Пневмогидравлические приводы

Пневмогидравлические приводы применяют для перемещения зажимных устройств приспособлений. Они состоят из преобразователей давления, которые соединены с гидро­цилиндрами приспособлений, и необходимой аппаратурой.

По виду работы пневмогидроприводы бывают с преобразователями давления прямо­го действия и преобразователями давления последовательного действия. Пневмогидрав­лические приводы питаются сжатым воздухом через пневматическую аппаратуру под давлением 0, 4..0, 6 МПа (4..6 кгс/см²) при давлении масла в гидравлической части приво­да 6..10 МПа (60..100 кгс/см²). Высокое давление масла в пневмогидроприводе создается пневмогидравлическими преобразователями прямого или последовательного дей­ствия, превращающими давление сжатого воздуха в высокое давление масла.

Пневмогидравлические приводы сочетают в себе простоту конструкции пневматиче­ских и преимущества гидравлических приводов: быстроту перемещений зажимных уст­ройств; небольшие габариты конструкции; создание больших сил зажима.

Принципиальная схема пневмогидравлического привода с преобразователем давле­ния прямого действия (рисунок 5) основана на непосредственном преобразовании давления сжатого воздуха в высокое давление масла

Рисунок 5 Схема пневмогидропривода с пневмогидравлическим преобразователем прямого действия

Пневмогидропривод состоит из пневмоцилиндра 2 одностороннего действия с поршнем 4 и гидравлического цилиндра 1 одностороннего действия с поршнем 6. Сжатый воздух поступает из воздушной сети через распределительный кран в бесштоковую по­лость 3 пневмоцилиндра 2 и перемещает поршень 4 со штоком 5 влево. Шток 5 давит на масло, которое перемещает в гидроцилиндре 1 поршень 6 со штоком 7 влево. При этом шток 7 через промежуточные звенья перемещает зажимные устройства приспособления при зажиме детали. При разжиме детали поршни 4, 6 со штоками, пружинами перемещаются влево.

Давление между воздухом и маслом в пневмогидравлическом преобразователе (без учета трения) должно быть уравновешено

(33)

откуда давление масла в гидроцилиндре 1 будет иметь вид

(34)

где р_в - давление воздуха в пневмоцилиндре, МПа;

D₁ - диаметр поршня пневмоцилиндра;

d - диаметр шток-плунжера.

Отношение i= p_м/p_в = является коэффициентом усиления давления; при­нимают i= 16..21.

Сила на штоке рабочего гидроцилиндра (без учета сопротивления возвратной пру­жины, но с учетом механического КПД)

(35)

Подставим вместо давления р_м его значение, тогда

(36)

Обозначим

(37)

Подставим в равенство значение силы Q₁ и, произведя преобразования, получим:

где Q₁ - сила на штоке пневмоцилиндра, Н (кгс);

D - диаметр поршня гидроцилиндра;

η - КПД пневмогидропривода, η ≈ 0, 8..0, 85.

Величину хода штока пневмоцилиндра определим из формулы

(38)

откуда (39)

С учетом коэффициента η ₀, определяющего потери масла на утечку,

(40)

где L - ход штока пневмоцилиндра;

l - ход штока рабочего гидроцилиндра;

n - число рабочих гидроцилиндров приспособлений, обслуживаемых приводов;

η ₀ - объемный КПД привода, η ₀ = 0, 95.

Из выражения (26) определяем диаметр рабочего гидроцилиндра (без учета КПД):

(41)

Диаметр штока пневмоцилиндра

(42)

Из формулы (25) определяем диаметр пневмоцилиндра

(43)

Приняв давление сжатого воздуха р_в = 0, 4 МПа (4 кгс/см²) и КПД привода

η = 0, 8, подставим в формулу и, преобразовав ее, получим

(44)

Объем сжатого воздуха, расходуемого за один цикл зажима детали в приспособле­нии, определяем из выражения

(45)

Недостатком пневмогидравлических приводов с преобразователями давления пря­мого действия является:

- сравнительно большой ход поршня со штоком в пневмоцилиндре, чтобы получить необходимую величину рабочего хода штока гидроцилиндра, особенно при обслуживании нескольких приспособлений;

- большой расход сжатого воздуха на холостой ход штока гидроцилиндра;

- вспенивание масла вследствие попадания в него сжатого воздуха.

Пневмогидравлический привод с преобразователем давления последовательного дей­ствия показан на рисунке 6. Он обеспечивает большее давление масла и больший ход ра­бочих поршней гидроцилиндров по сравнению с преобразователями давления прямого действия. Преобразователь последовательного действия отличается от преобразователя прямого действия наличием в нем полости низкого давления масла.

Рисунок 6 Схема пневмогидравлического привода с преобразователем давления последовательного действия

Преобразователь давления последовательного действия работает по следующему замкнутому циклу:

1) при низком давлении масла поршни со штоками перемещаются в гидроцилиндрах приспособлений, и штоки через промежуточные звенья предварительно зажимают детали;

2) при высоком давлении масла поршни со штоками гидроцилиндров, перемещаясь через промежуточные звенья, окончательно зажимают детали;

3) после обработки деталей механизм высокого давления переключается на разжим деталей.

В соответствии со схемой на рисунке 6, сжатый воздух через распределительный четырехходовой кран 1 по трубопроводам поступает в левую полость пневмоцилиндра 4 и в нижнюю полость пневмокамеры 2 с диафрагмой 3 из маслостойкой резины. Во время пе­ремещения поршня со штоком 5 в пневмоцилиндре 4 вправо и выгибании диафрагмы 3 вверх масло из полости 6 выжимается в левую полость силового цилиндра 8 и перемещает поршень 10 со штоком 9 вправо. При этом шток 9 через промежуточные звенья передви­гает зажимы, и деталь предварительно зажимается. Когда шток 5 перекроет полость 6, то он вытеснит масло из малой полости 7 в левую полость цилиндра 8; перемещение поршня 10 со штоком 9 вправо замедлится, осевая сила на штоке 9 увеличится, поэтому он через промежуточные звенья приведет в движение зажимные устройства, и произойдет оконча­тельный зажим детали. При разжиме детали распределительный кран 1 переключается и сжатый воздух по трубопроводам подается в правые полости цилиндров 8 и 4, а штоки 9 и 5 с поршнями переместятся в исходное левое положение.

Недостатком пневмогидравлического привода с преобразователем давления после­довательного действия по сравнению с преобразователями давления прямого действия яв­ляется:

- более сложная конструкция;

- большая утечка масла;

- вспенивание и окисление масла при непосредственном соприкосновении с возду­хом.