Гидравлический следящий привод

СОЮЗ СОВЕТСНИХсо,ицмйеесиикРЕСПУБЛИК 4 Р 15 В 9/02 ЕН ИДЕТЕПЬСТВУ СК 83, В 9 ан 2. Приводю щ и й с я лнен по ей цилиндрич Приводй с яанапанавкиравнымадающе ю щноговой юще УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Омский политехнический институт(56) Станки и инструмент. 19 с. 17, рис. 1.Авторское свидетельство СССР В 981711, кл, Р 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения плавности перемещения при изменении нагрузки, он снабжен подпружиненным с торцов кольцевым инерционным золотником обратной связи по давлению, выполненнымсо сквозными каналами, при этомпоршень выполнен с внутренней кольцевой полостью и двумя соединеннымис ней дополнительными каналами, первый из которых соединен со сливнымканалом, а второй - с поршневой полостью гильзы, причем золотник установлен в полости поршня с отрицательным перекрытием окна первого иположительным перекрытием окна второго дополнительных каналов, а также с образованием двух связанныхмежду собой сквозными каналами торцовых камер, одна из которых соединена с регулируемым дросселем, адругая - с первым дополнительным о п. 1, о т л и ч аем, что канал питания сательной к внутрен- ской поверхности гиль поп. 1, отлич тем, что окно радиальыполнено в виде винто- углом наклона образу-; углу наклона образуо винта.1 11789Изобретение относится к гидроав-томатике и может быть использованов гидросистемах станков с числовымпрограммным управлением для приводарабочих органов станков. 5Цель изобретения - повышение плавности перемещения при изменении нагрузки.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 приводсодержит цилиндрическую гильзу 1,шток 2 с поршнем Э, выполненным в 15виде усеченного конуса, обращенноговершиной 4 в сторону штоковой полости 5 гильзы 1, соединенной каналом 6питания с источником рабочей жидкости (не показан), и задающий винт 7, 20размещенный в осевой расточке 8 штока 2 ч поршня 3, витки 9 и 10 которого образуют регулируемый дроссель(не показан) с окном 11 радиальногоканала 12, связанного с выполненным 25в штоке 2 сливным каналом 13, а также подпружиненный пружиной 14 с торцов (не показаны) кольцевой инерционный (выполненный из материала сбольшой плотностью, например свинца)золотник 15 обратной связи по давленщо, выполненный со сквозными каналами, из которых на фиг. 1 изображенодин канал 16, при этом поршень Эвыполнен с внутренней кольцевойполостью 17 и с соединенными с нейдополнительными каналами 18 и 19,канал 18 соединен с каналом 13, а канал 19 - с поршневой полостью 20гильзы 1. Золотник 15 установлен вполости 17 с отрицательным перекрытием окна 21 канала 18 и положительным 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, акамера 24 - с каналом 18. При этомканал 6 выполнен по касательной квнутренней цилиндрической поверхностигильзы 1, а окно 11 - в виде винтовой канавки (не показана) с угломнаклона образующей, равным углу наклона образующей винта 7,Гидравлический следящий привод 55 работает следующим образом.При подаче рабочей жидкости в ка.нал 6 питания полости 5 и 20 сооб" 66 2щаются.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 Э 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 + Р)где Р - давление рабочей жидкостив штоковой полости 5;Р - площадь поршня 3 со стороны штоковой полости 5;Р, - давление рабочей жидкостив поршневой полости 20;Г, - площадь поршня 3 со стороныпоршневой полости 20;Г, - площадь сечения задающеговинта 7 по наружному диамет.ру.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 Э в положение, соосное внутренней поверхности гильзы 1, обеспечивающий концентричность щели и отсут- ствие контакта поршня Э с гильзой, 1В 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 умень. шая 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 задающеговинта 7 поршень 3 "догоняет" уходящую кромку витка 9 или 10 задающеговинта 7, т.е. отслеж;гвает положениеперемещающегося витка. Как правило,отношение рабочих площадей поршня 3со стороны штоковой полости 5 ипоршневой полости 20 принимается 1:2,а состояние равновесия определяетсясоотношениемР 2 095 Р 11 ОВиток задающего винта 7 выполняетроль заслонки окна 11 радиальногоканала 12 в штоке 2, и в состоянииравновесия поршня 3 виток резьбынаполовину закрывает канал 12. При 15повороте задающего винта 7 кромкавитка смещается от среднего положения, больше, закрывая или открываярадиальный канал 12, т.е, уменьшаяили увеличивая проходное сечение 20щели для перетекания рабочей жидкости из поршневой полости 20 всливной канал 13. При уменьшенииэтого проходного сечения увеличивается сопротивление для протекания жидкости и, следовательно, увеличиваетсядавление Р рабочей жидкости в поршневой полости 20 при условии постоян,ного дросселирования рабочей жицкости через коническую щель из штоковой полости 5 в поршневую полость 20.Если разность усилий Р,(Р, + Р,) - Е,Р,равна величине сопротивления движению штока 2 т,еР 2 (Р 2 + Рз) Р 11= Р то поршень 3 начинает двигатьзф 35ся со скоростью, равной скорости поступательного перемещения витков9 и 10 задающего винта 7 с установившимся отставанием от исходногоположения, Это отставание называется ошибкой слежения или сигналомрассогласования,При увеличении этого проходногосечения от соответствующего среднемуположению витка винта 7 относительнорадиального канала 12 движущая сила Р равна разности усилий Р Е,Р (Р + Р ), т,е. Р 2 (Р Рз)П р и м е р, 0 = 65 мм - диаметр поршня 3; Р, : Г, = 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 4150 мкм - зазор между поршнем 3 игильзой 1 со стороны штоковой полости 5; Я = 0,02 Па/с - вязкость рабочей жидкости; Р = 12,5 МПа - давление рабочей жидкости в штоковой полости 5; Р = 0,5 Р = 6,25 МПадавление рабочей жидкости в поршневой полости 20,Если усилие нагрузки на штоке 2при подаче влево принять равным Р= 4200 Н и, учитывая то, что Р + Р,=2 Р то давление рабочей жидкостив поршневой полости 20 составит величину Р, = 0,5 Р, +- = 7,5 ИПа,Ра перепад давлений на поршне 3 будет ЬР = Р 1 - Р, = 5 ИПа,Расход жидкости Я через дроссельную щель окна 11 составляет-- = 4,8 л/мин,ЗХЩо м 1.а минутная подача (скорость штока 2) Б, которая определяется частотой вращения задающего винта 7, может находиться в пределах0 6 Я (в = 1 45 м/мин.Яо, П 2 1Если подача совершается вправо при той же нагрузке Р = 4200 Н, то давление рабочей жидкости в поршневой полости 20 будет равноРф =. 0 5 Р -- = 5 МПаР21 2 Р " 1перепад давления йРбудет равен лР = Р, - Р, = 7,5 МПа, а расход жидкости через дроссельную щель окна 11 Я" 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)или увеличение минутной подачи. Этиизменения подачи штока 2 приводаприводят к сжатию с одной стороныпружины 14 кольцевого инерционногозолотника 15 от действия инерционной массы золотника 15. Так, присжатии с правой стороны пружины 14происходит смещение золотника 15относительно штока 2 и, следовательно, открытие канала 19, через который происходит сброс части рабочейжидкости из поршневой полости 20в кольцевую полость 17 поршня 3,а через дополнительный канал 18 в 15сливной канал 13. Таким образомпроисходит снижение давления Р аследовательно, создание условиядля ускоренного перемещения поршня 3,Причем 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 15под действием пружины 14 перекрывает канал 19. В случае сжатия пружинМ 14 с левой стороны эолотнйка 15также происходит его смещение относительно 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 полости20 в сливной канал 13 увеличивается,и зто приводит к повышению давления жидкости Р, в поршневой полости 20 и,следовательно, к снижению ускорения поршня 3.Работу инерционного золотника 15 можно рассмотреть в четырех режимах. фоПодача справа налево (внезапное увеличение нагрузки), Поршень 3 отстает от витка резьбы задающего винта 7, зазор Ь (фиг, 1) уменьшается по инерции золотник 15 смещается влево, 4 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 Ь увеличивается, давление жидкости Р, уменьшается, золотник 15 по инерции смещается вправо, 55 открывая канал 19; зто дополнительно уменьшает величину давления жидкости Р и ускорение поршня 3 уменьшается.т ф Подача слева направо (внезапное увеличение нагрузки) . Зазор Ь увеличивается, золотник 15 открывает канал 19, давление жидкости Р, уменьшается, замедление поршня 3 уменьшается.Подача слева направо (внезапное уменьшение нагрузки), Зазор Ь 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 гидро- привода. 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 направления 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, происходит7потера скорости рабочей жидкости,Вихревой поток рабочей жидкостив штоковой полости 5 является услог-А0 г,2 Составитель СРедактор В. Ковтун Техред А.Ач ственскииКоррект Сир охман 648кого комитетаний и открытийРаушская наб одписно акаэ д, 4/ 11 атен ужгород, у ектная/32ТирВНИИПИ Государствпо делам иэобре3035, Москва, Ж-З 1178966 8вием для обраэования тангенциальнойсоставляющей, уменьшающей осевуюсоставляющую скорости потока.