Материал: Разработка конструкции и технологии изготовления регулируемого поршневого насоса для привода металлорежущих станков

Разработка конструкции и технологии изготовления регулируемого поршневого насоса для привода металлорежущих станков

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ И КОНСТРУКЦИЙ НАСОСОВ ДЛЯ ГИДРОПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Разработка конструкции насоса

.2 Гидравлические расчеты насоса

.2.1 Расчет геометрических характеристик

.2.2 Гидравлический расчет клапанов

.3 Прочностные расчеты

.3.1 Расчет усилий пружин клапанов

.4 Разработка гидропривода главного движения токарного станка

. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО ВАЛА

.1 Описание конструкции и описание детали

.2 Технологический контроль чертежа

.3 Анализ технологичности конструкции

.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

.5 Выбор типа производства

.6 Выбор маршрута обработки детали

.7 Выбор металлорежущего оборудования

.8 Выбор режущего инструмента

.9 Выбор станочных приспособлений

.10 Расчет припусков на обработку детали

.11 Выбор режимов резания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Из существующих видов силовых систем машин и механического оборудования наибольшее распространение получили электрические и объемные гидравлические системы, причем в силовых устройствах используют в основном гидравлические системы. Гидравлические приводы получили широкое применение в самых различных отраслях машиностроения: в металлорежущих станках, в станках для холодной прокатки труб, рольгангах, тяжелом горном оборудовании, в экскаваторах, на транспорте. Широкое применение гидравлических приводов обусловлено относительно малыми габаритами и весом, которые приходятся на единицу мощности. Гидравлические приводы просты в изготовлении, обладают высокой надежностью и долговечностью. Преимуществом является простота бесступенчатого регулирования скорости, плавность и устойчивость движения. Учитывая преимущества объемного гидропривода, в настоящее время ведутся разработки новых вариантов объемных гидроприводов.

Одним из направлений исследований является применение сверхвыcоких (70 МПа и более) давлений. Преимущество гидравлического привода по сравнению с электрическими как раз заключается в возможности работы при высоких давлениях. Рабочие давления в современном гидроприводе достигают 20 - 100 МПа, а удельные силы электрических машин не превышают 2 МПа. В данном дипломном работе предлагается новая поршневая гидромашина работающая при давлениях 70 - 100 МПа, которая имеет клапанное раcпределение рабочей жидкости, в которой управление клапанами осуществляется кулачком, который расположен в полости рабочего давления на валике, синхронно вращающимся с валом машины. Темой работы является разработка конструкции и технологии изготовления регулируемого поршневого насоса для привода металлорежущих станков.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ И КОНСТРУКЦИЙ НАСОСОВ ДЛЯ ГИДРОПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Объемные гидромашины обычно выполняются многокамерными и рассчитываются с целью снижения габаритов и массы гидросистемы, для работы под высокими давлениями (до 70 МПа и выше).

При выборе скорости вращения насоса учитывают ряд факторов. При малой скорости повышается надежность и срок службы насоса, однако при этом увеличиваются его габариты и уменьшается объемный к. п. д. При увеличении скорости уменьшаются габариты, однако при этом снижается его долговечность вследствие интенсивного износа деталей, а также повышаются гидравлические потери в каналах машины. Тенденция повышения частоты вращения гидравлических машин и давлений рабочей жидкости противоречит требованиям повышения надежности и ресурса этих машин.

В данной дипломной работе основной задачей является разработка конструкции и технологии изготовления регулируемого радикально - поршневого насоса, управляемого по давлению для привода главного движения металлорежущего станка.

Необходимость разработки конструкции данного вида насоса обусловлена применением сверхвысоких (70 МПа и более) давлений, что является одним из направлений в современной технике. Преимущество гидравлического привода по сравнению с электрическими машинами как раз и заключается в возможности работы при высоких давлениях. Рабочие давления в современном гидроприводе достигают 20 - 100 МПа, а удельные силы электрических машин не превышают 2 МПа. Как следствие, гидропривод обладает большой мощностью, имеет меньшие габариты, большее быстродействие.

Установлено, что применение сверхвысоких давлений в гидравлическом приводе главного движения станков расширяет диапазон регулирования скорости вращения при постоянной мощности, сократить габаритные размеры и массу.

Объемный насос гидравлического привода служит для преобразования механической энергии, прилагаемой к приводному валу (входному звену) в энергию жидкости потока. У насоса входным параметром является скорость вала и выходным - расход жидкости.

Для бесступенчатого регулирования скорости вращения вала гидромотора в объемном гидроприводе используется два способа: дроссельное регулирование; объемное регулирование.

Дроссельный способ регулирования скорости гидроприводов базирован на том, что часть жидкости, подаваемой насосом, отводится в сливную гидролиниию и не совершает в дальнейшем полезной работы. Скорость вращения гидромотора регулируется дроссельными устройствами, исключенными на входе или выходе рабочей жидкости из гидромотора, а так же в ответвление от нагнетательной линии. Дроссельное регулирование отличается простотой, но имеет ряд недостатков. Основным недостатком гидроприводов с нерегулируемым насосом и дроссельным регулированием скорости является низкий к. п. д., обусловленный самим принципом дроссельного регулирования [2]. Этот недостаток ограничивает область применения дроссельного регулирования приводами малой мощности.

В гидроприводах большой мощности, важную роль в которых играют энергетические показатели, применяют объемный способ регулирования скорости. К.П.Д. гидроприводов с объемным регулированием определен соотношением:

, (1.1)

где - к.п.д. насоса;

 - к.п.д. гидродвигателя;

 - к.п.д. гидролинии, который достигает 0,65…0,75, оказывается существенно выше, чем в гидроприводах с дроссельным регулированием. Нагрев рабочей жидкости в гидравлических приводах с объемным регулированием гораздо меньше, чем в гидроприводах при дроссельном регулировании, благодаря отсутствию дросселирования потока.

Обеспечивается более плавное реверсирование и торможение гидродвигателя при таком способе регулирования, чем при распределении потока с помощью гидрораспределителей. При объемном способе регулирования диапазон регулирования скорости значительно выше, чем при дроссельном регулировании. Благодаря приведенным преимуществам гидравлические приводы с объемным регулированием применяются в качестве приводов средней и большей мощности. Привод главного движения станка относится к приводам средней мощности, следовательно, для него наиболее применим способ объемного регулировании скорости вращения вала гидромотора. Объемное регулирование скорости осуществляется изменением рабочего объема насоса, гидродвигателя или насоса и гидродвигателя. В зависимости от циркуляции рабочей жидкости гидравлические схемы подразделяются на разомкнутые и замкнутые. Достоинства гидропривода с замкнутым потоком:

·        Уменьшен объем рабочей жидкости, так как потребность в ней определяется рабочими объемами гидромоторов, а размеры бака определяются исходя из подачи насоса системы подпитки, которая компенсирует объемные потери насоса и гидромотора.

·        Избыточное давление на входе в наcоc обеспечивает его работу при наибольшей частоте вращения, что позволяет применять насос меньшего рабочего объема (т.е. меньших типоразмеров, массы и стоимости).

·        Отсутствие контакта рабочей жидкости с окружающей средой позволит исключить загрязнение гидросистемы, увеличить ресурс гидропривода и периодичность замены рабочей жидкости.

На рисунке 1.1 представлены три схемы объемного регулирования скорости.

На рисунке 1.1 а представлена принципиальная схема гидропривода вращательного движения с зaмкнутoй циркуляцией/ жидкoсти, в котором регулирование скорости вращения вала гидромотора 1 осуществляется за счет изменения подачи насоса 2.

Такое регулирование называется регулированием с постоянным крутящим моментом, т.к. имеется в виду, что давление в гидропередаче постоянно. Диапазон регулирования с постоянным крутящим моментом зависит от минимального устойчивого значения скорости вращения вала гидромотора. На рисунке 1.1 б представлена принципиальная схема гидропривода, в котором регулирование скорости вращения вала гидромотора осуществляется за счет изменения рабочего объема самого гидромотора. Такое регулирование условно называется регулированием с постоянной мощностью, т.к. уменьшение рабочего объема гидромотора увеличивает скорость входного звена гидромотора и соответственно уменьшает крутящий момент развиваемый на выходном звене.

Принципиальная схема гидропривода с регулируемым насосом и гидромотором приведена на рисунке 1.1 в.

Наиболее предпочтительной является схема на рисунке 1.1 а с регулированием скорости с помощью изменения рабочего объема насоса. Достоинством данного способа регулирования является удобство регулирования, т.к. местонахождение насоса не оказывает существенного влияния на компоновку станка; низкая стоимость, простота конструкции, малые габаритные размеры и масса нерегулируемого гидромотора, что особенно важно в приводах со встроенным гидродвигаелем.

Но данная схема не позволяет регулировать скорость вращения вала гидромотора при постоянной мощности, не обеспечивает необходимый силовой диапазон.

Рисунок 1.1 - Принципиальные схемы гидропривода

В этом случае получение силового диапазона достигается за счет ограничения нагрузки гидропередачи, т.е. недогрузки гидропередачи.

В зависимости от вида распределения рабочей жидкости насосы подразделяются на насосы с бесклапанным распределением и клапанным распределением.

По расположению цилиндров такие машины подразделятся на роторные радиально-поршневые с радиальным, относительно оси вращения ротора, расположением цилиндров и на роторные аксиально-поршневые с аксиальным, относительно оси вращения цилиндрического блока, расположением цилиндров.

Роторной гидромашиной называют машину, у которой подвижные элементы, образующие рабочую камеру, совершают вращательное движение.

Роторные насосы с цапфовым распределение обычно применяют до давлений 25 МПа, при более высоких давлениях применяют нероторные радиально-поршневые насосы с распределением с помощью свободно-посаженных клапанов; насосы выпускаются для работы на давления до 100 МПА и выше.

Клапанное распределение применяется преимущественно в поршневых насосах с кулачковым (эксцентриковым) приводным механизмом поршней [3]. Cхема элемента такого насоса представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Схема эксцентрикового насоса с клапанным распределителем

Насос заполняется жидкостью через всасывающий клапан 1, а процесс вытеснения из цилиндра (нагнетание) - через нагнетательный клапан 2. Привод поршня осуществляется эксцентриковым кулачком (диском) 4, поршень 3 к которому прижимается пружиной или иными средствами. Ось О₁ вокруг которой вращается кулачок, смещена относительно его геометрической оси О₂ на величину эксцентриситета е, в соответствии с чем геометрическая ось (центр) О₂ кулачка описывает при его вращении вокруг оси О₁ окружность радиусом, равным эксцентриситетом е. Поршень 3 при этом совершает в цилиндре возвратно - поступательные движения на величину пути 2е. При вращении эксцентричного кулачка 4 вокруг оси О₁ приводного вала, жестко с которым соединен кулачок, геометрическая ось (центр) О₂ кулачка будет описывать окружность радиусом r = e вокруг оси вала О₁. При этом поршень 3 насоса, прижимаемый к эксцентрику пружиной 6 (или иными средствами), будет перемещаться возвратно-поступательно в цилиндре, совершая за один оборот два хода, каждый их них равен h = 2e. При движении поршня 3 влево (соответствует для данного направления вращения верхней половине эксцентрика) объем цилиндровой камеры уменьшается и жидкость, которая заполняет ее, вытесняется через клапан 2 в нагнетательную полость. При обратном движении поршня (соответствует нижней половине окружности эксцентрика) объем цилиндровой камеры будет увеличиваться и жидкость, преодолев усилие пружины 5 и открыв всасывающий клапан 1, будет поступать в камеру насоса.

С целью устранения недостатков простого клапанного распределения, а именно невозможность работы в двигательном режиме, в мощных гидравлических машинах применяют клапанное распределение, приводимое в движение принудительно. Подробное распределение в гидромоторе, осуществляемое при помощи тарельчатых клапанов, приводимых в движении механически, представлено на рисунке 1.3. Рабочий поршень 3 и клапаны 2 и 4 приводятся в движении общим эксцентриковым валом 1 с соответственно смещенными кулачками. Схема представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Эксцентриковый насос принудительным клапанным распределением жидкости

С целью снижения напряжения по месту контакта поршня и эксцентрика применяют, в частности при высоких давлениях (350 МПа и выше), гидромашины с полыми поршнями, называемыми часто гидромашинами с жидкостными поршнями.

Недостатком известных поршневых гидравлических машин является наличие дополнительных подвижных герметичных соединений, что снижает их гидравлические и механические характеристики.

С целью повышения герметичности полости высокого давления на базе ВоГУ была создана новая поршневая машина с повышенной герметичностью полости высокого давления. За счет чего повышается механические и гидравлические характеристики поршневых машин, работающих в насосном и двигательном режимах. Схема представлена на рисунке 1.4.

Работа насоса осуществляется следующим образом. При вращении эксцентрикового вала 4 обойма 1 совершает сканирующее движении, заставляя совершать качательные движения рычага вокруг точки контакта последних с роликами. Благодаря этому поршни 5 совершают возвратно-поступательное движение.

При обратном движении поршней, осуществляемыми пружинами 2, происходит всасывание масла через всасывающие клапаны 6 из общей сливной полости.

Основной особенностью конструкции насоса является возможность регулирования геометрической подачи двух независимых друг от друга потоков в широком диапазоне. Применение подвижных опор рычагов в виде двух роликов позволит уменьшить мощность, затрачиваемую на регулирование за счет устранения трения скольжения.

Данный механизм позволяет повысить объемный к.п.д. машины, предельные значения давления и скорости, снизить вес, приходящийся на единицу мощности момента. Однако недостатком этого механизма является сложность в изготовлении и сборке.

Рисунок 1.4 - Сдвоенный радиально-плунжерный насос

С целью упрощения изготовления и сборки была разработана конструкция насоса, которая предусматривает расчленение его на отдельные конструктивно-технологические сборочные единицы. В предлагаемом насосе по сравнению с существующим упрощена конструкция механизма привода поршней. Это, а также выполнение основных узлов в виде отдельных конструктивно-технологических сборочных единиц позволяет упростить и снизить трудоемкость изготовления и сборки насоса.