Гидравлический следящий привод

 

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содержащий цилиндрическую гильзу, шток с поршнем, выполненным в воде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону штоковой полости гильзы, соединенной каналом питания с источником рабочей жидкости , и задающий винт, размещенный в осевой расточке штока и поршня, витки которого образуют регулируемый дроссель с радиального канала, связанного с вьтолненным в штоке сливным каналом, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения плавности перемещения 11ри изменении нагрузки, он снабжен подпружиненным с торцов кольцевым инерционным золотником обратной связи по давлению, вьтолненным со сквозными каналами, при этом поршень вьтолнен с внутренней кольцевой полостью и двумя соединенными с ней дополнительными каналами, первый из которых соединен со сливным каналом, а второй - с поршневой полостью гильзы, причем золотник установлен в полости поршня с отрицательным перекрытием окна первого и положительным перекрытием окна второго дополнительных каналов, а также с образованием двух связанных между собой сквозными каналами торцовых камер, одна из которых соединена с регулируемым дросселем, а другая - с первым дополнительным каналом. 2.Привод по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что канал питания выполнен по касательной к внутренней цилиндрической поверхности гильзы . ,. эо со 0 с 3.Привод по п. 1, отличающийся тем, что окно радиального канала выполнено в виде винтовой канавки с углом наклона образу-, ющей, равным углу наклона образующей задающего винта.

COIO3 СОВЕТСНИХ

ИО Ю

РЕСПУВЛИН (! 9) (11) (51)4 Р 15 В 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (21) 3701388/25-06 (22) 16.02.84 (46) 15.09.85. Бюл. Ф 34 (72) А.И. Руппель, П.Г, Финаев и И.П. Николаева (71) Омский политехнический институт (53) 62-521(088.8) (56) Станки и инструмент, 1983, В 9, с. 17, рис. 1.

Авторское свидетельство СССР

Ф 981711, кл. F 15 В 9/02, 1982. (54) (57) 1 . ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ

ПРИВОД, содержащий цилиндрическую гильзу, шток с поршнем, выполненным в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону штоковой полости гильзы, соединенной каналом питания с источником рабочей жидкости, и задающий винт, размещенный в осевой расточке штока и поршня, витки которого образуют регулируемый дроссель с окном радиального канала, связанного с выполненным в штоке сливным каналом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения плавности перемещения при изменении нагрузки, он снабжен подпружиненным с торцов- кольцевым инерционным золотником обратной связи по давлению, выполненным со сквозными каналами, при этом поршень выполнен с внутренней кольцевой полостью и двумя соединенными с ней дополнительными каналами, первый из которых соединен со сливным каналом, а второй — с поршневой полостью гильзы, причем золотник установлен в полости поршня с отрицательным перекрытием окна первого и положительным перекрытием окна второго дополнительных каналов, а также с образованием двух связанных между собой сквозными каналами торцовых камер, одна из которых соединена с регулируемым дросселем, а другая — с первым дополнительным каналом.

2. Привод по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что канал питания е выполнен по касательной к внутренней цилиндрической поверхности гильзы., 3. Привод по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что окно радиального канала выполнено в виде винтовой канавки с углом наклона образу-; ющей, равным углу наклона образующей задающего винта.

1 11789

Изобретение относится к гидроав- томатике и может быть использовано в гидросистемах станков с числовым программным управлением для привода рабочих органов станков. S

Цель изобретения — повышение плавности перемещения при изменении нагрузки.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема привода; на фиг. 2 — раз- 10 рез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1.

Гидравлический следящий привод содержит цилиндрическую гильзу 1, шток 2 с поршнем 3, выполненным в 15 виде усеченного конуса, обращенного вершиной 4 в сторону штоковой полости 5 гильзы 1, соединенной каналом 6 питания с источником рабочей жидкости (не показан), и задающий винт 7, 20 размещенный в осевой расточке 8 штока 2 ч поршня 3, витки 9 и 10 которого образуют регулируемый дроссель (не показан) с окном 11 радиального канала 12, связанного с выполненным 25 в штоке 2 сливным каналом 13, а также подпружиненный пружиной 14 с торцов (не показаны) кольцевой инерционный (выполненный из материала с большой плотностью, например свинца) золотник 15 обратной связи по давлен по, выполненный со сквозными каналами, из которых на фиг. 1 изображен один канал 16, при этом поршень 3 выполнен с внутренней кольцевой полостью 17 и с соединенными с ней дополнительными каналами 18 и 19, канал 18 соединен с каналом 13, а канал 19 — с поршневой полостью 20 гильзы 1. Золотник 15 установлен в полости 17 с отрицательным перекрытием окна 21 канала 18 и положитель ным перекрытием окна 22 канала 19, а также с образованием связанных между собой сквозным каналом 16 торцовых камер 23 и 24, камера 23 соединена с регулируемым дросселем, а камера 24 — с каналом 18. При этом канал б выполнен по касательной к внутренней цилиндрической поверхности гильзы 1, а окно 11 — в виде винтовой канавки (не показана) с углом наклона образующей, равным углу наклона образующей винта 7, Гидравлический следящий привод работает следующим образом.

При подаче рабочей жидкости в ка,нал 6 питания полости 5 и 20 сооб66 2 щаются.между собой через коническую кольцевую щель между поршнем 3 и внутренней поверхностью гильзы 1, Поршневая полость 20 сообщается со сливным каналом 13 по канавке винта

7 и каналам 12, 16 и 18, Кроме того полость 20 сообщается с каналом 13 через каналы 18 и 19. Поршень 3 под действием перепада давлений перемещается вправо по чертежу. При движении поршня 3 окно 11 канала 12 перекрывается винтом 9 и 10, давление в полости 20 возрастает, и скорость поршня 3 уменьшается. Последний останавливается при выравнивании усилий со стороны полостей 5 и 20, т.е. при соотношении давлений, определяемом следующим уравнением:

P F где P — давление рабочей жидкости в штоковой полости 5;

F — площадь поршня 3 со сторо1 ны штоковой полости 5;

P, — давление рабочей жидкости в поршневой полости 20;

F — площадь поршня 3 со стороны поршневой полости 20;

F - площадь сечения задающего винта 7 по наружному диаметру °

Вследствие того, что поршень 3 выполнен в виде усеченного конуса, обращенного вершиной 4 в сторону штоковой полости 5, давление рабочей жидкости в штоковой полости 5 всегда больше, чем давление в поршневой полости 20 и, поскольку коническая щель сужается в направлении утечек рабочей жидкости, возникает известный эффект центрирования поршня 3 в положение, соосное внутренней поверхности гильзы 1, обеспечивающий концентричность щели и отсутствие контакта поршня 3 с гильзой.

В зависимости от направления поворота задающего винта 7 его витки 9 и 10 открывают (увеличивают) или закрывают (уменьшают) площадь проходного сечения окна 11 радиального канала 12, соответственно уменьшая или увеличивая давление рабочей жидкости в поршневой полости 20, вызывая тем самым перемещение поршня 3 до выравнивания усилий, воздействующих на поршень 3 со стороны штоковой полости 5 и поршневой полости 20, При непрерывном вращении задающего винта 7 поршень 3 "догоняет" уходящую кромку витка 9 или 10 задающего винта 7, т.е. отслеж;гвает положение перемещающегося витка. Как правило, отношение рабочих площадей поршня 3 со стороны штоковой полости 5 и поршневой полости 20 принимается 1:2, а состояние равновесия определяется соотношением

Р =0,5 . 1О

Виток задающего винта 7 выполняет роль заслонки окна 11 радиального канала 12 в штоке 2, и в состоянии равновесия поршня 3 виток резьбы 4аполовину закрывает канал 12. При повороте задающего винта 7 кромка витка смещается от среднего положения, больше, закрывая или открывая радиальный канал 12, т.е. уменьшая или увеличивая проходное сечение 20 щели для перетекания рабочей жидкости из поршневой полости 20 в сливной канал 13. При уменьшении этого проходного сечения увеличивается сопротивление для протекания жид- 2S кости и, следовательно, увеличивается давление Р рабочей жидкости в поршневой полости 20 при условии постоян,ного дросселирования рабочей жицкос.ти через коническую щель из штоковой полости 5 в поршневую полость 20.

Если разность усилий Р,(Р, + Р,) — P F равна величине сопротивления движению штока 2, т.е. Р,(Р + F ) — P,F„=

= P то поршень 3 начинает двигатьз ° 35 ся со скоростью, равной скорости поступательного перемещения витков

9 и 10 задающего винта 7 с установившимся отставанием от исходного положения. Это отставание называет- 40 ся ошибкой слежения или сигналом рассогласования, При увеличении этого проходного сечения от соответствующего среднему положению витка винта 7 относительно радиального канала 12 движущая сила P равна разности усилий Р„-F

Р (У + Р ), т,е.

P Fi Ра (Ра Рз)

Пример, D = 65 мм — диаметр поршня 3; F, : F, = 1:2 — отношение площади поршня 3 со стороны штоковой полости 5 к площади поршня со стороны поршневой полости 20; Е = 30 мм — 55 длина поршня 3; Ь = 50 мкм — зазор между поршнем 3 и гильзой 1 со стороны поршневой полости 20; Ь

966 4

150 мкм — зазор между поршнем 3 и гильзой 1 со стороны штоковой полости 5; Я = 0,02 Па/с — вязкость рабочей жидкости; P = 12,5 NIIa — давление рабочей жидкости в штоковой полости 5; Р = 0 5P = 6,25 МПа давление рабочей жидкости в поршневой полости 20, Если усилие нагрузки на штоке 2 при подаче влево принять равным Р

= 4200 Н и, учитывая то, что F, + F,=

2F то давление рабочей жидкости в поршневой полости 20 составит величину P, = 0,5Р, + — = 7 5 ИПа, P F1 а перепад давлений на поршне 3 будет 4Р = P — P, = 5 ИПа, Расход жидкости Я через дроссельную щель окна 11 составляет — = 4,8 л/мин, 3. Dh, о м1. а минутная подача (скорость штока 2)

S которая определяется частотой вращения задающего винта 7, может находиться в пределах

0 6 8 (— = 1 45 м/мин.

Qo р . П2 1

Если подача совершается вправо при той же нагрузке P = 4200 Н, то давление рабочей жидкости в поршневой полости 20 будет равно

Р=. 0 5Р— — = 5 MIIa

2 1 2F ф

1 перепад давления ьР„будет равен

= Р1 — Р, = 7,5 МПа, а расход жидкости через дроссельную щель окна 11 Q", будет 7,2 л/мин, т.е. — 7,2 л/мин.

Этот пример подтверждает целесообраэность силовых подач слева направо, так как привод получается тянущий, т.е. более устойчивый.

Гидравлический следящий привод используется, как правило, для перемещения рабочего органа станка, т.е. узла, обеспечивающего плавное прямолинейное перемещение. Однако этот узел испытывает действие переменных сил резания при обработке заготовок на металлорежущих станках (особенно при обработке, например, шлицевых поверхностей). Изменение сил резания вызывает изменение усилия на штоке 2 привода. При

*значительном изменении усилия про,исходит торможение (уменьшение) 11789бб или увеличение минутной подачи. Эти изменения подачи штока 2 привода приводят к сжатию с одной стороны пружины 14 кольцевого инерционного золотника 15 от действия инерционной массы золотника 15. Так, при сжатии с правой стороны пружины 14 происходит смещение золотника 15 относительно штока 2 и, следователь- 10 но, открытие канала 19, через который происходит сброс части рабочей жидкости из поршневой полости 20 в кольцевую полость 17 поршня 3, а через дополнительный канал 18 в 15 сливной канал 13. Таким образом происходит снижение давления P a следовательно, создание условия для ускоренного перемещения поршня 3.

Причем открытие канала 19 золотни- 20 ком 15 тем больше, чем больше величина ускорения на штоке 2. В дальнейшем, по мере снижения ускорения, действующего на шток 2, золотник 15 под действием пружины 14 перекрыва- 25 ет канал 19. В случае сжатия пружинМ 14 с левой стороны эолотнйка 15 также происходит его смещение отно сительно штока 2 и закрытие канала 18, соединяющего кольцевую полость 17 поршня 3 со сливным каналом 13. В этом случае сопротивление для перетекания жидкости иэ поршневой полости

20 в сливной канал 13 увеличивается, и зто приводит к повьппению давления жидкости Р, в поршневой полости 20 и, следовательно, к снижению ускорения поршня 3.

Работу инерционного золотника 15 можно рассмотреть в четырех режимах.

Подача справа налево (внезапное увеличение нагрузки), Поршень Д отстает от витка резьбы задающего винта 7, зазор h (фиг. 1) уменьшается по инерции золотник 15 смещается влево, 45 перекрывая канал 18; давление жидкости Р, возрастает, и замедление поршня 3 уменьшается.

Подача справа налево (внезапное уменьшение нагрузки) . Поршень 3 опережает виток резьбы задающего винта 7, зазор h увеличивается, давление жидкости Р, уменьшается, золотник 15 по инерции смещается вправо, 55 открывая канал 19; зто дополнительно уменьшает величину давления жидкости

P и ускорение поршня 3 уменьшается. т

Подача слева направо (внезапное увеличение нагрузки) . Зазор h увеличивается, золотник 15 открывает канал 19, давление жидкости Р, уменьшается, замедление поршня 3 уменьшается.

Подача слева направо (внезапное уменьшение нагрузки), Зазор h уменьшается, золотник 15 перекрывает канал 18, давление жидкости Р, возрастает, ускорение поршня 3 уменьшается, Золотник 15 без запаздывания срабатывает при воздействии переменных сил резания на суппорт станка, приводимого в движение штоком 2 гидропривода. Это срабатывание золотника

15 обусловлено при прямом и обратном ходе штока 2 действием инерционных сил, т.е. золотник выполняет функции элемента отрицательной обратной связи, повышающей плавность работы гидропривода. Кроме того, при изменении усилия на штоке 2 гидропривода возникает избыток рабочей жидкости, который необходимо сбросить в сливной канал 13 для обеспечения плавного перемещения поршня 3.

Сброс рабочей жидкости происходит в результате действия инерционных сил на золотник 15, который смещается вдоль штока 2 и открывает канал 19, Таким образом, в данном приводе обеспечивается повышение плавности при изменении нагрузки за счет уменьшения изменения давления в поршневой полости 20 в период разгона или торможения поршня 3 при изменении нае правления его движения, за счет повышения степени синхронизации движения задающего винта 7 и поршня 3 в результате увеличения гидравлической жесткости привода, а также уменьшения воздействия гидравлического удара, особенно в период смены направления движения поршня 3 эа счет образования вихревого потока в штоковой полости 5, так как поток рабочей жидкости поступает в штоковую полость 5 гидроцилиндра по касательной к цилиндрической поверхности гильзы 1 и, совершая .вращательное движение по винтовой линии, также входит по касательной в соприкосновение с торцовой поверхностью поршня 3, т.е. происходит

A-А фиг.2

ФигЗ

Составитель С, Рождественский

Редактор В. Ковтун Техред А.Ач Корректор E. Сирохман

Заказ 5633/32 Тираж 648

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ПЛП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 потера скорости рабочей жидкости, Вихревой поток рабочей жидкости в штоковой полости 5 является усло1178966 8 вием для образования тангенциальной составляющей, уменьшающей осевую составляющую скорости потока.