5 ПРОЦЕС ПЕРЕМІЩЕННЯ МЕХАНІЗМІВ АГРЕГАТНИХ ВЕРСТАТІВ І АВТОМАТИЧНИХ ЛІНІЙ 5.1 Розгін і гальмування механізмів, що приводяться гідроприводом

5 ПРОЦЕС ПЕРЕМІЩЕННЯ МЕХАНІЗМІВ АГРЕГАТНИХ ВЕРСТАТІВ І АВТОМАТИЧНИХ ЛІНІЙ 5.1 Розгін і гальмування механізмів, що приводяться гідроприводом

Процес переміщення багатьох механізмів агрегатних верстатів і автоматичних ліній, що приводяться гідроприводом, складається з таких переходів: розгін від швидкості, що дорівнює 0, до швидкості усталеного руху, обумовленої продуктивністю насоса або регулюванням дроселя; переміщення зі швидкістю усталеного руху й зі швидкістю (гальмуванням) перед зупинкою в кінцевому положенні.

Для запобігання або обмеження ударів і ривків, які можуть виникнути у процесі розгону й гальмування механізмів, необхідно вміти визначати й обмежувати виникаючі при цьому прискорення.

Розгін. Розглянемо процес розгону поршня 1 гідроциліндра 2 для схеми гідроприводу, показаної на рис. 5.1.1, після перемикання електромагнітом 10 розподільного золотника 3 із середнього (нейтрального) положення в положення, показане на схемі. При цьому рівність сил, що діють на поршень при його переміщенні, визначається таким рівнянням:

            ,   (5.1.1)

де р1 і р2 - тиск масла відповідно в робочій і зливній порожнинах гідроциліндра, що мають площі F1 і F2; RТР.Ц і RТР.М - сили тертя відповідно в ущільненнях штока й поршня гідроциліндра і у напрямних механізму, що приводиться гідроприводом; ?МПР - наведена до поршня маса всіх частин, що рухаються (механізму, гідроциліндра й масла); ? - швидкість руху поршня в період розгону.

У свою чергу,           р1 = рН  - ?рДР.Н - ?рН,

де рН -тиск, що розвивається насосом;

для варіанта А, рис. 5.1.1

р2 = ?рЗЛ + ?рП.К,

для варіанта Б, рис. 5.1.1

                                    р2 = ?рЗЛ + ?рДР.Г,

де ?рДР.Н, ?рН, ?рЗЛ, ?рП.К, ?рДР.Г - втрати тиску в різних ділянках гідросистеми (рис. 5.1.1).

 

Рисунок 5.1.1 - Принципова гідросхема механізму, що приводиться гідроциліндром

Тиски р1 і р2 у порожнинах циліндра при розгоні не залишаються постійними. Так, наприклад, до включення електромагніта 10 магістраль 11 за допомогою золотника 3 була з'єднана з баком, і запобіжний клапан 9 був закритий. Характер зміни тиску рН після включення електромагніта 10 залежно від часу визначається інерційністю золотника запобіжного клапана, об’ємом і модулем пружності стовпа масла в магістралі 11 і робочої порожнини гідроциліндра 2, а також деякими іншими факторами. Втрати тиску ?рЗЛ у зливальній магістралі залежать від витрат масла, діаметра й довжини зливного трубопроводу.

Для визначення параметрів гідросистеми при розгоні необхідно розв’язати рівняння, що описують рух поршня гідроциліндра, рух розподільного золотника 3 і якоря електромагніта,  пов’язаного  із  золотником  керування, а також

рівняння зв’язку між тиском і витратами масла на окремих ділянках гідросистеми. Кількість і вид рівнянь визначаються характеристиками й структурою кожної конкретної гідросистеми.

Проведені експерименти й досвід експлуатації силових вузлів та інших гідрофікованих механізмів агрегатних верстатів і автоматичних ліній показують, що їх зрушення з місця після включення розподільних золотників з електричним і електрогідравлічним керуванням (на відміну від механізмів верстатів, що роблять безперервні зворотно-поступальні рухи) внаслідок пружності масла відбувається досить плавно без ударів і ривків. Тому при проектуванні більшості гідросистем немає необхідності проводити аналіз і передбачати які-небудь додаткові пристрої, що обмежують величину прискорення при розгоні.

Гальмування. Розглянемо вимоги до гідравлічних гальмівних пристроїв, що базуються на аналізі процесів, що відбуваються при транспортуванні заготовок між робочими позиціями автоматичних ліній.

На рис. 5.1.2 наведена схема крокового транспортера штовхаючого типу, в якому гідроциліндр 1 за допомогою штовхальних собачок 3 переміщає по напрямній 2 заготовку 4 з положення А в положення Б. Після зупинки штока циліндра по досягненні упору 6 заготовка 4 повинна бути перед затиском зафіксована фіксатором 5. З цією метою необхідно встановити заготовку в положення Б з допуском, що не перевищує 0,5 мм. Для цього необхідно, щоб при гальмуванні транспортера перед зупинкою в положенні Б заготовка 4 внаслідок дії сил інерції не відірвалася від собачки 3.

Для виявлення умов, при яких може відбуватися відрив заготовки від собачки, розглянемо сили, що діють на заготовку. Як видно зі схеми рис. 5.1.2, на заготовку 4 діє сила її ваги G, сила інерції  й сила тертя між заготовкою й напрямними планками RТР = fТР·G, де fТР - коефіцієнт тертя ковзання між заготовкою й напрямними планками. Рівняння сил, що діють на заготовку, має вигляд       

RК - RТР = RІН ,

або

                                   .                          (5.1.2)

 

Рисунок 5.1.2 - Схема переміщення заготовок кроковим транспортером з гідроциліндром

Як видно з рівняння (5.1.2), відрив заготовки від собачки можливий у тому випадку, якщо в процесі гальмування значення прискорення

                                   .

За даними проведених випробувань значення fТР залежно від стану тертьових поверхонь, умов їхнього змащення, ступеня очищення від стружки й інших факторів перебувають у межах 0,1 - 0,3. Отже, абсолютне значення прискорення при гальмуванні не повинне перевищувати 1 - 3 м/с2.

Допустима швидкість ?П підведення транспортера до упору 6 наприкінці ходу визначається за такими міркуваннями: після зупинки транспортера на упорі (якщо не враховувати при цьому деформацію упору) заготовка за інерцією буде продовжувати рухатися вперед до того часу, поки її кінетична енергія не  витратиться   на   подолання  сили  тертя  об  напрямні,  тому

,                 (5.1.3)

звідки шлях ?х, який пройшла заготовка після зупинки транспортера, дорівнює

.                                       (5.1.4)

При значеннях ?х = 0,5 мм і fТР = 0,1 - 0,3 допустиме значення ?П не повинне перевищувати 2 - 3 м/хв.

При гальмуванні крокових транспортерів, які переміщають заготовки за допомогою поворотних кулачків, що охоплюють кожну заготовку з двох боків, де відрив заготовок від собачок після зупинки транспортера на упорі обмежений зазором між заготовкою й собачками, а також при гальмуванні інших рухомих вузлів гальмівні пристрої повинні забезпечити підхід механізму до упору без удару. Проведені експерименти й досвід експлуатації показують, що й у цих випадках перевищення зазначених вище значень прискорень і швидкості підходу до упору зв’язано з ривками й ударами, часте повторення яких може привести до зминання упорів і підвищеного зношування механізмів.

На підставі викладеного можна сформулювати загальні вимоги, які повинні задовольняти гальмівні пристрої механізмів агрегатних верстатів і автоматичних ліній, що приводяться гідродвигунами: значення негативного прискорення при гальмуванні не повинне перевищувати добутку прискорення сили ваги на коефіцієнт тертя; швидкість підведення механізмів до упору перед зупинкою не повинна перевищувати 2 ? 3 м/хв; оптимальним для забезпечення найменших часу й шляху гальмування є гальмування з

 .

Для зниження швидкості механізмів, що приводяться гідроприводом, перед їхньою зупинкою можуть бути використані різні схеми гальмування й гальмівні пристрої, вибір яких визначається конкретними умовами роботи механізмів і керуючих ними гідросистем.

Вільний вибіг. При поверненні приводів транспортерів, силових та деяких інших вузлів у вихідне положення, коли допускаються значні коливання місця зупинки, для плавного зупинення механізму може бути використаний так званий «вільний вибіг». Для повернення привода транспортера у вихідне положення включається електромагніт 4 (рис. 5.1.1). Якщо при підході до вихідного положення електромагніт 4 відключити (що відповідає установці золотника 3 у середнє положення), а магістраль 5 з’єднати з баком (рН = 0; р2 = 0), то відбудеться плавна зупинка механізму в результаті роботи сил тертя. 

Аналогічно розглянутому вище випадку відриву заготовок, що транспортуються, від собачок шлях ?х, пройдений механізмом після відключення електромагніта, нехтуючи тертям масла у трубопроводах, можна визначити з рівняння

,                            (5.1.5)

де G - вага рухомих частин механізму; ?RТР - сума сил тертя в циліндрі й напрямних механізму.

Шлях гальмування ?х, обчислений за рівнянням (5.1.5), може бути зменшений, якщо магістраль 5 (див. рис. 5.1.1) з’єднати з підпірним клапаном 6 (варіант А) або дроселем 7 (варіант Б).

При цьому рівняння (5.1.5) (при р  = 0) буде мати вигляд

.           (5.1.6)

При з’єднанні магістралі 5 за варіантом А (нехтуючи втратами напору ?рЗЛ, що залежать від витрат масла, а отже, від швидкості ?) р2  соnst і визначається настроюванням пружини підпірного клапана 6.

При з’єднанні магістралі 5 за варіантом Б р2 ? соnst і приблизно визначається спільним розв’язанням рівняння (5.1.6) і рівняння

                                   ,                       (5.1.7)

де F3 - площа відкриття щілини дроселя 7, що підбирається відповідно до заданих параметрів гальмування.