Глава 27. Функциональные сборочные единицы и механизмы деревообрабатывающего оборудования

 

Для осуществления движений в рабочих машинах существует три вида механизмов: двигательные, передаточные и исполнитель­ные. Двигательный механизм в виде электро-, гидро-, пневмо- или другого привода снабжает двигательной энергией рабо­чую машину. Передаточный механизм служит для передачи энергии от двигательного механизма к исполнительному с помо­щью механических, гидравлических, пневматических или других передач.

Исполнительный механизм осуществляет перемещение тех элементов машины, которые выполняют основные и вспомо­гательные движения, необходимые для выполнения рабочего про­цесса.

Современная машина имеет ряд механизмов потока информа­ции, осуществляющих управление, контроль или регулирование процесса. Они либо управляются человеком, либо работают без его участия (автоматические машины).

В машину входят также самостоятельные элементы: станина, устройства безопасности, опорные элементы и т.д. Совместно с рассмотренными выше механизмами они образуют так называе­мые функциональные механизмы и сборочные единицы машин, основными из которых являются: механизмы резания, подачи, базирования, вспомогательных движений, двигательные, переда­точные, регулирующие и безопасности.

 

Двигательные механизмы

Электрический привод включает электродвигатель, аппаратуру управления и передаточные элементы, связывающие электродвига­тель с передаточным механизмом, а при отсутствии последнего — непосредственно с рабочими органами машины. Электродвига­тель — универсальный механизм, поэтому его применяют во всех функциональных механизмах (главного движения, подачи и др.), и компактный, поэтому его можно устанавливать вблизи рабочих органов. Электрический привод может быть нерегули­руемым — с постоянной скоростью передаваемого движения — и регулируемым — со ступенчатым и бесступенчатым регулиро­ванием скорости.

Основной частью нерегулируемого электропривода являются асинхронные электродвигатели трехфазного тока. В де­ревообрабатывающем оборудовании применяют преимуществен­но асинхронные короткозамкнутые электродвигатели переменно­го тока единой серии 4А мощностью 0,06...400 кВт с высотой оси вращения 50... 355 мм. В зависимости от мощности К ПД этих дви­гателей изменяется в интервале 50...94,5 %. Чем меньше мощность, тем меньше КПД.

П ри установке быстроходных рабочих органов непосредственно на валы двигателей применяют специальные электродвигатели с удлиненным ротором серии 4АД, мощностью 0,25...7,5 кВт с син­хронной частотой вращения 300; 3600; 6000; 12000 и 18 000 мин^-1.

Регулируемый электропривод применяется в дере­вообрабатывающем оборудовании преимущественно в механизмах подачи. По характеру регулирования различают приводы со сту­пенчатым и бесступенчатым изменением скорости.

При работе приводов механизмов подачи и вспомогательных устройств требуется снижение частоты вращения выходного вала по сравнению с частотой вращения вала электродвигателя. В этом случае двигатели заменяют моторами-редукторами, а для регули­руемого по скорости привода используют моторы-вариаторы-редукторы и роторные гидромоторы. Эти приводы (рис. 62) ком­пактны и удобны в эксплуатации. Моторы-редукторы компонуются из стандартных фланцевых электродвигателей и редукторов на лапах или с фланцем, которые могут быть цилиндрического, планетарного или волнового типов. Моторы-вариаторы-редукто­ры включают еще дополнительное промежуточное звено — кли­ноременный вариатор, что позволяет регулировать величину ско­рости.

При использовании комбинированных электроприводов от двигателей мощностью 0,25...22 кВт с частотой вращения 700...2900 мин^-1 крутящий момент на выходном валу составляет М _кр = 90...4000 Нм, частота вращения п = 7...450 мин^-1.

Гидродвигатели — это машины для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию вращательного или поступательного движения рабочего органа. Гидродвигатели с не­ограниченным ходом называют гидромоторами, а с ограничен­ным ходом — гидроцилиндрами. Первые предназначены для при­дания рабочему органу вращательного движения. Они могут быть низкомоментными (быстроходными) и высокомоментными (ти­хоходными). Быстроходные гидромоторы характеризуются малым отношением крутящего момента М_кр и частоты вращения п: М_кр/п = = 0,001... 1 Н -м/мин^-1. Для тихоходных это отношение достигает 20 000 Н-м/мин^-1.

В гидроприводах вращательного движения поворотных устройств агрегатных станков и автоматических линий, а также в приводах вращения ходовых винтов силовых узлов применяют шестеренные МНШ, аксиально-поршневые Г15-2 и аксиально-радиальные МР-Ф гидромоторы.

Технические характеристики гидромоторов

 

	МНШ	Г15-2
Расход масла, кг/мин	12...64	11...153
Частота вращения, мин-"1	300... 1600	1300...2400
Крутящий момент, Н м	50... 70	10...140
Эффективная мощность, кВт	9,5... 14	0,8...14
Объемный КПД	0,9...0,98	0,9...0,98

Потребляемая мощность, кВт, насосов всех типов может быть определена по формуле

где р — давление в системе, МПа; Q — расход жидкости, л/мин.

Эффективная (отдаваемая) мощность, кВт:

где?₀ — объемный КПД гидромотора.

Необходимая производительность насоса, подающего масло к гидромотору, определяется по формуле

где q — удельный расход масла гидромотора, см³/об.

В станках и автоматических линиях, выпускаемых в России, ши­роко применяются нерегулируемые аксиально-поршневые гидромоторы Г15-2 (рис. 63). Масло насосом подается в одну из полостей 11 и через окна 12 крышки-распределителя 6 поступа­ет в цилиндры 7, расположенные в блоке 5, под поршни 8. Давле­ние от поршней через толкатели 10 передается на наклонный ра­диально-упорный шарикоподшипник 2, на котором возникает тангенциальная составляющая силы, под действием которой начи­нает вращаться барабан 9, придавая вращательное движение выход­ному валу 1. Блок цилиндров 5 получает вращение от барабана 9 через поводок 4 и прижимается к крышке-распределителю 6 пружиной 3. Изменение направления вращения вала осуществляется изменением направления подачи масла в полости 11 крышки-распределителя 6.

Для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию возвратно-поступательного или возвратно-поворотного движения выходного звена применяют силовые гидроцилиндры к качестве двигателей ограниченного хода.

Гидроцилиндры (рис. 64) могут быть одно- и двусторон­него действия с высоким объемным КПД (? ₀ = 0,98...0,99). При подборе гидроцилиндра задаются усилием на штоке и по рабочему давлению в трубопроводе на основании уравнения F = pS опреде­ляют размеры поперечного сечения цилиндра, пренебрегая давле­нием в сливной части. В этой формуле S — величина активной площади поршня. У гидроцилиндров двустороннего действия с односторонним штоком или различными по площади поперечного сечения штоками движения в противоположных направлениях бу­дут осуществляться с различными скоростями. Отношение диаметра штока к диаметру цилиндра выбирается конструктивно и изменя­ется в широких пределах: d_шт/D = 0,2... 0,7.

П ри небольших перемещениях, но с большими усилиями, при­меняют мембранные (диафрагменные) гидроцилиндры. Активная площадь в таких конструкциях приближенно определяется по фор­муле

где D — диаметр заделки мембраны; d — диаметр жесткого диска.

Силовые гидроцилиндры характеризуются рядом показателей, которые рассчитываются по следующим формулам.

Расход жидкости Q, л/мин, при заданной скорости поступатель­ного движения v_s, м/мин, и рабочей площади поршня S, см²:

Рабочая площадь поршня S, см², при диаметрах, мм, цилиндра D, штока d_шm, плунжера D_пл:

для противоштоковой полости

для штоковой полости

для плунжерного цилиндра

Развиваемое усилие F, Н, при разности давлений в полостях нагнетания и слива Ар, МПа:

Мощность Р, кВт:

В гидросистемах деревообрабатывающих станков гидронасосы создают давление до 6,5 МПа, а в системах гидравлических прес­сов до 40 МПа. Для обеспечения равномерности хода поршня в штоковой полости цилиндра создают давление 0,3... 0,5 МПа дрос­селированием или установкой подпорного клапана на сливной части.

Наряду с гидравлическими приводами широко распростране­ны пневматические. По принципу действия они практически не отличаются от гидравлических, но конструкции элементов систе­мы вследствие отличия физических свойств воздуха от свойств жидкости имеют особенности. Давление в производственных пнев­мосистемах составляет обычно 0,4... 1,0 МПа.

В конструкциях деревообрабатывающих станков и автоматичес­ких линий наиболее широко применяются поршневые и диафрагменные пневматические двигатели. Поршневые пневмодвигатели имеют цилиндр, шток и поршень, но их конструкция несколько проще, чем у гидравлических двигателей, так как меньше рабочее давление в системе.

Типовой пневмопривод изображен на рис. 65. Поршень 1 перемещается в рабочем цилиндре 2 под действием сжатого возду­ха, поступающего попеременно в обе полости цилиндра из маги­страли через распределитель 6. В конце хода заданной величины, что определяется положением выключателей, кулачок 3 штока на­жимает на рычаг одного из выключателей 4 или 5 системы управ­ления распределителя. В положении, изображенном на рис. 65, а, поршень перемещается вправо, приводя в рабочее положение вы­ключатель 5. Когда он займет крайнее правое положение, пере­ключится выключатель 4. Сигнал в виде давления сжатого воздуха поступит на вход распределителя 6, и золотник переместится в пра­вое положение. Сжатый воздух из магистрали через распределитель поступит в правую полость цилиндра 2, и поршень 1 переместится влево. В конце обратного хода кулачок на штоке нажмет на конечный выключатель 5, золотник переключится — и цикл повторяется.

В механизмах, где не требуется больших перемещений, широко распространены диафрагменные пневмодвигатели (рис. 65, б) с плоской и тарельчатой мембраной. Двигатель состоит из разъемно­го корпуса 5, в котором размещается мембрана 1, изготовленная из эластичного резинотканевого материала. При подаче сжатого воздуха через распределитель 4 и штуцер 3 мембрана прогибается и, воздействуя на диск 2, перемещает шток 7 на величину хода S. Обратный ход мембраны происходит под действием пружины 6. В зависимости от диаметра и вида мембраны ход штока с сохране­нием на нем величины усилия составляет 10...30 мм. Усилие F наштоке в конце его хода можно определить по формуле

где D и d — диаметры соответственно мембраны и диска, мм; р — давление сжатого воздуха в магистрали, МПа; F_np — сила пружи­ны в конце хода штока, Н.