Раздел 4 дисциплины "Гидравлические и пневматические системы"

РАЗДЕЛ 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОПРИВОДОВ

4.1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДА

При разработке технического задания устанавливают основ­ные требования и параметры технической характеристики станка. В технических требованиях к системам и устройствам устанавливают основные требования к гидро­приводу.

В техническое предложение на станок уже должна быть включена принципиальная гидравлическая схема и дано ее краткое описание.

На стадии эскизного или технического проекта производят необходимые расчеты, выбор комплектующих изделий и разра­батывают чертежи общих видов узлов гидрооборудования.

Рабочий проект является заключительным этапом проекти­рования. На нем уточняют принятые решения, расчеты, разрабатываются сборочные чертежи узлов гидрооборудования, рабочие чертежи деталей, спецификации, ведомости покупных изделий и др. Чертежи разводки трубопроводов по станку вы­полняют в виде отдельных сборочных чертежей или совмеща­ются со сборочными чертежами станка и его узлов.

Описание работы гидросистемы станка, а также указания по ее обслуживанию и ремонту включают в виде разделов в общее руководство по эксплуатации станка.

Исходными материалами для составления гидросхемы явля­ются общие технические характеристики станка, дополненные техническими характеристиками гидрофицированных узлов, ко­торые не вошли в состав паспортных данных, а также цикло­грамма работы узлов станка, требования к размещению эле­ментов гидрооборудования и органов управления на станке или эскизные проработки станка и его узлов в виде чертежей общих видов.

Разработчикам гидропривода на основании этих данных не­обходимо составить предварительную схему размещения гид­рооборудования и органов управления гидрофицированными узлами на станке. На этой схеме элементы могут быть изобра­жены в виде прямоугольников с соответствующими поясняю­щими надписями.

Принципиальную гидравлическую схему целесообразно со­ставлять по принципу «от двигателей»: выбрать тип гидродви­гателей; нанести эти двигатели на схему; на рабочих гидро­линиях изобразить регулирующие и распределительные аппа­раты в соответствии с циклограммой и требованиями к работе каждого двигателя; объединить линии нагнетания, слива и дре­нажа участков схемы; определить места установки редукцион­ных клапанов, клапанов последовательности и аппаратов, со­гласующих работу участков схемы между собой; разработать схему насосной установки, размещения фильтров, манометров и т. п.

Составленную гидросхему необходимо проанализировать на безаварийность работы, т. е. оценить поведение РО при воз­можных нарушениях в работе гидроаппаратов – обрывах гиб­ких шлангов, засорении клапанов, распределителей и пр. При необходимости в схему нужно ввести блокирующие устройства, гидрозамки, сигнальные и другие элементы, исключающие воз­можность возникновения аварийных ситуаций.

При выборе гидроаппаратов следует иметь в виду их осо­бенности.

1. Предпочтение следует отдавать гидроаппаратам, у кото­рых номинальные значения давления и расхода ближе к рас­четным значениям этих параметров для данного узла. Если аппарат имеет значительно большее номинальное давление и расход, чем принятое рабочее давление и расчетный расход, то это означает, что он имеет большую массу и размеры.

2. Гидроклапаны давления прямого действия менее чувстви­тельны к загрязнениям, поэтому они более надежны в эксплуа­тации, чем гидроклапаны непрямого действия.

3. Гидродроссели без компенсации расхода масла по дав­лению не обеспечивают постоянства расхода при изменении нагрузки на РО, поэтому их пелесообразно использовать в гид­роприводах с низким рабочим давлением и мало изменяющимися нагрузками. В остальных случаях лучше применять регу­ляторы потока (дроссели с регуляторами).

4. Гидрораспределители с прямым электрическим управле­нием имеют малое время срабатывания: около 0,01 с – с элек­тромагнитами переменного тока и 0,05÷0,1с – с электромаг­нитами постоянного тока. Однако если требуется регулировать плавность разгона и торможения, то предпочтительными ста­новятся, распределители с электрогидравлическим управлением, включающим устройства для регулирования времени переклю­чения.

При выборе схемы распределителя следует учитывать, что непредусмотренное циклом отключение электромагнитов явля­ется одной из наиболее часто встречающихся неисправностей.

4.2. РАСЧЕТ ГИДРОПРИВОДОВ

Технические расчеты сопровождают все этапы про­ектирования гидропривода. Теория расчета гидроприводов по­зволяет произвести расчеты гидропривода с требуемой точно­стью, включая моделирование динамических процессов с при­менением ЭВМ. Вместе с тем глубина проведения расчетов и их трудоемкость находятся между собой в прямой зависимости, поэтому при проведении расчетов на разных стадиях проекти­рования нужно четко представлять себе требуемую их точность. При этом следуем выбирать такую методику расчета, которая позволяет получить желаемые результаты с этой точностью при минимальных затратах рабочего времени и средств.

При определении размеров или выборе типоразмеров испол­нительных гидродвигателей можно пользоваться расчетными формулами, которые связывают конструктивные параметры гидродвигателя с его силовыми характеристиками и скоростью движения выходного звена. По заданным усилиям или крутящему моменту можно определить размеры гидроцилиндра или выбрать типоразмер гидромотора.

Оптимальное рабочее давление определить расчетным путем практически не удается. Применение гидроприводов в станках в течение длитель­ного времени позволяет проследить процесс изменения уровня давлений в гидроприводах.

При этом установившиеся уровни, рабочих давлений состав­ляют: в шлифовальных, заточных, алмазно-расточных и других станках для чистовой обработки 1÷3 МПа; в станках с про­граммируемыми электрогидравлическими приводами 6 ... 7 МПа; в протяжных станках до 8÷10 МПа; в накатных и других станках для обработки методами пластической деформации до 15÷20 МПа и в остальных группах станков 3÷5 МПа.

При проектировании гидроприводов новых станков в каче­стве расчетного давления можно принимать средние величины из приведенных рабочих давлений для соответствующих групп станков либо обосновывать использование более, высоких или низких давлений.

По результатам этого этапа расчета производят выбор ти­поразмера серийно изготавливаемого гидродвигателя по ката­логам-справочникам или номенклатуре заводов-изготовителей, либо разрабатывается конструкция требуемого двигателя. При разработке конструкции гидроцилиндров нужно учитывать дей­ствующие ГОСТы и ОСТы на их размеры и размеры уплотни­тельных устройств.

По принятым, размерам гидродвигателей и заданным скоро­стям движения РО определяют расходы масла в рабочих гид­ролиниях гидродвигателей и уточняют типоразмеры гидравли­ческой аппаратуры, использованной для управления этими гидродвигателями при составлении принципиальной гидросхе­мы (= уточняют эту схему). Пользуясь цикло­граммой работы станка, определяют расходы масла в общих линиях гидросистемы – напорной, сливной и дренажной (если она используется как сливная при работе некоторых гидродви­гателей) как сумму расходов, потребляемых одновременно ра­ботающими двигателями или вытесняемых из них.

Затем определяют размеры гидролиний: диаметров и длин трубопроводов, каналов в гидропанелях и гидроблоках.

При выборе размеров трубопровода нужно искать те размеры, при которых потери давления находятся в прием­лемых пределах. Если устанавливать эти пределы в виде доли от рабочего давления (относительные потери), то абсолютные потери давления будут зависеть от принятого уровня рабочего давления.

При рассмотрении общих характеристик гидроаппаратуры упоминалось понятие условного прохода. Для элементов трубопроводов условный проход примерно соответствует внутрен­нему диаметру труб, резиновых рукавов (гибких шлангов), а также диаметрам каналов в панелях и гидроблоках.

Далее рассчитывают насосный агрегат, т. е. выбирают на­сос и приводной электродвигатель. На основе циклограммы работы механизмов станка составляют циклограммы расходов и давлений, требуемых от насосной установки в зависимости от времени. Расходы для каждого перехода рабочего цикла определяют путем суммирования расходов на выполнение дви­жений РО, если эти движения выполняются одновременно. Эти расчеты проводят последовательно для всех без исключения переходов цикла, включая рабочие движения, вспомогательные движения механизмов и паузы.

Внутренние утечки в гидроцилиндрах, гидромоторах и аппа­ратуре целесообразно учитывать только при определении рас­хода на компенсацию этих утечек во время пауз в двигателях, если при этом требуется поддерживать в системе заданное давление. В других случаях утечки, как правило, незначительны и ими можно пренебрегать.

С достаточной для практики точностью потери давления на участках схемы (аппаратах, трубопроводах) можно приводить к напорной гидролинии из условия, что связанные с этим потери мощности должны быть компенсированы дополнительным по­вышением мощности потока в напорной гидролинии.

Затем рассчитывается гидравлическая мощность, эквивалентная мощность и после подбирается электродвигатель. Далее идет расчет количества теплоты, выделяемой в системе в единицу времени, полезной и потребляемой мощности. При необходимости вводятся устройства для охлаждения масла (теплообменные устройства, холодильные установки).

Дополнительные расчеты, возможные при проектировании гидроприводов:

1. жесткость гидроцилиндра можно подсчитать, используя формулу жесткости масляного столба.

2. Зная жесткость гидроцилиндра, можно определить прибли­женно частоту собственных колебаний подвижного узла (при изменяющейся внешней нагрузке или, например, для копировальных стан­ков).

3. расчет гидравличе­ских тормозных устройств, чтобы выполнить заданные требо­вания по плавности торможения.

5