§ 2. Гидроприводы и монтаж гидросистем металлорежущих станков
В металлорежущих станках широко применяют гидропривод, позволяющий выполнять бесступенчатое регулирование скоростей в широких пределах и спокойное безударное реверсирование станков с прямолинейным возвратно-поступательным рабочим движением.
Гидропривод — это устройство, в котором происходит двойное преобразование энергии: механическая энергия преобразуется в энергию движущейся жидкости, а энергия жидкости затем преобразуется в механическую энергию и передает ее силовому органу.
Гидравлический привод любого типа состоит из насоса, распределительных, регулирующих и предохранительных устройств, гидродвигателя и трубопроводов. Эти устройства соединены между собой в единую гидравлическую систему.
В качестве рабочей жидкости в гидравлических системах применяют почти исключительно минеральные масла различных марок: индустриальное 20 (веретенное 3), И-20 А, индустриальное 30 (машинное Л), И-30 А.
Наряду со своим основным назначением — передавать движение и создавать усилие — жидкость в гидросистеме должна надежно смазывать рабочие механизмы и детали гидравлических устройств. Если гидросистема эксплуатируется при очень низких температурах до —213 К ( — 60 °С), в качестве рабочей жидкости применяют смесь смазочных масел с глицерином, спиртом и чистым керосином.
Масло тщательно фильтруют как при первоначальной заливке, так и при его эксплуатации. Время от времени сливают отработавшее масло из всей системы и заполняют ее свежим маслом того же сорта.
Фильтры. Для очистки масла, заполняющего гидросистему, применяют фильтры. Их располагают или во всасывающей линии насоса, или в сливной магистрали. Фильтры могут включаться для последовательной или для параллельной работы. В первом варианте предусматривается пропуск через все фильтры полного объема рабочей жидкости, во втором — через каждый фильтр проходит только определенная часть.
Так как при параллельном включении скорость протекания рабочей жидкости через фильтрующие элементы меньше, чем при последовательном, то и очистка масла при прочих равных условиях происходит более полно.
Через фильтрующий элемент рабочая жидкость проходит под действием разности давлений перед фильтром и после него. Для фильтрации минеральных масел в гидросистемах и системах смазки станков и других машин применяются щелевые (пластинчатые) фильтры. Расширяется применение фильтров с металлической, чаще всего с латунной сеткой с количеством ячеек от 3000 на 1 см2
Засорение фильтров, особенно тех, которые включены в гидросистему последовательно, приводит к чрезмерному повышению давления в сети. Поэтому иногда совместно с фильтрами устанавливают специальные предохранительные клапаны.
Резервуары гидросистем. В качестве резервуаров в гидроприводах используют полости в станинах различного рода оборудования или специальные баки. Использование в качестве резервуаров полостей в станинах дает возможность компактно разместить гидрооборудование и облегчает сбор утечек рабочей жидкости. Обычно полезный объем бака равен трехминутной производительности насоса. Для лучшего отстоя и охлаждения иногда бак увеличивают до объема, равного пятиминутному расходу.
Трубопроводы гидросистем. Агрегаты гидросистем обычно располагаются на некотором, иногда значительном расстоянии друг от друга и тогда их соединяют трубопроводами. В редких случаях, при расположении агрегатов вплотную один к другому, потоки рабочей жидкости удается направлять по сверленым, фрезерованным и литым каналам, выполненным в корпусах и деталях гидроаппаратуры.
Трубопроводы в гидроприводах разделяются на жесткие (обычно металлические трубы) и гибкие (резиновые шланги, гибкие металлические рукава). Последние имеют большие преимущества перед жесткими, так как не боятся вибрации, по ним можно подводить рабочую жидкость к движущимся гидродвигателям и качающимся деталям, кроме того, их удобнее монтировать.
Наиболее употребительны стальные трубы бесшовные, холоднотянутые, холоднокатаные и горячекатаные. Материалом для этих труб является сталь 10 и сталь 20. Применяются также трубы из алюминиевых сплавов, трубы из красной меди применяют реже, вследствие дефицитности этого материала.
В зависимости от величины давления применяют шланги без оплеток, с одной, двумя или тремя хлопчатобумажными или металлическими оплетками. Гибкие металлические герметические рукава и шланги из термостойких материалов применяют для специальных целей. Чтобы при работе трубки не заламывались, в них закладывают металлическую пружину с наружным диаметром на 1 — 2 мм меньше внутреннего диаметра трубки.
Основной характеристикой трубопровода является его условный проход (номинальный внутренний диаметр). Необходимый условный проход d (мм) в зависимости от требуемой пропускной способности Q (л/мин) и допустимой скорости потока в трубопроводе v (м/с) определяют по формуле d = 0,46√ Q/v.
Рекомендуется следующая средняя скорость движения жидкости в трубопроводе:
Соединение трубопроводов. Отдельные участки трубопроводов гидравлических систем соединяются между собой с помощью специальной арматуры, позволяющей осуществить или неподвижное соединение, или соединение, допускающее прямолинейное перемещение или поворот трубопровода вокруг его оси без утечек жидкости.
Типовые соединения медных труб с развальцовкой показаны на рис. 96. Два конца труб соединяют щтуцером (рис. 96, а), на конусные части которого надевают предварительно развальцованные трубы. К гидравлическим устройствам трубы присоединяют с помощью ниппелей, ввертываемых в корпус устройства на цилиндрической или конической резьбе (рис. 96,б). Иногда в подобных соединениях ставят медную прокладку (рис. 96, в). К ниппелю трубу присоединяют втулкой, подтягиваемой накидной гайкой. Соединение может быть угловым (рис. 96, г), на тройнике (рис. 96, д).
Рис. 96. Типовые соединения медных труб с развальцовкой:
а — двух концов труб, б, в — прямое концевое на резбе, г — угловое концевое, д — на тройнике; 1 — штуцер, 2 — гайка, 3 — ниппель, 4 — развальцованный конец медной трубы, 5 — прокладка, 6 — тройник
Развальцовку концов медных труб осуществляют с помощью приспособления (рис. 97). Оно состоит из планок 1 и 2, соединенных шарнирно посредством оси 6 и струбцины 3 с винтом 4. Трубку 7 помещают в соответствующее диаметру трубки отверстие планок и закрепляют винтом 8. Затем смазывают маслом формующую конусную поверхность 5 винта 4 и осуществляют развальцовку медленным завинчиванием винта, пока на конце трубки не образуется заданная конусность.
Рис. 97. Переносное приспособление для развальцовки медных труб
Типовые соединения стальных труб показаны на рис. 98. Трубы соединяются между собой штуцером (рис. 98, а). К концу труб приварены шаровые ниппели, имеющие сферические головки. Ниппель притягивается к штуцеру накидной гайкой. Такое шаровое соединение рекомендуется для стальных труб диаметром до 42 мм. Между ниппелями ставят медную прокладку (рис. 98,б). Таким же способом соединяют стальные трубы с корпусами гидравлических устройств (рис. 98, в, г). Их также используют для угловых Т-образных и крестообразных соединений.
Рис. 98. Типовые соединения стальных труб:
а — прямое промежуточное, б — уплотнением промежуточной прокладкой, в — прямое концевое, г — прямое концевое на трубной резьбе; 1 — штуцер, 2,6 — гайки, 3 — ниппель шаровой, 4 — приваренный конец стальной трубы, 5,8 — ниппеля, 7 — медное кольцо (прокладка), 9 — конец трубы
Закрепление шланга на штуцере показано на рис. 99, а, б. Применяют также беструбное (стыковое) соединение сборочных единиц и механизмов гидросистем. При таком способе соединения гидроаппаратуру монтируют на плоской панели. Выходные отверстия от гидроаппаратуры выводят на заднюю сторону и соединяют трубами или каналами.
Рис. 99. Закрепление шланга на штуцере: а — накидной гайкой, б — хомутами
Монтаж труб. К монтажу трубопровода в гидросистемах предъявляют следующие требования:
надежность работы и безопасность обслуживания, для чего необходимы в первую очередь прочное соединение отдельных звеньев трубопровода и доброкачественное уплотнение всех его стыков;
возможность легкой и быстрой замены поврежденных частей;
свободный доступ для осмотра всей трассы трубопровода и возможность быстрого его ремонта в случае повреждения.
В верхних точках гидравлического трубопровода может скапливаться воздух. Для его выпуска в атмосферу предусматривают воздуховыпускные пробки.
Монтаж труб необходимо вести, соблюдая следующие условия:
после окончания монтажа перед началом эксплуатации трубопроводы должны быть проверены на герметичность при давлении, равном 1,2Р, где Р — рабочее давление;
крепление трубопровода скобами, хомутами и другими средствами должно быть вполне надежным;
перед монтажом трубы очищают от окалины в местах приварки наконечников, промывают раствором соляной кислоты и продувают сжатым воздухом;
при ниппельном соединении частей трубопровода сферическая часть наконечника и коническая расточка под него не должны иметь вмятин, забоин и т. п. При повреждении этих поверхностей допускается установка между ними медной, латунной или алюминиевой прокладки.
