книги из ГПНТБ / Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие

Рис. 57. Предохранительный клапан:

а—эскиз клапана; б—расходно-напорная характеристика

седла шарового клапана— кромочная, она легко дефор­ мируется. Поэтому первоначальная форма сопряжения меняется, и в результате уменьшается герметичность кла­ пана.

Одна из возможных схем предохранительных клапанов приведена на рис. 57, а. С помощью пружины 3 конусный клапан 4 прижимается к седлу в корпусе 2. Натяг пру­ жины 3, определяющий величину давления, при котором срабатывает клапан, регулируется с помощью винта 1. Хвостовик клапана входит в отверстие этого винта, обра­ зуя полость А, объем которой изменяется при изменении положения клапана 4. Полость А соединена с внутренней полостью клапана с помощью калиброванного отверстия и служит для демпфирования, т. е. для предотвращения резонансных колебаний клапана. Эффект демпфирования основан на возникновении на клапане отрицательной силы, пропорциональной скорости перемещения клапана, которая уменьшает эту скорость.

Предохранительный клапан должен быть надежным в работе, иметь требуемую (чаще всего пологую) расходно­ напорную характеристику, быть динамически устойчивым (на расчетном режиме) и обладать наименьшим гистере­ зисом.

Требование пологости расходно-напорной характери­ стики клапана состоит в том, что если клапан отрегулиро­ ван на давление р 0, при достижении в напорной маги­ страли этой величины давления клапан откроется и ра­ бочая жидкость начнет поступать через клапан в область

120

низкого давления. Течение жидкости через клапан при­ водит к некоторому превышению давления АР сверх дав­ ления р о, при котором клапан открылся. Следовательно, характеристика клапана, т. е. криваяР — f (Q), является возрастающей; это значит, что с увеличением расхода жидкости перепад давления в клапане возрастает (кри­ вая 1, рис. 57, б). Значительное увеличение перепада дав­ ления, а значит и увеличение давления под клапаном в процессе перепуска, отрицательно сказывается на ра­ боте клапана. Очевидно, возможен и другой случай, когда перепад давления уменьшается с ростом расхода (кри­ вая 2, рис. 57, б). Наилучшим клапаном является тот, который настроен на горизонтальную характеристику.

Требование динамической устойчивости клапана озна­ чает, что в нем не должны возникать незатухающие коле­ бательные процессы на всем диапазоне расходов через него. Клапан представляет собой динамическую систему, связанную с упругой средой — жидкостью. В такой системе при определенных условиях может возникнуть автоколебательный процесс. Такое явление нежелательно в работе клапана, так как появившиеся автоколебания в клапане приведут к возникновению колебательного процесса во всей гидросистеме станка. Автоколебания в клапане могут возникнуть из-за наличия скачков давле­ ния в системе, механических колебаний самого клапана, наличия гистерезиса в клапане, поломки пружин и т. п.

Требование наименьшего гистерезиса означает, что клапан должен быть так настроен, чтобы разница между давлением р 0 его полного открытия и давлением р'0 пол­

ного закрытия была возможно меньшей. Гистерезис объясняется трением в элементах клапана и появлением остаточной деформации пружины.

Динамические характеристики клапана можно полу­ чить только экспериментально. Они показывают способ­ ность клапана регулировать расход, давление и характе­ ризуют одновременно качество регулирования.

На рис. 58, а приведена упрощенная конструкция обратного клапана, предназначенного для пропускания потока рабочей жидкости только в одном направлении и остановки этого потока в случае его движения в обрат­ ном направлении. Обратный клапан состоит из регули­

121

р, кгс/см*

Рис. 58. Обратный клапан:

а — эскиз клапана; 6 — статическая характеристика

жения рабочих частей затвора и седла. Наилучшую герметичность такого обратного клапана можно получить при сопряжении сферы и конуса.

На статическую характеристику обратного клапана влияет правильный выбор конструкции пружины кла­ пана, т. е. ее размеров, предварительного натяжения, диаметра проволоки, жесткости. Проволока для пружин клапанов должна удовлетворять динамической и стати­ ческой прочности и стабильно сохранять свои упругие свойства, обладая в то же время пластичностью.

Статическая характеристика Дс обратного клапана — это отношение прироста давления на единицу прироста расхода, она показывает характер изменения расхода Q от давления р. При линейной характеристике клапана соблюдается пропорциональность между расходом и да­ влением.

На рис. 58, б показана характеристика обратного кла­ пана с конусным затвором при небольшом начальном да­ влении (р 0 = 10 кгс/см2). На рисунке характеристика линейная, поэтому коэффициент расхода постоянен и не зависит от расхода и формы проходного сечения. При больших давлениях статическая характеристика нелиней­ ная: сказывается изменение формы проходного сечения клапана на изменение коэффициента расхода. Обычно при небольших начальных давлениях статическая характе­ ристика для клапанов Дс = 0,17ч-0,25 кгс-мин/см2-л.

Динамическая устойчивость гидроприводов подач станков с ЧПУ зависит в * сновном от статических и ди-

122

намическнх характеристик применяемых в гидросистеме узлов и элементов. Оказывает также влияние, хотя и

вменьшей степени, монтаж узлов и элементов, их распо­ ложение в напорной магистрали и способ присоединения трубопровода к узлам и элементам.

Одноступенчатые предохранительные клапаны, т. е. клапаны с одной дросселирующей щелью имеют возра­ стающую статическую характеристику. Таким образом, получение постоянного давления при переменном расходе

вклапанах такого типа практически невозможно. Пологую

линейную характеристику клапана можно получить, если его конструкция будет выполнена в виде двухсту­ пенчатого клапана или клапана с серводействием. Прин­ цип действия такого клапана основан на том, что вырав­ нивание давления под клапаном при переменном расходе достигается увеличением давления жидкости на клапан по мере его подъема. Отечественной промышленностью разработаны и выпускаются серийно клапаны такой конструкции, например клапаны типа БГ52-1, МН5781, КПГ, ПА-474 и др. [9]. В зарубежном станкостроении применяют клапаны с горизонтальной статической ха­ рактеристикой, которые выпускаются фирмами «Вик­ керс», «Бош», «Пауль Лайстриц» [3, 9].

В гидропередачах станков с ЧПУ в качестве рабочей жидкости применяют минеральные масла марки АУ (ГОСТ 21642—50) и АМГ (ТУ МНП-457—53). Критерием при оценке рабочей жидкости в гидропередаче являются такие параметры, как смазывающая способность, воспла­ меняемость, сжимаемость, вязкость, малая склонность к вспениванию, большой срок службы, устойчивость против нагрева, проникновения воды, окисления и де­ формации сдвига, малая способность растворения воз­ духа.

Рассмотрим наиболее важные из них.

Сжимаемостью называется свойство жидкости изме­ нять свой первоначальный объем при изменении давления. Для масел, используемых в гидросистемах станков с ЧПУ, относительное изменение объема жидкости при давлении от 0 до 100 кгс/см2 может примерно изменяться от 0 до 0,8%, величина изменения зависит от температуры и на­ личия в ней воздуха. В ряде случаев такими изменениями можно пренебречь, если сжимаемость не определяет качества работы гидропривода. Но в быстродействую­ щих гидравлических приводах подач станков с ЧПУ

123

мость носит нелинейный характер. Очевидно, чем меньше изменяется вязкость с изменением температуры, тем выше качество и лучше эксплуатационные свойства рабочей жидкости. При применении жидкостей, имеющих крутую кривую температурной зависимости вязкости, затруд­ няется работа гидросистем при температуре ниже 10° С. Последнее объясняется в основном тем, что при повыше­

дается при протекании даже тщательно очищенных жид­ костей, так как процесс облитерации представляет собой адсорбцию поляризованных молекул на стенках щели. Толщина этого слоя может достигать 10 мкм и более. Если номинальный зазор щели золотника или клапана равен сумме толщин адсорбированных слоев или будет меньше ее, то может произойти полное заращивание капиллярной щели. Граничные слои адсорбированных молекул имеют свойства, отличные от свойств рабочей жидкости. В частности, облитерационный слой обладает определенной твердостью. Интенсивность заращивания капиллярной щели зависит от величины перепада давле­ ния на ней. С увеличением перепада давления облитера­ ция уменьшается. Влияет на скорость облитерации и температура, жидкости, с увеличением которой растет интенсивность облитерации. Там, где облитерация отри-

124

цательно влияет на работу гидроагрегатов, необходимо, чтобы сопрягаемые поверхности деталей гидроагрегатов двигались относительно друг друга, так как движение разрушает слой поляризованных молекул.

Кавитационные режимы в гидроагрегатах, в том числе насосах, создают особо тяжелые условия работы и, как правило, приводят к преждевременному износу и выходу из строя гидроагрегатов. Явление кавитации жидкости заключается в образовании разрывов сплошности (каверн) в тех участках потока жидкости, где в результате различ­ ных причин, обусловленных движением жидкости, про­ исходит значительное понижение давления. Наблюдае­ мые в практике кавитационные явления происходят вслед­ ствие выделения из жидкости растворенного воздуха и расширения его пузырьков, находящихся в механиче­ ской связи с рабочей жидкостью. В общем случае явление кавитации связано с уменьшением давления на входе в насос до величины, при которой происходит выделение растворенного в рабочей жидкости воздуха. На процесс кавитации влияет температура жидкости и изменение числа оборотов насоса.

В настоящее время нет строго обоснованного объясне­ ния механизма возникновения кавитационного разруше­ ния. Однако последние исследования позволяют заключить, что эти явления происходят в основном в результате меха­ нического действия на элементы гидроагрегатов гидравли­ ческих ударов при смыкании воздушных кавитационных каверн, а также в результате действия на поверхности развивающихся при этом высоких температур.

Поверхности металлических частей и деталей гидро­ агрегатов, подверженных кавитационному разрушению, имеют характерные признаки в виде выбоин канавообраз­ ной, круглой и других форм.

Размер и характер разрушений поверхности опреде­ ляется интенсивностью кавитационного процесса и влия­ нием таких факторов, как кавитационная стойкость мате­ риала деталей, загрязнение и температура самой жидко­ сти [3, 21 ].

§ 6. УСТАНОВКА И РЕГУЛИРОВКА ДАТЧИКОВ СТАНКОВ С ЧПУ

В станках с ЧПУ моделей ФП-9М, ФП-7М, ФП-17М и ПФП-5 имеется механизм отсчета координат рабочих органов станка. Механизм состоит из сельсинов, вклю-

125

генератором. Ротор сельсина имеет одну обмотку, а ста­ тор три обмотки, оси которых сдвинуты на 120° одна относительно другой.

Сельсины в механизме отсчета используются в инди­ каторном режиме, они работают в паре: сельсин-датчик Д, связанный с выходным валом привода рабочего органа станка, и сельсин-приемник П, связанный с входным валом механизма отсчета. На рис. 60 изображена схема включения сельсинов в индикаторном режиме. Роторы обеих сельсинов получают питание от одного источника переменного тока и, статорные обмотки соединены между собой, как показано на рисунке. При одинаковом поло­ жении валов токи в соединительных проводах отсутствуют. Если входной вал сельсина-датчика повернуть на неко­ торый угол, то в соединительных проводах появятся токи и вызовут у приемника момент, стремящийся свести угол рассогласования Да = а д — а п к нулю.

При непрерывном вращении ротора датчика ротор приемника будет также вращаться с одинаковой скоростью и одинаковым мгновенным угловым положением, т. е. будет следить за положением ротора сельсина-датчика.

Одной из основных проблем при наладке индикаторных сельсиновых передач является установка нулевого поло­ жения сельсинов.

Сельсины имеют фиксированное начало отсчета, ко­ торым является электрический нуль. От того как настроен электрический нуль такой передачи, зависит точность отсчета. Для настройки нулевого положения сельсинов командный вал устанавливается в такое положение, при

123

котором нули мерительных линеек совпадают с нулями нониусов. Нулевым положением рабочих органов, на­ пример, станка ФП-17М является: стол — среднее поло­ жение, ползун — крайнее заднее положение, головка — крайнее верхнее положение. Ось фрезерной головки должна совпадать с осью технологической втулки 0 20А, расположенной в столе (допустимый эксцентриситет при повороте шпинделя с установленным на нем индикато­ ром — не более 0,02 мм), а расстояние от рабочей поверх­

можно установить электрический нуль вращением кор­ пуса сельсина в его монтажном отверстии. Электрический нуль будет иметь место, когда при приложении надлежа­ щего напряжения на С1С2 напряжение на Р1РЗ будет равно нулю. Но напряжение на Р1РЗ будет также равно нулю, когда сельсин повернется на 180° от положения электрического нуля.

Имеется несколько способов распознавания, является ли это положение электрическим нулем или сдвинуто относительно него на 180°. Рассмотрим один из этих способов.

Если смотреть вдоль вала ротора спереди датчика и повернуть вал ротора по часовой стрелке на малый угол, то при совпадении фазы появившегося напряжения на Р1РЗ с фазой напряжения на С1С2 сельсин будет около электрического нуля. Фаза может быть определена с по­ мощью осциллографа по фигурам Лиссажу или с помощью специального фазометра.

На точность индикаторного режима работы сельсинной передачи оказывают влияние следующие факторы: вели­ чина моментов трения и нагрузки приемника, конструк­ тивные и электрические параметры сельсинов и параметры и точность настройки.

Обычно эта погрешность определяется эксперимен­ тально в виде полусуммы абсолютных значений макси­ мальных ошибок, полученных для двух направлений вращения датчика в пределах одного оборота. Так, на­ пример, при максимальных ошибках -fA ax для одного направления вращения и —Да2 для противоположного максимально возможная погрешность для сельсина опре­ делится из выражения

Aa = ± -Afll j An>•

127

В фазовых системах ЧПУ для контроля и регулиро­ вания скорости движения рабочих органов в качестве датчиков обратной связи по скорости применяют тахогенераторы, которые выполняют роль воспринимающего элемента следящей системы. Работа тахогенератора опи­ сывается уравнением дифференцирующего звена, и, сле­ довательно, тахогенератор выполняет в системах ЧПУ роль корректирующего устройства.

Погрешность тахогенераторов постоянного тока за­ висит от температуры (изменяется сопротивление обмоток и магнитная проницаемость стали) и нестабильности щеточного контакта.

Для многих следящих систем эта погрешность не является серьезным недостатком, но становится таковым, если в системе будет режим, при котором вращение проис­ ходит с малой скоростью. Подпрыгивание щеток из-за наличия коллектора при малых скоростях вращения создает дополнительные ложные изменения напряжения, снимаемого с тахогенератора. Поэтому при регулировании щеточных механизмов необходимо особое внимание уде­ лять равномерности усилия прижатия и прилегания щеток.

Подобно любому электромеханическому устройству, используемому в системах ЧПУ, тахогенераторы должны иметь точные и концентричные валы н установочные мон­ тажные поверхности, так как при нарушении этих усло­ вий наступает преждевременный износ подшипников и даже поломка вала.

В качестве датчиков обратной связи по положению в замкнутых системах ЧПУ фазового типа применяются вращающиеся трансформаторы и редусины. При уста­ новке и регулировке этих датчиков к ним предъявляются те же требования, что и к сельсинной передаче или тахогенераторам. Регулировка нулевого положения осуще­ ствляется, как для сельсинной передачи, в трансформатор­ ном режиме [19, 30, 44].

в фазовых системах ЧПУ, которые осуществляют преоб­ разование фактического положения управляемого эле­ мента в фазу переменного напряжения, используются электромеханические фазовращатели. В станках типа

128

ФП-7, ФП-17, ПФП-5, 6М13-ГН1 и др. в качестве фазо­

трансформатора в фазовращательный режим с расщепле­ нием магнитного поля рассмотрена в гл. II, §9. Напря­ жение питания подводится к роторной обмотке, а выход­ ное напряжение снимается со средней точки /?С-цепочки, включенной между статорными обмотками. Для правиль­ ной работы схемы фазовращателя необходимо, чтобы выполнялось условие U)RC — 1. Параметры цепочки найдем следующим образом [19]. Пусть индуктивность обмотки вращающегося трансформатора равна L, а ее активное сопротивление (с учетом потерь) равно RL. Тогда ток в этой обмотке

/ — комплексная величина.

Ток во второй обмотке с включенной цепочкой

( 10)

(Я + ЯП+ /■(«*>*. - ^ )

Приравнивая амплитуды токов и их фазы с учетом, что между ними должен быть сдвиг 90°, получим систему из двух уравнений

Как следует из приведенного ранее анализа, схема питания вращающегося трансформатора по принципу расщепления магнитного поля вносит фазовую ошибку при вращении ротора.Количественно эта ошибка будет