основным рабочим органом, преобразующим энергию сжатого воздуха в зажимное усилие в поршневом приво­де, является поршень 5 со штоком 3, который помещен в цилин­дре 4, герметически закрытом крышками 1. Герметическое разде­ление рабочих полостей А и В осуществляется с помощью специ­альных уплотнений 6, которые закреплены на поршне 7. Герметичность в полости В, в месте выхода штока, достигается также с помощью специальных уплотнений 2.

К пневматическим цилиндрам предъявляются следующие техни­ческие требования: герметичность при давлении сжатого воздуха — 0,6 МПа; утечки сжатого воздуха через тела крышек, по резьбам и стыкам, а также через уплотнения поршня и штока не допускаются; проверку на прочность проводят при давлении 0,9 МПа, при этом наружные утечки не допускаются; испытание на работоспособность проводят путем перемещения штока из одного крайнего положения в другое в диапазоне рабочих давлений 0,2...0,6 МПа, причем пере­мещения должны быть плавными, без рывков и заеданий; давление строгания с места без нагрузки — не выше 0,03 МПа; проводят очи­стку всех воздушных каналов перед сборкой и проверку на проходи­мость; прилагают усилие, развиваемое поршнем цилиндра во время его перемещения при давлении 0,6 МПа, — не менее 85 % от макси­мального расчетного; проводят смазку трущихся поверхностей; ра­бота пневмопривода должна быть без потери герметичности; долго­вечность для цилиндров с уплотнением поршня манжетами — не менее 400 тыс. двойных ходов при длине хода, равной двум диаметрам цилиндра, а для цилиндров с уплотнением поршня кольцами круглого сечения — не менее 150 тыс. двойных ходов.

Рис. 28.1. Пневматический цилиндр для стационарных приспособлений:

а — неподвижный цилиндр; б, в — качающийся цилиндр; 1 — крышки; 2,6 — уплотнения; 3 — шток; 4 — цилиндр; 5 —поршень

Вращающиеся пневмоцилиндры используются преимущественно для привода токарных приспособлений и бывают одно- и двустороннего действия со сплошным или полым штоком, цилиндры двустороннего действия — одинарными или сдвоенными. Они обес­печивают повышенную тяговую силу на штоке.

При расчете пневмоцилиндра должны быть заданы значения требуемого усилия Q или диаметра цилиндра D и длина хода порш­ня L, которые определяют основные конструктивные параметры пневмопривода. Для обеспечения безударной и плавной работы пневмоцилиндра назначают рабочую скорость перемещения порш­ня υ = 0,2... 1,0 м/с. В необходимых случаях устанавливается время рабочего или холостого хода поршня. В конце хода поршня необхо­димо предусматривать торможение для снижения скорости до 0,05...0,1 м/с, что обеспечивает безударную работу пневмопривода. В табл. 28.1 приведены основные расчетные параметры пневмоцилиндров, которые могут быть определены по приближенным расчетным формулам и в которых не учитываются потери давле­ния и объемов в трубопроводах. При расчетах пневмопривода при­нимать расчетное давление сжатого воздуха р = 0,5 МПа.

Диафрагменный привод. Особенности диафрагменного привода: величина хода штока ограничена возможной деформацией диаф­рагмы и зависит от диаметра, толщины и материала, из которого изготовлена диафрагма (если применяют специальные диафрагмы, ход штока равен 1/3 диаметра диафрагмы); зажимное усилие Переменно по всей длине хода штока, так как затраты давления сжатого воздуха на деформацию диафрагмы все время возрастают по мере увеличения деформации диафрагмы (в крайней точке хода штока зажимное усилие равно нулю, поэтому используют обычно не более 3/4 полного возможного хода и допускают изменение зажимного усилия не более 15...20%); конструкция основного ра­бочего органа — диафрагмы проще поршня и не требует механи­ческой обработки (герметичность осуществляется неподвижным закреплением диафрагмы на штоке и в корпусе привода); привод компактен в осевом направлении и несколько развит в радиаль­ном; требования к чистоте и точности обработки деталей привода (кроме штока) невысокие; явления прилипания отсутствуют; диафрагменный привод очень чувствительный; правильно выполнен­ная и эксплуатируемая диафрагма выдерживает не менее 500 тыс. циклов работы (для специальных диафрагм); утечки сжатого воз­духа совершенно отсутствуют на протяжении всего периода эксплуатации, вплоть до полно­го износа (разрыва) диаф­рагмы; стоимость изготов­ления ниже поршневого.

Таблица 28.1