Общие принципы построения схемы гидропривода

Станочные гидроприводы можно классифицировать по дав­лению, способу регулирования, виду циркуляции, методам управ­ления и контроля.

По давлению различают гидроприводы низкого (до 1,6 МПа), среднего (от 1,6 до 6,3 МПа) и высокого (от 6,3 до 20 МПа) давлений. Первые применяются, главным образом, в станках для чистовой обработки (шлифовальные, расточные), где имеются незначительные нагрузки и требуется низкий уровень колебаний давления. Приводы среднего давления мощностью до 20 кВт применяются наиболее часто, обеспечивая высокие жесткость и точность; их преимущество — возможность использования дешевых пластин­чатых и шестеренных насосов. Приводы высокого давления на базе поршневых насосов применяют, главным образом, в мощных про­тяжных и строгальных станках, приводы позволяют получить большую выходную мощность при ограниченных размерах гидро­двигателей.

Скорость выходного звена объемного гидропривода может изменяться регулируемыми гидромашинами (насос, мотор) в гид­роприводах с объемным регулированием или с помощью аппаратов, регулирующих расход масла, в гидроприводах с дроссельным ре­гулированием. Первый способ более экономичен, однако в этом случае требуются регулируемые гидромашины, которые сложны по конструкции, более дороги и, как правило, менее долговечны по сравнению с нерегулируемыми. Быстродействие гидроприводов с объемным регулированием ограничивается временем, необхо­димым для изменения подачи насоса или рабочего объема гидромотора, которое может составлять несколько десятых долей се­кунды. При дроссельном способе регулирования в гидросистеме устанавливается регулируемое гидравлическое сопротивление (дроссель или регулятор расхода), которое ограничивает расход масла, поступающего к гидродвигателю. При этом потеря давления в дросселе, равная 1 МПа, вызывает разогрев вытекающего из него потока масла на 0,6 ° С. Однако в этом случае не требуются регулируемые насосы и можно существенно повысить быстродей­ствие привода. Дроссельное регулирование применяется в при­водах мощностью не болем 3…5 кВт. Сокращение потерь энергии и одновременно высокое быстродействие можно получить в гидро­приводах с объемно-дроссельным регулированием, в которых регу­лируемые гидромашины (чаще всего насосы) применяются вместе с аппаратами, регулирующими расход масла.

Наибольшее применение в станкостроении получили гидро­приводы с разомкнутой циркуляцией, в которых масло из бака всасывается насосом и из гидросистемы вновь сливается в бак. В гидроприводах с замкнутой циркуляцией масло, сливающееся из гидросистемы, поступает непосредственно во всасывающую ли­нию насоса, куда также подключены напорная линия насоса под­питки и подпорный клапан, регулирующий давление во всасываю­щей линии. В приводах с замкнутой циркуляцией основной насос может быть несамовсасывающим. При применении реверсивного насоса возможен реверс гидродвигателя без направляющих рас­пределителей. Однако использование замкнутой циркуляции тре­бует применения цилиндров с равными (или близкими) рабочими площадями, так как в противном случае подача насоса подпитки может оказаться недостаточной для компенсации разности пото­ков — нагнетаемого в гидросистему и возвращающегося из нее. По методу управления и контроля различают гидроприводы циклового управления (с контролем по пути, давлению или времени), а также гидроприводы со следящим, адаптивным или программ­ным управлением. При наиболее простом и надежном цикловом управлении с контролем по пути команда на выполнение очеред­ного перехода цикла обработки поступает от средств путевого контроля реализации предыдущего перехода (с помощью путевых распределителей, распределителей с электроуправлением от ко­нечных выключателей или датчиков положения рабочих органов). При контроле по давлению режимы движения переключаются с помощью гидроклапанов давления или по командам, поступаю­щим от реле давления. Этот метод часто применяется при работе по жестким упорам, в зажимных механизмах, системах контроля перегрузок и т. п.

Надежность этого метода ограничена в связи с возможностью ложных срабатываний реле давления при наличии гидроударов и пиков давления в гидросистеме. Контроль по вре­мени применяется сравнительно редко, главным образом в слу­чаях, когда определенное время осуществления того или иного перехода цикла оговаривается технологическим процессом об­работки.

Конструкция гидропривода и его основные параметры опреде­ляются типом станка, для которого он предназначен, поэтому раз­работка гидропривода должна начинаться с анализа технического задания (ТЗ). Этот документ составляется ведущим разработ­чиком станка и содержит его общее описание, включая механи­ческую часть, электрические и гидравлические узлы (функцио­нально) с предварительной компоновкой на станке гидродвигателей, насосной установки, а также указанием возможных мест размещения гидроаппаратуры. В ТЗ приводятся методы управления и контроля, требуемые блокировки, нагрузочные характери­стики и режимы движения (перемещения, скорости, ускорения, пути торможения и разгона) каждого рабочего органа, циклограмма рабочего цикла станка, необходимые средства диагностики тех­нического состояния, основные требования надежности, а также, при необходимости, другие сведения (точность, дискретность пе­ремещений, жесткость, вибрации, шум, качество переходных процессов, температура масла, точность гидравлического урав­новешивания, возможности регулировок, необходимость остановок гидродвигателей в промежуточных положениях, время выстоя и др.).

Затем конкретизируют и уточняют ТЗ с учетом специфики гидропривода. В частности, анализируются и согласовываются варианты раз­мещения гидрооборудования. Для удобства обслуживания и безо­пасности наружных утечек удобно располагать гидроаппаратуру непосредственно на панели (или в шкафу) насосной установки, однако в этом случае между установкой и станком появляется большое число трубопроводов. Для сложных гидросистем бывает целесообразнее сгруппировать гидроаппараты на гидропанелях по функциональному назначению, расположить гидропанели вбли­зи исполнительных органов и связать с насосной установкой на­порной, сливной и дренажной линиями.

Далее анализируются различные варианты принципиальной гидросхемы. При этом решаются вопросы тех­ники безопасности, в том числе при различных нарушениях в ра­боте гидрооборудования (случайные падения давления, сгорание обмотки электромагнита, засорение малых отверстий и т. п.); вводятся блокировки, исключающие возможность несовместимых движений, падения вертикально расположенных рабочих органов, включения движений при отсутствии смазки и т. п.; обеспечивается необходимый минимум регулировок.

Особое внимание уделяется сокращению энергетических по­терь. Обычно в гидросистемах станков температура масла не пре­вышает 55 °С и лишь в простейших гидроприводах, к стабильности работы которых не предъявляется высоких требований, может достигать 70 ° С. Поддержание теплового режима гидропривода, в котором имеются значительные потери мощности вследствие дросселирования масла, — весьма сложная техническая проблема, требующая существенного увеличения объема бака или применения эффективной системы искусственного охлаждения. В последнем случае мы сначала впустую тратим

мощность в гидроприводе, а затем тратим дополнительную мощность на работу системы охлаждения.