книги из ГПНТБ / Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки учебник

требуемую скорость и направление вращения двигателя Д. Об­ мотка 2 ЭМУ питается от тахогенератора ТГ, установленного на валу двигателя Д. Напряжение ТГ пропорционально скорости вращения. Намагничивающая сила обмотки 2 меньше, чем у об­ мотки 1, и действует ей навстречу. При уменьшении скорости вращения двигателя Д, связанном обычно с увеличением нагрузки на его валу, размагничивающее действие обмотки 2 уменьшается, поток ЭМУ возрастает и напряжение на выходе ЭМУ повышается. Это вызывает увеличение тока в обмотке ОВГ, повышение напря­ жения в генераторе Г и увеличение скорости вращения двига­ теля Д, которая приближается к прежнему значению. При уве­ личении скорости вращения электродвигателя Д будут иметь ме­

ния скорости двигателей постоянного и переменного тока в боль­ шинстве случаев целесообразно применять магнитные усилители (МУ). По своей конструкции магнитные усилители очень просты,

иих использование позволяет значительно сократить требуемое количество электроаппаратуры в схемах приводов.

Принцип действия магнитных усилителей основан на измене­ нии индуктивного сопротивления в обмотках переменного тока 2

и3 (рис. X II.6) путем небольшого уменьшения или увеличения по­ стоянного тока в обмотке 1. Изменяя силу постоянного тока в обмотке /, можно регулировать величину индуктивного сопротив­ ления в обмотках 2 и 3 переменного тока. Посредством незначи­ тельного изменения мощности постоянного тока можно управлять весьма значительными мощностями в цепи переменного тока.

Встанкостроении магнитные усилители применяют, в част­ ности, для создания приводов с широким диапазоном регулиро­ вания скорости вращения. К числу достоинств магнитных усили­ телей можно отнести большую эксплуатационную надежность и высокий к. п. д., к недостаткам — их инерционность.

Вкачестве приводов с плавным регулированием скорости вращения применяются ионные приводы, в которых управление

332

электродвигателем и питание его осуществляют посредством элек­ тронных и ионных приборов. Диапазон регулирования скорости путем изменения напряжения доходит до 35 : 1. Ионный привод не получил распространения в отечественном станкостроении, так как он имеет низкий коэффициент мощности, который при малых скоростях падает до 0,25, ограниченный срок службы и малую перегрузочную способность тиратронов и электронных ламп. Выпрямленный ток имеет пульсирующий характер, что вызывает повышение потерь в двигателе.

Электрическая система синхронного вращения. На металло­ режущих станках часто возникает необходимость осуществления синхронной работы двух и более механизмов. Обеспечение син­ хронной работы механизмов электрическими методами точнее и устойчивее при изменении режимов работы, чем механическим путем. Электрические системы получаются более компактны. Электрическая система, обеспечивающая синхронное вращение двигателей, называется электрическим валом.

В станкостроении широко применяются системы электричес­ кого вала, содержащие в схемах дополнительные синхронизирую­ щие элементы. На рис. X III.7 в качестве дополнительных элемен­ тов, обеспечивающих синхронность вращения рабочих двигателей Д х и Д 2, применены асинхронные электрические машины А г и А 2. Машины включаются в схему таким образом, чтобы э. д. с. их роторов были направлены навстречу друг другу. При таком вклю­ чении вспомогательных машин А х и А 2 в случае равенства ско­ ростей вращения рабочих двигателей Д 1 и Д 2 э. д. с. машин А г и А 2 равны между собой и они в работе не участвуют. При уменьше­ нии скорости вращения одного из двигателей, например Д\, вызванного увеличением нагрузки на его валу, равенство э. д. с. в роторной цепи машин А г и А 2 нарушится и появится уравни­ тельный ток. При этом машина А г переходит в двигательный ре­ жим работы, а машина А 2 — в генераторный. Скорости двигате­ лей Д х и Д 2 выравниваются. Применение систем электрического вала имеет большое значение при регулировании скорости на расстоянии. Системы электрического вала могут заменить, напри­ мер, ходовые винты у токарно-винторезных станков. Эти системы особенно рационально применять для тяжелых станков, так как изготовление длинных ходовых винтов связано со значительными трудностями. Кроме того, с увеличением длины винтов или валов вследствие их скручивания точности взаимного расположения частей станка уменьшаются. В системе электрического вала рас­ стояние между отдельными узлами не влияет на точность обработки. При использовании электрического вала упрощается также кине­ матическая схема станка.

Основным недостатком систем электрического вала является возможность дефекта заготовки в случае внезапного прекращения подачи электроэнергии, так как при этом возникает рассогласо­ вание системы.

3 3 3

Для осуществления синхронной связи в станках находят применение сельсины. Это маломощные синхронные машины, имеющие однофазную первичную обмотку и трехфазную вторич­ ную обмотку (рис. XIII.8). В схеме имеется два сельсина: А —

сельсин датчик и Б — сельсин приемник. Если ротор сельсина А будет вращаться с какой-то скоростью, то ротор сельсина Б будет следовать за ним. Сельсины применяются для передачи показаний на расстояния в следящих системах и управляют работой различ­ ных регуляторов.

§4. Гидравлический привод

Всовременных металлорежущих станках гидравлический при­ вод получил довольно широкое распространение. Он применяется главным образом для осуществления прямолинейных движений и

вменьшей степени для вращательных движений. Гидропривод применяется как в механизмах главного движения (в протяжных, строгальных, долбежных и других станках), так и в механизмах подач (шлифовальных, станков с программным управлением, копировальных, агрегатных и др.). Гидроприводы находят широкое применение в механизмах управления станками; иногда их ком­ понуют с пневматическими устройствами, образуя пневмогидравлические механизмы, например, в пневмогидравлических силовых головках агрегатных станков. В некоторых случаях применя­ ются электрогидроприводы, в которых используются положи­ тельные стороны электрической и гидравлической систем.

Косновным преимуществам гидроприводов относятся возмож­ ности бесступенчато регулировать скорости; получать значитель­ ные условия при сравнительно небольших габаритах привода; простота предохранения от перегрузок; большой срок службы, поскольку сама рабочая среда одновременно выполняет функ­ ции смазки; гидропривод обеспечивает малый вес и объем, при­ ходящийся на единицу мощности по сравнению с электроприводом. Гидравлические агрегаты обладают меньшей инерцией, чем элек­ трические, они выгодно отличаются от последних высокой прие­ мистостью и быстротой срабатывания. Так, например, время

334

срабатывания распределительного золотпика с гидроприводом не превышает 0,01 с, тогда как время срабатывания подобного золотника, управляемого электромагнитом, в среднем равно 0,1 с. Эффективность, большие технические преимущества и высокие потенциальные возможности гидропривода способствуют широ­ кому его применению также при автоматизации различных тех­ нологических процессов.

К недостаткам гидроприводов относится возможность утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, проникновение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жид­ кости под влиянием давления и температуры. Одним из сущест­ венных недостатков гидропривода является нежесткая его харак­ теристика, особенно при малых скоростях перемещений и малых расходах масла в насосах.

В гидроприводах станков в качестве рабочей жидкости полу­ чили применение минеральные масла различных марок. В масле должны отсутствовать водорастворимые кислоты и щелочи, вызы­ вающие коррозию гидросистемы и вспенивание масла. В приводах поступательного движения обычно применяют масла индустри­ альное 12. индустриальное 20. В приводах вращательного дви­ жения используют масла большей вязкости — турбинное 22, ма­ шинное 30, машинное 45. Гидроприводы могут быть с открытой или закрытой циркуляцией масла. В открытых системах масло, совершившее работу, поступает на слив в бак, откуда вновь пода­ ется насосом в гидросистему. При закрытой (кольцевой) системе отработавшее масло через систему клапанов поступает, минуя бак, во всасывающую полость насоса.

Гидропривод включает в себя насос, преобразующий механи­ ческую энергию в энергию потока жидкости, гидродвигатель, преобразующий напор жидкости в механическую работу, распреде­ лительную и регистрирующую аппаратуру.

Гидродвигатели делятся на две группы: силовые цилиндры, осуществляющие прямолинейное перемещение рабочих органов станка, и гидромоторы для вращательного движения. Для вычер­ чивания гидравлических систем применяются условные обозна­ чения, основные из которых приведены в табл. XII 1.2.

На рис. ХІІІ.9 изображена схема гидропривода прямолиней­ ного (поступательно-возвратного) движения. Из резервуара 1 через фильтр 2 масло засасывается насосом 3 и через дроссель 4 поступает под давлением в распределительный золотник 5. При крайнем левом положении плунжера золотника (как показано на схеме) масло под давлением будет поступать в левую полость силового цилиндра 6. Из правой полости цилиндра масло будет сливаться в резервуар. Тогда поршень 7 вместе со штоком и сое­ диненным с ним столом или суппортом 8 будут перемещаться вправо. Левый упор 9, закрепленный па столе, переведет рычаг 10 в край­ нее правое положение. При этом и плунжер золотника 5 займет крайнее правое положение и масло под давлением будет посту-

335

Таблица X II 1.2

Условные обозначения, применяемые в гидравлических схемах станков

Клапан редукционный (поддерживающий посто­ янное давление на выходе посредством пружины)

3 3 6

Продолжение табл. XIII.2

Дроссель

Дроссель с регулятором давления

Цилиндр двустороннего действия с двусторон­ ним штоком

Цилиндр двустороннего действия с односторон­ ним штоком

Цилиндр дифференциальный

Фильтр для жидкости или воздуха

Бак под атмосферным давлением

Манометр

Вентиль (клапан) запорный

Вентиль (клапан) трехходовой

Трубопровод

Соединение трубопроводов

Перекрещивание трубопроводов (без соединения)

337

пать в правую полость цилиндра, а из левой полости будет сли­ ваться в резервуар. Стол получит движение в противоположном направлении. В случае излишнего количества масла или повы­ шения давления в системе масло сливается в бак через дроссель с обратным клапаном 11. Для обеспечения более плавного дви­ жения и предотвращения подсоса воздуха в гидросистему на сливном трубопроводе устанавливается подпорный клапан 12, который пропускает масло на слив.

Изменение скорости движения рабочего органа станка осуществ­

мое поршнем, проходит через золотник 5, затем через дроссель 4 и сливается в резервуар. В этом случае дроссель регулирует количество масла, выходящего из силового цилиндра. Такая система регулирования называется системой с дроссельным регу­ лированием на выходе.

Для обеих схем скорость поршня определяется объемом масла, пропускаемого дросселем:

Q = kfRP Ѵ рі - Pi м3/с,

где к — коэффициент дросселя, по данным ЭНИМСа, для дрос­ селей, имеющих форму диафрагмы, к — 7 -ІО"6; /др — площадь проходного сечения дросселя в м2; ръ р2 — давление масла соот­ ветственно перед дросселем и после него в Па.

Обозначив рабочую площадь сечения поршня через F м2, получим уравнение для определения скорости поршня

338

нии на входе постоянным является давление plt устанавливаемое редукционным клапаном. Давление р2 определяется величиной нагрузки. При дросселировании на выходе, наоборот, р2постоянно, а Рі зависит от нагрузки. Следовательно, при изменяющихся нагрузках величина перепада давления р2—р2 колеблется, что приводит к непостоянству скорости движения. Поэтому схемы

сдроссельным регулированием применяются в тех случаях, где допустимо некоторое колебание скорости перемещения рабочего органа. Из уравнения (X III.1) следует, что для стабилизации скорости движения необходимо обеспечить постоянство перепада давления. Это можно достичь установкой дросселей в сочетании

средукционными клапанами, которые поддерживают постоянство перепада давления и стабилизируют расход масла через дроссель. Устройство, состоящее из дросселя и редукционного клапана, называется регулятором скорости. При дроссельном регулиро­ вании используется не все масло, подаваемое насосом, что при­ водит к потере мощности и снижению к. п. д. привода. Однако вследствие простоты конструкции, сравнительно небольшой стоимо­ сти и эксплуатационных достоинств системы с дроссельным регули­ рованием получили широкое применение в гидроприводах станков.

Наряду с дроссельным регулированием приводов для прямо­ линейного движения применяются также системы с объемным регу­ лированием. В таких системах применяются насосы с регулируемой производительностью и регулирование скорости осуществляется регулированием производительности насоса. Если давление в рабочей полости силового цилиндра будет р, а рабочая площадь сечения поршня Е(м2), то привод будет преодолевать полезное сопротивление и потери в виде силы

P = pF. (XIII.2)

Давление в цилиндре устанавливается в зависимости от ве­ личины силы Р. Скорость перемещения поршня определяется объемом масла, нагнетаемого насосом в цилиндр. Обозначим объем масла, подаваемого насосом в единицу времени при отсутствии давления в гидросистеме, через QH(м3/с). При наличии сопро­

Из уравнений (XIII.2) и (X III.3) следует, что с изменением нагрузки Р изменяется давление р и скорость движения поршня. Следовательно, эта схема малопригодна для приводов, у которых непрерывно меняется нагрузка. Из уравнения (XIII.4) видно,

339

что мощность устанавливается применительно к конкретному режиму работы. Это способствует повышению к. п. д. привода. Поэтому системы с объемным регулированием целесообразно при­

ловых цилиндрах с односторонним штоком можно получить оди­ наковые скорости штока в обоих направлениях при условии, если рабочая площадь сечения штока равна половине площади сечения поршня, и подключением цилиндра к насосу, как показано на рис. X III.11. Если при помощи распределителя 1 соединить полости 2 и 3 цилиндра с насосом 4, а слив закрыть, то поршень будет пе­ ремещаться вправо, при этом масло, вытесняемое из правой поло­ сти 3, будет поступать в левую полость 2. Такая схема подвода масла называется дифференциальной.

Силовые цилиндры с односторонним штоком и с сообщающи­ мися полостями называют дифференциальными. Они с успехом при­ меняются и в тех случаях, когда один из ходов нужно получить ускоренным, при этом диаметр штока должен быть уменьшен.

Система объемного регулирования применяется и для гидро­ приводов вращательного движения. Такой привод состоит из

340

насоса 7 и гидромотора 2 (рис. X III.12). Масло насосом 1 нагне­ тается в гидромотор 2, и выходной вал гидромотора получает вра­ щение, а отработанное масло сливается в резервуар 3. Для огра­ ничения величины передаваемого крутящего момента установлен предохранительный клапан 4.

Частота вращения вала гидромотора

где Q — объем масла, подаваемого в гидромотор, в м3/с; q — объем масла, необходимый для совершения одного оборота гидро­ мотора, в м3/об.

Регулирование величины п осуществляется насосом путем изменения Q при постоянном q, либо изменением q (регулирова­ нием гидромотором) при постоянном расходе масла Q. Первый спо­ соб применяют при небольших мощностях, второй — при больших.

Насосы и гидромоторы. Для подачи рабочей жидкости и со­ здания необходимого давления ее в гидроприводе применяются различные конструкции насосов — шестеренные, шиберные (ло­ пастные), поршневые. Работа насосов характеризуется произво­ дительностью, давлением масла и развиваемой мощностью.

В большинстве случаев насосы обладают свойством обратимо­ сти, которое состоит в следующем. Если вращать ротор, то агре­ гат работает как насос, если к агрегату подвести поток масла под давлением, он становится гидромотором. Основной характе­ ристикой гидромоторов являются скорость вращения выходного вала и величина передаваемого крутящего момента.

Ш е с т е р е н н ы й н а с о с (рис. X III.13) состоит из двух цилиндрических зубчатых колес — ведущего 1 и ведомого 2, вращающихся в корпусе 3. При вращении колес в направлении, указанном стрелками, в левой полости зубья выходят из зацеп­ ления и возникает разряжение. Масло под действием атмосферного давления заполняет впадины колес (происходит всасывание), увлекается ими и переносится в правую полость. Торцы зубьев и

341