1.3 Гидравлические приводы

Гидравлический привод - это самостоятельная установка, состоящая из электродви­гателя, рабочего гидроцилиндра, насоса для подачи масла в цилиндр, бака для масла, ап­паратуры для управления и регулирования и трубопроводов.

По принципу действия гидроцилиндры подразделяют на вращающиеся и невра­щающиеся.

Вращающиеся гидроцилиндры по своей конструкции бывают лопастные и порш­невые. Гидроприводы с вращающимися поршневыми гидроцилиндрами в сравнении с ло­пастными цилиндрами обеспечивают большую длину хода тяги и кулачков патрона, про­ще в изготовлении и стоят дешевле. Поэтому поршневые гидроцилиндры имеют большее применение в гидроприводах.

Основным недостатком конструкции вращающихся поршневых гидроцилиндров яв­ляется невозможность использовать их при большой частоте вращения шпинделя (n>1200 об/мин), так как вследствие трения в маслораспределительной муфте привода повышается износ трущихся поверхностей деталей, начинается утечка масла и гидропри­вод нагревается.

Невращающиеся гидроцилиндры. В стационарных приспособлениях технологиче­ского оборудования применяют нормализованные гидроцилиндры двух видов: встраивае­мые и агрегатированные. Гидроцилиндры бывают одностороннего действия с возвратной пружиной и двустороннего действия. Гидроцилиндры одностороннего действия в зависи­мости от направления перемещения поршня со штоком бывают толкающими и тянущими (рисунок 3, а, б).

Масло под давлением поступает через штуцер 1 в полость А цилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 4 вправо в толкающем и влево в тянущем гидроцилиндрах при зажиме детали в приспособлении. Во время разжима детали пружина 3 перемещает пор­шень 2 со штоком 4 влево в толкающем и вправо в тянущем цилиндрах,

В гидроцилиндрах двустороннего действия (рисунок 4) масло под давлением посту­пает в левую или правую полость гидроцилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 1 в обе стороны при зажиме и разжиме детали в приспособлении.

а) б)

Рисунок 3 Гидроцилиндры одностороннего действия: а - толкающий;

б - тянущий

Рисунок 4 Гидроцилиндр двустороннего действия

Гидроцилиндры в зависимости от вида обслуживаемого приспособления бывают не­подвижными и вращающимися.

Размеры всех деталей, входящих в гидроцилиндры одно- и двустороннего действия, нормализованы. Цилиндры одностороннего действия изготавливают из стали 40Х, а ци­линдры двустороннего действия - из холоднокатаных бесшовных труб. Поршень изготав­ливают заодно со штоком или отдельно из стали 40. Наружные поверхности, поршня и штока изготовляются по 2-му классу точности с ходовой посадкой.

Крышки и фланцы цилиндров изготовляют из стали 40Х.

В качестве уплотнений в соединениях поршней с цилиндрами и штоков с крышками применяют манжеты V-образного сечения и кольца круглого сечения из маслостойкой ре­зины.

Исходными данными для расчета гидроцилиндров являются требуемая сила Q (Н) на штоке гидроцилиндра, которая зависит от удельного давления масла и площади поршня гидроцилиндра, длина хода поршня L (м) и время рабочего хода поршня t (мин).

Сила на штоке для гидроцилиндров одностороннего действия (рисунок 3, а, б) при подаче масла в полость А:

- толкающих (23)

- тянущих (24)

Для гидроцилиндров двустороннего действия (рисунок 4) при подаче масла: в бесштоковую полость (25)

- в штоковую полость (26)

где D- диаметр поршня гидроцилиндра, см;

р - давление масла на поршень 2,0.. .7,5 МПа (20.. .75 кгс/см²);

η - КПД гидроцилиндра, η = 0,85. ..0,95;

Q₁ - сила сопротивления сжатой пружины при крайнем рабочем положении поршня, Н (кгс);

d - диаметр штока.

Задаваясь давлением p масла, определяем площадь поршня:

(27)

откуда диаметр поршня гидроцилиндра

(28)

Проверка гидроцилиндров на прочность выполняется по формуле

(29)

где R и г - наружный и внутренний радиусы гидроцилиндра см;

р -давление жидкости в гидроприводе, кгс/см²;

σ_р - напряжение растяжения на внутренней поверхности стенки цилиндра, кгс/мм²;

[σ]_p - допускаемое напряжение на растяжение:

- для углеродистой стали [σ]_р= 11.. 12 кгс/мм² ([σ]_p≈110..120 МПа);

- для легированной стали [σ]_р= 15..18 кгс/мм² ([σ]_р≈150..180 МПа).

Производительность (л/мин) насосов гидравлических приводных станочных приспо­соблений

(30)

где Q - требуемая сила на штоке гидроцилиндра, Н (кгс);

L - длина рабочего хода поршня гидроцилиндра, см;

t - время рабочего хода поршня гидроцилиндра, мин;

р - давление масла в гидроцилиндре, МПа (кгс/см²);

η₁- объемный КПД гидросистемы, учитывающий утечки масла в золотнике и гидро­цилиндре, η₁ =0,85.

Время (мин) срабатывания гидроцилиндра определяют по упрощенной формуле

(31)

Мощность, расходуемая на привод насосов (кВт), определяют по формуле

(32)

где η₂ - общий КПД насоса.

По сравнению с пневматическими гидравлические приводы имеют ряд преиму­ществ:

• высокое давление масла на поршень гидроцилиндра создает большую осевую силу на штоке поршня;

• вследствие высокого давления масла в полостях гидроцилиндра можно уменьшить размеры и вес гидроцилиндров;

• возможность бесступенчатого регулирования сил зажима и скоростей движения поршня со штоком;

- высокая равномерность перемещения поршня вследствие несжимаемости масла.

К недостаткам гидравлических приводов относятся: сложность гидроустановки; утечки масла, ухудшающие работу гидропривода.