Гидроцилиндры Станков

Силовые гидравлические цилиндры станков представляют собой гидродвигатели возвратно-поступательного или возвратно-поворотного действия и предназначены для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию прямолинейного или качательного движения. По конструкции поршня или штока гидроцилиндры станков бывают простые, уравновешенные, с утолщенным штоком, плунжерные, одностороннего действия с неподвижным штоком, мембранные и поворотно-лопастные.

На рис. 1 показаны схемы гидроцилиндров. Простым силовым гидроцилиндром (рис. 1, а) является гидродвигатель двухстороннего действия с односторонним штоком. Этот гидродвигатель находит наиболее широкое применение в металлорежущих станках. Наличие штока только с одной стороны вызывает неравенство объемов противоположных полостей цилиндра и приводит к различным скоростям движения поршня в одном и другом направлениях. В большинстве случаев указанное обстоятельство не является существенным, но в станках шлифовальной группы, с целью сохранения постоянной скорости при движении стола в разных направлениях приходится усложнять конструкцию гидродвигателя и выводить шток с двух сторон, как показано на рис. 1, б. Аналогичный результат может быть получен, если использовать цилиндр с утолщенным штоком (рис. 1, в). В этом случае площадь поршня со стороны штока равна половине всей площади поршня, а полости цилиндра наполняются по дифференциальной схеме (см. ниже), что имеет место в агрегатных, хонинговальных и других станках.

На рис. 1, г показана схема плунжерного гидродвигателя двойного действия, который обеспечивает одинаковую скорость и предельную силу в обоих направлениях. Часто применяют гидродвигатель одностороннего действия (рис. 1, д), у которого поршень возвращается в исходное положение пружиной. На рис. 1, е показан принцип действия гидродвигателя, у которого шток неподвижен, а рабочий орган станка перемещается совместно с цилиндром. На рис. 1, ж показан гидродвигатель одностороннего действия, у которого вместо поршня применена мембрана. Такой гидродвигатель имеет небольшой ход, порядка нескольких миллиметров, и применяется в основном для привода автоматических зажимных устройств. Сравнительно редко в станках для загрузочных и подающих устройств применяют специальный гидродвигатель поворотного действия, показанный на рис. 1, з.

Без учета сил трения поршня и штока максимально развиваемую гидродвигателем (рис. 1,6) силу (H) определяют по формуле

P = F∆p,

где F - площадь поршня, м2; ∆p - разность давлений между полостями цилиндра, Па.

Расход рабочей жидкости (м3/с) при заданной скорости поршня

Q = Fvп

где vп - скорость поршня, м/с.

Силовой гидравлический цилиндр станка изготовляется из толстостенной бесшовной стальной трубы 1 (рис. 2), на концах которой в наружных проточках вставлены полукольца 6. На эти полукольца опираются лапы 7, к которым при помощи болтов крепятся головки 5 и 8. Головка 5 имеет отверстие, через которое проходит шток 3, уплотняемый сальником и фланцем 4. С обеих сторон поршня имеются тормозные плунжеры 2 и α, которые в конце хода поршня входят в выточки б и в в головках 5 и 8, создающие гидравлический буфер. Конические поверхности на концах плунжера служат для гашения гидравлического удара при входе плунжера в выточку. Рабочая жидкость в начале хода поршня, когда отверстие в головке закрыто плунжером, поступает в полость цилиндра через обратный клапан 10, а в конце хода поршня сливается через дроссель 9.

Рис. 2. Нормализованный силовой цилиндр

Механический КПД силового гидроцилиндра колеблется в пределах 0,85-0,97, среднее значение равно 0,95. Объемный КПД силовых цилиндров, уплотненных резиновыми или кожаными манжетами, либо резиновыми кольцами круглого сечения, можно принять равным единице. При уплотнении поршня разрезными металлическими кольцами КПД = 0,98÷0,99. Гидравлический привод для осуществления возвратно-поступательного движения с применением гидромотора и механической передачи имеет меньший КПД и применяется преимущественно при больших диапазонах регулирования скоростей (более 200), значительных длинах хода (l>20 D), частом реверсировании движения.

Диаметры цилиндров и штоков нормализованы. Установлены следующие ряды внутренних диаметров цилиндров: основной ряд - 25, 32, 40, 50, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400 мм; дополнительный ряд - 28, 36, 45, 55, 70, 90, 110, 140, 180, 220, 280, 360 мм.

На рис. 3 даны основные размеры нормализованных цилиндров конструкции ЭНИМСа.

Рис. 3. Основные размеры (в мм) нормализованных цилиндров конструкции ЭНИМСа (см. рис. 2)

Диаметр обычного штока d=(0,25÷0,35)D, диаметр утолщенного штока d=0,7D. Рекомендуются следующие диаметры штоков: основной ряд - 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 60, 80, 100, 125, 160 мм; дополнительный ряд - 14, 18, 22, 28, 36, 45, 55, 70, 90, 110, 140, 180 мм.

Оптимальное рабочее давление определяет эксплуатационную характеристику гидроцилиндров. Применяют следующие ступени рабочего давления: 6,3; 10; 16; 25 МПа. Нормализованы величины хода поршня (рис. 4).

Рис. 4. Ход поршня гидроцилиндра станка (MH 2251-61)

Диаметры подводящих отверстий выбирают в зависимости от наибольших скоростей поршня и потока жидкости в проходном сечении. Скорость потока в трубопроводе с целью уменьшения потерь напора принимают до 5 м/с. Исходя из этих условий, диаметр проходного сечения d≈0,13D (рис. 5). При длине цилиндра больше трех диаметров одна из опор должна быть плавающей.

Рис. 5. Диаметры подводящих отверстий гидроцилиндра станка