Основы гидравлического привода. Понятие о гидравлическом приводе

1. Введение. Понятие о гидравлическом приводе

В современных металлообрабатывающих станках ряд функций, обеспечивающих эффективную работу оборудования, выполняет объемный гидропривод. При помощи гидравлических устройств успешно и сравнительно простыми средствами решаются задачи автоматического управления рабочим процессом, осуществляется бесступенчатое регулирование скоростей резания и подач, производится возвратно-поступательное и вращательное движение рабочих органов и т.д.

Объемный гидравлический привод обычно состоит из насоса, одного или нескольких гидродвигателей (гидроцилиндров, гидромоторов), гидроаппаратуры управления и вспомогательных гидроустройств. Скорости гидродвигателей станка изменяются посредством изменения количества рабочей жидкости, поступающей к ним от насосной установки. Реверсирование движения производится изменением направления потока рабочей жидкости. Совокупность всех гидроустройств и гидросети (т. е. труб, шлангов, каналов) называется гидросистемой.

В зубообрабатывающих станках гидравлические устройства нашли себе широкое применение в механизмах перемещения узлов, зажимных приспособлениях, механизмах переключения зубчатых колес и т. д.

Например, в зубозакругляющем станке 5Н580 гидропривод осуществляет зажим и разжим изделия, выпрессовку изделия из оправки, подвод и отвод фрезерной стойки в направлении изделия, зажим фрезерной стойки на направляющих станины, доворот и фиксацию кулачка профилирования, вертикальную подачу суппорта. Все эти работы производятся в автоматическом цикле с участием различной электрической аппаратуры управления и аппаратуры конечных положений узлов. В некоторых зубообрабатывающих станках гидропривод выполняет меньше функций. Например, в зубодолбежном станке 5В12 при помощи гидросистемы производят только зажим и разжим заготовки на оправке и осуществляют смазку подвижных узлов станка.

В качестве рабочей жидкости в гидросистемах станков применяются чистые минеральные масла Турбинное-22, Турбинное-22П (ГОСТ 32—74), ВНИИ НП-403 (ГОСТ 16728—71) и др. Основными характеристиками масел являются их вязкость, сжимаемость, совместимость с материалами системы, склонность к ценообразованию и стойкость к эмульгированию.

Вязкость масел зависит от температуры. Нормально масла работают при температуре от +10°С до +55°С. Сжимаемость масел очень незначительна, но она может резко увеличиваться при попадании воздуха в гидросистему. О наличии воздуха в масле свидетельствует пена на поверхности масла в гидробаке, а также изменение цвета масла. Чтобы исключить возможность попадания воздуха в гидросистему, необходимо тщательно уплотнять все соединения в магистралях, а также поддерживать уровень масла в резервуаре выше концов всасывающей и сливной труб.

Наибольшее внимание при эксплуатации гидросистемы должно уделяться защите от попадания в масло загрязнений извне, так как загрязненное масло часто является причиной отказа в работе гидроаппаратуры. Для очистки масел применяются фильтры, которые по тонкости фильтрации условно можно разделить на фильтры грубой, нормальной и тонкой очистки. Фильтры тонкой очистки задерживают частицы размером 10 мкм и менее.

2. Элементы объемного гидропривода

Входным элементом в гидроприводе является насос. По конструкции насосы бывают шестеренные, поршневые, пластинчатые и др.

Шестеренный насос

Шестеренный насос. Смотреть в увеличенном масштабе

Все эти насосы работают по принципу вытеснения рабочей жидкости. Во всасывающей полости насоса в результате движения рабочих его частей образуется рабочая камера, которая в определенный момент изолируется от входной и выходной камер. Затем объем рабочей жидкости, находящейся в этой изолированной камере, переносится в напорную полость, откуда она поступает, например, в гидроцилиндр станка, а частично, через систему клапанов, возвращается в гидробак.

Подача насоса зависит от частоты вращения ротора и от объема его рабочих камер. Иногда в гидроприводах совместно работают два насоса, включенных последовательно или параллельно. Последовательная работа двух насосов требуется для увеличения давления в гидроцилиндре станка во время рабочих перемещений. Параллельная работа двух насосов бывает необходима для обеспечения быстрых ходов гидроцилиндра. При этом суммарная подача получается в результате сложения отдельных подач при одном и том же давлении. Устройство шестеренного насоса показано на рис. 104. В расточках корпуса 1 размещены два зубчатых колеса 2 и 3, находящихся в зацеплении. При вращении зубья, уходя из всасывающей полости (Вх), переносят в своих впадинах масло в полость нагнетания (Вых).

Регулируемый аксиально-поршневой насос (рис. 105) работает следующим образом.

Аксиально-поршневой насос

Аксиально-поршневой насос. Смотреть в увеличенном масштабе

От вала 1 вращается блок цилиндров 3, в котором параллельно его оси расположены поршни 5, связанные шарнирно с наклонным диском 2. Этот диск заставляет поршни совершать возвратно-поступательное движение, всасывая и нагнетая рабочую жидкость через отверстия распределителя 4. Подача насоса регулируется поворотом диска 2 на определенный угол.

Аналогично устроен аксиально-поршневой гидромотор (рис. 106), служащий для создания крутящего момента под действием потока рабочей жидкости. При поступлении жидкости в рабочие камеры блока цилиндров 3 поршни 4 поджимаются к наклонному диску 2. Возникающие на поршнях тангенциальные силы вращают вал 1. Одновременно часть поршней вытесняет отработавшую жидкость в гидробак. Частота вращения гидромотора определяется расходом поступающей в него рабочей жидкости.

Пластинчатый насос

Пластинчатый насос. Смотреть в увеличенном масштабе

В пластинчатых насосах двойного действия (рис. 107) в корпусе 1 укреплено статорное кольцо 5, имеющее внутреннюю эллиптическую направляющую. В пазы ротора 6 вставлены пластины, перемещаемые вдоль пазов. Сбоку статора расположен распределительный диск со всасывающими 3 и нагнетающими 7 отверстиями. При вращении ротора пара смежных пластин (например, 2 и 4) образует замкнутую камеру, которая переносит масло от всасывающего отверстия к нагнетающему. За один оборот ротора всасывание и нагнетание происходит одновременно в противоположных зонах, что значительно разгружает насос от радиальных нагрузок.

Из выходных звеньев гидропривода рассмотрим конструкцию гидроцилиндра зажима изделия (рис. 108). Этот цилиндр применен на зубозакругляющем станке 5Н580; он устанавливается на нижнем конце шпинделя изделия.

Корпус 2 гидроцилиндра вращается вместе со шпинделем, а масло в рабочие полости подается через неподвижный коммутатор 1. Шток 3 соединяется тягой с зажимным устройством, установленным на столе станка. Ход поршня в зажимных цилиндрах обычно небольшой. Усилие зажима определяется площадью поршня 4 и штока 3. В штоке 3 можно расположить и второй поршень 5. В зубозакругляющем станке этот поршень служит для выпрессовки изделия из оправки после окончания обработки.

3. Гидравлическая аппаратура управления и регулирования

Регулирование давления и количества протекающей в гидросистеме рабочей жидкости, а также разобщение одних участков гидропривода от других осуществляется гидравлической аппаратурой разнообразных типов и конструкций, которая делится на регулирующую и направляющую (главным образом распределительная). Сюда относятся различные гидроклапаны, золотниковые гидроаппараты, гидродроссели и др. Каждый из таких аппаратов имеет запорно-регулирующий элемент, привод которого может быть ручным, механическим, электрическим, гидравлическим, пневматическим, а также самодействующим, т.е. действующим от своего потока рабочей жидкости.

Рассмотрим устройство основной гидроаппаратуры, используемой в гидросистемах зубообрабатывающих станков.

Обратные клапаны предназначены для свободного пропуска масла в одном направлении и запирания его прохода в обратном направлении при падении давления на входе. Клапаны выпускаются с резьбовым (рис. 109), фланцевым или стыковым присоединением. В обратном клапане затвор выполнен в виде стакана 3 с конусным запорным торцом, который точно подогнан к седлу 2. Отверстие / корпуса — входное, отверстие 5 — выходное.

Обратный клапан

Обратный клапан. Смотреть в увеличенном масштабе

Герметичность посадки затвора на седло обеспечивается пружиной 4 и давлением масла, поступающего в надклапанную полость через радиальные отверстия в затворе.

Напорные клапаны, или предохранительные клапаны с переливным золотником (рис. 110), предназначены для предохранения гидросистемы от давления, превышающего установленное, особенно при дроссельном регулировании. Если давление в гидросистеме не превышает давления настройки, то шариковый клапан 3 закрыт. Давление в торцовых полостях переливного золотника 7 одинаково, и золотник прижат пружиной 5 к конусному седлу 8. Как только давление жидкости на гидроклапане преодолеет усилие пружины 2, шарик 4 отходит от седла, и жидкость в небольшом количестве по каналам поступает на слив в отверстие 9. Уменьшение давления в полости 6 заставляет подниматься золотник 7, что открывает путь маслу на слив. При снижении давления в полости 6 клапан закрывается, и клапан работает на давлении, которое настраивается винтом 1.

Предохранительный клапан

Предохранительный клапан. Смотреть в увеличенном масштабе

Распределители предназначены для изменения направления движения и остановки потока рабочей среды в гидролиниях станка. В зубообрабатывающих станках широкое применение находят золотниковые гидрораспределители с электрическим управлением (рис. 111). В корпусе 5 помещен золотник 6, подпружиненный с обеих сторон пружинами 3 и 7. Толкатели 2 и 8 входят в соленоиды электромагнитов 1 и 9. Подвод питания к магнитам производится через штепсельный разъем 4. При включении любого из электромагнитов золотник 6 перемещается в крайнее положение и открывает путь маслу в соответствующую полость исполнительного органа. Распределители могут иметь один или два электромагнита, управляемых по циклу работы станка.

Гидрораспределитель

Гидрораспределитель. Смотреть в увеличенном масштабе

На принципиальной гидросхеме показывают все гидроустройства и все линии связи (гидролинии), образующие гидросистему станка. Например, на рис. 112 насос 2 нагнетает рабочую жидкость из гидробака 1 через обратный клапан 4, фильтр 7 и распределитель 9 в одну из рабочих полостей гидроцилиндра 10, который создает поступательное движение узла станка. Давление рабочей жидкости в гидросистеме регулируется напорным клапаном 3 и контролируется манометром 6, включаемым с помощью распределителя 5 только во время наблюдения. К гидролинии, находящейся за фильтром 7, присоединяют реле давления 8, отключающее гидропривод при падении давления ниже допустимого уровня.

Гидросистема станка

Гидросистема станка. Смотреть в увеличенном масштабе

4. Эксплуатация гидроаппаратуры и типовые неисправности

Надлежащий уход за гидроаппаратурой способствует увеличению долговечности и безотказности работы гидросистемы. Некоторые работы по уходу необходимо делать ежедневно, а другие раз в неделю. Ежедневно следует проверять уровень масла в гидробаке, показания манометров, проверять отсутствие утечек, пены и т. д. Еженедельно необходимо проверять затяжку крепежных винтов агрегата электродвигатель — насос, затяжку и герметичность труб, производить очистку гидрофильтров.

Рассмотрим типовые неисправности, наблюдаемые в гидросистемах станков.

1. В системе отсутствует давление масла

Это может быть по следующим причинам: низкий уровень масла в резервуаре, неправильное направление вращения насоса, неисправность насоса, открытие напорного клапана, прохождение всего расхода масла на слив через какой-либо распределитель.

Следует помнить, что если насос подает масло в гидросистему, то для создания давления в ней должно быть сопротивление потоку. Для обнаружения неисправности необходимо проследить поток жидкости, даже если для этого приходится разъединять трубопроводы или заглушать отдельные участки.

2. Недостаточное давление масла

Возможные причины: неправильная настройка напорного клапана, загрязнение жидкости, не дающее возможности плотно закрываться основному предохранительному клапану, неисправность самого клапана и засорение фильтра.

Для устранения этих неисправностей нужно проверить предохранительный клапан, профильтровать масло и прочистить фильтр.

3. Не работает исполнительный орган гидросистемы станка

Возможные причины: неисправность насоса, непереключение гидрораспределителя, недостаточное рабочее давление, срабатывание блокировки, засорение дросселя, повышение трения в направляющих исполнительного органа.

Для выявления причин неисправности следует переместить исполнительный орган станка вручную, проверить блокировки, а также вручную переключить распределитель.

Исполнительный орган станка двигается рывками или медленно

Возможные причины: присутствие воздуха в масле, низкий уровень масла в гидробаке, повышенная вязкость рабочей жидкости, большие утечки масла в аппаратах и панелях, износ насоса, колебание давления в системе, закупорка трубопровода.

Чрезмерный нагрев масла

Возможные причины: неисправность аппаратов разгрузки гидросистемы, большой уровень внутренних утечек в узлах, слишком низкая вязкость жидкости, засорение фильтра.

Повышенный шум насоса

Возможные причины: попадание воздуха в гидросистему в связи с низким уровнем масла или плохим уплотнением на валу насоса, износ статора насоса, несоосность валов насоса и электродвигателя, износ или повреждение подшипников насоса.

Утечки по притычным плоскостям гидроаппаратуры

Возможные причины: отсутствие уплотнительных колец в отверстиях гидроаппаратов, наличие заусенцев по краям отверстий, препятствующих плотному прилеганию плиты, недостаточная плоскостность плиты и привалочной поверхности гидроаппарата.

Читайте также: Обозначения гидравлических схем металлорежущих станков

Читайте также: Ремонт шестеренных гидравлических насосов

Принцип работы гидравлического распределителя. Видеоролик.

Полезные ссылки по теме - Дополнительная информация