2.3. Утечки в рабочих цилиндрах

Утечки в рабочих цилиндрах диаметром от 65 до 165 мм обычно колеблются в пределах 5 - 15 см³/мин при Р = 6 МПа и температуре рабочей жидкости 50°С.

Испытанные лабораторией гидроприводов ЭНИМС цилиндры фирм J. Barnes и Ex-Cell-0 показали утечки в среднем 7,6 см³/мин при Р = 6 МПа и Т = 50°С.

Для дальнейших выводов примем среднюю величину утечек в цилиндре = 10 см³/мин, что соответствует коэффициенту

.

Суммарный коэффициент утечек k для гидросистем с указанными выше типами насосов приведен в табл. 2.

Таблица 2

Тип насоса	Коэффициент утечек гидросистемы, k,
1. Поршневой насос с клапанным распределением	1,27
2. Поршневой насос с торцевым распределением	3,79
3. Поршневой насос с центральной распределительной осью	5,40

Д

7

ля иллюстрации влияния утечек в гидросистеме на изменение скорости поршня произведем вычисление относительного изменения скорости поршня для примеров двух рабочих режимов:

1) скорость поршня = 5мм/мин;

2) скорость поршня =100 мм/мин.

Вычисления произведем для гидросистем с рассматриваемыми выше типами насосов для рабочего цилиндра диаметром D = 90 мм при Р = 60 МПа, что соответствует усилию

.

Для гидросистемы с насосом фирмы J. Barnes имеем при = 5мм/мин

,

и из уравнения (6)

.

Аналогично вычисляются значения и в остальных случаях при обоих выбранных режимах работы. Окончательные данные значений и сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Типы насосов	= 5 мм/мин		= 100 мм/мин
		, мм/мин		, мм/мин
1. Поршневой насос с клапанным распределением	2,34	16,7	0,12	112
2. Поршневой насос с торцевым распределением	7,10	40,5	0,36	136
3. Поршневой насос с центральной распределительной осью	10,1	55,5	0,51	151

И

8

з приведенных данных видно, какое значение для работы гидросистем имеют утечки в регулируемых насосах, как преобладающие в общем балансе утечек.

.

В соответствии с уравнением (26) получаем

и для этого случая .

Таким образом, можно сделать вывод, что гидросистема с дросселем не может обеспечить стабильной работы станка при малых скоростях перемещения поршня и переменном усилии R. В отличие от системы с регулируемым насосом, в рассматриваемой гидросистеме фактор не будет улучшаться с увеличением , что видно из уравнений (18), (25) и (26), так как с увеличением увеличивается и коэффициент k.

Вторым существенным недостатком рассматриваемой гидросистемы, особенно заметным в случае работы при высоких рабочих давлениях и малых скоростях перемещения поршня, является ее ненадежность из-за практически неизбежных засорений дросселя вследствие его ничтожно малых проходных сечений, исчисляемых тысячными долями квадратного миллиметра.

Вычислим проходное сечение f дросселя с характеристикой для указанного выше режима работы. Это сечение определяется известным уравнением откуда

, (27)

где Q - количество жидкости, вытекающей в единицу времени из полости противодавления цилиндра при данной скорости перемещения поршня;

- скорость протекания жидкости через дроссель;

21

; (28)

эффициента k путем уменьшения, например сечения дросселя, не следует, так как в этом случае (при данной скорости перемещения поршня ) автоматически увеличивается противодавление , что связано с уменьшением полезного усилия R (при Р = const).

Определим величину относительного изменения скорости перемещения поршня при изменении усилия R для гидросистем с двумя указанными типами дросселей, причем для того же режима работы и для того же диаметра рабочего цилиндра, для которых были определены факторы в случае системы с регулируемым насосом, т.е. при величинах:

.

Вычисления произведем для величины противодавления = 1 МПа, приняв диаметр штока d = 65 мм.

Воспользовавшись уравнением (19), можно определить величину Р, которая составит 6,45 МПа.

Определим из уравнения (18) коэффициент для дросселя с характеристикой

.

В соответствии с уравнением (25) получаем

.

Из уравнения (6) , откуда

,

т.е., чтобы получить при полной нагрузке , надо при холостом ходе отрегулировать скорость поршня на

О

20

пределим из уравнения (18) коэффициентдля дросселя с характеристикой:

Анализируя полученные данные, можно сделать следующие выводы:

1. Ни одна из гидросистем с указанными выше насосами не может обеспечить нормальной работы станка при выбранном цилиндре D = 90 мм и скорости поршня . Чтобы получить скорость поршня под нагрузкой (при резании) , даже в случае насоса фирмы J. Barnes, имеющего минимальные утечки, нужно отрегулировать производительность насоса при холостом ходе на скорость =16,7 мм/мин.

Такой значительный перепад скоростей практически может привести к поломке инструмента при выходе его из обрабатываемой детали. Однако если увеличить диаметр цилиндра D до 120 мм, то относительное изменение скорости поршня составит

,

при скорости холостого хода поршня = 8,7мм/мин. Работа такой гидросистемы будет уже более стабильной. Чтобы получить удовлетворительный результат для остальных типов насосов, пришлось бы взять цилиндры соответственно еще большего диаметра, что связано с увеличением габаритов станка.

2. Для уменьшения относительного изменения скорости поршня ,в случае работы при малых скоростях поршня и минимальном диаметре цилиндра, следует стремиться к уменьшению величины утечек в гидросистеме и главным образом в насосе, что, однако, имеет свой предел. Насосы фирм J. Barnes и Sundstrand, которые имеют утечки в пределах 50-60 см³/мин и могут считаться лучшими в этом отношении, все-таки не обеспечивают стабильной работы гидросистемы, выполненной по схеме рис. 1 при малых скоростях перемещения поршня.

П

9

оэтому для механизмов подач современных станков, где требуются малые скорости перемещения поршня (сверлильно-расточные, токарные станки), применяются специальные гидросистемы, рассматриваемые ниже.

3. При более высоких скоростях поршня =100 мм/мин, как видно из табл. 3, влияние утечек гидросистемы на изменение скорости поршня становится менее значительно.

Если увеличивать и далее, то влияние утечек на работу гидросистемы будет все более уменьшаться. Поэтому в станках, где не требуется достижения малых скоростей перемещения поршня (например, в протяжных станках), с успехом могут применяться и применяются, гидросистемы, выполненные по принципиальной схеме, представленной на рис. 1.