3.5.1. Структура и принцип действия гидравлического привода протяжного станка 7534

Принципиальная гидравлическая схема протяжного станка показана на рис. 35 в исходном положении, когда протяжка 10 закреплена в патроне 11 вспомогательной каретки, заготовка 12 - на столе 13, а шток рабочего цилиндра 1 с патроном 14 для захвата протяжки находится в переднем положении.

Основными элементами гидропривода протяжного станка (см. рис. 35) являются: рабочий цилиндр 1, распределители 2 и 3 с электрогидравлическим управлением, предохранительные клапаны рабочего 4 и обратного 5 хода, регулируемый реверсивный аксиально-поршневой насос 6, двухпоточный пластинчатый насос с секциями 7 и 8 и гидроцилиндр вспомогательной каретки 9. Насос 6 установлен в положение нулевой подачи (работает на холостом ходу) и его выходной и входной каналы соединены через гидролинии и распределитель 2 (находится в средней позиции) между собой.

Секция 8 двухпоточного пластинчатого насоса поддерживает давление 1- -1,5 МПа в линиях для питания схем управления распределителем 2 и аксиально-поршневым насосом 6. Это давление ограничивается настройкой клапана 15. Секция 7 двухпоточного пластинчатого насоса подает рабочую жидкость через фильтры грубой 16 и тонкой 17 очистки, распределитель 3 (в средней позиции) на слив. Итак, в исходном положении аксиально - поршневой насос 6 и секция 7 двухпоточного пластинчатого насоса разгружены, а секция 8 поддерживает требуемое давление управления.

Рабочий цикл начинают с включения электромагнита Y5, при этом распределитель 3 переключается влево, рабочая жидкость подводится под давлением в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра вспомогательной каретки, который оказывается включенным по дифференциальной схеме и его шток движется вправо и перемещает вспомогательную каретку 9 с патроном 11 и протяжкой 10. Протяжка входит в предварительно обработанное отверстие заготовки 12 и передний хвостовик протяжки захватывается патроном 14. Включаются электромагниты Y7 распределителя 2 и Y1 механизма управления насосом 6. Распределитель 2 переключается в левое положение (правый квадрат на условном обозначении).

Насос 6 устанавливается в положение при котором рабочая жидкость под давлением нагнетается через распределитель 2 в переднюю штоковую полость рабочего цилиндра 1. Шток-поршень рабочего цилиндра 1 с закрепленными на нем патроном 14 и протяжкой 10 перемещаются вправо и происходит обработка заготовки основными режущими зубьями протяжки. При этом хвостовик протяжки выходит из партона 11. Перед входом калибрующих зубьев протяжки отключается электромагнит Y1 и включается электромагнит Y2.

Направление подачи насоса 6 не меняется, а величина подачи уменьшается. Соответственно уменьшается скорость и протяжка заканчивает обработку на замедленной скорости для получения требуемого качества обработки. Во время рабочего хода жидкость из поршневой полости рабочего цилиндра 1 через распределитель 2 частично поступает в аксиально-поршневой насос 6, а остальной расход через распределитель 18 (в правом положении) и клапан 19 сливается в бак.

Регулировкой клапана 19 создается противодавление в поршневой полости рабочего цилиндра 1 для демпфирования колебаний от переменных нагрузок при резании. В конце рабочего хода электромагниты Y2 и Y7 выключаются, распределитель 2 переключается в среднее положение (аксиально-поршневой насос 6 работает в положении нулевой подачи).

Когда обработанную деталь снимают со станка, дается команда на включение электромагнитов Y4 и Y8. Распределитель 2 переключается в правое положение (левый квадрат на условном обозначении), а насос 6 начинает подавать рабочую жидкость в противоположном направлении, т.е. жидкость под давлением нагнетается через распределитель 2 в штоковую и поршневую полости рабочего цилиндра 1. Цилиндр оказывается включенным по дифференциальной схеме и шток с патроном и протяжкой перемещается влево. Происходит обратный ход протяжки со скоростью до 20 м/мин. При этом насос 6 частично всасывает рабочую жидкость из бака через обратный клапан 20.

Перед входом хвостовика протяжки в патрон 11 отключается электромагнит Y4 и включается электромагнит Y3. Насос 6 переключается на уменьшенную подачу и скорость движения протяжки замедляется, а ее хвостовик входит в патрон 11. Во время обратного хода насос 6 всасывает жидкость из бака через обратный клапан 20 и распределитель 18, который имеет гидравлическое управление и переключается автоматически давлением в подводящих линиях в зависимости от направления подачи насоса 6. В конце обратного хода отключаются электромагниты Y8 и Y3.

Распределитель 2 устанавливается пружинами в среднее положение, механизм управления насосом 6 переключает его в положение нулевой подачи. Кроме того, рабочие линии насоса 6 соединяются между собой через распределитель 2. Аксиально-поршневой насос 6 разгружен, гидролинии рабочего цилиндра 1 перекрыты распределителем 2, что соответствует остановке штока рабочего цилиндра 1. Протяжка захватывается патроном 11 и освобождается от захвата в патроне 14. Электромагнит Y5 отключается и включается электромагнит Y6.

Распределитель 3 переключается вправо, поршень цилиндра 9 перемещает вспомогательную каретку влево, протяжка отводится в исходное положение. При этом электромагнит Y6 отключается, распределитель 3 устанавливается пружинами в среднее положение, а секция 8 двухпоточного пластинчатого насоса разгружается. Клапан 4 ограничивает давление во время протягивания, клапан 5 ограничивает давление во время обратного хода, а клапан 21 - ограничивает давление в схеме привода вспомогательной каретки.

3.5.2. Расчет гидродинамических параметров

протяжного станка при выполнении операции

подачи протяжки к цанговому зажиму

силового гидроцилиндра

В соответствии с принципиальной гидравлической схемой, приведенной на рис. 35, операцию подачи протяжки к цанговому зажиму силового гидроцилиндра 1 начинают с включения электромагнита Y5. При этом распределитель 3 переключается влево, рабочая жидкость от насоса 7 подводится под давлением в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра 9 вспомогательной каретки, который оказывается включенным по дифференциальной схеме и его шток движется вправо и перемещает вспомогательную каретку с патроном 11 и протяжкой 10.

Секция 7 двухпоточного пластинчатого насоса с объемным КПД =0,85 развивает мощность N = 0,2 кВт при подаче Q = 18 л/мин. Как известно, мощность N, развиваемая нерегулируемым пластинчатым насосом, определяется уравнением

, (3.12)

откуда

, (3.13)

или

. (3.14)

Объемный КПД пластинчатого насоса рассчитывают по формуле

, (3.15)

где - величина утечек и перетечек в насосе;

- теоретическая подача насоса, которую можно представить в виде

. (3.16)

Величина в соответствии с заданием составляет значение

. (3.17)

Решая совместно уравнения (3.15) и (3.16), находим

, (3.18)

или

. (3.19)

Учитывая, что величина теоретической подачи определяется при избыточном давлении на выходе из насоса , по двум точкам, с координатами и , строим расходную характеристику нерегулируемого пластинчатого насоса 7 (см. рис. 36).

Для нахождения гидродинамических параметров привода в период выполнения операции подачи протяжки к цанговому зажиму силового гидроцилиндра преобразуем данный участок принципиальной гидравлической схемы протяжного станка к эквивалентной расчетной схеме (см. рис. 37).

Данная эквивалентная расчетная схема содержит три участка простых трубопроводов (1-2, 2-3 и 4-2), соединенных последовательно и с разветвлением. На концах разветвлений простые трубопроводы (2-3 и 4-2) воспринимают нагрузку от гидравлического цилиндра, нагруженного внешней силой R (силой сопротивления движению). Составив уравнение движения шток - поршня гидроцилиндра в установившемся режиме будем иметь

, (3.20)

где - площадь поршня со стороны поршневой камеры гидроцилиндра;

- площадь поршня со стороны штоковой камеры гидроцилиндра;

- КПД гидроцилиндра.

Рис. 36. Гидродинамические характеристики

гидропривода при выполнении операции

подачи протяжки к цанговому зажиму

силового гидроцилиндра

Рис. 37. Эквивалентная расчетная схема гидропривода

вспомогательных движений протяжного станка

Преобразуя уравнение (3.20), получаем

. (3.21)

Взаимосвязь давлений на концах простого трубопровода 1-2 описывается уравнением

, (3.22)

где - гидравлические потери на трение и местные сопротивления, зависящие от режима течения жидкости в трубопроводе и определяемые по уравнению

. (3.23)

Для простого трубопровода 1-2 расход рабочей жидкости равен подаче насоса , т.е.

. (3.24)

При ламинарном режиме течения жидкости ( ) величина показателя степени m=1, а коэффициент определяется выражением

, (3.25)

где - плотность и кинематический коэффициент вязкости жидкости;

l, d – суммарная длина и диаметр простого трубопровода 1-2;

- эквивалентная длина трубопровода;

- суммарное значение коэффициента местных сопротивлений на участке простого трубопровода 1-2; - гидравлический коэффициент трения (Дарси).

При турбулентном режиме течения жидкости в простом трубопроводе 1-2 ( ) величина показателя степени m=2, а коэффициент определяется в виде

. (3.26)

Аналогично уравнению (3.22), давления на концах простых трубопроводов 2-3 и 4-2 будут описываться уравнениями

; (3.27)

, (3.28)

где коэффициенты m и определяются выражениями (3.25) - (3.26), а расходы рабочей жидкости в простых трубопроводах будут связаны уравнением

. (3.29)

Поскольку скорость перемещения шток-поршня гидроцилиндра одинакова как для поршневой полости, так и для штоковой, то можно записать

, (3.30)

или

. (3.31)

Из уравнений (3.29) и (3.31) следует, что

; (3.32)

. (3.33)

Решая совместно уравнения (3.21) - (3.22), (3.27) и (3.28), находим

, (3.34)

или с учетом выражений (3.32) и (3.33)

. (3.35)

Анализ уравнения (3.35) показывает, что давление на выходе из насоса складывается из статической нагрузки на гидроцилиндре и суммы потерь давления в простых трубопроводах 1-2, 2-3 и 4-2 (суммы характеристик простых трубопроводов, соединенных последовательно). Поэтому, воспользовавшись графо- аналитическим методом, рассчитаем значения гидродинамических параметров простых трубопроводов с учетом корректирующих поправок (см. таблицу 22), построим их характеристики (см. рис. 36) и, после графического сложения характеристик простых трубопроводов, получим суммарную характеристику потребного давления.

Таблица 22

№№ трубопров.				МПа	МПа
1-2		158,4	0,056	-	-
2-3	0,353	91,0		0,057	-
4-2		33,7		-	0,001
	МПа

Точка пересечения характеристик потребного давления гидросети и насоса (рабочая точка А, рис. 36) будет описывать условия их совместной работы в период выполнения операции подачи протяжки к цанговому зажиму силового гидроцилиндра. При расчете параметров простых трубопроводов будем учитывать, что при ламинарном режиме течения жидкости характеристики простых трубопроводов имеют линейный вид и для их построения достаточно всего двух точек: при ; и при .

Значение находится из выражения

. (3.36)

Наибольший расход жидкости в гидроприводе имеет место в простом трубопроводе 2-3 и будет равен

. (3.37)

Поскольку , то режим течения жидкости в простых трубопроводах будет ламинарным и расчет их параметров будем вести по уравнениям, аналогичным (3.23) и (3.25) при m =1 и . Характеристики рабочей точки А при выполнении операции подачи протяжки к цанговому зажиму силового гидроцилиндра в соответствии с рис. 36 составляют: ; .

Мощность гидропривода, затрачиваемая на выполнение данной операции находится по формуле

. (3.38)

Скорость перемещения шток-поршня при выполнении операции подачи протяжки вспомогательным гидроцилиндром определяется уравнением

. (3.39)

Полезная мощность гидропривода при выполнении операции подачи протяжки определяется выражением

. (3.40)

КПД гидропривода при выполнении данной операции составляет

. (3.41)

Длительность перемещения протяжки к цанговому зажиму силового гидроцилиндра находится по формуле

. (3.42)

Циклограммы работы гидропривода при выполнении операции подачи протяжки к цанговому зажиму силового гидроцилиндра представлены на рис. 38.

Рис. 38. Циклограммы гидропривода: ,

и