книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин

Г л а в а III ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ

В гидравлических исполнительных механизмах металлурги­ ческих машин и агрегатов возникает необходимость воспроизво­ дить различного вида движения исполнительного органа: посту­ пательное движение с определенной величиной хода, вращатель­ ное движение в пределах некоторого угла поворота меньше 2я, наконец, непрерывное вращательное движение. В зависимости от этого применяется тот или иной тип гидравлического двигателя.

Г И Д Р А В Л И Ч Е С К И Е Ц И Л И Н Д Р Ы

Для сообщения исполнительному органу поступательного дви­ жения на практике нашли применение гидравлические механиз­ мы: а) с неподвижным цилиндром, в котором под действием давления жидкости перемещается плунжер или поршень со што­ ком (рис. 16, а), передающий движение связанному с ним ис­ полнительному органу, и б) с цилиндром, перемещающимся от­

активные площади поршня 7 неодинаковы, поэтому при питании цилиндра / через штуцеры 6 на передней крышке 2 (или 9 на задней крышке 10) от одного источника постоянного давления

ми. Поршень на штоке фиксирован шпильками 8. Механизм

усложнение конструкции машины. Такого типа обращенный гид­ равлический механизм, использованный в муфтоотрезном станке для подачи суппорта, показан на рис. 18. Цилиндр 2 смонтирован в суппорте /, а шток 3 поршня 4 закреплен неподвижно на ста­ нине при помощи поперечины. Подача жидкости в полости ци­ линдра производится через продольные отверстия в штоке, закан­ чивающиеся радиальными отверстиями по обе стороны поршня.

При больших давлениях рабочей жидкости с целью исключе­ ния ее утечек используются плунжерные поступательные меха­ низмы, имеющие в цилиндре только одну камеру. Жидкость здесь либо нагнетается в эту камеру под давлением при рабочем ходе,

30

либо вытесняется в сливную линию под действием усилия со сто­ роны плунжера, возвратного усилия пли веса груза.

На рис. 19 показан одни из цилиндров с плунжером устрой­ ства для уравновешивания верхнего валка клетей кварто, осу­ ществляемого гидроцилиндрами, вмонтированными в подушки 3 нижнего рабочего валка по два в каждой подушке. Плунжеры 2 гидроцилиндров упираются в нижнее основание подушек 1 верх­ него рабочего валка. Площадь плунжера принимают из расчета подъема валков и исключения зазора в системе валок — опорный валок.

Возможности использования гидравлических механизмов зна­ чительно расширяются при использовании «плавающих» цилинд­

О П Р Е Д Е Л Е Н И Е С К О Р О С Т И П О Р Ш Н Я П Р И П И Т А Н И И Ц И Л И Н Д Р А О Т Н А С О С А

Размеры цилиндров зависят от величины сопротивления, при­

При движении в противоположном направлении, когда жид­ кость подается в штоковую полость, перестановочная сила изме­ нится и будет

32

В случаях, когда необходимо, чтобы перестановочная сила при прямом и обратном ходах была одинаковой, применяют ци­ линдр с двусторонним штоком.

Противодавление р2 определяется суммой гидравлических сопротивлений на сливной линии, т. е. сопротивлениями на пря­ мых участках трубопроводов, местными сопротивлениями трубо­ проводов и сопротивлениями регулирующей и управляющей ап­ паратуры, зависящими от скорости течения жидкости и пр.

Давление в линии нагнетания, если цилиндр питается от ин­ дивидуального насоса, зависит от величины сопротивления Р, приложенного к исполнительному органу, и величины противо­ давления р2. Поэтому размеры цилиндра следует определять по максимальному значению Р, которое может быть в процессе ра­

где d — диаметр цилиндра в см.

Отсюда при постоянном расходе жидкости

м/с.

l,5nd2

Если жидкость подается в камеру со штоком, то ее расход связан со скоростью движения поршня соотношением

Q , = l,5n(d2 — d\)v,.

Отсюда при неизменном расходе жидкости

"1 . 5 n ( d 2 - d 2 )

При питании гидроцилиндра от одного насоса постоянной производительности Q = Qt — Q2 скорости V\ и Уг поршня при движении в противоположных направлениях различны. Отноше­ ние скоростей

где k — коэффициент увеличения скорости.

На практике камера без штока наполняется жидкостью для совершения рабочего хода, а камера со штоком — для соверше­ ния обратного хода с увеличенной в k раз скоростью в тех слу­

диаметром цилиндра d и коэффициентом к увеличения скорости обратного хода:

Если при постоянном расходе жидкости необходима одинако­ вая скорость движения поршня при совершении им рабочего и обратного ходов, применяют цилиндры с двусторонним штоком.

П О В О Р О Т Н Ы Е Г И Д Р А В Л И Ч Е С К И Е М Е Х А Н И З М Ы

Для воспроизведения вращательного движения могут быть использованы следующие гидравлические механизмы: 1) посту­ пательные, со штоком которых связана рейка, имеющая зацеп­ ление с зубчатым колесом на валу ведомого колеса, 2) поворот­ ные лопастные (моментные цилиндры), 3) кривошипно-ползун- ные и 4) с качающимися цилиндрами. В металлургической промышленности получили преимущественное распространение два последних вида поворотных гидравлических механизмов. Не исключена возможность использования гидравлических механиз­ мов с непрерывным вращением: шестеренных, лопастных, плун­ жерных и др. Принципиальное устройство их мало отличается от устройства аналогичных насосов.

На рис. 20 показан двухплунжерный поворотный механизм с реечным преобразователем, используемый в металлургических машинах. Недостатком этого механизма является наличие зазо­ ра в зацеплении, являющегося причиной появления ударов при

Рис. 20

перемене знака нагрузки. Для исключения раскрытия зазоров необходимо устанавливать разрезное зубчатое колесо или две рейки, позволяющие осуществлять натяг в зацеплении.

Лопастные механизмы

На рис. 21, а показана конструкция лопастного механизма, у которого рабочий цилиндр разделяется уплотняющей перего­ родкой / и лопастью 2 на две камеры. Уплотняющая перегород-

34

ка прижимается к валу пластинчатой пружиной 3. Подвод и от­ вод жидкости в плоскости цилиндра производится через кана­ лы а и с.

Лопастные поворотные механизмы применяют в металлурги­ ческих машинах только при низких давлениях рабочей жидко­ сти, потому что цилиндр такого исполнительного механизма под действием давления деформируется и поэтому может измениться боковой зазор при изменении положения лопастей, что оказывает

влияние на объемный к. п. д. Однако в судовых механизмах двух­ лопастные поворотные двигатели (рис. 21,6) используются и при больших давлениях [37]. Очевидно, и в металлургических маши­ нах они найдут себе применение как поворотные устройства.

Крутящий момент на валу лопасти механизма зависит от раз­ меров рабочей части лопасти и давления жидкости:

Pt и р2 — рабочее давление и противодавление.

При наличии двух лопастей момент удваивается. Момент на валу уменьшается за счет трения лопасти о стенки цилиндра и крышки, а также за счет трения в подшипниках. Последнее оп­ ределяется моментом трения уплотнения и усилием от давления жидкости на втулку и лопасть. На вал лопастного поворотного

механизма действует сила Рл, приложенная нормально к лопа­ сти, и сила Рс, приложенная непосредственно к ступице:

где ф — угол поворота лопасти от исходного положения. Результирующее давление на подшипники может быть опре­

направления потока жидкости.

Кривошипно-ползунные механизмы

валу 11 в любом положении. Жидкость подводится и отводится через штуцер 8 в крышке 9 цилиндра 6 и штуцер 2 в крышке 1 картера 3.

При проектировании поворотных кривошипно-ползунных гид­ равлических механизмов значения их параметров следует выби­ рать в зависимости от требований, предъявляемых к исполни­ тельному механизму. В одних исполнительных механизмах необ­ ходимо воспроизвести в пределах заданного угла отношение угловой скорости кривошипа к скорости поршня 7, мало отлича­ ющееся от постоянного, в других (например, сбрасывателях) необходимо получить переменное отношение скоростей с боль­ шими значениями их в конце хода. Широкие возможности вос­ произведения заданных соотношений скоростей позволяют иметь

36

гидравлические кривошипно-ползунные механизмы со смещенной осью цилиндра.

Определим отношение скоростей поршня и пальца А криво­ шипа. Построив повернутый план скоростей в масштабе криво­ шипа (рис. 23) и опустив из точки О перпендикуляр на направ-

Рис. 23

ление шатуна, из условия равенства проекций векторов ОВ и OA на этот перпендикуляр найдем

Проектируя г и / на направление оси цилиндра и на перпен­ дикуляр к ней, найдем

37

Возведя эти выражения в квадрат и сложив их, получим функцию утла ср, выраженную через переменную относительную координату а, определяющую положение поршня, п параметры % и х. После преобразований получаем

2A2xcoscp + 2aA,sin(p = А,2х2 + Х2— 1 + a2 = a + a2 . Отсюда

сительной координатой а центра пальца поршня, если значения cos ф и соз(ф + гр) подставить из уравнений (17) и (18) в урав­ нение (14).

При проектировании механизмов необходимо подобрать па­ раметры, наилучшим образом удовлетворяющие поставленным условиям. Поскольку количественный анализ полученных урав­

ма

мости от перемещения S B поршня, отсчитываемого от положения точки В (см. рис. 23), при котором кривошип перпендикулярен к оси цилиндра.

38

Все кривые, показывающие отношение —— (рис. 24) в функ

ответствующей X = 0 при любом значении у..

Если необходимо, чтобы скорость кривошипа при постоянной скорости поршня мало отличалась от постоянной, следует выб­ рать несимметричные крайние положения кри­ вошипа относительно пер­ пендикуляра. Задавшись

превышением скорости vA

вкрайних положениях

над минимальным ее зна­ x*0,6BSi чением vA = vB при ср =

= 0, проводим горизон­ таль, пересекающую кри­ вые, характеризующие от-

s'B . На этом же рисунке нанесены кривые изменения угла пово­

учитывать также силовые факторы и прежде всего — соотноше­ ние между силой Рв, приложенной к поршню, и моментом на кривошипе. Пренебрегая силами инерции подвижных звеньев механизма, находим искомое соотношение, используя уравнение мощностей,

М = —Pt •г.

При постоянном моменте М на кривошипе сила изменяется

. VA

по такому же закону, как и отношение скоростей - — .

39