Зачастую привод рычажных систем — усилителей механизирован: осуществляется электродвигателем пневматической, или гидравлической, или пневмогидравлической системой.

По конструкции усилители могут быть одно- и двухрычажные одностороннего действия и двухрычажные двухстороннего действия (рисунок 13).

Усилие зажима в таких системах может быть рассчитано по формулам:

= Р (для схемы рисунок 13, а);

= Р (для схемы рисунок 13, б);

= Р (для схемы рисунок 13, в);

= Р (для схемы рисунок 13, г);

= (для схемы рисунок 13, д);

Здесь Р — усилие на поршне цилиндра, Н;

—угол наклона рычага;

—дополнительный угол наклона, с помощью которого учитываются потери на трения в шарнирах,

где d—диаметр шарнира, L—расстояние, между отвер­стиями рычага; f — коэффициент трения в шар­нире;

—приведенные коэффициенты трения качения, ко­торые учитывают потери на трение в роликовой опоре,

где D—наружный диаметр ролика, d—диаметр шарнира, а— длина направляющей плунжера, l—расстояние от оси шарнира плунжера до середины направляющей плун­жера.

а - однорычяжного одностороннего действия с роликом; б - двухрычажного одно­стороннего действия без плунжера; в — двухрычажного одностороннего действия с плунжером;

г—двухрычажного двухстороннего действия без плунжера; д - двухрычажного двухстороннего действия с плунжерами

Рисунок 13 – Схемы рычажных зажимов

На рисунке 14 показаны некоторые из наиболее широко исполь­зуемых в практике конструкций рычажно-винтовых зажимов.

Рисунок 14 - Конструктивные оформления рычажных (а, б), рычажно-винтовых (в, г, д) зажимов

Рисунок 14 - Конструктивные оформления рычажно-консольного (е) зажима

Литература

6осн.[28-34].

Контрольные вопросы

1. Каковы особенности применения рычажных зажимов?

2. Каков главный недостаток рычажных зажимов?

3. По каким правилам ведется расчет силы зажатия рычажной системы?

4. При каких значениях углах наклона рычагов обеспечивается максимальная величина силы зажатия?

Лекция 7 Закрепляющие устройства с механизированным приводом

Электромеханический привод для крепежных устройств сбо­рочно-сварочных приспособлений применяется относительно ред­ко, хотя его использование в ряде случаев и рационально. С по­мощью электромеханического привода можно создать большие усилия зажима, обеспечить быстрый реверс направления движения закрепляющего элемента, осуществить дистанционное уп­равление работой приспособления. В то же время применение электромеханического привода для сборочно-сварочных приспо­соблений сопряжено с повышением опасности поражения током работающих. К тому же, как правило, зажимные устройства с электроприводом относительно сложны по конструкции и доро­ги, так как имеют редуктор и предохранительную муфту (муф­та одновременно является тарирующим звеном, с помощью ко­торого регулируется усилие зажима).

Выбор электродвигателя производится по величине предель­ного усилия зажатия. Для этого номинальный вращающий мо­мент электродвигателя, уменьшенный на величину потерь в ре­дукторе и сопрягаемых элементах (12—15%), пересчитывают на осевое усилие.

При этом можно воспользоваться формулами, по которым рассчитываются винтовые пружины.

Пневматические приводы в последнее время стали широко встраивать в стационарные и даже переносные сборочно-сварочные приспособления, поскольку они позволяют до минимума свести время крепления заготовки, обеспечить постоянство си­лы зажатия, легко осуществить дистанционное управление ра­ботой прижима. Кроме того, пневматические устройства доста­точно просты по конструкции и легко управляются, просто уни­фицируются и не требуют применения предохранительных амор­тизаторов.

Источником энергии пневматического привода служит сжа­тый воздух давлением 0,4—0,6 МПа (обычно из цеховой сети сжа­того воздуха).

Пневматические приводы можно классифицировать на порш­невые (рисунок 15, а), диафрагменные (рисунок 15,6) и сильфонные (рисунок 15,е) одностороннего и двухстороннего действия (непо­движные, качающиеся, плавающие и вращающиеся).

Выбор типа пневматического привода определяется видом и числом одновременно зажимаемых деталей.

Поршневые приводы позволяют получать без применения до­полнительных устройств наибольший ход штока; приводы сильфонного и особенно диафрагменного типа допускают меньшие величины хода штока (например, для диафрагменного привода он не более 40—50 мм), хотя по расходу воздуха диафрагмен­ные приводы более экономичны, чем поршневые, у которых на­блюдается утечка воздуха через уплотнения. Очень чувствитель­ны поршневые приводы и к качеству сжатого воздуха (загряз­ненный воздух сильно увеличивает износ уплотнений и стенок цилиндра). Долговечность диафрагменного привода выше: его резиновая диафрагма выдерживает в 40—50 раз большее чис­ло включений, чем манжета поршня.

Пневматические приводы одностороннего действия применя­ются при малых усилиях, необходимых для возвращения порш­ня в исходное положение, т. е. тогда, когда для этого доста­точно усилия возвратной пружины.

Поршневые приводы двухстороннего действия более сложны по устройству и имеют больший расход сжатого воздуха.

В конструкциях сборочно-сварочных приспособлений по воз­можности следует применять нормализованные поршневые и диафрагменные приводы.

а — поршневые; б — диафрагменные; в — сильфонные

Рисунок 15 - Типы пневматических приводов

При конструировании пневматических приводов особое вни­мание следует уделять обеспечению безопасных условий рабо­ты: предусматривать невозможность самостоятельного раскреп­ления собираемых деталей при падении давления воздуха в сети либо в случае внезапного прекращения его подачи. С этой целью в конструкцию привода вводятся самотормозящие звенья (клинья, фиксаторы и другие элементы), устанавливаются об­ратные клапаны (рисунок 16), способные удерживать достаточное давление воздуха в приводе в течение 3—5 мин, либо в пневмосистему включается ресивер.

а—с шариком; б—с конусом; в—с резиновой прокладкой

Рисунок 16 - Схема обратных клапанов

В отдельных случаях в систему воздушной сети следует уста­навливать реле давления, сигнализирующие о недопустимом снижении давления воздуха в сети.

Усилие Р на штоке поршневого привода определяется по формулам:

(для приводов одностороннего действия);

(для приводов двухстороннего действия);

где р — давление сжатого воздуха в сети, МПа;

F— рабочая площадь поршня, м²;

T — суммарные потери на трение в уплотнении поршня и штока, МН;

q — усилие, возвратной пружины, МН.

Усилие Р на штоке диафрагменного привода определяется по формулам:

—(для диафрагм одностороннего действия);

—(для диафрагм двухстороннего действия),

где — коэффициент, учитывающий сопротивление растяже­нию диафрагм и зависящий от материала и толщины диафрагмы, а также от соотношения хода к ее диамет­ру; обычно принимается от 0,6 до 0,85;

р — давление сжатого воздуха, МПа;

F — рабочее сечение диафрагмы, м²;

q — усилие возвратной пружины, МН.

Сильфонные приводы обладают всеми преимуществами диафрагменных приводов, но не позволяют получить больший ход. Действие сильфонного привода основано на способности гоф­рированной металлической коробки-сильфона изменять свою длину под действием разности давлений внутри коробки и сна­ружи ее. Эти изменения длины сильфона с помощью пропущен­ного через него штока передаются на рабочий орган.

Основным материалом для изготовления сильфонов служат полутомпаковая латунь и нержавеющая сталь.

При давлении до 0,4 МПа сильфон средних размеров (диа­метром 140 мм) может развить осевое усилие около 5—5,5 кН. Ход сильфона в общем случае прямо пропорционален числу его гофр, квадрату отношения наружного и внутреннего диаметров и обратно пропорционален кубу толщины его стенки.

При нагрузке, сильфона избыточным давлением р усилие Р на штоке составит (ориентировочно)

МН

где R_н,R_в— соответственно наружный и внутренний радиусы сильфона, м;

р — давление сжатого воздуха, МПа.

К группе пневматических относятся также вакуумные при­воды. Действие вакуумного привода основано на проявлении раз­ности атмосферного давления и давления в рабочей камере. Усилие зажима возрастает с увеличением этой разности и за­висит от площади камеры, находящейся под разряжением, и оп­ределяется по формуле

, МН

где р—степень разряжения в рабочей камере присоса, МПа:

F — площадь поверхности рабочей камеры, м².

На рисунке 17 показаны некоторые из применяемых в промыш­ленности пневматических зажимных устройств, а на рисунке 18— разработанное ВПТИ тяжелого машиностроения вакуумное при­жимное устройство с механическим поджимом, предназначен­ное для сборки и сварки отдельных деталей и узлов металлоконструкций. Устройство механизирует операцию прижима сва­риваемых деталей, устраняя необходимость в изготовлении вре­менных приспособлений для прижима (скоб, хомутов, стяжек и пр.), и состоит из двух вакуумных чаш с эжектором и механиз­ма прижима.

Принцип работы вакуумного прижимного устройства заклю­чается в том, что после наложения двух вакуумных чаш на плоскость листа, к которому приваривается прижимаемая деталь, и включения эжектора создается разность давлении внутри и снаружи чаш, в результате чего происходит надежный присос прижимного устройства к листу.

Ручным домкратом создается усилие прижима поджатия де­тали около 12 кН.

ВПТИ тяжелого машиностроения спроектированы также ва­куумные прижимы с пневматическим и гидравлическим устрой­ствами для поджима свариваемых деталей.

а – поршневого, для прижима набора к обшивке плоскостных секций; б – диафрагменного, для крепления балок рамы вагона; в – диафрагменного, для крепле­ния деталей рамы автомобильного полу­прицепа

Рисунок 17 - Конструктивное оформление пневматических прижимов

Рисунок 18 - Вакуумное прижимное устройство с механическим поджимом (конструкции ВПТИ тяжелого маши­ностроения)

Гидравлический и пневмогидравлический приводы в сборочно-сварочных приспособлениях применяются относительно редко, лишь при необходимости обеспечить очень большие усилия за­жима и особенно тогда, когда получить их путем увеличения диаметра поршня пневмоцилиндра невозможно.

В гидравлическом приводе источником энергии вместо сжа­того воздуха служит жидкость (чаще всего масло), подаваемая в цилиндр под давлением 2—6 МПа и выше.

Скорость действия гидравлических приводов намного мень­ше, чем скорость действия пневматических приводов, что явля­ется их серьезным недостатком.

Расчет усилия на штоке гидроцилиндра ведется по тем же формулам что и расчет усилия на штоке пневмоцилиндра.

Пневмогидравлический привод сочетает преимущества бы­стродействующих пневматических приводов и высокие экономи­ческие преимущества гидравлических приводов. Такие системы позволяют преобразовать низкое давление воздуха в высокое давление масла.

Усилие на выходном штоке пневмогидропривода можно под­считать по формуле

где D— диаметр пневмоцилиндра, м;

d — диаметр гидроцилиндра, м;

P_n— усилие на штоке пневмоцилиндра, Н;

—к. п. д. привода (=0,8—0,85).

На рисунке 19 в качестве примера показана гидравлическая скоба для сборки крановых балок коробчатого сечения, разра­ботанная и внедренная на Красноярском, заводе тяжелого ма­шиностроения. Гидроскоба имеет двенадцать горизонтальных гидравлических цилиндров, которые своими штоками прижи­мают вертикальные листы крановой балки к диафрагмам с мак­симальным усилием 23 кН на каждом штоке, при давлении масла 0,6 МПа. Два вертикальных гидравлических цилиндра, которые своими штоками через балочку прижимают вертикаль­ные листы крановой балки к горизонтальному листу и диаф­рагмам с максимальным усилием 106 кН, на каждом штоке, при давлении масла 6 МПа.

Гидроскоба установлена на рельсах, уложенных на специ­альном стенде для сборки балок мостовых кранов; передвигаясь по всей длине балки, скоба останавливается там, где необхо­димо прижать листы с боков и сверху в местах их соединения.

Рисунок 19 - Гидроскобы для сборки и сварки балок коробчатого сечения

Литература

6осн.[34-42].

Контрольные вопросы

1. Что ограничивает применение электромеханического привода для крепежных устройств?

2. По какому параметру производится выбор электродвигателя?

3. Что служит источником энергии в пневмоприводах?

4. Какие типы пневмоприводов могут быть использованы в крепежных устройствах?

5. На что следует уделять особое внимание при конструировании пневматических приводов?

6. Чем обусловлено редкое применение гидроприводов?