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

ния поршня колебаниями нагрузки, исключив этим необходи­ мость установки специальных регуляторов скорости.

С целью определения величины колебаний скорости рассмот­ рим прежде всего общий случай, когда дросселирование произ­ водится на напорной и сливной линиях, а затем различные част­ ные случаи. Полученные данные позволят установить, когда необходимо вводить специальные регуляторы скорости и когда можно пренебречь получающейся неравномерностью.

Давление в полости цилиндра, в которую нагнетается жид­ кость, можно определить по уравнению

меры противодавления, создается в результате появления сопро­ тивлений движению жидкости, аналогичных сопротивлениям напорной линии:

Рп.с = Ар3 +Ар4 +Арт.с,

где Арз — падение давления в дросселе (F3 — площадь проход­ ного сечения дросселя);

Дрз =

2ga2 3 F|

Api — падение давления в постоянных квадратичных сопро­ тивлениях;

Q2cv

А Р < = - 0 — ;

70

При коротких трубопроводах трением жидкости в них можно пренебречь, тогда

и

Из этого уравнения видно что, при одном и том же давлении Ро жидкости, нагнетаемой в рабочее пространство цилиндра, скорость v поршня зависит от ряда параметров.

Висполнительных гидравлических механизмах, применяемых

вметаллургической промышленности, обычно устанавливается один дроссель на сливной или напорной линии. Поэтому целесо­ образно решить вопрос о влиянии места установки дросселя на закон движения поршня, тем более, что этот закон при движе­ нии поршня вперед и назад может быть различным.

Пренебрегая всеми сопротивлениями, кроме сопротивления дросселя, в уравнении (34) оставляем только член, который ха­ рактеризует сопротивление установленного дросселя. При коэф­ фициенте ф мультиплицирования давления, равном единице,

71

т. е. коэффициент увеличения скорости холостого хода всегда больше единицы. На практике имеют место случаи, когда ср Ф 0; при этом дроссель может быть установлен на напорной или слив­ ной линии. В первом случае из уравнения (34) получаем

настройке дросселя скорость поршня при установке дросселя на сливной линии можно снизить больше, чем при установке его на напорной линии.

Практика проектирования и эксплуатации гидросистем ме­ таллорежущих станков показала, что применение рассмотренных систем регулирования при больших рабочих давлениях жидко­ сти нерационально и что они могут быть успешно использованы лишь в станках с малым сопротивлением перемещению поршня, при котором рабочее давление не превышает 10—20 кгс/см2 . Такое же заключение можно сделать для гидравлических систем

72

с дроссельным регулированием, используемых при автоматичес­ ком регулировании давления в рабочем пространстве мартенов­ ской печи, в регуляторах количества газа, регуляторах соотно­ шения газов и других устройствах, используемых на газосмеси­ тельных станциях и при сжигании топлива в мартеновских и на­ гревательных печах металлургических заводов.

С Т А Б И Л И З А Ц И Я С К О Р О С Т И П О Р Ш Н Я

В гидроавтоматике приходится часто регулировать скорость, движения ведомого звена, на которое может действовать меня­ ющаяся нагрузка (периодически или эпизодически). Например,, в механизмах летучих ножниц, прокатных станов и других не­ обходимо скорость движения исполнительного механизма сохра­ нить постоянной независимо от действующей нагрузки. Выше было показано, что при помощи одного дросселя поставленной задачи решить нельзя.

Если требуется сохранить скорость поршня постоянной, то перепад давления в одном из сопротивлений, через которое про­ текает все количество жидкости Q, нагнетаемой в цилиндр или вытекающей из него, должен оставаться неизменным независима от величины нагрузки, действующей на поршень исполнительно­ го механизма.

Допустим, что на поршень со стороны напорной линии дей­ ствует постоянное давление ро. Реализовать постоянство расхо­ да на сливной линии можно при помощи двух последовательна включенных дросселей: первого с постоянной настройкой на дан­ ную скорость исполнительного механизма и второго — с автома­ тически изменяющимся сопротивлением при изменении внешней нагрузки на поршень.

Количество жидкости Q, проходящей через первый и второй дроссели, из условия неразрывности потока жидкости одно и то

При установке регулирующего устройства на сливной линии количество проходящей по магистрали жидкости будет оста-

73

Г л а в а V

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТРУБОПРОВОДЫ

А К К У М У Л Я Т О Р Ы И Н А С О С Н О - А К К У М У Л Я Т О Р Н Ы Е С Т А Н Ц И И

Для сокращения времени холостых ходов гидравлических ме­ ханизмов необходимо обеспечить соответствующий расход жид­ кости, поступающей в полость рабочего цилиндра. Если испол­ нительный механизм работает эпизодически, то насос высокой производительности значительную часть времени будет работать с малой нагрузкой или на холостом ходу, сбрасывая жидкость обратно в резервуар. Кроме того, в ряде механизмов значитель­ ная нагрузка имеет место только на некоторой части хода, вследствие чего использование насоса высокого давления в те­ чение всего цикла работы механизма оказывается неполным и неэкономичным (например, при работе прессов, в которых под­ вод инструмента в исходную рабочую позицию и обратный ход происходят без рабочей нагрузки, при работе гидравлических манипуляторов и кантователей и в других случаях). В зажимных механизмах давление в цилиндре необходимо поддерживать на уровне, определяемом усилием зажима. Поэтому насос, непо­ средственно питающий цилиндр механизма зажима, должен ра­ ботать все время, сбрасывая жидкость через предохранительный клапан в резервуар.

Назначение аккумулятора — накопление потенциальной энер­ гии за счет работы насосов в промежутки времени, когда в ис­ полнительный механизм жидкость не посылается, а также когда расходование ее во время работы механизма ограничено. В ка­ честве носителей потенциальной энергии в аккумуляторах ис­ пользуются груз, пружины и газ, в связи с чем гидравлические аккумуляторы бывают грузовые, пружинные и пневматические. Для большого расхода жидкости используются беспоршневые аккумуляторы в виде батареи баллонов, из которых часть запол­ няется жидкостью, а остальные •— газом. Газовые и жидкостные резервуары соединяются между собой параллельно (см. рис. 57).

Работа пневматического аккумулятора связана со значитель­ ными потерями энергии вследствие того, что в начале работы гидравлического механизма, когда совершается холостой ход, имеется избыток давления, теряющийся в гидравлических сопро­ тивлениях и дросселях в процессе расходования жидкости.

Примерная характеристика пневмогидравлического аккуму­ лятора показана на рис. 55. Здесь кривая ) характеризует закон изменения давления воздуха (политропа) в процессе вытеснения жидкости, 2-—кривая сил технологического сопротивления. Площади, ограниченные соответствующими кривыми и ордина­ тами начала и конца действия механизма, пропорциональны ра-

75

боте. Таким образом, заштрихованная площадь пропорциональ­ на потерянной работе.

Потери энергии в пневмогндравлическом аккумуляторе боль­ ше, чем в грузовом, однако они снижаются при увеличении отно­ шения объемов воздушной и гидравлической камер. Если Уо — объем жидкости в заряженном аккумуляторе, который подле­ жит расходованию, р •— давление в заряженном аккумуляторе и kVa — объем воздуха в разряженном аккумуляторе, то, считая

для простоты процесс расширения воздуха изотермическим, из­ менение состояния воздуха при расходовании жидкости аккуму­ лятором можно описать уравнением

кости в аккумуляторе определяется наибольшим давлением при

держивать уровень жидкости в заданных пределах. Если сжатый газ из аккумулятора попадает в рабочий цилиндр, то это может

гидравлическим механизмом блокировочные устройства, отклю­ чающие аккумулятор при достижении минимально допустимого уровня жидкости. Кроме этого, возникает необходимость также предусматривать аппаратуру, отключающую газовые баллоны при аварийном состоянии системы, например при разрушении трубопроводов. Эта задача, в частности, решается включением

76

в систему управления гидравлическим механизмом регулятора уровня, действие которого основано на принципе сообщающихся сосудов, заполненных жидкостями различной плотности.

На рис. 56 представлена коммуникационная схема системы управления работой аккумулятора с ртутным регулятором уров­ ня. В воздушной камере b установлены контакты с платиновыми наконечниками, управляющие работой распределительных уст­ ройств. Камера а соединяется с гидравлической емкостью. Подъ­ ем уровня ртути в воздушной камере в 26,2 раза меньше разности И максимального и минимального уровней в сосуде, заполнен­ ном водой. Жидкость от насоса через распределительное устрой­ ство 2 может подаваться к тройнику 3 или на слив, в зависимости от того, закрыт или открыт циркуляционный клапан / при помо­ щи распределительного устройства 5. При закрытом клапане / жидкость от насоса подводится к тройнику 3 и далее либо в ци­ линдр исполнительного механизма, если он работает, либо в ак­ кумулятор.

Если аккумулятор заряжен, т. е. жидкость достигает выс­ шего уровня, то клапан 1 открывается и насос работает на слив, т. е. вхолостую. Когда уровень жидкости в аккумуляторе ниже установленного, командное давление в отсечном клапане 4 сни­ мается и аккумулятор отключается от сети. Рабочий цилиндр может питаться в этом случае только от насоса. Если расхода жидкости нет, то она может через клапан 4 поступать в аккуму­ лятор, пока не будет восстановлен минимальный уровень.

На рис. 57 представлена схема гидропневматической аккуму­ ляторной станции, включающей пять баллонов для воздуха и два для жидкости. Автоматическое управление аккумулятором осу­ ществляется с помощью командоаппарата, который приводится в действие пневматическим устройством с сильфонами. Внутрен­ няя полость сильфонов 16 (рис. 58) находится под давлением воздуха, соответствующим наиболее низкому уровню жидкости в баллонах. Давление воздуха доводится до требуемой величи­ ны в процессе подготовки аккумулятора к работе. Производится это следующим образом.

При закрытом циркуляционном клапане 13 (рис. 57), откры­

компрессором нагнетается воздух до давления 46,5 кгс/см2 . За­ тем компрессор отключается от аккумулятора, контакты мано­ метра устанавливаются на это давление (разомкнуты) и настраи­ вается электропневматическое управляющее устройство. Враще­ нием маховика клапан 15 (рис. 58) поднимается, сообщая внутренние полости сильфонов с полостью цилиндра, и откры­ вается кран 2, при помощи которого баллоны для воздуха сооб-

77

Рис. 57

щаются с внешним объемом сильфонов, т. е. с полостью ци­ линдра.

Наполнение цилиндра воздухом вследствие его дросселиро­ вания при проходе через отверстие а малого диаметра происхо­ дит постепенно. После заполнения воздушных баллонов откры-

Рис. 58

вается кран 3, включающий трубу большого проходного сечения,, а кран 2 перекрывается. Наконец, клапан 15 прижимается к верх­ ней крышке сильфонной коробки, упирающейся в бортик цилинд­ ра, и разобщает внешнюю и внутреннюю полости сильфона. Таким образом, во внутренней полости сильфона начальное дав­ ление равно 46,5 кгс/см2 . После этого жвдкость нагнетается

79'