Построение робототехнических и автоматизированных линий и комплексов на мебельном предприятии

Техническая характеристика линии ДВ507

Размеры окрашиваемых деталей, мм: (брусков) :

длина 670--2100

ширина 74 и 94

толщина 47

наличников:

длина 750--2100

ширина 54

толщина 13

раскладок:

длина 700--2200

ширина 21

толщина 13

Годовая производительность (при среднем блоке размером

1,67 м² и двухсменной работе), м² 500000

Ритм работы линии (проектный), с 3,6

Установленная мощность, кВт:

на участке окраски35,4

» участке шпатлевания 6,4

ТЭНов315

Широкое распространение нашли линии окраски изделий в электрическом поле . Они по конструкции и принципу работы мало отличаются друг от друга. Изготавливаются предприятиями применительно к их специфике и объемам производства и различаются компоновкой, обусловливаемой планировкой окрасочных цехов, методом нанесения токопроводящих грунтовок, а также выполнением операции шпатлевания (в линии или вне ее)..

Схема поточно-механизированной линии приведена на рис. 14. Принцип ее работы заключается в следующем. Предварительно зашпатлеванные оконные блоки в разобранном виде подвешивают на специальные подвески, закрепленные в катках монорельса конвейера, связанных бесконечной цепью транспортера 1. Последний доставляет блоки в камеру 2 грунтования их поверхности токоп-роводящим составом, представляющим собой раствор алкомона (5 мае. ч.) в уайт-спирите. Грунтовка наносится путем облива (разбрызгивания) поверхности блоков из форсунок коллекторов, установленных вдоль продольных стенок камеры. Избыток грунтовки собирается в отстойниках, откуда вновь насосом подается в коллекторы камеры грунтования. Сушка блоков после грунтования токоп-роводящим составом осуществляется в естественных условиях -- при перемещении изделий на позицию 3, где вручную зачищают поверхность (снимают ворс и т. д.) и дополнительно шпатлюют отдельные участки. После зачистки блоки транспортером доставляют в камеру 4 электростатической окраски, где с помощью шести чашечных электромеханических распылителей ЭРД-1М (по три с каждой стороны) наносят лакокрасочный материал на поверхность оконных блоков. Каждый из трех распылителей, окрашивающих одну из сторон блока, установлен да различной высоте от уровня пола, чем достигается равномерная окраска всей поверхности изделия. Электростатическое поле создается за счет подвода к распылителям высокого напряжения (до 120000 В) от высоко-вольтновыпрямительной установки В-140-5-2.



Рис. 14. Схема поточно-механизированной линии окраски оконных блоков в электростатическом поле высокого напряжения:

/--транспортер; 2 -- камера грунтования токопроводящим составом; 3 -- контрольный стол; 4 -- камера окраски; 5--сушильная камера; 6 -- участок загрузки-выгрузки

После нанесения первого покрытия (грунтовочного) оконные блоки поступают в многоканальную конвекционную сушильную камеру 5, обогреваемую циркулирующим воздухом, имеющим температуру 55--60° С. В камере происходит сушка окрашенных поверхностей за 30 мин. После сушки первого слоя покрытия блоки поступают во вторую камеру 4 электростатической окраски, где аналогичным образом наносится второе покрытие отделочного материала. Затем окончательно окрашенные изделия перемещаются во вторую многоканальную конвекционную камеру, где воздух 'нагрет до 60--65° С, и сушатся 40 мин. После сушки оконные блоки поступают на позицию 6. Их снимают с конвейера и навешивают новые блоки, подлежащие окраске.

На схеме 1 показана схема линейной компоновки однопоточной роботизированной технологической линии с непосредственной связью между составляющими линию ячейками. В этом случае отсутствует межоперационная транспортная система, а передача предметов производства от одной ячейки к другой осуществляется непосредственно входящими в них промышленными роботами. Подобные комплексы могут иметь как централизованное управление, так и систему децентрализованного управления, состоящую из связанных друг с другом устройств управления отдельных промышленных роботов. Бее ячейки комплекса работают синхронно в едином ритме, обеспечивая заданную программой последовательность рабочих операций и холостых ходов. Такие линии с прямой жесткой связью между ячейками наиболее просты и имеют наименьшую стоимость. Однако они требуют строго определенного взаимного расположения основного технологического оборудования.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема 1. Компоновка РТК для нанесения лакокрасочных материалов.

3. Исследование строения привода окрасочного робота

В настоящее время гидравлический привод (гидропривод) находит все более широкое применение в лакопокрасочных комплексах благодаря ряду преимуществ, к которым относятся: безопасная работа в пожаро- и взрывоопасных средах; возможность реверсирования и частых переключений скорости движения; возможность дистанционного управления работой машины, регулирование и автоматизация рабочего процесса с помощью относительно простых средств; малый момент инерции элементов механизма, которые вращаются с большими ускорениями; устойчивая работа при любых скоростных режимах; высокая износоустойчивость элементов привода.

3.1 Общие сведения

Гидропривод - это совокупность устройств, предназначенных для передачи движения и энергии от приводного двигателя к выходному звену исполнительного механизма машины с помощью рабочей жидкости. Часть гидропривода, заключенную между приводным двигателем и исполнительным механизмом, называют гидравлической передачей.

Гидропривод включает в себя:

- источник жидкости необходимого давления;

- рабочую жидкость;

- аппаратуру управления потоками жидкости;

- соединительные гидролинии;

- исполнительный механизм.

По характеру движения выходного звена исполнительного механизма различаются гидроприводы поступательного и вращательного движения. В первом случае исполнительный механизм - гидродвигатель поступательного движения (гидроцилиндр), во втором -гидродвигатель вращательного движения (гидромотор). Иногда в особую группу выделяют гидроприводы поворотного движения, в которых выходное звено совершает возвратно-вращательное движение с углом поворота меньше 360°.

Гидропривод широко используется в современных машинах, благодаря следующим достоинствам:

1) возможность обеспечения весьма больших усилий на выходном звене исполнительного механизма;

2) компактность и небольшая масса по сравнению с механическими приводами;

3) возможность передачи движения и энергии при значительном расстоянии между входным (насос) и выходным (исполнительный механизм) элементами привода с высоким коэффициентом полезного действия

4) возможность бесступенчатого или дискретного регулирования скорости движения выходного звена в широких пределах;

5) простота контроля нагрузки и надежная защищенность от перегрузок;

6) простота автоматического управления в функции давления жидкости или пути выходного звена;

7) малая инерционность привода, благодаря чему разгон и торможение выходного звена происходят за короткое время.

3.2 Требования к рабочей жидкосткости гидроприводов

Рабочая жидкость должна удовлетворять следующим требованиям:

1) безопасность (нетоксичность, пожарная безопасность);

2) совместимость с материалами, из которых изготовлены детали, контактирующие с жидкостью;

3) смазывающая способность - жидкость должна образовывать устойчивые пленки на поверхностях пар трения;

4) вязкость жидкости не должна сильно уменьшаться при повышении температуры;

5) жидкость должна обладать антипенными свойствами, то есть не образовывать пены при перемешивании, которое всегда происходит во время движения жидкости в баке при работе насоса;

6) стабильность свойств -- способность сохранять свойства на уровне, близком к исходному, в течение длительного срока эксплуатации;

7) невысокая стоимость.

3.3 Насосы

Гидравлический насос - это устройство для преобразования механической энергии, поступающей от двигателя в потенциальную и кинетическую энергию жидкости. Количество жидкости, перекачиваемое в единицу времени, называется подачей насоса. По принципу действия различают две основные разновидности насосов: 1) объемные; 2) центробежные и вихревые. Объемные насосы характеризуются постоянством теоретической подачи Q_T (м³/с). Объем жидкости, подаваемый таким насосом за один цикл, определяется (если не учитывать ее сжимаемость и утечки) только геометрическими параметрами насоса, например, площадью поршня и его ходом, и не зависит от давления жидкости в линии нагнетания. Поэтому теоретическую подачу называют также геометрической. Действительная подача Q объемного насоса несколько ниже теоретической, однако в большинстве случаев не более чем на 10 ... 15 %, т.е. объемный насос обладает жесткой характеристикой.

В центробежном насосе жидкость перемещается под действием центробежных сил, действующих на частицы жидкости при их движении по криволинейной траектории. Движению жидкости через межлопаточные каналы центробежного насоса препятствуют силы сопротивления, наибольшая из которых - сила давления жидкости на выходе насоса. Поэтому скорость течения жидкости, а, следовательно, и подача центробежного насоса (как теоретическая, так и действительная) при постоянной скорости вращения рабочего колеса насоса существенно снижается с ростом давления жидкости вплоть до полного прекращения подачи. Это относится и к вихревым насосам.

Из-за очень мягкой характеристики центробежные насосы целесообразно использовать в гидросистемах, где давление жидкости изменяется в узких пределах, например, в системах перекачки жидкости из бака, расположенного на уровне пола, в бак, установленный в верхней части пресса, а также в установках для приготовления во-домасляных эмульсий.

Классификация объемных насосов

ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ

- ПОРШНЕВЫЕ

-- КРИВОШИПНЫЕ ПЛУНЖЕРНЫЕ

-- ЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ

-- АКСИАЛЬНЫЕ

-РОТОРНЫЕ

--РОТОРНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ

---РАДИАЛЬНЫЕ

---АКСИАЛЬНЫЕ

--РОТОРНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ

---ШИБЕРНЫЕ

---ШЕСТЕРЁННЫЕ

---ВИНТОВЫЕ

В поршневых насосах рабочая камера-полость цилиндра неподвижна, а поршень (плунжер) совершает возвратно-поступательное движение.

Роторные насосы делятся на роторно-поступательные и ротор-но-вращательные. В цилиндрической рабочей камере роторно-поступательного насоса расположен поршень, совершающий при вращении вала насоса два движения - переносное (вращение вместе с камерой) и относительное (возвратно-поступательное движение внутри камеры). В роторно-вращательных насосах рабочая камера ограничена поверхностями статора и ротора. Периодическое изменение объема камеры при вращении вала насоса обусловлено геометрией поверхностей статора и ротора.

По способу распределения жидкости, или, что то же, по способу соединения рабочей камеры с линиями всасывания и нагнетания, различают клапанные и бесклапанные насосы. В последних распределение жидкости реализуется благодаря тому, что при вращении ротора рабочая камера перемещается из зоны всасывания в зону нагнетания.

Роторные насосы обратимы - они могут работать как в режиме гидронасоса, так и в режиме гидродвигателя вращательного движения (гидромотора), преобразующего энергию жидкости в механическую работу, совершаемую вращающимся валом . В мебельном производстве именно роторные насосы в приводах механизмов применяются в подавляющем большинстве случаев и поэтому в данной работе рассматриваются именно этот класс агрегатов.

Роторно-поступательные насосы

Аксиально-поршневые насосы

Схема роторно-поступательного аксиально-поршневого регулируемого бесклапанного насоса приведена на рис. 15. В корпусе насоса 1 установлен наклонный диск 2. Угол наклона диска 2 к валу 3 может изменяться в определенных пределах, однако при работе насоса диск остается неподвижным. На валу 3 жестко закреплен ротор 4, в отверстиях которого расположены поршни 5. Под действием пружины 6 ползушки 7, шарнирно соединенные с поршнями 5, находятся в постоянном контакте с рабочей плоскостью диска 2. При вращении ротора 4 поршни 5 совершают переносное движение, вращаясь вокруг оси вала 3 вместе с ротором, а также движутся возвратно-поступательно относительно ротора.

Рис. 15. Схема аксиально-поршневого регулируемого насоса

В корпусе 1 неподвижно закреплен распределительный диск 8 с двумя дуговыми пазами (рис. 16), один из которых соединен с линией всасывания, а другой - с линией нагнетания. При вращении вала 3 по часовой стрелке (если смотреть со стороны, где вал выступает из корпуса) с линией всасывания соединен паз А, а с линией нагнетания - паз Б. При движении поршня по дуге a-в-с поршневой объем увеличивается, происходит всасывание жидкости. При движении поршня по дуге c-d-a жидкость вытесняется в линию нагнетания

.

Рис. 16. Распределительный диск (вид регулируемого насоса со стороны ротора)

Подачу можно бесступенчато регулировать путем изменения угла у вручную или с помощью гидравлического механизма, питаемого жидкостью от вспомогательного шестеренного насоса (на рис. 10 не показано). Серийные насосы этого типа рассчитаны на работу при давлении 20 МПа. Их подача находится в пределах от 4,2-10 до 6,7-10" м/с, объемный КПД г\₀ = 0,93 ... 0,95. Частота вращения вала 1500 мин"¹.

Радиально-поршневые насосы

Схема радиально-поршневого насоса показана на рис. 12. В корпусе насоса 1 неподвижно закреплена ось 2, на которой установлен вращающийся вокруг нее ротор 3. В радиальных отверстиях, выполненных в роторе, расположены поршни 4. Статор 5 установлен в корпусе 1 таким образом, что центр его внутренней (рабочей) поверхности не совпадает с центром оси 2. В оси 2 выполнены четыре осевых отверстия, два из которых соединены с линией всасывания, а два других - с линией нагнетания. В случае вращения ротора по часовой стрелке, как показано на рис. 17, с линией всасывания соединены отверстия, расположенные ниже горизонтального диаметра, а с линией нагнетания - расположенные выше него.

Эксцентриситет статора е может бесступенчато изменяться от максимальной величины до нуля с помощью регулировочного устройства. В реверсивных насосах центр статора может располагаться по разные стороны от центра вращения ротора, благодаря чему может изменяться направление потока жидкости (линии всасывания и нагнетания меняются ролями).

На рис. 18 показана конструкция насоса в продольном разрезе.



Рис. 17. Схема радиально-поршневого насоса

Рис. 18. Продольный разрез радияльно-поршневого насоса

Как видно из рис. 13, статор состоит из двух частей - наружной 5а и внутренней - 56, которые связаны через подшипники качения 7 и 8. Во внутреннюю часть статора запрессовано кольцо 9, с коническими поверхностями которого контактируют сферические поверхности поршней. Приводной вал 10 связан с ротором 3 жесткой соединительной муфтой. На валу 10 установлена ведущая шестерня 11 встроенного шестеренного насоса, который используется в системе управления радиально-поршневым насосом. Выпускаются ради-ально-поршневые насосы и без встроенного шестеренного насоса.

При вращении ротора 3 поршни 4 совершают два движения: переносное - вместе с ротором и относительное - возвратно-поступательное. Когда подпоршневая полость сообщена с линией всасывания, поршень перемещается от центра ротора под действием центробежной силы до упора в кольцо 9 статора. Всасывание происходит пока поршень находится ниже горизонтального диаметра ( рис. 17). При перемещении поршня в зоне, расположенной выше горизонтального диаметра, подпоршневой объем уменьшается, так как в относительном движении поршень приближается к центру ротора, и жидкость из-под поршня вытесняется в линию нагнетания.

Механизм радиально-поршневого насоса кинематически эквивалентен кривошипно-ползунному механизму с длиной кривошипа равной е и длиной шатуна, равной расстоянию от центра ротора до точки контакта поршня со статором. Ход поршня 4 относительно ротора 3 составляет 2е.

Помимо упомянутых выше переносного и относительного движений, поршень 4 совершает вращательное движение вокруг своей оси под действием момента силы трения при контакте сферической головки поршня с конической поверхностью кольца 9. Вращение поршня способствует более равномерному его износу. Под действием указанной силы трения внутренняя часть статора 56 (рис. 18) вращается вокруг центра статора, что не влияет на движение поршня, но существенно снижает износ в контакте поршня со статором.

Регулирование подачи реализуется путем изменения эксцентриситета е при перемещении статора относительно ротора.

Радиально-поршневые насосы рассчитаны на давление р = 20 МПа, их подача составляет от 1,67-10"³ до 6,67-10"³ м³/с (100 ... 400 дм³/мин) при частоте вращения п = 1000 мин"¹. Объемный КПД г)₀ = 0,85 ... 0,87, полный КПД ti = 0,77 ... 0,82. Высота всасывания Д,с ⁼ 0,5 м. Подача встроенного шестеренного насоса составляет 0,20 ... 0,35 от подачи основного насоса; давление, развиваемое шестеренным насосом, достигает 1,6 МПа.

По способу регулирования подачи различаются насосы: с ручным управлением, с электрогидравлическим управлением, со следящей системой управления и с автоматическим управлением в функции давления.

В насосе с ручным управлением перемещение статора выполняется при помощи пары винт-гайка (рис. 17).

Схема насоса с электрогидравлическим управлением показана на рис. 19. Эта система обеспечивает работу насоса в трех режимах: холостой ход, высокая подача, низкая подача. Применительно к гидроприводу пресса в первом режиме насос работает в период паузы в работе пресса, когда ползун пресса неподвижен. В это время удаляется из рабочей зоны пресса отштампованное изделие и туда помещается очередная заготовка. Второй режим насоса - используют во время хода приближения ползуна с инструментом к заготовке, а также при обратном ходе ползуна. Эти движения ползуна должны происходить с большой скоростью, поэтому требуется высокая подача насоса. Третий режим используют во время рабочего хода ползуна.

Система содержит встроенный вспомогательный шестеренный насос 1, напорный клапан 2, трехпозиционный золотник 3 и двухпо-зиционный золотник 4, к которому от основного насоса подведены отвод 5 от линии всасывания и отвод 6 от линии нагнетания. Полость А постоянно соединена с линией нагнетания шестеренного насоса. Давление в линии нагнетания ограничивается напорным клапаном 2. Поступлением жидкости в полости Б и В управляет золотник 3.



Рис. 19. Схема радиально-поршневого насоса с электрогидравлическим управлением

В режиме холостого хода электромагниты Э1 и Э2 обесточены и золотник 3 находится в нейтральным положении, полость Б находится под давлением, а полость В соединена со сливной линией (т.е. с баком). Под действием давления жидкости в полости Б и усилия пружины поршень 7 занимает крайнее правое положение. Статор при этом оказывается в нейтральном положении либо близком к нему (е = 0). Золотник 4 под давлением жидкости в правой торцевой полости перемещен в крайнее левое положение, благодаря чему линия нагнетания основного насоса соединена с линией всасывания. Поэтому подача жидкости в линию нагнетания равна нулю даже в том случае, когда центры статора и ротора не совпадают.

Для перехода из первого режима во второй включают электромагнит Э1. Золотник 3 занимает крайнее левое положение и соединяет полости Б и В, а также обе торцевые полости золотника 4 со сливом. Под действием пружины золотник 4 занимает крайнее правое положение, и линии 5 и 6 разъединяются. Статор под действием давления жидкости в полости А перемещается влево на величину /г'. Эксцентриситет е в этом положении будет наибольшим.

Для перехода из второго режима в третий включается электромагнит Э2. Команда на включение Э2 подается, например, путевым электрическим переключателем, установленным на прессе и срабатывающим от кулачка, закрепленного на ползуне. Золотник 3 устанавливается в крайнее правое положение, полости Б и В соединяются с нагнетательной линией насоса 1. Статор основного насоса под давлением жидкости в полости В перемещается на величину h" в крайнее правое положение до упора в регулировочный винт 8, установленный в крышке полости А*. Величина эксцентриситета во втором режиме регулируется с помощью гайки 9, а в третьем режиме -винта 8.

На рис. 20 показана схема радиально-поршневого насоса со следящей системой управления. Система содержит встроенный шестеренный насос 7, предохранительный клапан 2 и золотник управления 4, корпус 3 которого жестко связан со статором основного насоса. Полость А постоянно соединена с нагнетательной линией шестеренного насоса.

В положении, показанном на рис. 20, полость Б заперта, статор зафиксирован в корпусе насоса с определенным эксцентриситетом

Рис. 20. Схема радиально-поршневого насоса со следящей системой управления

Так как при переходе из второго режима в третий поток жидкости реверсируется, в системе управления прессом необходимо предусмотреть во относительно ротора. Для уменьшения подачи насоса золотник 4 вручную перемещают вправо на расстояние, равное необходимому изменению эксцентриситета е. Полость Б соединяется с нагнетательной линией шестеренного насоса 1, и так как площадь сечения полости Б больше, чем полости А, статор перемещается вправо. Корпус золотника 3 перемещается вместе со статором, а золотник 4 остается неподвижным, так как положение рукоятки 5 фиксирует его относительно корпуса насоса.

Перемещение статора будет продолжаться до тех пор, пока не восстановится первоначальное относительное положение корпуса 3 и золотника 4. Таким образом перемещение статора будет равно перемещению золотника - статор "следит" за положением золотника относительно корпуса, отсюда название "следящая система".

Для увеличения подачи золотник перемещают влево, соединяя полость Б со сливом, после чего статор под действием давления жидкости в полости А, движется влево до тех пор, пока не будет перекрыт выход жидкости из полости Б. Перемещение статора и в этом случае равно перемещению золотника*. Следящая система управления насосом характеризуется высокой чувствительностью и малым усилием, необходимым для перемещения управляемого золотника.

Схема радиально-поршневого насоса с автоматическим управлением в функции давления показана на рис. 21. Полость А постоянно соединена с линией нагнетания.

По мере роста давления в линии нагнетания увеличивается усилие Р_А, действующее на пружину 1. Пока оно меньше усилия затяжки пружины Р₀ статор неподвижен, и подача насоса остается постоянной. При Р_А > Ро статор по мере увеличения давления в линии нагнетания перемещается вправо, сжимая пружину зможность соответствующего переключения.

Рис. 21. Схема радиально-поршневого насоса с автоматическим управлением в функции давления

Роторно-вращательные насосы

В отличие от роторно-поступательных насосов, в которых перемещение жидкости из линии всасывания в линию нагнетания происходит благодаря поступательному движению поршня относительно ротора, в насосах роторно-вращательного типа жидкость переходит из зоны всасывания в зону нагнетания, двигаясь вместе с ротором. Роторно-вращательные насосы, как и роторно-поступательные, бесклапанные.

Шиберные насосы

Схемы шиберных насосов показаны на рис. 22. Насос содержит ротор 1, установленный на валу 2. В пазах ротора размещены шиберы 3, охватываемые статором 4. В корпусе установлен распределительный диск 5, на который опирается торец ротора. В насосе простого действия (рис. 22, а) рабочая поверхность статора - цилиндрическая, ось ее смещена относительно оси вращения ротора на величину е - эксцентриситет насоса. Паз А диска 5 соединен с линией всасывания, а паз Б - с линией нагнетания. Полости В также соединены с линией нагнетания с тем, чтобы обеспечить постоянный контакт кромки шибера с поверхностью статора.

В насосах с регулируемой подачей величина эксцентриситета е может бесступенчато изменяться от нуля до максимального значения.



а) б)

Рис. 22. Схемы шиберных насосов: а - простого действия, б - двойного действия

При вращении ротора шиберы перемещаются в пазах ротора, удаляясь от его центра в зоне всасывания (ниже горизонтального диаметра) и приближаясь к нему в зоне нагнетания (выше горизонтального диаметра). В первом случае объем, заключенный между двумя соседними шиберами, увеличивается и заполняется жидкостью, поступающей из линии всасывания через паз А распределительного диска. Во втором случае указанный объем уменьшается, и жидкость оттуда вытесняется через паз Б в линию нагнетания.

В настоящее время более распространены шиберные насосы двойного действия (рис. 22, б). Их достоинства по сравнению с насосами простого действия следующие: при одинаковых размерах насосов простого и двойного действия последний имеет вдвое большую подачу; вал насоса двойного действия разгружен от поперечных сил и, следовательно, от изгибающих моментов. Недостаток таких насосов - нерегулируемая подача.

Роторы обоих насосов по конструкции совершенно одинаковы. Статор и ротор насоса двойного действия соосны. Рабочая поверхность статора - поверхность прямого некруглого цилиндра, содержащая четыре участка - I, II, III, IV (рис. 22, б). При вращении ротора шиберы, перемещающиеся на участках / и ///, удаляются от центра вращения ротора, а на участках Пи IV- приближаются к нему. Пазы А\ и А_г соединены с линией всасывания, а пазы Б\ и Б₂ - с линией нагнетания. Таким образом, за один оборот ротора все шиберы дважды проходят через линию всасывания и дважды - через линию нагнетания, благодаря этому подача насоса двойного действия при прочих равных условиях в два раза больше подачи насоса простого действия.

Шиберы обоих насосов наклонены в сторону вращения на некоторый угол а по отношению к радиусу. Это необходимо для того, чтобы разгрузить шиберы от изгибающего момента, создаваемого реактивной силой, нормальной к поверхности статора, и силой трения в контакте шибер-статор. Угол а выбирается так, чтобы равнодействующая указанных сил была направлена вдоль оси шибера. Поэтому вал шиберного насоса должен вращаться только в разрешенном направлении, указанном в паспорте насоса и обозначенном стрелкой на его корпусе. Вращение в неразрешенном направлении приводит, как правило, к поломке шиберов и задирам поверхности статора.

Шестеренные насосы

Схема шестеренного насоса показана на рис. 23. В корпусе насоса 1 установлены шестерни 2 и 3. В большинстве конструкций шестеренных насосов обе шестерни имеют одинаковое число зубьев. Зазоры между поверхностями выступов шестерен и охватывающими их поверхностями корпуса составляют сотые доли миллиметра, благодаря чему утечки жидкости через указанные зазоры малы. Жидкость из зоны всасывания (где зубья выходят из зацепления) в зону нагнетания переносится полостями, расположенными между соседними зубьями. Шестеренный насос является реверсивным - при изменении направления вращения шестерен направление движения жидкости меняется на обратное.

Рис. 23. Схема шестеренного насоса

При вращении шестерен некоторая часть жидкости, находящейся в зоне нагнетания, периодически запирается в объеме А, откуда частично попадает в зону всасывания. Эта "обратная подача" снижает объемный КПД насоса. Кроме того, в защемленном объеме может создаться высокое давление, что нежелательно. Для разгрузки защемленного объема от повышенного давления он сообщается с зоной нагнетания торцовой канавкой Б.

Винтовые насосы

Принцип действия винтового насоса поясняется схемой, показанной на рис. 19. В корпусе насоса установлен с возможностью вращения, но без возможности поступательного перемещения, винт 1 (обычно с двухзаходной левой резьбой). В том же корпусе смонтированы пластины-рейки 2 и 3, зубья которых входят во впадины между витками резьбы винта 1. При вращении винта 1 против часовой стрелки рейки 2 и 3 будут перемещаться в направлении, указанном стрелками. Жидкость, находящаяся в межвитковых объемах винта, попадая на поверхности реек 2, 3, перемещается вместе с рейками в направлении, параллельном оси винта 1.

Конечно, конструктивная реализация устройства, показанного на рис. 24, невозможна, так как для его длительной работы необходимы рейки 2, 3 бесконечно большой длины. Поэтому в реальной конструкции вместо реек устанавливаются винты, направление винтовой нарезки с циклоидальным профилем которых противоположно направлению нарезки винта 1. Витки нарезки этих винтов (их называют замыкающими) входят во впадины между витками резьбы рабочего винта.

Рис. 24. Схема, поясняющая принцип действия винтового насоса

Винтовые насосы обеспечивают абсолютно равномерную подачу жидкости. Они могут работать при давлении до 16 МПа, объемный КПД г|₀ = 0,70 ... 0,95. Насосы характеризуются высокой надежностью и долговечностью, но по сравнению с другими типами роторных насосов имеют при прочих равных условиях существенно большие размеры и массу, поэтому они в настоящее время практически не применяются в гидроприводах робототехнических комплексов.

3.4 Исполнительные механизмы

Исполнительные механизмы гидравлических приводов - это гидроцилиндры, иначе называемые гидродвигателями поступательного движения.

В гидравлических приводах применяются гидроцилиндры трех типов: плунжерные, поршневые и дифференциальные (рис. 25).

Рис. 25. Типы гидроцилиндров, применяемых в гидравлических приводах:

а - плунжерный; б - поршневой; в - дифференциальный;

/ - цилиндр; 2 - плунжер; 3 - поршень; 4 - шток;

5 - уплотнительное устройство;

А - поршневая полость; Б - штоковая полость

Плунжерные гидроцилиндры (рис. 25, а) являются силовыми устройствами одностороннего действия: они передают силу давления жидкости только в одном направлении. Поэтому для обеспечения прямого и обратного ходов ползуна на прессе необходимо иметь по крайней мере три плунжерных цилиндра - один рабочий и два возвратных (обычно с меньшим усилием). Усилия рабочего и возвратных цилиндров противоположно направлены.

Гидроцилиндр поршневого типа (рис. 25, б) - силовое устройство двухстороннего действия, поэтому прямой и обратный ход ползуна можно реализовать с помощью одного такого гидроцилиндра.

Диффренциальные гидроцилиндры, в отличие от "толкающих" плунжерных - "тянущего" вида, их используют при необходимости выигрыша в скорости за счет уменьшения развиваемого усилия. Они позволяют получить большую скорость ползуна пресса при малой подаче насоса.

Выбор типа гидроцилиндра определяется видом рабочей жидкости. Работа на водомасляной эмульсии сопровождается корродированием поверхностей и повышенным (по сравнению с работой на масле) трением. В этих условиях сопряжение поршень-цилиндр неработоспособно по причине заедания и быстрого износа. Поэтому при работе на водомасляной эмульсии можно использовать только плунжерные и дифференциальные цилиндры. При работе на минеральном масле можно использовать цилиндр любого типа.

Краткие сведения о конструкции гидроцилиндров

Признаки, характеризующие конструкцию гидроцилиндра:

1) тип гидроцилиндра (плунжерный, поршневой, дифференциальный);

2) способ базирования цилиндра на станине (с опорой на фланец или на дно цилиндра);

3) конструкция донной части (дно выполнено за одно целое с цилиндром или отъемным);

4) вид уплотнительного устройства.

На конструкцию цилиндра оказывает влияние также способ его изготовления (литье, ковка, сварка).

На рис. 26 показана распространенная конструкция литого гидроцилиндра плунжерного типа с опорой на фланец, днище цилиндра выполнено за одно целое с цилиндром. В цилиндре 1 установлен плунжер 2, для направления которого предусмотрена втулка 3. Уплотнение 4 предназначено для герметизации полости цилиндра. Оно удерживается в цилиндре с помощью нажимной втулки 5 и кольца 6. Цилиндр фиксируется в станине с помощью кольца 7. Для уменьшения скорости плунжера при подходе его к крайнему верхнему положению используется тормозной дроссель 8. При входе его в отверстие А, предназначенное для подвода и отвода жидкости, гидравлическое сопротивление проходного сечения существенно возрастает. Поэтому давление жидкости, а значит и сила сопротивления, приложенная к плунжеру, увеличивается, что обеспечивает быструю его остановку.

Литые цилиндры плунжерного типа выполняют из стали 35Л или 45Л. Плунжеры, как правило, изготавляют из углеродистых конструкционных сталей марок 45 или 60, реже - из хромоникеле-вых или хромомолибденовых сталей. Для повышения износостойкости плунжеры подвергают поверхностной закалке. Втулки 3 и 5 выполняются из бронзы марок БрАЖМцЮ-3-1,5; БрОЦС5-5-3.

Рис. 26. Плунжерный гидроцилиндр с опорой на фланец

На рис. 27 показана конструкция гидроцилиндра поршневого типа с отъемным дном. В кованом цилиндре / установлен поршень 2, смонтированный на штоке 3. Отъемное дно 4 закреплено в цилиндре с помощью кольца 5 с наружной резьбой. Точное направление штока обеспечивается втулкой 6, которая фиксируется в цилиндре с помощью полуколец 7 и крышки 8. Полукольца 7 удерживаются в кольцевой канавке цилиндра стопорным кольцом 9. Герметизация полостей цилиндра обеспечивается уплотнениями 10 -14. Манжета 15 выполняет роль грязесборника. Цилиндр закрепляется в станине пресса при помощи полуколец 16, фланца 17 и гайки 18.

Цилиндр 1, поршень 2 и шток 3 выполняют из стали 45. Шток и поршень термически обрабатывают до твердости 28 ... 32HRC. Втулка б выполняется из бронзы или из стали, но с антифрикционным покрытием (бронза или полиамид) поверхности отверстия. Антифрикционное покрытие наносят и на рабочую поверхность поршня. Шероховатость рабочих поверхностей втулки 4 и штока 3 должна быть Ra < 0,16 мкм, а поверхности цилиндра -Ra< 0,32 мкм.

Рис. 27. Конструкция цилиндра поршневого типа

Поршневые гидроцилиндры рассмотренной конструкции, предназначенные для работы при давлении масла р = 32 МПа в диапазоне усилий 63 ... 2500 кН, серийно выпускаются специализированными заводами как комплектующие изделия.

Многообразие конструкций гидроцилиндров не исчерпывается, разумеется, рассмотренными примерами. Так, например, гидроцилиндры, работающие при очень высоких давлениях - свыше 100 МПа, выполняют в виде предварительно напряженной конструкции с двухслойной цилиндрической стенкой. Наружный слой соединяют с внутренним по посадке с натягом, благодаря чему наиболее напряженная зона цилиндра при сборке нагружается сжимающими напряжениями. Они суммируются с растягивающими напряжениями при нагружении цилиндра внутренним давлением. Применение предварительно напряжкнной конструкции позволяет существенно уменьшить наружний диаметр цилиндра. Имеются примеры конструкций, в которых наружняя станина выполнена путем намотки высокопрочной проволки, причем в процессе намотки создается необходимое натяжение проволки.

3.5 Аппаратура управления

Аппаратура управления гидропривода может быть разделена на распределительную, регулирующую и защитную.

Распределительная аппаратура

Эта аппаратура обеспечивает распределение потоков рабочей жидкости в соответствии с циклом работы машины. К ней относятся клапанные и золотниковые распределители, а также клапаны, пропускающие жидкость только в одном направлении - так называемые обратные клапаны и некоторые специальные устройства на их базе (поддерживающие клапаны и гидрозамки).

Клапанные распределители

Клапанные распределители делятся по назначению на впускные или напорные и на выпускные или сливные. Впускные обеспечивают проход жидкости от источника давления (насоса) к потребителю (гидроцилиндру), а выпускные - из гидроцилиндра на слив. Для управления одной полостью гидроцилиндра устанавливают два клапанных распределителя - впускной и выпускной. Клапанные распределители используют в гидроприводах, работающих с водой. В гидроприводах, работающих с минеральными маслами, как правило, используются золотниковые распределители.

Рис. 28. Схема клапанного распределителя

Схема клапанного распределителя показана на рис. 28. Для прохода жидкости в направлении, указанном стрелками, клапан 1 приподнимают с помощью управляющего штока 2. При опущенном клапане 1 вход и выход распределителя - полости А и Б - разъединены, так как клапан 1 прижат к седлу 3 силой Р_в давления жидкости в полости В, постоянно сообщенной с полостью А.

Пружина нужна главным образом для ускорения опускания клапана 1 после отвода штока 2 вниз. Для удаления воздуха из надклапанной полости предусмотрена воздухос-пускная пробка 5.

Размеры клапана и высоту его подъема при открытии назначают такими, чтобы скорость жидкости в полости Б и в зазоре м«вдукпа-паном и седлом не превышала допустимой величины. Для воды. 20 30 м/с доя впускных и 10 ... 15 м/с для выпускных клапанов. Допустимая скорость для выпускных клапанов Уменьшена с тем чтобы снизить перепад давлений на клапане при обратном ходе поршня (плунжера).

Золотниковые распределители

Золотниковые распределители предназначены для работы в гидроприводах, где в качестве рабочей жидкости используется минеральное или синтетическое масло. Принцип действия распределителя поясняется схемой, приведенной на рис. 46. В корпусе 1 запрессована втулка 2, в которой с возможностью относительного осевого перемещения установлен золотник 3. Каналы (ходы) 1 - IV предназначены для подвода и отвода жидкости. Канал 1 соединяют с источником жидкости высокого давления, канал II - с линией слива, каналы III и IV - с полостями поршневого гидроцилиндра, управляемого данным распределителем.

Таким образом, для управления двухполостным гидроцилиндром достаточно иметь один золотниковый распределитель вместо четырех клапанных. Золотник 3 распределителя может занимать три фиксированных положения - два крайних и одно среднее (нейтральное). На рис. 29 золотник 3 показан в нейтральном положении. В крайнем левом положении золотника канал III будет соединен со сливом, а канал IV с насосом. В крайнем правом положении канал III



Рис. 29. Золотниковый распределитель

будет соединен с насосом, а канал IV со сливом. Перемещение золотника из нейтрального положения в крайние осуществляется при помощи двух электромагнитов толкающего типа, а при больших размерах золотника для этого используют гидравлическое или электрогидравлическое управление. В первом случае в торцовые камеры А к Б подается жидкость под давлением из линии управления через отдельный вспомогательный распределитель. Во втором случае вспомогательный трехпозиционный распределитель с электромагнитным управлением или два двухпозиционных вспомогательных распределителя устанавливаются на корпусе 1 и являются неотъемлемой частью основного распределителя.

Для возврата золотника 3 в нейтральное положение предусмотрены пружины и дистанционные втулки 4.

Герметизация сопряжения золотник-втулка обеспечивается благодаря малой величине зазора.

Золотниковые распределители характеризуются следующими признаками:

- числом позиций;

- числом ходов (каналов);

- допустимым расходом жидкости (пропускная способность);

- допускаемым давлением жидкости;

- схемой распределения потоков жидкости;

- способом управления;

- способом монтажа.

По числу позиций различают трехпозиционные и двухпозици-онные распределители. По числу ходов различаются двух-, трех- и четырехходовые, или, что то же, двух-, трех- и четырехлинейные.

Специализированные заводы гидроаппаратуры выпускают золотниковые распределители с допустимым расходом жидкости от 1,33 * 10"⁴ м³/с до 0,55 м³/с (от 8 до 3000 л/мин), рассчитанные на давление 20 МПа и 32 МПа, в специальном исполнении - до 50 МПа.

Схемы распределения потоков жидкости серийными золотниковыми распределителями показаны на рис. 30. Трехпозиционные распределители (1) - (5) отличаются друг от друга состояниями в нейтральном положении золотника. В распределителе первого исполнения напорная линия насоса соединена со сливом, полости гидроцилиндров заперты. Во втором исполнении все линии соединены между собой. В третьем исполнении все линии перекрыты (конструктивная схема распределителя этого исполнения приведена на рис. 29).

В четвертом исполнении оба гидроцилиндра соединены с насосом, а в пятом - со сливом. Во всех пяти исполнениях при крайнем левом положении золотника цилиндр Ц1 соединяется с напорной линией насоса, а цилиндр Ц2 - со сливом, в крайнем правом Ц1 - со сливом, а Ц2 - с насосом.



Рис.30 . Четырехлинейные распределители:

(/) - (5) - трехпозиционные, (б) и (7) - двухпозиционные; Н- подвод жидкости от насоса, С - слив,

Ц1,Ц2 - линии к гидроцилиндрам

Потеря давления при движении жидкости через золотниковый распределитель обычно не превышает 0,3 ... 0,4 МПа.

По способу управления, как было отмечено выше, различают распределители с электромагнитным, гидравлическим и электрогидравлическим управлением. Значительно реже применяются распределители с пневматическим управлением.

По способу монтажа, т.е. соединения распределителя с другими элементами гидропривода, различаются распределители со стыковым, фланцевым и резьбовым подсоединением. В первом случае все каналы (I, II, III, IV, а также отверстие для дренажа утечек) выведены на одну из плоскостей корпуса, которая при помощи винтов или шпилек стыкуется с плитой из толстолистового проката. В плите просверлены отверстия, необходимые для соединения аппаратов управления гидроприводом в соответствии с гидросхемой. Такой способ монтажа в настоящее время находит широкое применение.

При втором способе монтажа к каналам распределителя присоединяются трубы с помощью фланцев, а при третьем способе в каналах (ходах) нарезается резьба, как правило коническая, в которую ввинчиваются штуцеры, соединяемые с трубами.

Золотники изготовляют из углеродистых сталей У8А, У10А, из конструкционной стали 20Х с последующей цементацией, а также из сталей аустенитного класса, например, стали ШХ15. Золотник должен быть закален до твердости 56 ... 62HRC. Поверхности рабочих поясков золотника шлифуются и полируются, после чего золотник промывается или подвергается ультразвуковой обработке с целью удаления продуктов износа абразивного инструмента.

Втулка золотникового распределителя выполняется либо из тех же сталей, что и золотник, либо из твердых бронз. В ряде конструкций распределителей втулка отсутствует, и золотник размещается непосредственно в отверстии корпуса, который изготовляют из высококачественного чугуна путем литья в кокиль.

Обратные клапаны, поддерживающие клапаны, гидрозамки

Рис. 31. Схема обратного клапана

Обратные клапаны предназначены для пропускания жидкости в одном направлении. Они самоуправляемы, т.е. их состояние - открытое или закрытое - зависит от направления потока жидкости. Схема обратного конического клапана показана на рис. 31. При небольших расходах жидкости применяются также шариковые обратные клапаны. Пружина предназначена для ускорения посадки клапана на седло при "запрещенном" направлении потока. Расчет размеров обратного клапана выполняется так же, как для клапанного распределителя.

Рис. 32. Поддерживающий клапан

Поддерживающие клапаны (рис. 32) обеспечивают свободный проход жидкости в одном направлении, а в противоположном направлении жидкость проходит через клапан только при определенном давлении. При движении жидкости в направлении 1 она прохо

дит из полости А в полость Б через обратный клапан с шариком 7, конический клапан 2 в это время прижат к седлу 3 пружиной 4. При движении жидкости в направлении II она проходит из полости Б в полость А, отжимая конический клапан 2, под давлением, определяемым силой затяжки пружины 4. Серийно выпускаются поддерживающие клапаны, рассчитанные на давление до 20 МПа и расход до 2,67- 10'³м³/с(160л/мин).

Гидрозамок (рис. 33) представляет комбинацию обратного клапана и клапанного распределителя с гидравлическим управлением. Когда давление р_л в линии А превышает давление р_Б в линии Б, жидкость проходит из линии А в линию Б, отжимая обратный клапан1., линии А и Б разъединены, и жидкость в линии Б и соединенной с ней полости гидроцилиндра заперта. Для соединения А и Б в этом случае необходимо отжать клапан 2. Для этого под поршень 3 подается жидкость под достаточным давлением через линию управления В.

Серийно выпускаемые гидрозамки рассчитаны на давление до 32 МПа и расход жидкости до 6,67 * 10"³ м³/с (400 л/мин).

Рис. 33. Схема гидрозамка

Аппаратура управления давлением жидкости

Для изменения состояния гидропривода при достижении определенного давления жидкости применяют реле давления 1 (рис. 34). К камере А подсоединяется ответвление управляемой гидролинии. Пока сила давления жидкости меньше

силы затяжки пружины 1 золотник 2 неподвижен и находится в положении, показанном на рис. 54. При достижении установленного давления золотник 2 перемещается вверх и нажимает на шток микропереключателя 3. Срабатывание микропереключателя приводит к изменению состояния электрической системы управления гидроприводом.

Таким образом обеспечивается, например, переключение с рабочего хода на обратный ход, или с холостого хода на рабочий и т.п. Давление срабатывания регулируется путем изменения затяжки пружины / с помощью регулировочного винта 4. Каналы Б и В предназначены для дренажа утечек и соединяются с линией слива. Серийно выпускаются реле давления, рассчитанные на 50 МПа, время срабатывания составляет 0,05 ... 0,10 с.

Рис. 34.Конструктивная схема реле давления

Аппаратура управлеия расходом жидкости

Для регулирования скорости ползуна пресса в соответствии с требованиями технологии необходимо изменять количество жидкости, поступающей в гидроцилиндр. Это можно осуществить двумя способами: изменением Подачи насоса (объемное регулирование) или делением потока жидкости, нагнетаемой насосом с постоянной подачей, на два потока, один из которых направляется в полость цилиндра, а другой - на слив. Изменение соотношения расходов в двух потоках достигается при помощи дросселя, поэтому такое регулирование скорости называют дроссельным.

Дроссель, или дроссельный клапан, представляет собой местное гидравлическое сопротивление, устанавливаемое в одной из гидравлических линий. Коэффициент сопротивления дросселя а следова тельно, перепад давлений и расход жидкости, проходящей через дроссель, могут бесступенчато регулироваться в широких пределах путем изменения площади проходного сечения. Дроссельное регулирование характеризуется высокой чувствительностью

Стоимость гидропривода с дроссельным регулированием ниже, чем с объемным благодаря использованию менее дорогих насосов с постоянной подачей. Недостаток дроссельного регулирования - пониженный КПД гидропривода из-за того, что часть нагнетаемой насосом жидкости высокого давления вытесняетсяв бак и следовательно, не совершает полезной работы. По конструктивному исполнению различают Дроссели игольчатые, щелевые и осевые. На рис. 35 показана констру игольчатого дроссельного клапана. Расход жидкости регулируется путем изменения проходного сечения между конусом иглы 1 и коническим отверствием в седле 2 за счет осевого перемещения иглы..

Конструктивная схема щелевого дросселя приведена на рис. 36. На дросселе 1 выполнена канавка переменной глубины, благодаря чему при повороте дросселя относительно корпуса 2 изменяется площадь проходного сечения.



Рис. 35. Игольчатый россель

Рис. 36. Дроссель щелевого типа Рис. 37. Дроссельный клапан осевого типа

На рис. 37 показан дроссельный клапан осевого типа (стрелки показывают направление движения жидкости). Дроссель 1 под действием пружины 2 занимает положение, отвечающее наибольшей площади проходного сечения. При смещении дросселя 1 влево от указанного положения площадь проходного сечения уменьшается. Для слива утечек предусмотрены осевое и радиальное отверстия в дросселе 1. Линия слива утечек присоединяется к отверстию в крышке 3. Дроссельные клапаны такой конструкции применяют, например, для плавного уменьшения скорости ползуна гидропресса перед началом технологической операции. В этом случае перемещение дросселя 1 происходит под действием плоского кулака, закрепленного на ползуне пресса.

...