МАШИННОЕ УПРАВЛЕНИЕ

На рис.7.3 показана схема машинного управления скоростью рабочего органа РО, перемещающегося с помощью гидроцилиндра ГЦ. На заготовку, установленную на столе РО, действует сила резания F, направленная навстречу движению. Для перемещения РО со скоростью u в поршневую камеру ГЦ подается масло величиной Q1, а вытесняется из штоковой – Q2. При этом давление в поршневой камере p1, а в штоковой – p2.

Рис.7.3

Рис. 7.4

На рис. 7.4 показана начальная часть статической характеристики регулируемого насоса. Очевидно, что расход Q1 определяется разностью теоретической подачи насоса QТН и суммарных утечек Sq в напорной линии от насоса до поршня ГЦ : Q1= QТН–Sq. Параметры Q1 и p1 соответствуют рабочему ходу стола станка, когда на нем обрабатывается заготовка. Скорость РО в этот момент рассчитывается по формуле uр= Q1/ S1.= (QТН–Sq)/S1 = QТН/S1– Sq/S1= =uхх– Sq / S1, где uхх– скорость РО при холостом ходе (момент подвода заготовки к инструменту). В это время нагрузка на шток цилиндра минимальна, а расход в цилиндр близок к теоретической подаче насоса. Из последнего выражения можно определить абсолютное изменение скорости РО Du = uр– uхх=Sq / S1. Относительное изменение скорости:

du = (uр– uхх) / uр= Sq / ( S1uр ).

Так как суммарные утечки возрастают при увеличении давления, вызванного силой резания F, то можно выразить изменения скорости РО через силу F.

Составляющие суммарных утечек Sq = qн+ qр+ qп: где qн- перетечки в распределительном диске насоса из напорной камеры во всасывающую; qр– перетечки в распределителе из камеры с высоким давлением в камеру с низким через зазор между плунжером и корпусом распределителя; qп– перетечки через уплотнение поршня из поршневой камеры в штоковую. Все перечисленные перетечки происходят через тонкие щели, расход масла через которые определяется по формуле:

q = p d d3Dp / (12 n l r), (7.1)

где d – диаметр кольцевой щели; d – зазор щели; n – кинематическая вязкость масла; r – плотность масла; l – длина щели; Dp – перепад давления на щели. Упростим формулу (7.1), для чего обозначим все постоянные величиной k:

k= (p d d3) / (12 n l r).

С учетом этого обозначения формула для суммарных утечек примет вид:

Sq= k Dp. (7.2)

Перепад давления Dp можно определить как разность давлений в поршневой камере цилиндра при рабочем p1Р и холостом p1Х ходе стола станка Dp = p1Р – p1Х. Эти давления легко определяются из уравнений (7.3) и (7.4) алгебраической суммы сил, действующих на шток цилиндра при соответствующем ходе стола станка.

Рабочий ход: S1p1Р– S2p2Р– SFT– F = 0 , где SFT– сумма сил трения в направляющих стола станка, уплотнениях поршня и штока цилиндра. Из уравнения определим давление p1Рв поршневой камере при рабочем ходе

p1Р= (S2p2Р+ SFT+ F) / S1. (7.3)

Холостой ход: S1p1Х– S2p2Х– SFT= 0, откуда может быть найдено давление

p1Х= (S2p2Х+ SFT) / S1. (7.4)

При отсутствии дросселя в сливной линии давления p2Ри p2Х мало отличаются по величине, поэтому разность давлений Dp = p1Р – p1Х, найденная из выражений (7.3) и (7.4), будет равна отношению силы F к площади поршня

Dp = F / S1. (7.5)

Подставим полученное значение для Dp в формулу (7.2):

Sq = k F / S1. (7.6)

Относительное изменение скорости с учетом (7.6):

du = k F / ( S12uр ) . (7.7)

Анализ формулы (7.7) показывает, что при малых рабочих скоростях uрдвижения РО и переменных нагрузках скорость РО становится неравномерной из-за изменяющихся утечек Sq. Эта неравномерность менее заметна при скоростях uр> 1 м/мин. Уменьшение неравномерности можно достичь уменьшением суммарных утечек. Увеличение площади S1поршня уменьшает неравномерность, но увеличивает расход масла в гидроцилиндр и производительность насоса.

Достоинством машинного способа регулирования скорости РО является более высокий КПД из-за отсутствия отвода избытков масла через напорный клапан при рабочем ходе. Недостатком – синхронное изменение скорости одновременно работающих гидродвигателей.