РАЗРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ШПИНДЕЛЯ СТАНКА 1740РФ3

2          РАЗРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ШПИНДЕЛЯ СТАНКА 1740РФ3

2.1 Краткое описание пневмопривода и его работы

Пневматическая система станка содержит: узел подготовки воздуха; пневмопанели (основную и вспомогательные для устройств смены инструментального барабана и зажима патрона); пневмогидроразводку (воздушные трубопроводы, шланги для подачи СОЖ в рабочую зону, трубопроводы для дозированной смазки направляющих и ходовых винтов суппорта).

Воздух, очищенный фильтрами, поступает к распределителю, от которого направляется к револьверной головке, инструментальному барабану и маслораспределителю. От маслораспределителя через клапан наполнения воздух поступает к основной и дополнительным панелям. Клапан наполнения служит для плавного увеличения давления в пневмосистеме и состоит из ходового клапана, дросселя с обратным клапаном, ходового клапана с глушителем и реле давления. При срабатывании ходового клапана с глушителем пневмосистема станка соединяется с узлом подготовки воздуха через дроссель.

При достижении необходимого давления срабатывают реле давления и ходовой клапан, соединяющий напрямую пневмосистему с узлом подготовки воздуха. Время наполнения регулируется дросселем. От клапана наполнения воздух поступает к распределительной колодке, откуда по трубопроводам направляется к пневмопанелям.

Пневмопанели станка включают в себя ходовые клапаны для управления исполнительными пневмоцилиндрами или соплами для обдувки воздухом базовых поверхностей. Расход воздуха регулируется дросселями, установленными параллельно с ходовыми клапанами, клапаны могут оснащаться глушителями. Наличие давления в выходных магистралях клапанов контролирует реле давления.

2.2 Определение площади условного сечения регулирующей аппаратуры

В качестве управляющей аппаратуры для пневмоцилиндра принимаем пневмораспределитель. Принципиальная схема системы изображена на рисунке17, на котором обозначены: 1 – компрессор, питающий систему, 2 – пневмоцилиндер, 3 – пневмораспределитель. При расчете системы принимается движение из крайнего левого положения в крайнее правое. Для выбора управляющей аппаратуры необходимо рассчитать площади условного прохода преобразовательного устройства. Для этого воспользуемся уравнением гидродинамики движения воздуха по трубопроводам:

, (2.1)

В формуле 2.1обозначены:

Q – требуемый объемный расход воздуха в нормальных м³/с;

S_др – условная площадь дросселя, м³;

μ – кинематическая вязкость воздуха, 0,73;

ρ – плотность воздуха, 1,29 кг/м³;

р₁, р₂ – входное и выходное давление для полости, Па.

Входное давление р₁ для левой полости является абсолютным давлением питания системы:

р₁₌ р_пит=0,4МПа.

Примем установившееся значение скорости движения поршня V_x равным 0,3 м/с. Значение давления в полости р₂ при этом будет 0,35 МПа.

Требуемые расход также можно найти по формуле:

, (2.2)

где S_ц – площадь цилиндра, м³;

Р_атм – атмосферное давление, 0,1 МПа.

Площадь цилиндра S_ц определяется по формуле:

. (2.3)

Из формул 2.2 и 2.3 получим выражение для расчета условной площади дросселя S_др:

, (2.4)

.

Рисунок 10 – Принципиальная схема управления пневмоцилиндром

2.3 Разработка математической модели механики пневмопривода

Математической моделью механики пневмопривода является дифференциальное уравнение, составленное по принципу Даламбера:

, (2.5)

где m - масса подвижной части, 50 кг;

К_ж.тр. – коэффициент жидкостного трения поршня о цилиндр, (Н·м)/(м·с^-1);

S_п – площадь поршня, 0,015м²;

Р₁, Р₂ – давление в левой и правой полостях соответственно, МПа;

F_с.тр. – сила сухого трения в уплотнениях пневмоцилиндра, Н;

F_тех. – технологическая сила – сила трения подвижной части привода о стальную поверхность, Н.

Коэффициент жидкостного трения поршня о цилиндр К_ж.тр определяется по формуле:

 , (2.6)

где .

.

Сила сухого трения в уплотнениях пневмоцилиндра F_с.тр определяется по формуле:

, (2.7)

где d_шт – диаметр штока, м;

.

Диаметр штока принимаем равным 20% от диаметра поршня:

.

По формуле 2.7 получаем:

.

Сила трения подвижной части привода о стальную поверхность F_тех. находим из выражения:

, (2.8)

где k – кэффициент трения стали о стальную поверхность, 0,1;

m - масса подвижной части, 50 кг.

Находим F_тех.:

.

Пусть , тогда уравнение 2.5 примет вид:

. (2.9)

Преобразовав по Лапласу выражение 2.9 имеем:

.

Получаем передаточную функцию механики привода W(s):

. (2.10)

Структурная схема S-модели механики пневмопривода изображена на рисунке 11.

Рисунок11 – S-модель механики пневмопривода