Гидравлический следящий привод Советский патент 1985 года по МПК F15B9/02 

Изобретение относится к гидроавтематике и может быть использовано в гидросистемах станков с числовым программным управлением для привода рабочих органов станков. Цель изобретения - повьшение плав ности перемещения при изменении нагрз зки. На фиг. 1 изображена конструктивная схема привода; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, Гидравлический следящий привод содержит цилиндрическую гнпьзу 1, шток 2 с поршнем 3, выполненным в 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, размещенный в осевой расточке 8 штока 2 г , поршня 3, витки 9 и 10 которого образуют регулируемый дроссель (не показан) с окном 11 радиального канала 12, связанного с выполненным в штоке 2 сливйым каналом 13, а также подпружиненный пружиной 14 с торцов (не показаны) кольцевой инерционньй (выполненный из материала с большой плотностью, например свинца) золотник 15 обратной связи по давлению, выполненный со сквозными каналами, из которых на фиг. 1 изображен один канал 16, при этом поршень 3 вьшолнен с внутренней кольцевой полостью 17 и с соединенными с ней дополнительными каналами 18 и 19, канал 18 соединен с каналом 13, а ка нал 19 - с поршневой полостью 20 гильзы 1. Золотник 15 установлен в полости 17с отрицательным перекрытием окна 21 канала 18 и положительным перекрытием окна 22 канала 19, а также с образованием связанных меж ду собой сквозным каналом 16 торцовых камер 23 и 24, камера 23 соединена с регулируемым дросселем, а камера 24 - с каналом 18. При этом канал 6 выполнен по касательной к внутренней цилиндрической поверхност гильзы 1, а окно 11 - в виде винтовой канавки (не показана) с углом наклона образующей, равным углу наклона образующей винта 7, Гидравлический следяпщй привод работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости в ка .нал 6 питания полости 5 и 20 сообщаются 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: Р . CF + F ) 2 2 з; где PI - давление рабочей жидкости в штоковой полости 5; F - площадь поршня 3 со стороны штоковой полости 5; Pjj - давление рабочей жидкости в поршневой полости 20; Fj - площадь поршня 3 со стороны поршневой полости 20j Fj - площадь сечения задающего винта 7 по наружному диаметРУ. Вследствие того, что поршень 3 выполнен в виде усеченного конуса, обращенного верпиной 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 отсут- ствие контакта поршня 3 с гильзой. I 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, воздействуюшзнх на поршень 3 со стороны штоко вой 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;гаает 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, О.З.Р-, . Виток задающего винта 7 вьтолняет роль заслонки окна 11 радиального канала 12 в штоке 2, и в состоянии равновесия поршня 3 виток резьбы 1 аполовину закрьшает канал 12. При повороте задающего винта 7 кромка витка смещается от среднего положения, больше; закрьгаая или открывая радиальный канал 12, т.е. уменьшая или увеличивая проходное сечение щели для перетекания рабочей жидкости из поршневой полости 20 в сливной канал 13. При уменьшении этого проходного сечения увеличивает ся сопротивление для протекания жидкости и, следовательно, увеличиваетс давление Р рабочей жидкости в поршневой полости 20 при условии постоян ,ного дросселирования рабочей жидкос-ти через коническую щель из штоковой полости 5 в поршневую полость 20 Если разность усилий Pj (F,j + Fj Д равна величине сопротивления движению штока 2, т.е. РЗ (Fj + F) - P,F Pj, то поршень 3 начинает двигаться со скоростью, равной скорости поступательного перемещения витков 9 и 10 задающего винта 7 с установившимся отставанием от исходного положения. Это отставание называется ошибкой слежения или сигналом рассогласования, При увеличении этого проходного сечения от соответствующего среднему положению витка вкнта 7 относительно радиального канала 12 движущая сила Р равна разности усилий Р| F - Pj(Fj + Fj), т.е. PsP-F-PfF+FV S 1 2 Пример. D 65MM- диаметр поршня 3; F : Fj 1:2 - отношение площади поршня 3 со стороны штоковой полости 5 к площади поршня со стороны поршневой полости 20{ L 30 мм длина поршня 3; h 50 мкм - зазор между поршнем 3 и гильзой 1 со стороны поршневой полости 20; hj 150 мкм - зазор между поршнем 3 и гильзой 1 со стороны штоковой полости 5; 0,02 Па/с - вязкость рабочей жидкости; Р 12,5 МПа - давление рабочей жидкости в штоковой полости 5; Pjj 0,5Р - 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, учитьшая то, что Fj Fj 2F, , то давление рабочей жидкости в поршневой полости 20 составит верличину Р 0,5Р, + 7,5 МПа, а перепад давлений на поршне 3 бу.дет ДР Р, - Pj 5 МПа, Расход жидкости Q, через дроссельную щель окна 11 составляет 3-jr Dh 4,8 л/мин. а минутная подача (скорость штока 2) S, которая определяется частотой вращения задающего винта 7, может находиться в пределах О 4ЙГ- м/мин. 5(и Если подача совершается вправо при той же нагрузке Р 4200 Н, то давление рабочей жидкости в поршневой полости 20 будет равно Р Р, 0,5Р, 5 МПа, перепад давления йр, будет равен P Р - PJ 7,5 МПа, арасход жидкости через дроссельную щель окна 11 QO будет 7,2 л/мин, т.е. 7,2 л/мин. Этот пример подтверждает целесообразность 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 испытьгоает действие переенных сил резания при обработке заготовок на металлорежущих станах (особенно при обработке, наприер, шлицевых поверхностей). Изменение сил резания вызывает изменение усилия на штоке 2 привода. При значительном изменении усилия проiCKopfiT торможение (уменьшение) ijuiH 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 лравой стороны пружины 14 происходит смещение золотника 15 относительно штока 2 и, следователь 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 сливной канал 13. Таким образом происходит снижение давления Pj, а следовательно, создание условия для ускоренного перемещения поршня При1ем открытие канала 19 золотником 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 перекрьгаает канал 19, В случае сжатия пружинь 14 с левой стороны золотника 15 также происходит его смещение относительно штока 2 и закрытие канала соединяющего кольцевую полость 17 поршня 3 со сливным каналом 13. В этом случае сопротивление для перете кания жидкости из поршневой полости 20 в сливной канал 13 увеличивается и это приводит к повьш1ению давления жидкости PJ в поршневой полости 20 следовательно, к снижению ускорения поршня 3. Работу инерционного золотника 15 можно рассмотреть в четьфех режимах Подача справа налево (внезапное увеличение нагрузки), Поршень 3 отс ет от витка резьбы задающего винта зазор h (фиг. 1) уменьшается; по инерции золотник 15 смещается влево перекрьшая канал 18{ давление жидко ти Р возрастает, и замедление порш ня 3 уменьшается. Подача справа налево (внезапное уменьшение нагрузки). Поршень 3 опе режает виток резьбы задающего винта 7, зазор h увеличивается, давление жидкости Pj уменьшается, золотник 15 по инерции смещается вправо, открьшая канал 19} это дополнительн уменьшает величину давления жидкост Pj, и ускорение поршня 3 уменьшаетс Подача слева направо (внезапное увеличение нагрузки). Зазор h увелшчивается, золотник 15 открьгеает 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 обрат- , ном ходе штока 2 действием инерционных сил, Т .е. золотник выполняет функции элемента отрицательной обратной связи, повьш1ающей 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 открьтает 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 направления его движения, за счет повьш1ения степени синхронизации движения задающего винта 7 и поршня 3 в результате увеличения гидравлической жесткости привода, а также умеяьшения воздействия гидравлического удара, особенно в период смены направления движения поршня 3 за 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 7 потеря скорости рабочей жидкости. Вихревой поток рабочей жидкости в штоковой полости 5 является уелоn789668вием для образования тангенциальной. составляющей, уменьшакяцей осевую составляющую скорости потока.

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.

Kg 1 31чл№/1б/1г гг х., /,//.//////. / гг ;у

,20

I / n I

245 23 5 П 15 гп ТО Фиг.

АА

Фиг. 2

Б-Б