Винтовые насосы

3.3.4.3 Винтовые насосы

Принцип действия винтового насоса поясняется схемой, пока­занной на рис. 19. В корпусе насоса установлен с возможностью вращения, но без возможности поступательного перемещения, винт 1 (обычно с двухзаходной левой резьбой). В том же корпусе смонти­рованы пластины-рейки 2 и 3, зубья которых входят во впадины ме­жду витками резьбы винта 1. При вращении винта 1 против часовой стрелки рейки 2 и 3 будут перемещаться в направлении, указанном стрелками. Жидкость, находящаяся в межвитковых объемах винта, попадая на поверхности реек 2, 3, перемещается вместе с рейками в направлении, параллельном оси винта 1.

Конечно, конструктивная реализация устройства, показанного на рис. 24, невозможна, так как для его длительной работы необхо­димы рейки 2, 3 бесконечно большой длины. Поэтому в реальной конструкции вместо реек устанавливаются винты, направление вин­товой нарезки с циклоидальным профилем которых противополож­но направлению нарезки винта 1. Витки нарезки этих винтов (их на­зывают замыкающими) входят во впадины между витками резьбы рабочего винта.

Рис. 24. Схема, поясняющая принцип действия винтового насоса

Винтовые насосы обеспечивают абсолютно равномерную пода­чу жидкости. Они могут работать при давлении до 16 МПа, объем­ный КПД г|₀ = 0,70 ... 0,95. Насосы характеризуются высокой на­дежностью и долговечностью, но по сравнению с другими типами роторных насосов имеют при прочих равных условиях существенно большие размеры и массу, поэтому они в настоящее время практи­чески не применяются в гидроприводах робототехнических комплексов.

3.4 Исполнительные механизмы

Исполнительные механизмы гидравлических приводов - это гидроцилиндры, иначе называемые гидродвигателями поступательного движения.

В гидравлических приводах применяются гидроцилиндры трех типов: плунжерные, поршневые и дифференциальные (рис. 25).

Рис. 25. Типы гидроцилиндров, применяемых в гидравлических приводах:

а - плунжерный; б - поршневой; в - дифференциальный;

/ - цилиндр; 2 - плунжер; 3 - поршень; 4 - шток;

5 - уплотнительное устройство;

А - поршневая полость; Б - штоковая полость

Плунжерные гидроцилиндры (рис. 25, а) являются силовыми устройствами одностороннего действия: они передают силу давле­ния жидкости только в одном направлении. Поэтому для обеспече­ния прямого и обратного ходов ползуна на прессе необходимо иметь по крайней мере три плунжерных цилиндра - один рабочий и два возвратных (обычно с меньшим усилием). Усилия рабочего и воз­вратных цилиндров противоположно направлены.

Гидроцилиндр поршневого типа (рис. 25, б) - силовое устройст­во двухстороннего действия, поэтому прямой и обратный ход пол­зуна можно реализовать с помощью одного такого гидроцилиндра.

Диффренциальные гидроцилиндры, в отличие от "толкающих" плунжерных - "тянущего" вида, их используют при необходимости выигрыша в скорости за счет уменьшения развиваемого усилия. Они позволяют получить большую скорость ползуна пресса при малой подаче насоса.

Выбор типа гидроцилиндра определяется видом рабочей жид­кости. Работа на водомасляной эмульсии сопровождается корроди­рованием поверхностей и повышенным (по сравнению с работой на масле) трением. В этих условиях сопряжение поршень-цилиндр не­работоспособно по причине заедания и быстрого износа. Поэтому при работе на водомасляной эмульсии можно использовать только плунжерные и дифференциальные цилиндры. При работе на мине­ральном масле можно использовать цилиндр любого типа.

3.4.1 Краткие сведения о конструкции гидроцилиндров

Признаки, характеризующие конструкцию гидроцилиндра:

1) тип гидроцилиндра (плунжерный, поршневой, дифференци­альный);

2) способ базирования цилиндра на станине (с опорой на фланец или на дно цилиндра);

3) конструкция донной части (дно выполнено за одно целое с цилиндром или отъемным);

4) вид уплотнительного устройства.

На конструкцию цилиндра оказывает влияние также способ его изготовления (литье, ковка, сварка).

На рис. 26 показана распространенная конструкция литого гид­роцилиндра плунжерного типа с опорой на фланец, днище цилиндра выполнено за одно целое с цилиндром. В цилиндре 1 установлен плунжер 2, для направления которого предусмотрена втулка 3. Уп­лотнение 4 предназначено для герметизации полости цилиндра. Оно удерживается в цилиндре с помощью нажимной втулки 5 и кольца 6. Цилиндр фиксируется в станине с помощью кольца 7. Для уменьше­ния скорости плунжера при подходе его к крайнему верхнему поло­жению используется тормозной дроссель 8. При входе его в отвер­стие А, предназначенное для подвода и отвода жидкости, гидравли­ческое сопротивление проходного сечения существенно возрастает. Поэтому давление жидкости, а значит и сила сопротивления, при­ложенная к плунжеру, увеличивается, что обеспечивает быструю его остановку.

Литые цилиндры плунжерного типа выполняют из стали 35Л или 45Л. Плунжеры, как правило, изготавляют из углеродистых конструкционных сталей марок 45 или 60, реже - из хромоникеле-вых или хромомолибденовых сталей. Для повышения износостойко­сти плунжеры подвергают поверхностной закалке. Втулки 3 и 5 вы­полняются из бронзы марок БрАЖМцЮ-3-1,5; БрОЦС5-5-3.

Рис. 26. Плунжерный гидроцилиндр с опорой на фланец

На рис. 27 показана конструкция гидроцилиндра поршневого типа с отъемным дном. В кованом цилиндре / установлен поршень 2, смонтированный на штоке 3. Отъемное дно 4 закреплено в цилин­дре с помощью кольца 5 с наружной резьбой. Точное направление штока обеспечивается втулкой 6, которая фиксируется в цилиндре с помощью полуколец 7 и крышки 8. Полукольца 7 удерживаются в кольцевой канавке цилиндра стопорным кольцом 9. Герметизация полостей цилиндра обеспечивается уплотнениями 10 -14. Манжета 15 выполняет роль грязесборника. Цилиндр закрепляется в станине пресса при помощи полуколец 16, фланца 17 и гайки 18.

Цилиндр 1, поршень 2 и шток 3 выполняют из стали 45. Шток и поршень термически обрабатывают до твердости 28 ... 32HRC. Втулка б выполняется из бронзы или из стали, но с антифрикцион­ным покрытием (бронза или полиамид) поверхности отверстия. Ан­тифрикционное покрытие наносят и на рабочую поверхность порш­ня. Шероховатость рабочих поверхностей втулки 4 и штока 3 долж­на быть Ra < 0,16 мкм, а поверхности цилиндра -Ra< 0,32 мкм.

Рис. 27. Конструкция цилиндра поршневого типа

Поршневые гидроцилиндры рассмотренной конструкции, пред­назначенные для работы при давлении масла р = 32 МПа в диапазо­не усилий 63 ... 2500 кН, серийно выпускаются специализирован­ными заводами как комплектующие изделия.

Многообразие конструкций гидроцилиндров не исчерпывается, разумеется, рассмотренными примерами. Так, например, гидроци­линдры, работающие при очень высоких давлениях - свыше 100 МПа, выполняют в виде предварительно напряженной конст­рукции с двухслойной цилиндрической стенкой. Наружный слой соединяют с внутренним по посадке с натягом, благодаря чему наиболее напряженная зона цилиндра при сборке нагружается сжимающими напряжениями. Они суммируются с растягивающими напряжениями при нагружении цилиндра внутренним давлением. Применение предварительно напряжкнной конструкции позволяет существенно уменьшить наружний диаметр цилиндра. Имеются примеры конструкций, в которых наружняя станина выполнена путем намотки высокопрочной проволки, причем в процессе намотки создается необходимое натяжение проволки.

3.5 Аппаратура управления

Аппаратура управления гидропривода может быть разделена на распределительную, регулирующую и защитную.

3.5.1. Распределительная аппаратура

Эта аппаратура обеспечивает распределение потоков рабочей жидкости в соответствии с циклом работы машины. К ней относятся клапанные и золотниковые распределители, а также клапаны, про­пускающие жидкость только в одном направлении - так называемые обратные клапаны и некоторые специальные устройства на их базе (поддерживающие клапаны и гидрозамки).