Гидравлические и пневматические элементы и приводы промышленных роботов - Слюсарев А.Н.

Author: Слюсарев А.Н.
Tags: автоматика системы автоматического управления и регулирования интеллектуальная техника технология управления оборудование систем управления техническая кибернетика радиоэлектроника гидравлика робототехника пневматика роботы
ISBN: 5-217-00373-1
Year: 1989
Similar
Управляющие системы промышленных роботов
Механика промышленных роботов. Книга 3. Основы конструирования.
Механика промышленных роботов. В 3 книгах. Книга 1. Кинематика и динамика
Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов
Text
                    
?
 UH


♦ 'f
A
l
в
4. H. C i го c apee
I


Я ТЕХНИКУМОВ




I
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ‘
И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ
ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИВОДЫ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
РОБОТОВ




1

кШИНОСТРОЕНИЕ

ДЛЯ ТЕХНИКУМОВ
А, Н. Слюсарев
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ
ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИВОДЫ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
РОБОТОВ
Допущено Министерством черной металлургии
СССР в качестве учебника для средних специаль-
ных учебных заведений по специальности 0663
"Эксплуатация промышленных роботов"
“Библиотека Машиностроителя”
www.lib-bkm.ru
МОСКВА
МАШИНОСТРОЕНИЕ-
1989
ББК 32. 816-04я723
С49
УДК [621.865.8:681.587.3] (075.32)
Рецензенты: цикловая комиссия Челябинского металлургического техникума,
канд. техн, наук В. К. Свешников
Слюсарев А. Н.
С 49 Гидравлические и пневматические элементы и приводы
промышленных роботов: Учебник для техникумов по спе-
циальности «Эксплуатация промышленных роботов».— М.:
Машиностроение, 1989.—168 с.: ил.
ISBN 5-217-00373-1
Изложены основы теории и расчета объемного гидро- и пневмопри-
вода, рассмотрены устройство и принцип действия, даны характеристики
насосов, гидро- и пневмодвигателей, аппаратуры управления и других эле-
ментов приводов, применяемых в робототехнике. Приведены основные
требования безопасности и правила эксплуатации приводов. Описаны осо-
бенности гидро- и пневмоприводов наиболее распространенных роботов
и манипуляторов.
2702000000—107
С --------------47 — Св. план для сред. спец. учеб. ББК 32.816-04я723
038(01)—89	заведений 1989
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Слюсарев Анатолий Николаевич
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
И ПРИВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Редактор И. Н. Якунина
Художественный редактор В. Д. Лыськов
Технический редактор И. В. Малыгина
Корректор Л. Л. Георгиевская
ИБ № 5167
Сдано в набор 27.11.88. Подписано в печать 12.05.89. Т-08004. Формат 60Х88‘/>*- Бумага офсетная
№ 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 10.29. Усл. кр.-отт. 10.67. Уч.-изд. л.
11.21. Тираж 20 000 экз. Заказ Мт 1737. Цена 35 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение»
107076. Москва, Стромынский пер., 4
Московская типография № 4 Союзполнграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии н книжной торговли.
129041, Москва. Б. Переяславская ул.. 46.
ISBN 5-217-00373-1 © Издательство «Машиностроение», 1989
ПРЕДИСЛОВИЕ
В решениях XXVII съезда КПСС, в новой редакции
Программы КПСС выдвинута задача .ускоренного социально-
экономического развития страны на базе крутого поворота
к интенсификации производства. При этом подчеркнута необ-
ходимость широкого внедрения гибких производственных систем,
в том числе на базе роботизации.
В качестве приводов промышленных роботов широкое рас-
пространение получили объемные гидравлические и пневмати-
ческие приводы. Около 50 % всех приводов роботов являются
гидравлическими, около 35 % пневматическими. Гидро- и пневмо-
приводы очень удобны также для использования в устрой-
ствах периферийного (вспомогательного) оборудования гибких
производственных систем и роботизированных участков.
Знание основ работы и расчета гидро- и пневмоприводов,
их технических и эксплуатационных возможностей является
необходимым условием для специалиста-техника, обслуживающе-
го современные средства робототехники.
Материал учебника ориентирован на получение учащимися
основ знаний в области теории, работы и расчета гидро-
и пневмоприводов, устройства их элементов, принципа построе-
ния схем управления гидро- и пневмоприводами промыш-
ленных роботов, общих требований техники безопасности при их
эксплуатации.
ГЛАВА 1
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГИДРАВЛИКИ
1.1.	ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ
Гидравлика — наука, изучающая законы движения и
равновесия жидкостей и способы приложения этих законов к
решению технических задач.
Жидкостью называется вещество в агрегатном состоянии, про-
межуточном между твердым и газообразным. Жидкости, подобно
твердому телу, обладают малой сжимаемостью, большой плот-
ностью и в то же время, подобно газу, не сохраняют фор-
му и легко текут.
К основным свойствам жидкости относятся плотность, вяз-
кость, сжимаемость, тепловое расширение, теплоемкость, тепло-
проводность, температуры застывания и вспышки, смазывающие
свойства.
Плотностью (кг/м3) жидкости называется физическая величи-
на, равная массе единицы ее объема, т. е. равная отно-
шению
p = m/V,	(1.1)
где m — масса жидкости, кг; V — объем жидкости, м3.
При изучении гидропривода пользуются таким понятием, как
давление жидкости, которое характеризует интенсивность сил,
действующих со стороны жидкости на поверхность сосуда.
Давление р выражается в паскалях (Па) или мегапаска-
лях (МПа).
При повышении давления плотность жидкости увеличивается,
при повышении температуры, как правило, уменьшается.
Вязкость определяет свойство жидкости сопротивляться от-
носительному перемещению ее слоев и проявляется в жидкости
только при ее течении. Различают динамическую (абсолютную),
кинематическую и условную вязкости.
Динамическая вязкость обусловлена тем, что при течении
жидкости вдоль твердой стенки скорости ее слоев в плоскости
сечения, перпендикулярной направлению потока, различны из-за
внутренних сил трения между этими слоями, которые согласно за-
кону Ньютона определяются по формуле
F = pS(dv/dy)'	(1.2)
4
где ц — коэффициент пропорциональности (динамическая вязкость); S —
площадь поверхности слоя жидкости; dv/dy—градиент скорости; у— скорость
жидкости; у — расстояние между слоями жидкости, измеренное перпендикулярно
направлению ее движения.
Отсюда следует, что динамическая вязкость (Па-с) представ-
ляет собой силу трения, отнесенную к единице площади и едини-
це градиента скорости:
ц =	F-n~.	(1.3)
Все жидкости, подчиняющиеся этому закону, называются
ньютоновскими в отличие от неньютоновских жидкостей, для ко-
торых касательные напряжения не зависят от градиента скорости.
Величина, обратная динамической вязкости, называется теку-
честью жидкости:
Ф=1/Н-	(1-4)
Кинематическая вязкость (м2/с, мм2/с) определяется как от-
ношение динамической вязкости к плотности:
v = n/p.	(1.5)
Так как непосредственно (опытным путем) определить вяз-
кость невозможно, в практике применяют понятие условной вяз-
кости (секунды Сейболта, градусы Энглера и др.), которая оп-
ределяется как отношение времени истечения жидкости определен-
ного объема при данной температуре к времени, за которое вы-
текает дистиллированная вода такого же объема.
С увеличением давления кинематическая вязкость жидкости
обычно растет:
vp = voc'’"’"-1,	(1.6)
где vp — кинематическая вязкость при давлении р; с — коэффициент, зави-
сящий от вида жидкости (для минеральных масел с= 1,003).
В расчетах при давлении до 20 МПа зависимость вязкости от
давления можно не учитывать.
С увеличением температуры Т жидкости ее кинематическая
вязкость уменьшается:
v,=v5o(5O/7y,	(1.7)
где vso — вязкость жидкости при температуре 50 °C, мм2/с; п — показатель
степени, зависящий от v50 (например, для у50=10 мм2/с п = 1,7; для vso =
= 20 мм2/с л =2,0).
Сжимаемость жидкости определяет ее свойство изменять
объем под действием давления. Она характеризуется модулем
объемной упругости жидкости Е (Па):
Е = АрДдУ/Ю,	(1.8)
5
где Др — изменение давления, Па; Д И— изменение объема, м3; V —
первоначальный объем жидкости, м3.
Для минеральных масел Е= 1350...1700 МПа, для воды Е=
= 2000 МПа, для силиконовых жидкостей £=1050 МПа, т. е. в
100 раз меньше, чем для стали (2«105 МПа). Он увеличивается
с увеличением давления и понижением температуры. При рассмот-
рении динамических процессов в гидросистемах с повышенным
давлением и при учете точности их работы сжимаемость рабочих
жидкостей необходимо учитывать. В остальных случаях сжимае-
мостью жидкости обычно пренебрегают.
Величина, обратная £, называется коэффициентом объемного
сжатия х.
Необходимо учитывать, что в гидросистемах рабочая жид-
кость не является однородной. В ней может находиться воздух
как в растворенном, так и в нерастворенном (в виде пузырь-
ков) состояниях. Наличие нерастворенного воздуха (обычно
5...15 %) влияет на упругие свойства масла, понижая модуль
упругости и снижая быстродействие гидросистем. Причем
наибольшее влияние на изменение сжимаемости оказывает
повышение давления до 5...8 МПа.
Пример. Определить повышение давления в закрытой поршневой полости гид-
роцилиндра диаметром d=100 мм, длиной £ = 250 мм, если ее объем, запол-
ненный рабочей жидкостью, уменьшится при перемещении поршня на a L— 10 мм.
Утечками жидкости и деформацией корпуса гидроцилиндра пренебречь. Мо-
дуль упругости жидкости Е=1500 МПа.
Решение. Согласно формуле (1.8) повышение давления жидкости
Др = Ед И/И.
В рассматриваемом случае объем поршневой полости V = rui2L/4 = лХ
Х0,12-0,25/4«1,96.|0-3 м3.
Уменьшение объема
А И = л^2д£/4 = л.0,12.0,01/4=0,079-10“3 м3.
Повышение давления жидкости
др = Е = 1500	= 60.5 МПа.
Тепловое расширение жидкости характеризует ее свойство из-
менять объем с повышением температуры. Количественно это опре-
деляется температурным коэффициентом объемного расширения
(1-9)
где д V — приращение объема, м3; Уо — начальный объем, м3; д Т —
приращение температуры, К.
Для масел при давлении 0...15 МПа принимают а =
= .(С...7)10~4 К"'.
Температурное расширение вызывает повышение давления ра-
бочей жидкости, находящейся в замкнутой емкости (приблизи-
тельно на 1,1 МПа при дТ=1 К), что необходимо учи-
тывать при проектировании гидросистем.
Пример. Определить температурный коэффициент объемного расширения
жидкости, если при увеличении температуры от 70=283 К до Тж = 293 К
ее объем, равный 8 м3, увеличился на 0,01 м*
Решение. Согласно формуле (1.9)
_ AV 1
Va тк-т0-
Для рассматриваемого случая д У=0,01 м3, Uo=8 м3.
Тогда
„__ 0,01	1	__ 0,01 _л 125.10“3 К-1
а“ 8 293 - 283 -“80"-°’125 10 К '
Удельная теплоемкость жидкости — это количество теплоты
(Дж), необходимое для нагрева 1 кг жидкости на 1 °К:
с = (?т/(тдТ)=С/т,	(1.10)
где Qr — количество теплоты, Дж; m — масса жидкости, кг; ДТ—
разность температур, К; С — теплоемкость жидкости, Дж/К.
Обычно в диапазоне температур 273...373 К (0... 100 °C) для ми-
неральных масел с =1,89 кДж/(кг-К).
Теплопроводность жидкости X/, Вт/(м2«К), характеризует
ее способность проводить тепло и определяется отношением
теплового потока к площади поверхности, нормальной к тепло-
вому потоку и градиенту температуры:
Xz = O/SgradT,	(1.11)
где Ф — тепловой поток, Вт; S — площадь поверхности, м2; grad Т —
градиент температуры, К/м.
Теплопроводность масел зависит от температуры и типа масла
и при 288 К (15 °C) Х/ = 0,13 Вт/(м2-К). При этом тепло-
проводность масел в 5 раз меньше теплопроводности воды и в
500 раз меньше теплопроводности стали.
Температурой застывания называется температура, при кото-
рой масло загустевает настолько, что при наклоне пробирки на
45 °C его уровень в течение 1 мин остается неизменным. Эта
характеристика существенна для работы гидросистем а условиях
низких (ниже 260 К) температур.
Температурой вспышки называется температура, при которой
пары масла, нагретого в оговоренных стандартами условиях, об-
разуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при подне-
7
сении к ней пламени. Эта характеристика существенна при
работе гидросистем в условиях повышенных температур (метал-
лургические, термические и кузнечные цехи и т. п.).
Смазывающие свойства (способности) рабочей жидкости опре-
деляются прочностью масляной пленки и ее способностью противо-
стоять разрыву. Как правило, чем больше вязкость, тем выше проч-
ность масляной пленки.
Рабочая жидкость должна обладать противозадирными
свойствами, т. е. препятствовать контактированию трущихся
поверхностей, и противоизносными свойствами, т. е. создавать
пограничный слой смазки между трущимися поверхностями.
Эти свойства часто достигаются добавлением в незначительных
количествах специальных присадок.
Исследованиями установлено, что основной причиной отказов
при работе гидрооборудования является недопустимое загрязне-
ние рабочих жидкостей частицами механических примесей, попа-
дающих, в частности, из внешней среды.
ГОСТ 17216—71 устанавливает 19 классов чистоты жидкостей,
которые отличаются друг от друга количеством и размерами
находящихся в жидкости частиц загрязнения. При этом наличие в
жидкости частиц размером более 200 мкм (не считая волокон) не
допускается.
Для гидроприводов промышленных роботов удовлетворитель-
ным является использование рабочей жидкости от 7-го до 12-го
классов чистоты, в которых присутствуют механические части-
цы размером 10...25 мкм. Такая чистота в процессе эксплуатации
обеспечивается применением специальных средств очистки, на-
пример фильтров.
В гидросистемах рабочая жидкость, кроме передачи энергии
к рабочим органам машин, служит для смазывания узлов трения
и отвода от них теплоты. Отсюда и разнообразие требований,
предъявляемых к рабочим жидкостям, в том числе: хорошая
смазывающая способность; незначительное изменение вязкости в
широком температурном диапазоне; большой модуль объемного
сжатия; малая плотность; нетоксичность и совместимость с
материалами уплотнений и других элементов гидросистемы, хи-
мическая стабильность; хорошая теплопроводность; высокие про-
тивокоррозионные и диэлектрические свойства: пожаро- и взрыво-
\^безопасность; низкая стоимость и др.
а В качестве рабочих жидкостей гидросистем применяют мине-
,фальные (нефтяные) масла, синтетические жидкости, водные
эмульсии типа «масло в воде», эмульсии типа «вода в масле» и вод-
ногликолевые жидкости.
Рабочие жидкости на нефтяной основе получили наиболь-
шее распространение из-за высоких смазывающих и противокор-
розионных свойств, довольно низкой стоимости. Синтетические
жидкости облапают высокотемпературными свойствами, негорючи,
однако дороги, несовместимы с некоторыми материалами,
обладают худшими смазывающими свойствами.
Эмульсии имеют худшие по сравнению с нефтяными маслами
смазочные свойства, хорошую огнестойкость и совместимость с
различными материалами. Из-за испарения воды их не рекомен-
дуется применять при температурах выше 338 К (65 °C). Водно-
гликолевые жидкости содержат 30...60 % воды, гликоль или глице-
рин, загуститель и специальные присадки. Они обладают хоро-
шими смазывающими и вязкостными свойствами, совместимы с
большинством материалов.
Нужно отметить, что применение негорючих жидкостей на вод-
ной основе весьма перспективно (лучшие условия охраны окружа-
ющей]среды, безопасность эксплуатации, экономия нефтепродук-
тов, легкость очистки, лучшая теплопроводность, постоянство
вязкости). Однако при этом существует и ряд нерешенных
проблем (снижается долговечность насосов, растут утечки, возрас-
тает опасность кавитации, требуется более качественная фильтра-
ция, имеется склонность к отстаиванию и пенообразованию и др.).
В табл. 1.1 приведены характеристики некоторых типов жид-
костей, применяемых в промышленных гидроприводах.
1.1. Основные свойства рабочих жидкостей
Рабочая жидкость	Плотность, кг/м’ (при 20 °C)	Кинематическая вязкость, мм2/с (при 50 ФС)	Температура, °C		Смазывающая ’ способность
			вспыш- ки	застыва- ния	
Минеральные масла
АМГ-10	850	10	93	—70	Хорошая
(ГОСТ 6794—75*) МГЕ-10А	855	10	96	—70	>
(ТУ 38 101572—75 АУП .	890	11...14	145	—45	>
(ТУ 38 001234—75)					
Индустриальные масла (ТУ 38 101413— 78)
ИГП-18	880	16,5...20,5	170	— 15	>
ИГП-30	885	28...31	200	— 15	>
ИГП-38	880-920 Турбин	35...40 ные масла	210	— 15 .	>
Т22 (ГОСТ .32—74)	I	1900	|	I20...23	180	1	1 — 15	>
Та-46 (ГОСТ 9972—74*) |	920	1	161,2...74,8*	220	|	1 — 10	>
Силиконовая жидкость
7 ЧЛР (ГОСТ 20734- 75)	1935	|ю	180	—70	Плохая
9
Продолжение
Рабочая жидкость	Плотность. кг/м3 (при 20 °C)	Кинематическая вязкость. мм*/с (при 50 вС)	Температура. °C		Смазывающая способность
			ВСПЫШ- КИ	застыва- ния	
	Водно-гликолевая жидкость				
ПГВ (ГОСТ 25821—83) в состоянии поставки	1151...1154 1	12...14	1	—	—50	I	Удовлетво- | ригельная
Водно-глицериновые жидкости					
Промгидрол П-20М-1 (ТУ 6-02-1140—78) Промгидрол П-20М-1 (ТУ 6-02-1140—78)	1125... 1140 1145. 1155	18...24 21 .27		—30 —45	Хорошая >
В гидроприводах промышленных роботов, работающих в за-
крытых отапливаемых помещениях, в качестве рабочих жидкос-
тей обычно применяют минеральные масла вязкостью до 40 мм2/с
и со степенью очистки не менее 25 мкм, а для следящих
систем — не менее 10 мкм.
Для промышленных роботов, работающих в условиях повышен-
ных или пониженных температур, необходим подбор соответствую-
щих жидкостей.
1.2.	ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОСТАТИКИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ
Внутри столба жидкости, находящейся в покое, от
действия веса жидкости возникает давление. Оно зависит от вы-
соты столба этой жидкости А (м), ее плотности р (кг/м3) и ускоре-
ния свободного падения g (м/с2) (рис. 1.1, а) и называется
весовым давлением
P = pgA.	(1.12)
Если на свободную поверхность жидкости действует еще и
внешнее давление ро, то абсолютное (общее) давление в любой
точке внутри жидкости складывается из суммы давления р0 и
весового давления, зависящего от веса столба жидкости на глу-
бине расположения этой точки от уровня свободной поверхности:
p=po + pg/i.	(1.13)
Давление р называется гидростатическим. Если внешнее
давление ро является атмосферным, то давление pgh называется
избыточным гидростатическим.
Уравнение (1.13) —основное уравнение гидростатики.
10
Рис. 1.1. Схемы, поясняющие действие давления:
а — жидкости на дно сосуда; б — в жидкости под действием внешних сил
Если поверхности, на которые действует давление в различ-
ных сосудах, имеют одинаковые площади: S|=S2=S3, то силы,
действующие при этом, имеют одинаковые значения, т. е. F| =
= Г2 = Гз.
Давление ро в формуле (1.13) одинаково для любых точек
в данном объеме жидкости. Если давление возникает в замкнутом
объеме жидкости от действия силы F (рис. 1,6), то оно за-
висит от силы F и площади поверхности SA, на которую она
действует:
Pf=F/SF-	(1.14)
Это давление передается всем точкам жидкости и по всем
направлениям одинаково. Данное положение известно как закон
Паскаля. Однако вследствие незначительного гидростатического
давления pgh по сравнению с создаваемым давлением pF обыч-
но в практике машиностроительного гидропривода величиной
pgh пренебрегают.
В машиностроении широко используется передача энергии и
давления с помощью различных гидравлических механизмов, в ко-
торых применяются одни и те же принципы работы, основанные
на практической несжимаемости жидкости (высоком модуле упру-
гости) и преобразовании сил по закону Паскаля.
Рассмотрим сообщающиеся сосуды (рис. 1.2, а). Так как
давление от приложенной внешней силы по закону Паскаля
равномерно распространяется во все стороны, то под действием
силы F\ на поршень площадью Si жидкость вытесняется в сосед-
ний сосуд под давлением p = F\/S\ и действует на поверхность
поршня площадью S2 с силой, равной F2 = F|S2/Si; при этом
F2/Fi=S2/Si.	(1.15)
Так как объемы вытесняемой жидкости пропорциональны пло-
щадям Si,2 и соответствующим перемещениям hi.2, то Sifti =
н
Рис. 1.2. Схемы, поясняющие:
а — соотношение сил в сообщающихся сосудах; б — передачу давления (схема гидроусилителя)
= S2/i2, откуда Л2/Л1 =Sj/S2, т. е. перемещения поршней обрат-
но пропорциональны их площадям.
Рассмотрим случай, когда два поршня соединены друг с дру-
гом (рис. 1.2, б). При этом на поверхность площадью Si
действует давление р\ и возникает сила /ч, которая через
шток передается на поверхность площадью S^. В результате воз-
никает давление р2 = /?:/‘$2, т. е.
P\S\/Si = p2
или
P«/P2 = S2/S1.	(1.16)
Следовательно, при передаче давлений их отношение обратно
пропорционально отношению площадей поршней.
Если рассмотрим произведение силы Р|, которая действует
на поршень площадью Si (рис. 1.2, а), на скорость его пе-
ремещения v\=h\/t (где t — время перемещения поршня на рас-
стояние Л|), то получим выражение, определяющее расчетную
мощность
P = F\V\ =p\S\V\.
Так как произведение S|V| представляет собой объем жид-
кости, вытесняемой поршнем в единицу времени или, иначе,
подачу жидкости поршнем, мощность (Вт)
где Q — подача жидкости, м^/с.
На практике для подачи жидкости обычно употребляют не
одиночный поршень, подающий жидкость циклически, а насос для
непрерывной подачи жидкости.
Пример. Определить полное и избыточное (манометрическое) давления в любой
точке резервуара (бака) на глубине Л=3 м; резервуар сообщен с атмосферой,
плотность жидкости р=0,9-103 кг/м3.
12
Решение. Избыточное гидростатическое давление находим по формуле
pg3e=pgft=0,9-103-9,81 -3=0,025 МПа.
Полное гидростатическое давление
р = ро4-ри,б=О,1О1+0,025 = 0,126 МПа,
где ро=р«т=0,101 МПа.
1.3.	МЕХАНИКА ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ
При течении жидкости по трубопроводу переменного
сечения без разрывов сплошности масса жидкости, проходящей
через любое поперечное сечение канала, должна быть постоян-
ной, т. е.
p|V|S| = р202«$2,
где i>i, V2 — скорости жидкости в сечениях / и 2; Si, S2 — площади
двух поперечных сечений трубопровода; pi, Р2 — плотности жидкости.
Если пренебречь сжимаемостью жидкости, то ее плотность
в любом сечении будет одинакова и
VjSj = и 2^2=uS=const,	(1.17)
что выражает закон неразрывности потока. *
На основании закона сохранения энергии движущейся жидкос-
ти общее количество энергии потока не изменяется, если энергия
не поступает дополнительно и не уходит из потока. При этом
полная энергия состоит из потенциальной и кинетической энергии.
Если отнести эту энергию к единице веса жидкости, то удель-
ная энергия е выразится уравнением
е = h 4- p/(pg)+u2/ (2g)=const,	(1.18)
которое широко известно как уравнение Бернулли.
Умножив все члены уравнения на pg, получим полное дав-
ление
рп = р 4- pgh 4- ри2/2,	(1.19)
где pgh — давление, зависящее от высоты столба жидкости; pv2/2 — гидро-
динамическое давление.
Применяя уравнение Бернулли к случаю истечения жидкости
через малое отверстие при постоянном напоре, получаем выраже-
ние для расхода жидкости, известное как формула Торичелли:
Q =	(1.20)
где р.— коэффициент расхода (истечения), который определяется экспери-
ментально и зависит от вида (формы) отверстия; f — площадь поперечного
сечения отверстия; Л — напор.
13
Учитывая, что напор h = p/(pg\ формулу Торичелли преобра-
зуем к виду
Q = ц/л/2Др/р,	(1.21)
где др — перепад давления в отверстии.
Эту формулу часто используют для расчета процессов дроссе-
лирования (от нем. drossein — душить, сокращать), прохождения
жидкости через местное гидравлическое сопротивление (золотни-
ки, клапаны и другие гидроаппараты).
Существуют два вида течения жидкости в различных условиях:
струйное и вихревое. Струйное течение называют также ламинар-
ным (от лат. lamina — слой, струя, пластина), вихревое — турбу-
лентным (от лат. turbulentos — бурный, беспорядочный, вихре-
вой) .
В ламинарном потоке движение отдельных частиц жидкости
имеет слоистый характер (рис. 1.3, а). При этом траектории
отдельных частиц представляют собой приблизительно параллель-
ные прямые или концентричные кривые линии.
С увеличением скорости течения жидкости, начиная с опре-
деленного ее значения, называемого критическим, вид потока из-
меняется. Отдельные частицы жидкости начинают изменять на-
правление движения, сталкиваются между собой, нагреваются,
затрачивая на это сообщенную им энергию движения (рис. 1.3,6).
Сопротивление течению жидкости увеличивается, гидравлические
потери повышаются, в этот момент изменяется режим течения
жидкости и поток становится турбулентным.
Режим течения оценивается числом Рейнольдса
Re = wZr/v,	. (L22)
где v — средняя скорость потока, м/с; v — кинематическая вязкость, м2/с;
dT — гидравлический диаметр; при круглом сечении он соответствует внутрен-
нему диаметру трубы, м; в других случаях его необходимо определять по
выражению
dr = 4S/£n;	(1.23)
здесь S — площадь сечения, м2; £п — смоченный периметр сечения, м.
Число Рейнольдса Re является безразмерным. При крити-
ческом значении ReKp поток переходит из ламинарного в тур-
Рис. 1.3. Вид потока рабочей жидкости:
о — ламинарного; б — турбулентного

14
булентный. Для жестких гладких круглых труб ReKp равно 2300,
для гибких рукавов 1600, для гладких кольцевых щелей 1000...
1100, для окон цилиндрических золотниковых распределителей 260,
для кранов 550...750. Критическое значение ReKp определяет
точку, ниже которой гарантированно не может существо-
вать турбулентный режим течения.
При протекании по трубопроводу жидкость испытывает соп-
ротивление, зависящее от длины трубы, шероховатости ее внут-
ренних поверхностей, площади и формы ее поперечного сечения,
что вызывает потери давления.
В общем случае потери давления (Па) в трубах круглого
сечения определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:
д₽л=х44р’	<L24>
где А, — коэффицент гидравлического трения; / — длина трубы, м; d —
внутренний диаметр трубы, м.
Для ламинарного течения жидкости коэффициент гидравли-
ческого трения
X„=4/Re,	(1.25)
где А может иметь значения от 64 до 150 (например, в идеальном
случае при изотермическом потоке Л =64; при течении потока в реальных
металлических трубах и гибких рукавах Л =75...85; при небольшом изгибе рукавов
А = 108; если поток движется по трубам, изогнутым на 90е, то Л =75; при изгибе
труб более 90° Л =80; если поток движется по смятой на 40...50 % трубе, то
Л = 150.
Для турбулентного течения коэффициент гидравлического тре-
ния	___
А,= 0,3164/№е.	(1.26)
Для определения коэффициентов гидравлического трения раз-
работаны номограммы и таблицы [1, 7, 11].
Потери давления при ламинарном течении являются линейной
функцией скорости (так как в выражении Re содержится
скорость), а при турбулентном течении зависят от скорости в
степени 1...2.
Пример. Определить потери давления при движении жидкости вязкостью
v = 50 мм2/с в трубе диаметром d=IOO мм, длиной / = 50 м при расходе жид-
кости Q = 5 л/с. Плотность жидкости р=0,8-10-3 кг/м3.
Решение. Скорость жидкости в трубе
Q	4-5-КГ3	.
v = —-— =------г-— = 0,636 м/с.
ш/2/4	л-0,01
Число Рейнольдса
Re = l£=Q^l^=1270.
v 50-Ю-6
15
Так как число Рейнольдса меньше 2300, то течение жидкости ламинарное; при
этом X.,=4/Re и потери давления при Л =75 составят
А , /о2	75 50 • 0.6362 о . л3	ЛАС..П
Др—1270	0,1-2 °’8* °	0.05 МПа.
Кроме потерь давления по длине прямого трубопровода, в гид-
росистемах имеются потери на местных сопротивлениях (рис. 1.4)
(при расширении или сужении потока, повороте труб, перекрытии
труб аппаратурой управления и регулирования и пр.).
Потери давления (Па) на местном сопротивлении
..2
Др = ?6^-р,	(1.27)
&
где £ — коэффициент местного сопротивления; Ь — поправочный коэффициент.
Как правило, коэффициенты местных сопротивлений определя-
ются экспериментальным путем и приводятся в справочниках
[1, 10]. Например, для штуцеров £ = 0,1; при повороте потока на
90° £ = 2; для гидроаппаратуры £=1,0...4,0.
Поправочный коэффициент b учитывает зависимость потерь
от числа Re при ламинарном течении. При Re^2300 6=1;
при Re = 400 6 = 2; при Re=100 6=8; при Re=10 6 =
= 80. Для нахождения суммарных потерь от местных сопротивле-
ний отдельные коэффициенты £ складывают.
Если при течении жидкости в трубопроводе быстро закрыть
проходное сечение с помощью задвижки или другого аппарата, то
произойдет резкое повышение давления, называемое гидравличес-
ким ударом. При этом кинетическая энергия движущегося потока
жидкости перейдет в потенциальную энергию, и давление может во
много раз превысить нормальное значение (т. е. до перекрытия
сечения).
Повышение давления др вычисляется по уравнению Н. Е. Жу-
ковского:
Др = рси0,	(1-28)
где с — скорость распространения ударной волны, м/с (для жестких стенок
трубы равна скорости звука, в жидкости); и0—начальная скорость жидкости в
трубе (до момента перекрытия сечения), м/с.
Рис. 1.4. Вид потока рабочей жидкости при прохождении через местные сопро-
тивления:
а — внезапное сужение потока; б — внезапное расширение потоке; в — резкий поворот потока
16
Гидравлический удар может возникать во всех случаях быст-
рого перерыва подачи жидкости. Чтобы уменьшить вероятность его
возникновения, увеличивают время закрывания задвижки (кра-
на), при возможности уменьшают длину трубы, присоединяют к
трубе дополнительные емкости в виде компенсаторов, гидроакку-
муляторов.
При упругих стенках трубы скорость распространения ударной
волны	____________
(1.29)
где d — внутренний диаметр трубы, м; б — толщина стенок трубы, м;
£ж и £тр — модули упругости жидкости и материала трубы, Па.
Если нарушается сплошность потока жидкости, то возникает
кавитация. Дело в том, что испарение жидкости происходит как
непосредственно с ее поверхности, так и путем образования во
всем ее объеме пара в виде пузырьков, которые затем разруша-
ются (конденсируются) при попадании в зону повышенного
давления. Это вызывает появление микропустот, т. е. нарушение
сплошности жидкости.
Кавитация часто возникает во всасывающих гидролиниях в ре-
зультате местного уменьшения давления ниже критического
значения (оно приблизительно равно давлению насыщенного пара
этой жидкости при данной температуре). Она сопровождается
гидравлическими микроударами, и, как следствие, большим мест-
ным повышением температуры (до 1000... 1500 °C) и давления (до
150...200 МПа), что вызывает разрушение деталей, появление
вибраций, снижение КПД и др.
С кавитацией борются, уменьшая разрежение в зонах ее
возможного появления, в частности, путем повышения давления.
Применяют также материалы, стойкие против кавитационного раз-
рушения,— бронзу, титан, коррозионно-стойкую сталь, повышая
чистоту их обработки.
Пример. В гидросистеме жидкость по трубопроводу длиной /=4 м,
диаметром 4=10 мм и толщиной стенки 6=1 мм подается со скоростью
vo=5,0 м/с. Определить повышение давления в конце трубопровода при
мгновенном перекрытии его сечения краном.
Материал трубопровода — сталь с модулем упругости £тр=0,2Ы0б МПа,
модуль упругости жидкости £ж = 1,30-103 МПа, ее плотность р=900 кг/м3.
Решение. Так как стенки трубы упругие, скорость распространения удар-
ной волны
Повышение давления
д р = рси0=900-395-5,0= 1,78 МПа.
ГЛАВА 2
ГИДРОПРИВОД И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ
2.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В выражении (1.18) для удельной энергии жидкости
член h характеризует удельную энергию положения, член p/(pg) —
удельную энергию давления, член и2/(2g)—удельную ки-
нетическую энергию жидкости. Передачу энергии с помощью
жидкости можно осуществить, изменяя любой из этих
членов уравнения или, иначе, используя энергию положения,
давления или кинетическую энергию жидкости. В п. 1.2 был
рассмотрен принцип работы гидравлических механизмов, основан-
ный на использовании энергии давления.
Привод, в состав которого входит гидравлический механизм,
в котором рабочая жидкость находится под давлением, с одним или
более объемными гидродвигателями называется объемным. При
этом объемный гидродвигатель преобразовывает энергию давле-
ния потока рабочей жидкости в механическую энергию движения
выходного звена, например поршня или вала.
Кинетическая энергия жидкости используется в гидродинами-
ческих передачах (гидротрансформаторах и гидромуфтах), где ме-
ханическая работа переходит в кинетическую энергию жидкости,
а затем, наоборот, кинетическая энергия жидкости — в механичес-
кую работу. На этом принципе основано также действие
динамических насосов, например центробежных, вихревых, струй-
ных и др. В настоящей книге рассматриваются вопросы,
связанные только с объемными гидроприводами.
На рис. 2.1 показана функциональная схема объемного
гидропривода. Электродвигатель / преобразовывает электричес-
кую энергию в механическую, которая, в свою очередь,
преобразовывается насосом 2 в гидравлическую энергию потока
рабочей жидкости. Объемные гидродвигатели 4 преобразовывают
гидравлическую энергию в механическую энергию выходных звень-
ев 5, которые приводят в движение рабочие органы машин.
Гидроаппаратура 3 и другие устройства (кондиционеры рабочей
жидкости, гидроемкости и гидролинии) служат для преобразова-
ния и перераспределения потоков рабочей жидкости на пути к
гидродвигателям.
В зависимости от источника подачи рабочей жидкости разли-
18
1
Рис. 2.1. Функциональная схема объемного гидропривода:
Е — электрическая энергия; М — механическая энергия; Г — гидравлическая энергия
чают три типа гидропривода: насосный, магистральный (в кото-
ром рабочая жидкость подается в гидродвигатель от магистрали,
не входящей в состав привода) и аккумуляторный (в котором ра-
бочая жидкость подается в гидродвигатель из гидроаккумулятора,
предварительно заряженного другим внешним источником рабочей
жидкости).
Часть насосного гидропривода, предназначенная для переда-
чи движения от приводящего двигателя к звеньям машины, назы-
вается объемной гидропередачей (обведена штриховой линией на
рис. 2.1).
В зависимости от характера циркуляции рабочей жидкости
насосный гидропривод бывает с разомкнутым потоком (когда -
жидкость от двигателя сливается в гидробак) и с замкнутым
потоком (когда жидкость от двигателя поступает на вход на-
соса).
Конструктивная схема простейшего гидропривода показана
на рис. 2.2, а. Жидкость из гидробака 9 насосом 1 подается
через обратный клапан 2 к направляющему золотниковому гидро-
распределителю 4. В зависимости от положения его золотника
жидкость поступает в поршневую или штоковую полость гидро-
цилиндра 6. Предохранительный клапан 3 защищает гидропри-
вод от давления, превышающего установленное. Гидродроссель 5
управляет расходом рабочей жидкости и, следовательно, ско-
ростью перемещения поршня 6.1 гидроцилиндра и соединен-
ного со штоком 6.2 выходного звена 7 (рабочего органа машины).
Фильтр 8 очищает жидкость от загрязнений на сливе ее в гидро-
бак 9.
На рис. 2.2,6 изображена та же схема гидропривода с по-
мощью условных графических обозначений, принятых Единой
системой конструкторской документации (см. ГОСТ 2.780—68** —
ГОСТ 2.782—68*; ГОСТ 2.784—70*; ГОСТ 2.796—81).
Гидропривод в последнее время получил значительное рас-
пространение ввиду присущих ему следующих преимуществ:
более высокой напряженности (плотности) силового поля
— до 20...50 МПа (для электродвигателей не более 0,1...1,5 МПа);
19
Рис. 2.2. Схема объемного гидропривода:
а — конструктивная, б — гидравлическая
малых габаритных размеров и массы (15...20 % массы элект-
ромеханических приводов);
высокого быстродействия и точности отработки сигналов
управления благодаря малой инерционности гидропривода (по
сравнению с электроприводами);
возможности бесступенчатого регулирования (в диапазоне
1:1000) скоростей выходных звеньев простыми средствами;
большей жесткости механической характеристики, нечувст-
вительности к колебаниям нагрузки;
простоты защиты привода от перегрузок;
возможности получения значительных и регулируемых усилий
на рабочих органах машин.
К недостаткам объемного гидропривода относятся: чувстви-
тельность к качеству рабочей жидкости (загрязненности, вязкос-
ти, возможности воспламенения); высокие требования к качеству
изготовления элементов гидропривода, к культуре обслуживания;
возможность загрязнения окружающей среды из-за утечек
рабочей жидкости.
2.2.	ГИДРОНАСОСЫ
Общие сведения. К объемным гидромашинам отно-
сятся объемные насосы и гидродвигатели. Некоторые гидромаши-
ны могут быть обратимыми, т. е. могут работать в режиме как
насоса, так и гидродвигателя.
20
Объемные насосы представляют собой машины для создания
потока рабочей жидкости путем периодического изменения объема
их рабочих камер, попеременно сообщающихся со входом и выхо-
дом насосов. Классификация насосов по принципу действия и кон-
струкции определяется по ГОСТ 17398-72 в соответствии с ха-
рактером движения ведущего звена и рабочих органов.
Наибольшее распространение получили вращательные насосы,
у которых ведущее звено совершает вращательное движение.
По характеру движения рабочих органов насосы (независи-
мо от вида движения ведущего звена) разделяют на крыльчатые,
роторные и возвратно-поступательные, из которых последние два
наиболее распространены.
По виду рабочих органов объемные насосы разделяют на зуб-
чатые, винтовые, шиберные, роторно-поршневые, диафрагменные и
поршневые (плунжерные). На рис. 2.3 показаны наиболее рас-
пространенные насосы. К ним относятся: из зубчатых — шесте-
ренные насосы (рис. 2.3, а); из шиберных — пластинчатые (рис.
2.3, б и в); из роторно-поршневых — радиально-поршневые (рис.
2.3, г) и аксиально-поршневые (рис. 2.3, д) насосы.
Жидкость перемещается в насосах путем вытеснения ее из
рабочих камер 1 рабочими органами, так называемыми вытесните-
лями 2. В поршневых насосах вытеснителями являются поршни,
в шестеренных — зубья шестерен, в шиберных — пластины.
При работе насосами создается разрежение в тех его рабочих
камерах, объем которых увеличивается, что приводит к всасыва-
нию рабочей жидкости из емкости (бака) и заполнению этих
камер. Одновременно производится вытеснение рабочей жидкости
под давлением из камер с уменьшающимся объемом в напорную
гидролинию.
Рис. 2.3. Конструктивные схе-
мы объемных насосов:
а — шестеренного; б. в — пластинча-
тых; г — радиально-поршневого; д —
аксиально-поршневого
21
Основная задача насоса — создать давление рабочей жидкости
на выходе из насоса (на входе в напорную линию) при опре-
деленной ее подаче в единицу времени. Напорная линия связана
с потребителями рабочей жидкости, например гидроцилиндрами
или гидромоторами.
Основные технические показатели и характеристики насосов.
Под рабочим объемом Ио насоса понимается разность наиболь-
шего и наименьшего значений замкнутого объема за оборот или
двойной ход рабочего органа насоса, т. е. объем жидкости,
вытесняемой в гидросистему за один оборот вала. Чем больше ра-
бочий объем, тем больший объем жидкости вытесняется насосом
за один оборот приводного вала. Ряды номинальных рабочих объ-
емов (см3) регламентированы ГОСТ 13824-80.
Объемной подачей насоса Q (м3/с) называется отношение
объема подаваемой рабочей жидкости ко времени:
Q = Von,	(2.1)
где п — частота вращения вала насоса (величина, равная числу полных
оборотов за единицу времени; в системе СИ ее размерность с_| (1/с);
временно допускается применение размерности об/с или об/мин).
Действительная подача насоса Qa несколько ниже идеаль-
ной (теоретической) из-за утечек жидкости (объемных потерь)
через неплотности (зазоры) в конструкции, из рабочих камер
обратно во всасывающую полость и частично наружу в дренажную
гидролинию.
Идеальная подача насоса QH характеризуется суммой дейст-
вительной подачи насоса в гидросистему и объемных потерь насо-
са.
Номинальной частотой вращения п называется наибольшая
частота вращения в течение установленного ресурса (срока служ-
бы) с сохранением параметров в пределах установленных норм.
Номинальные частоты вращения гидромашин определяются ГОСТ
12446—80.
Важными характеристиками являются давления на входе в
насос рн и на выходе из него рк. Номинальным давлением
называется наибольшее избыточное давление, при котором насос
должен работать в течение установленного срока службы с сохра-
нением параметров в пределах установленных норм. Номинальные
давления насосов на выходе определяются ГОСТ 12445—80.
Характеристикой насоса называется графическая зависимость
основных технических показателей (например, объемной подачи)
от давления при постоянных значениях частоты вращения,
вязкости и плотности рабочей жидкости на входе в насос. Подача
насоса Q = /(pK) при увеличении давления на выходе из насоса
уменьшается, что вызывается увеличением утечек в насосе.
Мощность насоса N характеризуется как мощность, потреб-
ляемая насосом от приводного двигателя.
22
Полезная мощность насоса /Уп (Вт) определяется мощностью,
сообщаемой насосом подаваемой жидкости, и выражается зависи-
мостью
M, = Qp,	(2.2)
где Q — номинальная подача насоса, м3/с; р — номинальное давление насо-
са, Па.
Коэффициент полезного действия (КПД) насоса определяется
как отношение полезной мощности к мощности насоса:
T\ = Nn/N.	(2.3)
Так как в процессе работы насоса возникают утечки жид-
кости, существует понятие объемный КПД насоса, представляю-
щий отношение полезной мощности Nn к сумме мощности, расхо-
дуемой на утечки Уут, и полезной мощности:
i\v=Nn/(Nn+NTt)
или	(2.4)
Фд/Фп = Фд/(ФдЧ” фут).
Так как потери на утечки в объемном насосе не зависят от
частоты его вращения, а зависят только от создаваемого им
давления, то при увеличении подачи насоса из-за роста частоты
его вращения объемный КПД возрастает.
Кроме объемных потерь из-за утечек в насосах, существуют
и механические потери, которые вызываются трением подвижных
деталей насоса и вязкостным трением жидкости, перемещаемой
по каналам насоса. Эти потери характеризуются соответственно
механическим т)мех и гидравлическим т]гндр КПД. Так как у
насосов современных конструкций т]гидр«1, в расчетах им мож-
но пренебречь.
Механический КПД насоса выражает относительную долю ме-
ханических потерь в насосе, которые остаются приблизительно
одинаковыми при изменении давления:	t
Т]мех=(Л(-Ммех)//У, •	(2.5)
где Л^иех — потери мощности на механическое трение деталей.
Общий КПД насоса т] можно определить как произведение
объемного и механического КПД:
Л = ПиПмех.	(2.6)
Обычно т)Мех = 0,8...0,9 и т]у=0,9...0,97.
В практике возникает необходимость определения потребляе-
мой приводным электродвигателем мощности
=	(2.7)
23
где _ КПД приводного электродвигателя (принимают по характеристике,
приводимой в паспорте электродвигателя).
Мощность W (кВт) на валу насоса удобнее определять че-
рез номинальное давление р (МПа) и номинальную подачу Q
(л/мин) насоса:
N = pQ/ (60г\).	(2.8)
Неравномерность подачи насоса можно оценить коэффициен-
том неравномерности подачи
6=(Q„,ax-QJ/Qcp,	(2.9)
где Qmax, Qmin и Qcp — максимальная, минимальная и средняя подачи насоса.
Пример. Определить мощность насоса, необходимую для заполнения грузового
аккумулятора объемом V = 0,2 м3 в течение 5 мин. Давление в аккумуляторе
р=10 МПа. КПД насоса л = 0,85.
Решение. Подача жидкости
Q=V/t = 0,2-1000/5 = 40 л/мин.
Тогда необходимая мощность насоса
Л' = «Г_=:“й?П^’=7’85 кВт'
60i]	60-0,85
Рассмотрим наиболее характерные группы насосов.
Роторные насосы. Рабочие органы этих насосов совершают
вращательное движение или вращательное движение в комбина-
ции с возвратно-поступательным. Наибольшее распространение
имеют следующие насосы:
шестеренный — роторно-вращательный насос, в котором рабо-
чие органы выполнены в виде шестерен и перемещают рабочую
жидкость в плоскости, перпендикулярной их оси вращения;
пластинчатый — насос, в котором рабочие органы выполне-
ны в виде пластин, совершающих вращательное движение вместе
с ротором и возвратно-поступательное движение в пазах ротора;
характер перемещения рабочей жидкости, как у шестеренного на-
соса;
радиально-поршневой — роторно-поршневой насос с рабочими
органами в виде плунжеров, перемещающихся в роторе, ось вра-
щения которого перпендикулярна осям рабочих органов;
аксиально-поршневой — роторно-поршневой насос с рабочими
органами в виде поршней, перемещающихся в роторе, ось враще-
ния которого параллельна осям рабочих органов (или составляет с
ними угол не более 45°).
Шестеренные насосы благодаря простой конструкции, неболь-
шим габаритным размерам и массе получили в гидроприводе
широкое распространение. По виду зацепления их разделяют на
насосы с внешним и внутренним зацеплением.
На рис. 2.4 показан наиболее распространенный насос с
внешним зацеплением. Он состоит из корпуса 2, крышки 3, веду-
24
щей / и ведомой 4 шестерен, че-
тырех втулок 5 и 6. В узле крыш-
ки имеется каркасная манжета 8,
уплотняющая входной вал, опор-
ное и стопорное 7 кольца. К
корпусу насоса крышки крепят
болтами 9 с пружинными шайба-
ми 10. Зазоры по торцам шесте-
рен компенсируются за счет под-
жатия рабочей жидкостью под-
вижных втулок 5 и 6 к торцам
шестерен. Узел уплотнения состо-
ит из манжеты //, уплотняющей
торцы корпуса и крышки, а в
радиальном направлении опорные
втулки 5 и б, а также специаль-
ного резинового уплотнения 13
и вкладыша 12. Резиновое уплот-
нение и Ъкладыш в углублении
корпус# на стороне всасывания
предотвращают утечки рабочей
Рис. 2.4. Шестеренный насос
жидкости
меру.
во всасывающую ка-
В процессе работы жидкость переносится по периферии вра-
щающихся шестерен из камеры всасывания А в камеру нагнетания
Б. Зацепление между шестернями препятствует обратному протоку
рабочей жидкости под действием давления нагнетания.
Действительная подача (л/мин) насоса
QA= Уолли-Ю 3,
(2.10)
где Vo — рабочий объем шестеренного насоса, см3; п — частота вращения
шестерен, об/мин.
С учетом значения Уо
(?д = 2л£)о/пбпт|о = 7т2гбпт]о-10~6,	(2.11)
где Do — диаметр начальной окружности, мм; Do = mz (здесь т— мо-
дуль; z — число зубьев); b — ширина шестерни, мм; 7— округленное значение 2л с
учетом того, что объем впадин несколько больше объема зубьев.
Так как объем впадин при вращении шестерен уменьшается
(рис. 2.5, а и б), давление жидкости, запертой во впадинах,
возрастает, что вызывает перегрузку опор насоса. Для отвода
замкнутой во впадинах жидкости предусматриваются специальные
каналы 1 и 2, выполненные обычно в торцах боковых крышек
(рис. 2.6) или на нерабочих поверхностях зубьев. Каналы вы-
полняют таким образом, чтобы впадины шестерен сообщались с
камерой нагнетания до тех пор, пока середины впадин не совпадут
25
а) б)
Рис. 2.5. Изменение объема впадин при
вращении шестерен
1 Z
Рис. 2.6. Схема разгрузки шестерен-
ного насоса по давлению
с линией центров и замкнутый во впадинах объем жидкости ста-
нет наименьшим. Расстояние между каналами выбирают таким,
чтобы впадина шестерни не соединяла их между собой.
Обычные параметры насосов: давление до ЮМПа, частота вра-
щения до 4000 об/мин, подача до 150 л/мин, общий КПД 0,55...
0,85.
Пластинчатый насос однократного действия показан на рис.
2.7, а. В статоре 3 вращается эксцентрично расположенный ротор
/, в пазах которого размещены пластины 2; последние под дейст-
вием центробежной силы или пружины прижимаются к внутренней
поверхности статора.
Жидкость из подводящей трубы засасывается в камеру, обра-
зованную статором, ротором и пластиной, вследствие увеличения
ее объема при вращении ротора. Всасывание продолжается до мо-
мента достижения пластиной вертикального положения. Затем
жидкость начинает вытесняться в напорную гидролинию. Боковое
уплотнение камер между пластинами достигается хорошей обра-
боткой поверхностей. Если эксцентриситет е уменьшить до нуля,
жидкость не будет подаваться в напорную гидролинию, а будет
циркулировать в камерах насоса.
Рис. 2.7. Пластинчатый насос:
а — однократного действия; 6 — двукратного действия
26
Для уменьшения пульсации жидкости обычно применяют насо-
сы с большим числом пластин, а прижатие лопастей к статору осу-
ществляется как с помощью центробежной силы, так и с помощью
жидкости, подводимой под лопасти из камеры давления.
Пластинчатые насосы в зависимости от числа циклов всасы-
вания и нагнетания за один оборот ротора разделяют на насосы
однократного и двукратного (рис. 2.7. б) действия. У первых
за один оборот ротора жидкость вытесняется из замкнутой камеры
один раз, у вторых — два раза.
Рабочий объем (см3) пластинчатого насоса однократного дей-
ствия определяют по упрощенной формуле
Vo । = 2eb( л D - szn) 10 " 3,	(2.12)
где е — эксцентриситет, мм; b — ширина пластины, мм; D — диаметр расточ-
ки статора, мм; $ — толщина пластины, мм; za — число пластин.
Действительная подача насоса
Qa=VQnx\v.	(2.13)
При диаметральном расположении всасывающей и напорной
камер ротор подвергается большой односторонней нагрузке со
стороны напорной камеры, поэтому для больших давлений приме-
няют насосы двукратного действия (рис. 2.7, б), у которых давле-
ние на ротор, как это видно из схемы, уравновешено благодаря
наличию двух диаметрально расположенных камер всасывания
В и напорных камер И.
Рабочий объем (см3) пластинчатого насоса двукратного
действия (без учета объема пластин)
V02=2n6(/??-^10-3,	(2.14)
где R\ — большая полуось статора, мм; Ri — радиус ротора, мм.
Подачу насоса двукратного действия определяют по форму-
ле (2.13). Как следует из формулы (2.14), регулировать подачу
насоса двукратного действия невозможно. В СССР выпускают по-
добные насосы типа БГ12-4 с номинальным рабочим давлением
10 МПа и рабочим объемом от 3,2 до 12,5 см3, в том числе
сдвоенные.
Из формулы (2.12) следует, что рабочий объем насоса одно-
кратного действия непосредственно зависит от эксцентриситета
и его можно регулировать, смещая ротор относительно статора.
На рис. 2.8 показан насос с регулируемой подачей типа
Г12-5М, содержащий ротор /, в пазах которого размещаются плас-
тины <?, прижимающиеся при вращении ротора к внутренней по-
верхности статора 4. Статор размещен в пространстве, образован-
27
Рис. 2.8. Пластинчатый насос с регулируемой подачей
ном наружным кольцом 5, передним 20 и задним 17 распредели-
тельными дисками. Весь комплект установлен в корпусе 16, к кото-
рому прикреплена крышка 21. Ротор шейками опирается на под-
шипники скольжения 15 и 22, запрессованные в распределитель-
ные диски, и приводится во вращение от вала 25, связанного
шлицами с ротором и сидящего на подшипниках качения
23. Два полукруглых паза 27 и 19 в переднем диске 20 служат для
всасывания и нагнетания жидкости, а пазы 18 и 28— для соедине-
ния торцов пластин, направленных к центру ротора, с напорной
линией (в нагнетающей части) или всасывающей линией
(на участке всасывания). Задний распределительный диск 17
имеет кольцевую камеру 30 (образованную торцом шайбы 14, уп-
лотнительными кольцами 13 и телом диска), которая соединена
с напорной линией.
При изменении подачи насоса статор 4 перемещается, изменяя
свой эксцентриситет относительно ротора /. При этом статор
опирается на неподвижную 29 и подвижную 6 опоры, а его переста-
новочное усилие образуется за счет разности сил давления
жидкости на внутреннюю поверхность статора и сил, создаваемых
регулятором давления, встроенным в насос. Регулятор содержит
корпус 7, толкатель 8, пружину 9, подпятник 10, регулировочный
винт //и фиксирующую гайку 12. Максимальный эксцентриситет
устанавливается упором 2. Дренажная линия 26 служит для отво-
да утечек из корпуса насоса, а для защиты от наружных утечек
через вал установлена манжета 24.
При работе насоса жидкость в камере 29 под давлением при-
жимает распределительные диски к боковым поверхностям плас-
тин. Полукруглые пазы 27 и 19 расположены так, что при увеличе-
нии объема рабочих камер (в зоне ниже ротора) они связаны
с всасывающей линией, а при уменьшении (в зоне выше ротора) —
с напорной.
28
В отличие от насоса, показанного
на рис. 2.3, в, в данной конструкции
давление жидкости вызывает одно-
стороннюю нагрузку как ротора, так
и статора.
Отечественной промышленностью
выпускаются аналогичные насосы мо-
дели Г12-5...AM, работающие при дав-
лении 6,3 МПа и подаче 25, 58 и 105
л/мин, а также насосы модели НПлР,
работающие при давлении до 16 МПа
и подаче до 152 л/мин.
Все пластинчатые насосы должны
Рис. 2.9. Схема радиально-
поршневого насоса
быть заполнены жидкостью перед их
запуском во избежание выхода из строя из-за повышенного
трения пластин о поверхность статора.
Рабочие объемы пластинчатых насосов достигают 125 см3,
рабочее давление до 20 МПа, общий КПД 0,6...0,85.
Радиально-поршневой насос имеет ротор 1 (рис. 2.9) с ра-
диально-расположенными в нем поршнями 2, который вращается
внутри эксцентрично расположенного статора 3. Жидкость распре-
деляется неподвижным распределителем с перемычкой 4, которая
разделяет всасывающую камеру А и нагнетательную камеру Б вы-
сокого давления. При каждом обороте ротора каждый поршень со-
вершает двойной ход — выдвигается в зоне выше горизонтали
и вдвигается в корпус ротора при дальнейшем повороте в зоне
ниже горизонтали. Поршни прижимаются к статору под действием
центробежной силы и сил давления жидкости. При увеличении
объема всасывающей камеры происходит всасывание рабочей
жидкости из гидробака. В зоне нагнетания объем рабочей камеры
уменьшается, и жидкость под давлением вытесняется в напорную
гидролинию.
При вращении ротора каждый поршень за один оборот совер-
шает ход, равный 2е, где е — эксцентриситет между осями ротора
и статора.
Рабочий объем (см3) радиально-поршневого насоса однократ-
ного действия
Vo =2
ndn-10 3
4
(2.15)
где dn — диаметр поршня, мм; z — число поршней; е — в мм; h — число рядов
поршней.
Подачу радиально-поршневого насоса вычисляют аналогично
подачам других насосов [см. формулу (2.10)].
Так как рабочий объем и, следовательно, подача зависят
от эксцентриситета, последняя может быть регулируемой. Боль-
29
шинство радиально-поршневых насосов выполняется с регулируе-
мой подачей.
Частота вращения радиально-поршневых насосов составляет
600... 1800 об/мин; подача 20...400 л/мин (при давлении нагне-
тания до 20 МПа), но может быть и выше; число поршней насосов
5... 11 (без учета рядности).
Радиально-поршневые насосы являются уравновешенными
машинами, что определяет малые нагрузки на подшипники ротора,
длительный срок их службы и низкий уровень шума. К их недо-
статкам можно отнести большие габаритные размеры и моменты
инерции вращающихся частей, а также тихоходность. В приводах
роботов они не нашли распространения.
Аксиально-поршневые насосы получили широкое распростра-
нение благодаря тому, что могут работать при значительных дав-
лениях в сочетании с большими подачами и при этом имеют неболь-
шие габаритные размеры и массу вращающихся деталей. Их ис-
пользуют как в стационарных гидроприводах, так и в гидроприво-
дах мобильных машин.
Аксиально-поршневые насосы разделяют на две основные
конструктивные группы: 1) насосы с наклонным диском, у кото-
рых ведущее звено и ротор наклонного блока цилиндров располо-
жены на одной оси; 2) насосы с наклонным блоком цилиндров,
причем оси ведущего звена и ротора наклонного блока пересека-
ются, т. е. получается так называемая «изломанная» ось.
Аксиально-поршневой насос с наклонным диском (рис. 2.10, а)
наиболее простой по конструкции. Ведущий вал 5 приводит во
вращение блок цилиндров 2, в расточках которого перемещаются
плунжеры 3. Под действием давления последние прижимаются
сферическими головками к наклонному диску 4, опирающемуся на
подшипниковую обойму 6. При вращении ротора плунжеры совер-
шают возвратно-поступательное движение, всасывая и нагнетая
рабочую жидкость. В первую половину каждого оборота блока 2
каждый поршень выдвигается из цилиндра, при этом объем рабо-
чей камеры увеличивается — жидкость всасывается. Во вторую
половину оборота поршень вдвигается в расточку блока, объем ка-
меры уменьшается — жидкость нагнетается в напорную гидро-
линию.
Для распределения потоков рабочей жидкости служит торцо-
вый распределительный диск /, прижимаемый к ротору. Неподвиж-
ная часть диска имеет два круговых серповидных канала: канал
А соединен с напорной гидролинией, а канал Б — с гидролинией
низкого давления. Торцовые распределительные устройства обес-
печивают значительные проходные сечения, однако чувствительны
к загрязнению жидкости.
Вместо распределительного диска иногда используют систе-
му нагнетательных и всасывающих клапанов, примененную, в част-
ности, в конструкции насосов типа НА. Особенностью этой конст-
30
Рис. 2.10. Схемы акси-
ально-поршневых насосов:
а —с наклонным диском; б —
с наклонным блоком цилиндров
рукции является наличие двух противоположных наклонных дис-
ков, жестко закрепленных на одном валу и приводящих в действие
поршни.
Принятая схема установки двух дисков позволяет замкнуть
на валу нагрузку от усилий в поршнях и не применять упорные
подшипники. Насосы имеют подачу до 400 л/мин при рабочем дав-
лении до 32 МПа и предназначены для работы на жидкостях с тон-
костью фильтрации до 40 мкм.
В насосах клапанного исполнения давление достигает 100 МПа
и более, однако они являются необратимыми и в них труднее при-
менять непрерывное регулирование подачи.
Аксиально-поршневые насосы с наклонным диском имеют такие
преимущества, как высокий КПД при низких давлениях; низкий
уровень шума; малые габаритные размеры и небольшую стои-
мость; широкий диапазон частоты вращения (1...3000 об/мин);
простота и технологичность конструкции.
На рис. 2.10, б показана схема аксиально-поршневого насо-
са с наклонным блоком цилиндров. На приводном валу 5 имеется
фланец 8У который через двойной кардан 7 соединен с наклонным
блоком 2. При вращении вала фланец 8 через шатуны 10 с шарни-
рами 9 и 11 приводит в возвратно-поступательное движение плун-
жеры Зу которые через торцовый распределительный диск осущест-
вляют всасывание и нагнетание рабочей жидкости. Вследствие
31
наличия двойного кардана 7 блок цилиндров вращается синхронно
с вращением вала 5.
Основными преимуществами аксиально-поршневых насосов с
наклонным блоком являются небольшие радиальные нагрузки,
действующие на поршни и блок, и механические потери в поршне-
вой группе, следовательно, и высокий механический КПД (96...
98%); высокая гидравлическая жесткость и герметичность hv сле-
довательно, высокий объемный КПД (97...98%).
В то же время этим насосам присущи такие недостатки, как
большие осевые нагрузки на подшипниковые узлы, что ухудшает
эксплуатационные показатели; ограниченное быстродействие сис-
темы управления подачей из-за больших масс перемещаемых уз-
лов; сравнительно большие масса и габаритные размеры; слож-
ность конструкции; значительные гидравлические потери в кана-
лах поворотного блока. Из-за этих недостатков большого распро-
странения насосы с наклонным блоком не получили.
Подача аксиально-поршневых насосов зависит от угла накло-
на диска или блока цилиндров.
Рабочий объем насоса
l/0=2^-Zfltg?,	(2.16)
где dn — диаметр поршня; г — число поршней; R — радиус расположения
поршней; у — угол наклона диска или блока цилиндров.
Крутящий момент, приложенный к валу насоса, затрачивает-
ся на преодоление полезного сопротивления, вызываемого давле-
нием на поршни насоса, сил инерции поршней, сил трения при пе-
ремещении поршней в цилиндрах и сил трения головок поршней.
Рабочий объем аксиально-поршневых насосов составляет от
0,5...30- 103см3; давление 35,0...42,0 МПа; срок службы 6000...
12 000 ч; частота вращения достигает 25 000 об/мин; объемный
КПД 0,94...0,96, общий КПД 0,75...0,9.
Возвратно-поступательные насосы. Эти насосы характеризуют-
ся прямолинейным возвратно-поступательным движением рабочих
органов независимо от характера движения ведущего звена. К ним
относятся распространенные поршневые и плунжерные насосы.
Они применяются обычно для создания высоких давлений (до
50 МПа) и имеют такие недостатки, как неравномерность подачи
жидкости в напорной гидролинии, особенно при небольшом числе
поршней (плунжеров); значительные ускорение и замедление стол-
ба жидкости в гидролиниях, что может приводить к разрыву
сплошности потока во всасывающей гидролинии; сложная кине-
матическая связь между электродвигателем и насосом; тихоход-
ность и громоздкость.
Эти насосы применяются в основном в кузнечно-прессовом
производстве.
32
a)	ff)
Рис. 2.11. Возвратно-поступательные насосы:
а — поршневой; б —- плунжерный с эксцентриковым приводом
На рис. 2.11, а, б показаны схемы поршневых и плунжерных
насосов однократного действия. В цилиндре 2 возвратно-поступа-
тельно перемещается поршень (плунжер) /. При его движении
вправо жидкость всасывается из гидробака через клапан 3, при
этом нагнетательный клапан 4 закрыт. При ходе поршня влево
жидкость вытесняется из цилиндровой камеры через клапан 4 в на-
порную гидролинию.
Конструктивно плунжерные насосы (рис. 2.11, б) проще порш-
невых, так как нет необходимости точной расточки цилиндра и
легче осуществить уплотнение плунжера, чем поршня. Для приво-
да в движение поршня (плунжера) часто применяют эксцентрико-
вый механизм, состоящий из эксцентрика 5 и пружины, прижимаю-
щей к нему поршень.
Возвратно-поступательные насосы не получили распростра-
нения в гидроприводах станков и промышленных роботов, и их
конструктивные особенности здесь не рассматриваются.
Радиально-поршневые эксцентриковые нероторные насосы.
Эти насосы работают при высоких давлении (до 63 МПа) и подаче
(до 500 л/мин). Насосы имеют клапанную систему распределения
жидкости и являются необратимыми гидромашинами, т. е. не могут
работать как гидродвигатели.
В СССР освоен выпуск таких насосов типа 50 HP с качаю-
щимися цилиндрами, поршни которых приводятся в движение с
помощью эксцентрика, вокруг которого они расположены. По-
дача насосов постоянная, при этом поршневой узел гидроста-
тически разгружен.
Конструкция нероторного радиально-поршневого насоса по-
казана на рис. 2.12. Приводной эксцентриковый вал / опирается
на два подшипника качения, установленных в расточках корпуса
2. На эксцентриковую часть вала опираются два ряда поршневых
втулок 18, по пять в каждом ряду. В поршневые втулки вставлены
поршни 19, сферические головки которых упираются в сфериче-
ские поверхности клапанов 5. Прижатие поршней к корпусам кла-
2 Зак. 1737
33
Рис. 2.12. Радиально-поршневой насос типа 50 HP
панов и поршневых втулок к эксцентрикам осуществляется пружи-
нами 21 через шайбы 20.
Корпуса 5 клапанов установлены в цилиндрических расточ-
ках корпуса насоса. В корпуса встроены напорные клапаны 4 с
пружинами 3. Сливные клапаны 6 с пружинами 9 расположены в
седлах клапанов 7, поджатых пробками 8. Эти клапаны соединены
втулками 10 с крышками 11. В цилиндрической расточке крышки
11 находится распределительная втулка 13, связанная тягой 14
и пальцами 15 с валом 1 для совместного вращения. Кроме того,
распределительная втулка поджата пружиной 12 через тягу и ша-
рик 16 к штоку 17 механизма изменения подачи. Шток определяет
осевое положение распределительной втулки.
Рабочая жидкость засасывается из картера насоса через
пазы на валу 1 и отверстие во втулке 18 в рабочую камеру. При
нагнетании центральное отверстие в поршневой втулке 18 пере-
крывается поверхностью эксцентрикового вала и жидкость по ка-
налу в поршне и каналу в корпусе клапана через напорный кла-
пан 4 поступает в коллектор, образованный каналами, соединяю-
щими полости.
Подача регулируется путем слива жидкости из рабочей каме-
ры в процессе нагнетания. При этом жидкость сливается через
открытый сливной клапан 6, втулку, управляющие каналы Б в
крышке в картер насоса. На части хода нагнетания, определен-
ной положением распределительной втулки 13, каналы Б пере-
крываются телом втулки. В подпоршневой полости и следующих
за ней каналах повышается давление жидкости, которая дейст-
34
вует на неуравновешенную площадь сливного клапана и, отжимая
пружину 9, закрывает его. После этого жидкость на оставшейся
части хода нагнетания поступает под давлением в коллектор через
клапан 4.
Таким образом происходит регулирование подачи от макси-
мального значения (каналы Б закрыты распределительной втул-
кой во время всего хода нагнетания) до нуля (каналы Б открыты
на протяжении всего хода нагнетания). Осевое положение распре-
делительной втулки устанавливается вручную или при помощи сле-
дящего механизма изменения подачи.
Такие насосы выпускают с рабочим объемом 1.4...500 см3.
Насосы имеют малые внутренние потери, высокий КПД, низкий
уровень шума, малую металлоемкость, небольшие габаритные раз-
меры и быстродействие при регулировании, просты и удобны в об-
служивании.
2.3.	ГИДРОДВИГАТЕЛИ
Общие сведения. Объемные гидродвигатели преобразо-
вывают энергию потока рабочей жидкости в энергию движения
выходных звеньев. В зависимости от вида движения выходного
звена различают гидродвигатели с возвратно-поступательным дви-
жением (гидроцилиндры); с неограниченным вращательным дви-
жением (гидромоторы); с ограниченным поворотным движе-
нием (с поворотом на угол, не превышающий 360°; поворотные
гидродвигатели: шиберные, поршневые и мембранные).
Требования к гидродвигателям исполнительных устройств
промышленных роботов изложены в ГОСТ 26058—85.
Гидроцилиндры. Гидроцилиндры (рис. 2.13) применяют наи-
более часто в качестве гидродвигателей, так как их изготовле-
ние доступно и на неспециализированных предприятиях. Рабочим
звеном гидроцилиндра могут быть поршень 2 (рис. 2.13, а, б, г),
плунжер 2 (рис. 2.13, в, ж), мембрана 5 (рис. 2.13, д), силь-
фон 6 (рис. 2.13, е), соединенные со штоком 3 и размещенные
в корпусе /. Поршневые и плунжерные гидроцилиндры применяют
обычно в силовых приводах, сильфонные и мембранные — во вспо-
могательных устройствах и системах управления.
Принцип работы гидроцилиндров заключается в следующем.
При подаче жидкости под давлением в рабочую полость Л цилинд-
ра поршень 2 (или плунжер 2) со штоком 3 перемещается (на ри-
сунке вправо). При этом рабочая жидкость вытесняется из про-
тивоположной полости Б цилиндра (рис. 2.13, б, г) или сжи-
мается пружина 4 (рис. 2.13, а).
При подводе рабочей жидкости в полость Б поршень (рис.
2.13, б, г) со штоком перемещается влево.
По направлению действия рабочей среды различают гидро-
цилиндры двустороннего действия, у которых движение выходного
2*
35
Рис. 2.13. Схемы гидроцилиндров:
а _ поршневого с односторонним штоком одностороннего действия; б — поршвевого с односторонним
штоком двустороннего действия; в — плунжерного; г — поршневого с двусторонним штоком двусто-
роннего действия; д — мембранного с односторонним штоком двустороннего действия; е —силь-
фонного; ж — телескопического
звена (например, штока) под действием рабочей жидкости воз-
можно в двух противоположных направлениях (рис. 2.13, б, г, д) и
и гидроцилиндры одностороннего действия, у которых движение
выходного звена под действием рабочей жидкости возможно толь-
ко в одном направлении, причем возврат может быть осуществлен
под действием пружины, силы тяжести или звена механизма (рис.
2.13, а, в, е, ж).
По характеру хода выходного звена цилиндры бывают одно-
ступенчатые, у которых ход выходного звена (штока) равен хо-
ду рабочего звена (поршня), и телескопические (рис. 2.13, ж),
у которых полный ход выходного звена 3 равен сумме ходов всех
рабочих звеньев 2. Конструкция телескопического цилиндра пред-
ставляет собой корпус /, в котором перемещаются один относи-
тельно другого несколько концентрично расположенных поршней 2
и 3.
Основными параметрами цилиндров являются номинальное
давление р (МПа); диаметр поршня D (мм); диаметр штока d
(мм); ход поршня L (мм).
На рис. 2.14 представлена конструкция гидроцилиндра типа
ГЦП, применяемого в автоматических линиях. Он состоит из гиль-
зы 17 с приваренной к ней крышкой 18, пустотелого штока 13,
на одном конце которого гайкой 16 закреплен поршень 15, на
другом — установлена муфта 8, закрепленная гайкой 7. В сквоз-
ной крышке 12, закрепленной в гильзе с помощью стопорного
кольца 9, размещен уплотнительный узел штока с грязесъемником
10 и направляющей втулкой 11.
Для уплотнения подвижных поршня и штока применены ман-
жеты 14 и 5 (ГОСТ 14896—84), для уплотнения неподвижных што-
ковой крышки и муфты — резиновые круглые кольца 6, 4 и 2
36
1
2
3 4 5	6
Рис. 2.14. Гидроцилиндр типа ГЦП
(ГОСТ 9833—73*). Клапан /, ввернутый в гильзу, служит для
выпуска воздуха из поршневой полости. Из штоковой полости
воздух выпускается через внутреннюю полость штока 13.
Гидроцилиндры выпускают на номинальное давление 6,3 МПа
с диаметром поршней 32, 40, 50, 63, 80, 100 и 125 мм.
Крепят гидроцилиндры закладными кольцами по посадочным
местам гильзы, а шток соединяют с исполнительным органом дву-
мя гайками 7 со стопорной шайбой. Грязесъемник 10 и манжету
15 крепят стопорными кольцами 6 и 3.
Выпускают поршневые гидроцилиндры типа ЦРГ, предназна-
ченные для линейных перемещений механизмов промышленных
роботов. Гидроцилиндры работают при давлении до 16 МПа
и скорости поршня до 1,5 м/с; при этом диаметр поршня 25...56 мм,
ход поршня 100...800 мм.
При разгоне гидроцилиндром массы т до скорости v возни-
кает усилие
f=fh+ftpi+ftp2+f
пр,
(2.17)
где — сила инерции; FT₽i — сила трения в рабочих органах в момент тро-
гания; ГТР2 — сила трения в уплотнениях поршня и штока в момент трогания;
Гпр — сила противодавления, зависящая от сопротивления сливу жидкости из
нерабочей полости цилиндра.
Сила инерции движущихся частей действует при разгоне и
торможении механизмов:
/ИР2
Л = та = "277’	<2-18)
где т — масса движущихся частей, приведенная к штоку (совмест-
но с массой движущейся жидкости), кг; а — ускорение, м2/с; рср — средняя
скорость в момент разгона; /р — путь разгона.
При равномерном движении поршня сила инерции равна нулю.
Сила трения в рабочих органах Fxp\=fmg, где f — коэффи-
циент трения в направляющих при разгоне рабочих органов.
37
Сила трения штока и поршня при установке резиновых ман-
жет
/rTp2 = |ATndZ>piz,	(2.19)
где Цт — коэффициент трения; d — диаметр цилиндра или штока, м; Ь—
ширина контактного пояска уплотнения, м; р\—давление в зоне уплотнения;
z — число уплотнений.
Сила противодавления жидкости Гпр=Арпр5п, где Дрпр — по-
тери давления на трение жидкости, Sn — соответствующая пло-
щадь поршня.
Обозначив через Л = /?Тр2 + Fnp величину, учитывающую силы
трения в уплотнениях и противодавления, получим
F = m(a + fe)+4.	(2.20)
Если подача жидкости в гидроцилиндр Q = const, то теорети-
ческая скорость поршня
uT = Q/S.	(2.21)
Гидроцилиндры с резиновыми уплотнениями имеют довольно
высокий объемный КПД (близкий к единице). Если же утечки от-
носительно велики, то действительная скорость поршня
(2.22)
где Пи — объемный КПД.
К гидроцилиндрам предъявляются следующие требования
(ГОСТ 16514—87; СТ СЭВ 5832—86):
поршни и плунжеры должны под действием статического уси-
лия плавно перемещаться по всей длине хода;
не допускаются боковые нагрузки на штоки, так как это при-
водит к ускоренному изнашиванию уплотнений, поршней и рабочей
поверхности цилиндра;
не допускаются утечки рабочей жидкости через неподвижные
уплотнения; на подвижных соединениях допускается наличие мас-
ляной пленки без каплеобразования;
внутренние утечки не должны превышать норм по техническим
условиям;
во избежание загрязнения внутренних полостей необходимо
применять грязесъемники в местах выхода штоков.
Пример. Определить развиваемые усилия на штоке гидроцилиндра и скорость
его движения при работе от шестеренного насоса. Исходные данные: рабочий
объем шестеренного насоса Vo=63 см3; номинальное давление в гидросистеме
рном = 10 МПа; частота вращения вала гидронасоса п = 1700 об/мин; объем-
ный КПД t)v=0,94. Силой трения пренебречь. Диаметр цилиндра D=160 мм;
диаметр штока </ = 80 мм.
38
Решение. Подача насоса
Q = Vo пт] ^=63-1700*0,94= 101 000 см3/мин = 101 л/мин.
Площадь поршня гидроцилрндра
S=0.785D2=0,785 • 162 = 0,0201 м2.
Площадь штока
5Ш=0,785d2=0,785 *0,082=0,0053 м2.
Усилие на штоке при выдвижении
F=pH0MS= 10* 106*0,0201 =201 000 Н = 201 кН,
при втягивании
£'=р($_$ш)= Ю* 106(0,0201 -0,0053)= 148 000 Н= 148 кН.
Скорость выдвижения штока
и = Q/S = 0,101/0,0201 =5,04 м/мин;
втягивания штока
u' = Q/(S-Sal)=O.IOI/(O,O2Ol — 0,0053) =6.8 м/мин.
Гидромоторы. Хотя насосы, имеющие бесклапанное распреде-
ление потока жидкости, могут быть обратимыми, т. е. работать в
качестве гидродвигателей, однако из-за ряда конструктивных осо-
бенностей, как правило, это не делается, за исключением насосов—
моторов, разработанных специально для этой цели.
В качестве гидромоторов в основном применяют радиаль-
но-поршневые и аксиально-поршневые машины, реже пластинча-
тые и шестеренные. Основные параметры гидромоторов такие же,
как и насосов. Кроме того, весьма существенным является выход-
ной крутящий момент AfKp-
Рабочий цикл гидромоторов состоит из процессов нагнета-
ния жидкости под давлением в полости А и одновременного вы-
теснения ее из полостей Б в отводящие гидролинии. При измене-
нии направления подводимого потока жидкости изменяется на-
правление вращения вала гидромотора. Частота вращения при
этом пропорциональна расходу жидкости Q:
n = Q/Vo,	(2.23)
где Ио — рабочий объем гидромотора.
По крутящему моменту и частоте вращения вала гидромоторы
можно условно разделить на две группы: высокооборотные низ-
комоментные (в основном шестеренные, пластинчатые, аксиально-
поршневые); низкооборотные высокомоментные (в основном ра-
диально-поршневые и аксиально-поршневые).
39
Главными свойствами гидромоторов, позволяющими применять
их в приводе механизмов промышленных роботов, являются
высокие динамические качества, характеризуемые скоростями раз-
гона и торможения; жесткость характеристик под нагрузкой;
широкий диапазон частоты вращения.
В СССР наибольшее распространение получили шестеренные,
пластинчатые и роторно-поршневые гидромоторы.
Шестеренные гидромоторы наиболее просты по конструкции и
надежны, могут работать при высоких (до 2400 об/мин) частотах
вращения, не требуют высокой степени очистки жидкости. Однако
они имеют невысокие КПД и диапазон частоты вращения, большие
пусковые моменты.
Пластинчатые гидромоторы применяют в приводах с неболь-
шим диапазоном частоты вращения. Имея небольшие массу и га-
баритные размеры, малый момент инерции, они тем не менее редко
используются из-за малых крутящих моментов, высокой минималь-
ной частоты вращения и низкого КПД.
К высокооборотным низкомоментным гидромоторам относится
аксиально-поршневой с наклонным диском и неподвижным распре-
делительным диском гидромотор типа Г15-2 (рис. 2.15). Мотор
состоит из блока цилиндров 2 с поршнями <3, барабана 4, в ко-
тором расположены контактирующие с подшипником 8 наклонного
диска толкатели 5. В барабане расположены пружины 9, прижима-
ющие блок 2 к распределительному диску /, в котором имеют-
ся серповидные окна 13, разделенные перегородками 14. Подшип-
ник 8 размещен в переднем корпусе 6, блок цилиндров и барабан
— в полости среднего корпуса 11. Жидкость подводится к блоку
по одному серповидному пазу, отводится от него в гидробак — по
другому
Радиальные нагрузки на толкатели воспринимаются бараба-
ном, закрепленным на валу. Поршням 3, размещенным в блоке,
передаются только осевые и гидростатические нагрузки.
При работе жидкость, поступающая через серповидный паз
Рис. *2.15. Низкомоментный аксиально-поршневой гидромотор с наклонным диском
40
от напорной гидролинии к окнам 13 на торце блока, действует
на поршни, которые вместе с толкателями выдвигаются к подшип-
нику. При этом возникают тангенциальные (боковые) силы, кото-
рые действуют на толкатели, поворачивая барабан вместе с валом,
а также блок 2, который захватывается барабаном через поводок
10.
Частота вращения вала 7 гидромотора определяется расхо-
дом рабочей жидкости, а направление вращения зависит от того,
какое из отверстий 12 соединено с напорной гидролинией.
Гидромотор Г15-2 выпускают пяти типоразмеров с рабочим
объемом 11,2...160 см3/об, частотой вращения 20...2400 об/мин.
Номинальное рабочее давление до 6,3 МПа, крутящий момент
9,4... 133 Н-м.
На базе моторов Г15-2...Н, выпускают регулируемые гидро-
моторы типа 2Г18-3, которыми комплектуют гидроусилители
крутящего момента типа Э32Г18-3. Особенностью гидромоторов
типа 2Г18-3 является возможность ступенчатого регулирования
рабочего объема. Гидроусилители типа ЭЗГ18-3 нашли широкое
применение в станках с ЧПУ и роботах.
В качестве гидромоторов можно использовать насосы-моторы
аксиально-поршневого типа моделей РМНА.
Для сокращения габаритных размеров передач целесообраз-
но объединять в одной машине высокооборотный гидромотор и
планетарный или волновой редуктор, что позволяет также повы-
сить КПД. Такие планетарно-роторные гидромоторы, выпускаемые
в СССР, имеют рабочий объем 160...630 см . При расходе жидкости
до 1,66 л/с частота вращения выходного вала составляет 235...
590 об/мин при крутящем моменте до 1410 Н«м. Гидромоторы мо-
гут быть встроены непосредственно в механизмы машин.
Высокомоментные низкооборотные гидромоторы для приводов
роботов представляют наибольший интерес. Их преимуществом
является возможность непосредственного соединения с рабочими
органами машин без промежуточных передач. Выпускаемые в
СССР радиально-поршневые гидромоторы типа МРФ и МР отли-
чаются компактностью, устойчиво работают при низких частотах
вращения. В корпусе 6 гидромотора типа МРФ (рис. 2.16) разме-
щаются в два ряда цилиндро-поршневые группы 4. Каждый ряд со-
держит по семь поршней, которые шатунами 3 опираются на под-
шипники качения 5, установленные на эксцентриках вала /, кото-
рый насажен на подшипниках 14 в крышке 2. Кольца 12 и 13 охва-
тывают башмаки шатунов, обеспечивая их постоянный контакт’ с
подшипниками 5. Каждый шатун соединен с поршнем сферической
головкой. Возле каждого цилиндра расположен распределитель 8,
который распределяет жидкость, перемещаясь от кулачков 9 и 10.
Через концентричный канал А жидкость подводится от на-
порной гидролинии, через канал Б отводится в сливную гидро-
линию. При работе жидкость через канал А, распределитель 8 и
41
Рис. 2.16. Высокомоментный радиально-поршневой гидромотор
канал 7 или 11 поступает к рабочим камерам цилиндров и воз-
действует на поршни. Поршни, оказывая давление через шатуны
на подшипники 5, создают крутящий момент на валу. Вторая груп-
па поршней в это время вытесняет жидкость из цилиндров в ка-
нал Б, связанный со сливной линией.
Выпускаемые гидромоторы имеют рабочий объем до 400 см3,
частоту вращения 4...960 об/мин при давлении жидкости до 32
МПа.
Поворотные гидродвигатели. Поворотный гидродвигатель
имеет выходное звено с ограниченным поворотным движением, т. е.
выходной вал не может совершить полного оборота вокруг своей
оси (рис. 2.17).
Шиберный поворотный гидродвигатель (рис. 2.17, а) имеет
рабочее звено 1 в виде шибера, связанного с выходным валом,
движение которого ограничено разделителем — упором 2. У порш-
Рис. 2.17. Схемы поворотных гидродвигателей:
о — шиберного; б — поршневого; в — мембранного
42
невого поворотного гидродвигателя (рис. 2.17, б) рабочие звенья
/ выполнены в виде поршней, перемещение которых затем преобра-
зуется в поворот выходного вала 3 с помощью зубчатой передачи
или рычага. Мембранный поворотный гидродвигатель (рис. 2.17,
в) имеет рабочие звенья /, выполненные в виде мембран, переме-
щение которых преобразуется в поворотное движение выходного
звена в виде рычага 4.
Из поворотных двигателей шиберные и мембранные приме-
няются сравнительно редко, поршневые — наиболее распростра-
нены.
Основными параметрами поворотных двигателей являются но-
минальное давление р (МПа); номинальный расход Q (л/мин);
крутящий момент на валу Мкр (Н-м); угол поворота ф.
На рис. 2.18 показан шиберный поворотный гидродвигатель.
Шибер 1 закреплен на ведомом валу и вращается в камере, обра-
зованной корпусом 2 и двумя крышками 5 и 6. К механизму двига-
тель крепится шпильками 7, ввернутыми в крышку 6. По цилиндри-
ческой и торцовым поверхностям камеры шибер уплотнен при по-
мощи резиновых манжет 8. Рабочая жидкость подводится в каме-
ры через штуцера 3 и 4 в корпусе 2. Крайние положения шибера по-
казаны штрихпунктирными линиями.
Из-за трудностей уплотнения шибера, в особенности по его
торцам, эти гидродвигатели применяют только при низких давле-
ниях рабочей жидкости.
Крутящий момент (Н«м) на выходном валу гидродвигателя
зависит от размеров шибера и давления жидкости:
2	2
Мкр = (р,-р2)й^4-^-,	(2.24)
где pi и р2 — рабочее давление и противодавление жидкости, Па; b — шири*
на шибера, м; п и г2 — радиусы цилиндра и втулки, м.
Угловая скорость поворота выходного вала (рад/с)
Ъ
Рис. 2.18. Шиберный поворотный гидродвигатель
43
Рис. 2.19. Поршневой поворотный гид-
родвигатель
2Q
со = ., ,
(2.25)
где Q — расход жидкости, м3/с.
В СССР для обеспечения
неполноповоротных вращатель-
ных движений механизмов
промышленных роботов выпус-
кают поворотные гидродвига-
тели типа ДПГ. Они работают
при номинальных давлениях
рабочей жидкости 16 МПа с
крутящим моментом на вы-
ходном валу 160...6300 Н-м при угле его поворота до 270°.
Максимальная скорость поворота вала 180°/с.
Большое распространение в гидроприводах машин, в част-
ности промышленных роботов, получили поршневые поворотные
гидродвигатели (рис. 2.19). Гидродвигатель состоит из корпуса
/, поршня двустороннего действия 2, уплотненного манжетами 5,
зубчатой рейки 4, соединенной с поршнем, ведомой шестерни 3.
Ход поршня ограничивается установочным винтом 6.
При подаче жидкости под давлением в рабочие камеры А или
Б поршень 2 перемещается вместе с рейкой 4, которая поворачи-
вает шестерню 3 с выходным валом 7.
Крутящий момент Л4Кр (Н-м) на валу 7 зависит от рабочего
давления жидкости, а угловая скорость со (1/с) —от подачи
жидкости:
/	х nd2 D
(2.26)
“=(2.27)
где pi и р-2 — рабочее давление и противодавление жидкости, Па; d —
диаметр цилиндра, м; D — диаметр делительной окружности шестерни, м.
В качестве силовых приводов в рабочих органах промышлен-
ных роботов наибольшее распространение получили поршневые и
мембранные гидроцилиндры и поворотные поршневые двигатели,
редко применяются шиберные и мембранные.
2.4.	УПРАВЛЕНИЕ ГИДРОПРИВОДАМИ
2.4.1.	Общие сведения
Как правило, в конструкциях промышленных роботов
силовой гидропривод сочетается с электрогидравлическим управ-
лением, при котором маломощная электрическая часть передает
44
командные сигналы, а гидропривод выполняет функции исполни-
тельного устройства. При этом аппаратура управления гидро-
приводом должна выполнять следующие функции: регулировать
или стабилизировать заданные значения скоростей выходных
звеньев гидродвигателей; поддерживать заданные силовые пара-
метры (усилия, моменты) гидродвигателей и обеспечивать без-
аварийную работу механизмов; обеспечивать заданный цикл рабо-
ты каждого гидродвигателя и необходимое сочетание их циклов.
Эти функции могут быть выполнены при изменении или под-
держании заданных значений расхода рабочей жидкости или ее
давления, а также при изменении направления, пуске и останов-
ке потока рабочей жидкости.
Устройства, предназначенные для управления потоком рабо-
чей жидкости (поддержания заданных значений давления или рас-
хода рабочей среды, изменения направления, пуска и остановки
потока жидкости), называются гидроаппаратами.
По конструкции запорно-регулирующего элемента гидроап-
параты разделяют на золотниковые, крановые, клапанные; по
принципу действия — на клапаны и аппараты неклапанного дей-
ствия.
В клапане размеры рабочего проходного сечения изменяются
от воздействия проходящего через него потока рабочей жидкости,
т. е. он является устройством автоматического действия.
В гидроаппарате неклапанного действия размеры рабочего
проходного сечения изменяются от внешнего управляющего воз-
действия, т. е. от перемещения рабочего органа (вручную, с помо-
щью электромагнита и т. п.).
По характеру открытия рабочего проходного сечения гидро-
аппараты разделяют на регулирующие и направляющие.
Регулирующим называется гидроаппарат, управляющий давле-
нием, расходом или направлением потока рабочей жидкости путем
частичного открытия рабочего проходного сечения. Это гидрокла-
паны давления, гидроаппараты управления расходом и так назы-
ваемые дросселирующие гидрораспределители.
Направляющие гидроаппараты управляют пуском, остановкой
или направлением потока рабочей жидкости путем полного откры-
тия или закрытия рабочего проходного сечения. К ним относятся
направляющие гидрораспределители, гидроклапаны выдержки
времени, гидроклапаны последовательности, обратные гидрокла-
паны, гидрозамки.
Условные графические обозначения на схемах гидроаппара-
тов определяются ГОСТ 2.781—68, присоединительные отверстия
обозначаются по ГОСТ 24242—80, общие технические требования
определяются ГОСТ 16517—82, где указывается перечень основ-
ных параметров гидроаппаратов: условный проход, расход и но-
минальное давление рабочей жидкости, различные функциональ-
ные зависимости и т. п.
45
По виду присоединения при монтаже аппаратура может иметь
трубное (резьбовое), стыковое исполнение, может быть встроен-
ной или иметь модульное исполнение (подробнее см. в п. 2.4.2).
2.4.2.	Аппаратура для управления расходом
рабочей жидкости
В процессе работы гидропривода возникает необходи-
мость управления параметром движения выходного звена гидро-
двигателя, например его скоростью. Это управление (регулиро-
вание) обычно производится изменением количества рабочей жид-
кости, поступающей в гидродвигатель, которое осуществляется:
изменением подачи насоса при использовании регулируемых на-
сосов или применением регулирующих аппаратов-дросселей, обыч-
но с изменяемым проходным сечением. Первый способ управления
(регулирования) называется машинным или объемным, второй —
дроссельным.
Машинное управление применяется в основном в мощных гид-
роприводах. Для него характерно то, что гидромоторы развива-
ют при этом постоянный крутящий момент, а гидроцилиндры —
постоянную силу (рис. 2.20). При этом применяют насос 1 с регу-
лируемой подачей. Распределитель 3 служит для изменения нап-
равления потока рабочей жидкости в полости цилиндра 4, переме-
щающего нагрузку 5. Предельное давление жидкости определяется
настройкой клапана 2.
При этом скорость выходного звена гидродвигателя изменя-
ется бесступенчато без потерь энергии, связанных с отводом
значительного количества жидкости через предохранительный
клапан.
. Реверсирование гидродвигателя возможно также и без при-
менения распределителя за
счет реверсирования гидронасоса.
Этот способ энергетически эконо-
мичен, однако в гидроприводах
роботов в основном применяется
дроссельное управление.
Дроссельное управление явля-
ется наиболее простым и наиме-
нее дорогостоящим и широко при-
меняется в гидроприводах отно-
сительно малой мощности. При
этом используют нерегулируемые
насосы и гидродвигатели, причем
мощность насоса остается, посто-
янной, а скорость выходного
звена гидродвигателя изменяет-
ся в зависимости от сопротив-
ления дросселя. Дросселирование
Рис. 2.20. Схема машинного управ
ления
46
а)	б)	в)
Рис. 2.21. Схемы дросселей, построенных на использовании:
а — потерь давления по длине; б — местных потерь давления; в — комбинации местных потерь и
потерь давления по длине
приводит к потерям давления и, следовательно, к снижению КПД
гидропривода, но в то же время из-за избыточной подачи насоса
утечки в гидросистеме оказывают меньшее влияние на кинемати-
ческую жесткость системы, чем при объемном регулировании.
Это положительно сказывается на точности отработки задаваемых
перемещений, что очень важно для промышленных роботов.
Работа применяемых при объемном регулировании дросселей
основана на использовании потерь давления по длине (рис.
2.21, а), местных потерь давления (рис. 2.21, б) или на комбина-
ции тех и других (рис. 2.21, в). Первые представляют собой каналы
небольшого сечения и большой длины, которая может изме-
няться путем перемещения пробки / в корпусе 2. Вторые пред-
ставляют собой диафрагму 3, встроенную в трубопровод 4, сечение
которой изменяется перемещением иглы 5. При этом изменяется-
и количество протекающей через дроссель жидкости. В дросселе
третьего типа при перемещении пробки / с переменным сечением
щели в трубе 4 изменяются как местные потери, так и потери дав-
ления по длине.
На рис. 2.22 показана конструкция распространенного дрос-
селя с обратным клапаном типа ДК. Он обеспечивает изменение
расхода рабочей жидкости при ее движении в одном направлении
и ее свободный проход в обратном направлении.
В расточках корпуса / находятся собственно дроссель 5 и
обратный клапан 2, прижатый пружиной 3 к седлу, выполненному
непосредственно в корпусе. Рабочие щели дросселя образуются
сопряжением треугольных продольных пазов А на дросселе 5 с ко-
ротким цилиндрическим участком Б. При этом рабочее сечение
дросселя изменяется при его перемещении вдоль продольной оси.
Перемещение осуществляется рукояткой 7, которая поворачивает
через штифт 8 втулку 9, сидящую в расточке крышки 10. Штифт
//, запрессованный во втулке 9, скользит в винтовой канавке, вы-
полненной в теле дросселя 5. От поворота вокруг своей оси дрос-
сель удерживается штифтом /2, скользящим в продольном пазу
корпуса /. Винт 6 стопорит дроссель в настроенном положении.
Пружина 4 выбирает зазор между штифтом и стенками винтовой
канавки.
47
Рис. 2.22. Дроссель с обратным клапаном
Отверстия в корпусе закрыты пробками 13 и 14. В пробке
13 выполнено дренажное отверстие Г для слива утечек.
При подводе рабочей жидкости к дросселю через отверстие
В она дросселируется через щели и выходит из отверстия Е. При
подводе рабочей жидкости через отверстие Е она поступает в от-
верстие Д и, отжимая обратный клапан 2, свободно выходит да-
лее в отверстие В.
Дроссели имеют резьбовое и стыковое исполнение. Выпуска-
ются также аналогичные дроссели типа ДР без обратного клапа-
на. В составе комплекта модульной аппаратуры выпускают дрос-
сели типа ДКМ с проходными диаметрами 6 и 10 мм.
Дроссели могут быть установлены в напорной гидролинии
(рис. 2.23, а), сливной гидролинии (рис. 2.23, б) или параллель-
но гидроцилиндру (рис. 2.23, в). При установке дросселя в слив-
ной линии жесткость гидропривода получается большой. Для ус-
тановки дросселя в напорной линии характерно неравномерное
движение поршня при небольших подачах насоса. При параллель-
Рис. 2.23. Расположение дросселей у гидроцилиндров:
а — на входе; б — на выходе; в — параллельное подключение
48
ной установке дросселя часть жидкости сливается в гидробак,
не достигнув поршня.
Обычно дроссели размещают на выходе рабочей жидкости из
гидродвигателя, что обеспечивает более плавное движение рабо-
чих органов. В таких простых дросселях в зависимости от нагруз-
ки изменяется расход жидкости через дроссель и, следователь-
но, скорость рабочих органов.
Скорость поршня гидроцилиндра (м/с) при способах регули-
рования по схемам на рис. 2.23, а и б
u==Qap/Sn,	(2.28)
где Q4p — расход через дроссель, м3/с; Sn — площадь поршня, м2.
В свою очередь согласно формуле Торичелли (1.15) расход
жидкости через дроссель
<ЗдР = |хЫ2Ар/р.	(2.29)
где р — коэффициент расхода, определяемый экспериментально (для щеле-
вых дросселей он обычно равен 0,64...0,7, для игольчатых 0,75...0,80); Др — пере-
пад давления на дросселе.
В итоге скорость поршня
с =	.	(2.30)
’Sfl
Дроссельное регулирование в том виде, как оно показано
на рис. 2.23, позволяет изменять скорость, однако не позволя-
ет ее стабилизировать, например, при изменяющейся нагрузке
на штоке.
Для обеспечения постоянства скорости гидродвигателей не-
зависимо от нагрузок необходимо создать постоянный перепад
давления на дросселирующей щели в соответствии с формулой
(2.30). Указанным условиям удовлетворяют регуляторы расхода,
представляющие комбинацию дросселя с регулятором, поддержи-
вающим постоянный перепад давления 0,2...0,25 МПа.
Конструктивно регуляторы расхода представляют сочетание
регулируемого дросселя и автоматического клапана, чем обеспе-
чивается постоянный перепад давлений на дросселе. В регулято-
ры расхода можно встраивать обратные клапаны, распределители,
приводы для дистанционного электрического управления.
На рис. 2.24 показан регулятор расхода типа МПГ55-2. Он
состоит из корпуса 5, в котором запрессована втулка 9. В пос-
ледней перемещается поджимаемая пружиной 6 втулка-дроссель
10, винт 11, вращаемый валиком 12, на котором насажен лимб 14.
Лимб фиксируется контргайкой 13, а его поворот ограничивается
штифтом 15. Пробка 7 одновременно служит упором для
пружины 6.
49
А-Л
ПодВод 5 И	ОтВод
Рис. 2.24. Регулятор расхода
Жидкость через отверстия «Подвод», В и Д во втулке 3 пос-
тупает к дросселирующей щели И втулки 9. Проходное сечение
щели может изменяться при перемещении втулки-дросселя 10.
Затем жидкость через отверстия во втулке 9 поступает в отверс-
тие «Отвод».
Золотник 4 регулятора находится в равновесном состоянии
под действием усилия пружины 2 и усилий, действующих на его
торцы в полостях Б и Е, которые соединены каналами с полостью
Г входа в дроссель. На золотник действует также сила давле-
ния в полости Ж, соединенной с выходом из дросселя.
В гидроприводах промышленных роботов с цикловым управле-
нием (см. п. 2.8) точное позиционирование рабочих органов обес-
печивается установкой жестких упоров, причем гидродвигатели
перед остановкой переключаются на режим торможения с по-
мощью дроссельного устройства — гидравлического демпфера,
который может быть выполнен заодно с гидродвигателем либо от-
дельно (рис. 2.25). При подходе штока 6 к конечному положению
камера В, через которую рабочая жидкость выходит в гидросисте-
му, отсекается от поршневой полости А гидроцилиндра тормозной
втулкой 4. Жидкость из полости А может поступать в камеру В
только через канал Б и дроссель /, настроенный в соответствии с
нужным режимом торможения. В результате с момента входа втул-
ки 4 в расточку крышки 2 и до момента соприкосновения поршня
5 с этой крышкой его движение будет замедленным. При обрат-
ном ходе поршня 5 рабочая жидкость беспрепятственно поступает
в камеру В и через обратный клапан <?, поджимаемый пружиной 7,
в полость А гидроцилиндра. Настройка дросселя производится
винтом 9, стопорящимся затем гайкой 8.
50
Рис. 2.25. Демпфер гидроцилиндра
Демпфер такого типа применим только при условии отработ-
ки гидроцилиндром полного хода. В случае торможения гидропри-
вода в промежуточном положении надо использовать переменное
дросселирование сливной гидролинии, чтобы обеспечить ускоре-
ние, не превышающее требуемое, и допустимую силу удара об упор
в конце демпфирования.
Новый этап развития гидропривода характеризуется сочета-
нием гидравлики с электроникой, что позволяет получить новое
качество гидравлического управления. В связи с этим все более
широкое применение получает гидроаппаратура, в том числе регу-
лирующая с пропорциональным электрическим управлением. Она
позволяет плавно управлять и изменять расход, направление и
давление потока жидкости.
Пропорциональный гидроаппарат представляет собой комплекс
собственно гидроаппарата и электронного блока. При этом элект-
ромеханическим преобразователем, т. е. устройством, преобразу-
ющим управляющий электрический сигнал в механическое переме-
щение регулирующего элемента, служит пропорциональный ли-
нейный электромагнит, якорь которого связан с рабочим органом
гидроаппарата.
Выпускаемые в СССР пропорциональные регуляторы расхода
типа ДД с условными проходами 6 и 10 мм позволяют дистанцион-
но регулировать и поддерживать скорость перемещения исполни-
тельных органов станков, промышленных роботов, кузнечно-прес-
сового оборудования. При этом управление процессом движения
рабочих органов осуществляется с бесступенчатым регулирова-
нием скорости в автоматическом режиме с сокращением числа
обычно применяемых элементов гидропривода.
В машинах иногда возникает необходимость в синхронной (па-
раллельной) работе нескольких механизмов. При удалении их друг
от друга и невозможности создать между ними жесткой механиче-
ской связи часто применяют гидравлические способы синхрониза-
ции.
51
Для разделения потока рабочей жидкости, поступающей от од-
ного источника питания, на два или более равноценных потока,
используют специальные аппараты — делители потока. Аппараты,
выполняющие обратные функции, т. е. соединяющие два или более
потока жидкости в один называются сумматорами потоков.
На рис. 2.26 показан делитель потока модели КД. Принцип
его работы заключается в том, что в менее нагруженную гидроли-
нию, отходящую от делителя, автоматически включается дополни-
тельное гидравлическое сопротивление, понижающее расход жид-
кости в этой линии до значения расхода в более нагруженной ли-
нии. Это обеспечивается за счет поддержания постоянства перепа-
дов давления в дросселях переменного сечения.
Делитель состоит из корпуса 5, уравнительного золотника
4, делительного золотника 3 с двумя сменными дросселирующими
шайбами 2, зажатыми пробками 1. Торцы корпуса заглушены
пробками 6 и 7.
Рабочая жидкость подводится к отверстию А и через дроссе-
лирующие шайбы направляется в торцовые полости золотника 3.
Затем через отверстия Б и дросселирующую щель, образованную
кромками канавок В и М корпуса и кромками золотника 3, жид-
кость направляется в канавки Д и А, откуда через вторую дрос-
селирующую щель, образованную кромками канавок Д и К и кром-
ками золотника 2, поступает в отводные отверстия Г и Л, ведущие
к потребителям (гидродвигателям).
Наряду с этим канавки Д и К сообщаются через отверстия
Е и И с торцовыми полостями уравнительного золотника 4. Этот
золотник, а также делительный золотник 3 находятся в среднем
положении только при равенстве давлений в отводах.
52
Увеличение гидравлического сопротивления в одном из отво-
дов, например в отверстии Л, вызывает увеличение давления в
левой торцовой полости уравнительного золотника 4, при этом по-
следний смещается вправо, дросселируя поток жидкости на участ-
ке между канавкой И и отводом Г. Смещение золотника 4 продол-
жается до тех пор, пока давления в канавках Д и К (а следова-
тельно, и в торцовых полостях уравнительного золотника), а так-
же в канавках В и М не выравняются.
Таким образом, уравнительный золотник поддерживает одина-
ковые давления в канавках В и М независимо от фактической раз-
ности давлений в отверстиях Г и Л. Этим обеспечиваются одина-
ковые условия течения жидкости через отводы Г и Л. Для повыше-
ния чувствительности путем ликвидации трения покоя делитель-
ному золотнику придается вращение за счет реактивного момента,
возникающего при прохождении жидкости через тангенциальные
отверстия Б. Делители выпускаются как резьбового, так и стыко-
вого исполнения.
2.4.3.	Аппаратура для управления давлением
рабочей жидкости
В целях успешной и безаварийной работы любой гид-
росистемы в ней необходимо ограничивать давление, создаваемое
насосом, или устанавливать определенное давление в разных
точках гидросистемы, т. е. управлять давлением рабочей среды.
Для этого в гидролиниях размещают регулирующие аппараты —
гидроклапаны давления, которые по выполняемым функциям раз-
деляют на клапаны для ограничения давления в подводимом
потоке рабочей жидкости (предохранительные и переливные);
для поддержания давления в отводимом потоке рабочей жид-
кости более низкого, чем в подводимом (редукционные); для
поддержания заданной разности давлений в подводимом и отводи-
мом потоках рабочей жидкости (клапаны разности давления); для
поддержания заданного соотношения давления в подводимом и от-
водимом потоках рабочей жидкости (клапаны соотношения давле-
ния) .
В зависимости от воздействия потока жидкости на запорно-
регулирующий элемент различают клапаны прямого и непрямого
действия. В клапанах прямого действия размеры рабочего проход-
ного сечения изменяются в результате непосредственного (прямо-
го) воздействия потока на запорно-регулирующий элемент, в кла-
панах непрямого действия — в результате воздействия потока на
вспомогательный запорно-регулирующий элемент, который, в свою
очередь, действует на такой же запорно-регулирующий элемент.
Предохранительный клапан, являясь разновидностью напор-
ного, предназначен для защиты гидропривода от давления, превы-
шающего установленное. Такие клапаны действуют эпизодически
53
г)
4
Рис. 2.27. Предохранительные клапаны
прямого действия с запорно-регулирую-
щими элементами в виде:
а — шарика; б —тарелки; в — конуса; г — иглы
при аварийных случаях, при этом излишек рабочей жидкости сли-
вается в гидробак.
При небольших расходе жидкости и давлении применяют пре-
дохранительные клапаны прямого действия (рис. 2.27, а—г).
При повышении давления в гидросистеме
Рис. 2.28. Схема для рас-
чета предохранительного
клапана
рабочая жидкость действует на запорно-
регулирующий элемент 2 (шарик, тарел-
ку, конус или золотник), отжимая его
вверх и преодолевая при этом уси-
лие пружины 3, которое регулируется
ввертной пробкой 4.
При этом жидкость через образовав-
шуюся щель между элементом 2 и сед-
лом (или гильзой) 1 сливается в гидро-
бак. Из-за дросселирования потока в ще-
ли давление в напорной гидролинии
поддерживается постоянным.
Давление р\ начала открытия клапа-
на определяется из условия его равнове-
сия (рис. 2.28):
54
— Pi) — F —
где d — диаметр поверхности, на которую действует давление жидкости
при закрытом клапане; F — сила давления на запорно-регулируюший элемент;
с — жесткость пружины; Хо — предварительное сжатие пружины.
Когда клапан откроется, в образовавшуюся щель начнет течь
жидкость, дросселируемая от давления р\ до давления р2 = 0.
Так как сечение запорно-регулирующего элемента, на которое
действует давление, при этом увеличивается, на пружину дейст-
вует усилие, большее по сравнению с усилием открытия:
Р = ^(р,-Рг)
где D — больший диаметр запорно-регулирующего элемента; рср — среднее
значение давления в образовавшейся щели шириной (D—d).
В связи с этим давление закрытия клапана будет больше
давления открытия, кроме тех случаев, когда применяются сед-
ла с острой кромкой. Разница между этими давлениями называет-
ся гистерезисом клапана.
Конструкция клапана прямого действия довольно проста,
однако его работа сопровождается ударами запорно-регулирую-
щего элемента о седло.
На рис. 2.29 показан предохранительный клапан непрямого
действия типа М-КП. Клапан в стыковом исполнении предназначен
для поддержания установленного давления, предохранения от пре-
вышения давления и разгрузки от давления гидросистем станков
и других машин.
Жидкость от насоса подводится в полость Д основного клапа-
на, а отводится через сливное отверстие Б. Полость Д соедине-
на с помощью отверстий Г и В с полостью А, а через дроссельное
отверстие Ж в теле золотника 7— с полостью И.
При давлении в напорной гидролинии, не превышающем давле-
ния настройки, запорный элемент 30 пружиной 29 прижат к седлу
13, запрессованному в корпусе 14; поток жидкости через от-
верстие Ж не проходит, при этом давление в полостях Д, А и И
одинаковое, и золотник 7 прижат пружиной 8 к втулке-седлу 4,
в результате чего напорная и сливная магистрали разъединены.
При превышении давления в напорной гидролинии давления
настройки запорный элемент 30, сжав пружины 29, приподнимется
над седлом 13 вспомогательного клапана, часть жидкости из по-
лости И через каналы К и Л пойдет на слив. За счет перепада дав-
ления на отверстии Ж давление в полости И уменьшится, и золот-
ник 7 под действием разности давлений в полостях И, Д и А пе-
реместится вниз, сообщая полость Д со сливом. Это перемещение
будет происходить до тех пор, пока силы давления жидкости в по-
лостях Д и А не уравновесят силы давления в полости И и силу
55

Рис. 2.29. Предохранительный клапан непрямого действия:
А — полость сливного золотника; Б — сливное отверстие; Ь, Г — соединительные отверстия золотчика;
Д — напорная полость; Е — разгрузочное отверстие; Ж — дроссельное отверстие; И — канал управ-
ления; У7. М, //, П. Р — разгрузочные каналы; / —корпус клапана; 2, 10 — пробки; 3. 5, 6. 9. 11.
17. 31 — неподвижные уплотнения; 4 — втулка-седло основного клапана; 7 — основной золотник;
8. 16. 29 — пружины; 12. 20 — болты; 13 — седло вспомогательного клапана; 14 — корпус вспомо-
гательного клапана; 18 — упорная шайба; 19— управляющий золотник; 21 — подвижное уплотнение;
22 — направляющая втулка; 23 — тяга якоря электромагнита; 2-/— электромагнит управления; 25 —
настроечный маковичок; 26 — винт; 27 — контргайка; 28 — подвижной упор; 30 — запорный элемент
вспомогательного клапана
пружины 7. При этом давление в полости Д будет выдерживаться
постоянным. При повышении этого давления возрастет поток жид-
кости через отверстие Ж и золотник под действием сил, возник-
ших от нарушения давления, переместится вниз, дополнительно
сжав пружину 8 и соединив напорную гидролинию со сливом.
Если давление в полости Д окажется ниже настроечного, за-
порный элемент 30 под действием пружины 29 прижмется к седлу
13, при этом слив жидкости из полости И прекратится, давление
в полостях Д, А и И выравняется, и пружина 8 прижмет золотник
7 ко втулке-седлу 4, разъединив полость Д со сливом Б.
Настройка давления осуществляется вращением маховичка 25,
соединенного с винтом 26, толкающим упор 28.
Если соединить отверстие Е через управляемый золотник
со сливом, то золотник 7 переместится вниз, соединяя напорную
гидролинию со сливной, при этом происходит разгрузка гидросис-
темы от давления.
Для дистанционной разгрузки гидросистемы применяют элект-
ромагнитное управление. При этом на корпусе 14 вспомогатель-
ного клапана закрепляют распределитель. Его золотник 19 при
выключенном электромагните 24 соединяет полости и каналы И, К,
Л, М, Н, П и Р со сливом, разгружая гидросистему от давления.
56
Для выполнения функций переливного клапана, поддерживаю-
щего заданное в гидросистеме давление, используют клапаны дав-
ления, которые осуществляют этот процесс путем непрерывного
слива рабочей жидкости во время работы.
На рис. 2.30 показан клапан типа Г54, используемый в
качестве переливного. Рабочая жидкость подводится от напор-
ной гидролинии в камеру Б и одновременно через отверстия Е,
Хи И под нижний торец золотника 2 в камеру Л, создавая подъем-
ную силу. Если эта сила окажется больше усилия пружины 4,
то золотник поднимется вверх, соединив при этом камеры А и В.
В камере В установится давление, пропорциональное усилию на-
стройки пружины <3, которая регулируется винтом 4. Утечки из пру-
жинной камеры отводятся через отверстие Г в корпусе /.
Для поддержания в отдельных участках гидросистемы более
низких давлений, чем давление в подводимом потоке рабочей жид-
кости, широкое распространение получили редукционные клапаны.
На рис. 2.31, а показана конструкция редукционного гидроклапа-
на непрямого действия типа М-ПКР (стыкового исполнения по
присоединению). Рабочая жидкость от насоса подводится в по-
лость Б и через дросселирующую щель, образуемую коническими
уступами в седле 1 и золотнике 2, поступает в полость Д, соединен-
ную с потребителем пониженного (редуцированного) давления.
Из полости Д жидкость по каналам Г и В поступает также в по-
лость А и через дроссельное отверстие Ж в золотнике 2—в по-
Рис. 2.30. Клапан давления
Рис. 2.31. Редукционный клапан непря-
мого действия
57
лость И. Из полости И по каналам К и Л жидкость проходит под
запорный элемент 5 вспомогательного клапана 3, настроенного
на определенное давление регулировочным винтом 6 с пружиной 4.
При работе клапана жидкость в небольшом количестве (до
2 л/мин) постоянно протекает из полости Д в канал Ж и полость
И на слив, причем давление в полости И всегда ниже давлений
в полостях А и Д на величину перепада (потери) давления при
протекании ее через отверстие Ж- До тех пор пока сила давления
на запорный элемент 5 не превышает усилия настройки пружины
4, золотник 2 находится в равновесном состоянии. При измене-
нии редуцированного давления в полости Д появляется разность
давлений в полостях Д, А и И, что вызывает появление силы, пе-
ремещающей золотник 2, и редуцированное давление в итоге до-
стигает первоначально установленного (настроечного) значения.
Это происходит следующим образом.
Если, например, редуцированное давление увеличится, то
соответственно увеличится давление в каналах К и <77, при этом
сила, действующая на запорный элемент 5, увеличится и превы-
сит усилие настройки пружины 4. В результате запорный элемент
5 приподнимется и откроет доступ потоку жидкости через полость
М и канал Н на слив. При этом поток жидкости через канал Ж уве-
личится, и золотник 2 опустится вниз, затрудняя проход жидкос-
ти из полости Б в полость Д, что приведет к уменьшению давле-
ния до настроечного значения.
Управление клапаном можно осуществлять дистанционно пу-
тем подвода управляющего потока жидкости к отверстию Е.
В связи с возрастающим применением гидроаппаратуры с про-
порциональным управлением отечественной промышленностью ос-
воен выпуск предохранительных клапанов типа М-ПКПД с про-
порциональным управлением. Пропорциональный линейный эле-
ктромагнит, управляемый электронным блоком, в предохрани-
тельных клапанах устанавливают вместо регулировочного винта,
применяемого в обычных аппаратах.
Предохранительные пропорциональные клапаны позволяют
поддерживать в гидросистеме необходимое давление в зависи-
мости от требований к технологическому оборудованию. Это поз-
воляет автоматически поддерживать постоянный крутящий мо-
мент, например, на моталках прокатных станов, дистанционно
управлять тормозами, давлением в прессовом оборудовании,
усилием захватных органов промышленных роботов.
2.4.4.	Аппаратура для управления пуском,
остановкой и направлением рабочей жидкости
Применяемые гидроаппараты направляют рабочий по-
ток жидкости к различным элементам гидросистемы в зависимости
58
от требуемой программы (последовательности их работы). При
этом поток распределяется в двух или более гидролиниях.
Так как промышленные роботы являются машинами автомати-
ческого действия, то и гидроаппараты, используемые в их при-
водах, управляются только автоматически. При этом следует раз-
личать позиционное управление, при котором запорно-регулиру-
ющий элемент гидроаппарата занимает четко фиксированные по-
зиции (например, три); пропорциональное управление, при кото-
ром запорно-регулирующий элемент гидроаппарата может зани-
мать, кроме характерных, различные промежуточные позиции,
причем перемещение его пропорционально управляющему воздей-
ствию, зависящему, например, от координаты, давления, темпера-
туры и других параметров.
Для позиционного управления используют направляющие гид-
роаппараты. Из них простейшими являются обратные клапаны,
предназначенные для пропускания рабочей жидкости только в од-
ном направлении и запирания ее в обратном направлении. Они
подобны по конструкции описанным предохранительным клапа-
нам, за исключением того, что применяемая в них пружина пред-
назначена лишь для преодоления сил трения запорного элемента.
Наиболее распространены запорные элементы в виде конуса или
шарика (рис. 2.32). Клапан типа М-КО стыкового исполнения
(рис. 2.32, а) имеет чугунный корпус / с отверстиями А для входа
и Б для выхода рабочей жидкости. Плунжер 3 пружиной 4 прижи-
мается конической частью к седлу 2, разделяя отверстия А п Б.
Жидкость, поступающая под давлением в отверстие Л, приподни-
мает плунжер и проходит к отверстию Б. При изменении направле-
ния потока жидкость через отверстие Б поступает в надклапанную
полость и прижимает плунжер 1 к седлу 2, закрывая проход к от-
верстию Л.
59
Работа обратного клапана с шариковым запорным элементом
(рис. 2.32, б) аналогична описанной.
В СССР в последнее время получают распространение встраи-
ваемые в гидропанели обратные клапаны, а также обратные клапа-
ны в модульном исполнении. Наиболее часто обратные клапаны
применяют в следующих случаях: для исключения слива жидкости
из гидросистемы при выключении насоса; для создания минималь-
ного подпора (давления) в линии слива; для исключения взаим-
ного влияния нескольких насосов при их параллельной работе;
в гидроприводах с замкнутой циркуляцией для подпитки гидроси-
стемы.
Гидравлические замки предназначены для пропускания рабо-
чей жидкости в одном направлении и запирания потока жидкости
в обратном направлении при отсутствии управляющего воздейст-
вия, а при наличии управляющего воздействия — для пропуска-
ния жидкости в обоих направлениях. Они являются фактически
управляемыми обратными клапанами. Применение гидрозамков
исключает возможность самопроизвольного движения рабочего
органа (например, опускания руки робота с грузом) и позволяет
избежать аварийных ситуаций. Как правило, замки устанавливают
между гидрораспределителем и гидродвигателем для фиксации и
предотвращения самопроизвольного движения рабочих органов
машины из-за неизбежных перетечек рабоочей жидкости во внут-
ренних зазорах направляющих гидроаппаратов.
Различаются односторонние (с одним запорным элементом) и
двусторонние (с двумя запорными элементами) гидрозамки.
На рис. 2.33 показана конструкция одностороннего замка.
Он имеет корпус /, в верхней расточке которого размещен ос-
новной клапан 2. Последний пружиной 3 прижимается к седлу 4,
запрессованному в корпус. В нижней расточке корпуса размещен
управляющий поршень 6 с толкателем 5, отжимаемый вниз пружи-
ной 7.
Рабочая жидкость поступает из гидролинии в отверстие Г и
далее в отверстие А, отжимая вверх клапан 2. После прекраще-
ния подачи жидкости через отверстие Г клапан 2 под действием
давления в гидролинии, идущей к гидродвигателю от отверстия
Л, и пружины 3 закрывается.
Проход жидкости в обратном направлении (от Л к Г) будет
возможен только после подачи давления управления под поршень
6 через отверстие В. Перемещаясь вверх, поршень 6 через тол-
катель 5 открывает клапан 2, после чего от гидродвигателя че-
рез отверстие Л начинается слив в полость Г. Через отверстие
Б отводятся утечки. Подобные гидрозамки выпускают как резьбо-
вого, так и стыкового исполнения. Это гидрозамки типа КУ, мо-
дульные гидрозамки типа ГЗМ.
Двусторонние гидрозамки по принципу действия не отлича-
ются от односторонних, за исключением того, что они перекры-
60
Рис. 2.34. Схемы гидрораспределителей:
а — кранового; б, в — клапанного двухходового; г — золотникового четырехходового
вают обе гидролинии, ведущие от гидрораспределителя к гидро-
двигателю.
Наиболее часто применяемыми направляющими гидроаппара-
тами являются направляющие распределители кранового, клапан-
ного и золотникового типов. В крановом распределителе (рис.
2.34га) направление потока жидкости изменяется поворотом проб-
ки на определенный угол. Крановые распределители рассчитаны на
небольшие расходы жидкости (до 8 л/мин) и используются в ос-
новном для передачи управляющего давления. В СССР выпускает-
ся крановый распределитель типа Г71, который может быть также
использован для автоматического управления, при этом пробка
снабжена вилкой, на которую воздействуют упоры ведомого звена
исполнительного гидравлического механизма. Рабочее давление
для крановых распределителей — до 20 МПа. Недостатком крано-
вых распределителей является трудность обеспечения герметич-
ности и минимального перекрытия.
Клапанные распределители (рис. 2.34, бив) отличаются
применением в качестве запорного элемента клапана различных
форм. Клапанные распределители обладают высокой герметич-
ностью, высокой чувствительностью из-за отсутствия зон перекры-
тия, просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Их недо-
статком является необходимость создания значительных усилий
для управления, поэтому при больших расходах и давлениях
используют промежуточные маломощные распределители, управ-
ляющие работой клапанов больших размеров. Наибольшее рас-
пространение клапанные распределители получили при использо-
вании водосодержащих рабочих жидкостей.
В золотниковых распределителях (рис. 2.34, г), получивших
наибольшее распространение, запорно-регулирующим элементом
является золотник (плоский или цилиндрический), который при-
водится от гидро- или электропривода.
По числу подключаемых внешних гидролиний золотниковые
распределители разделяют на двухлинейные, трехлинейные, четы-
61
рехлинейные и т. д.; по числу фиксированных позиций золотника
— на двухпозиционные, трехпозиционные и т. д.; по виду управ-
ления, т. е. воздействия на золотник,— на распределители с руч-
ным, механическим, электромагнитным, гидравлическим и элект-
рогидравлическим управлением.
Условные графические обозначения распределителей уста-
навливаются ГОСТ 2.781—68*. При этом число позиций изобра-
жают числом квадратов. Проходы (каналы) изображают линиями
со стрелками, показывающими направления потоков рабочей жид-
кости в каждой позиции*.
Распределители в схемах изображают в исходной позиции,
к которой подводят линии связи. Чтобы представить действие
распределителя в другой рабочей позиции, необходимо мысленно
передвинуть соответствующий квадрат на место исходной пози-
ции, оставляя линии связи в прежнем положении.
В сокращенных записях распределители обозначают дробью,
в числителе которой указывают число линий, а в знаменателе—
число фиксированных позиций, например четырехлинейный трех-
позиционный распределитель обозначают дробью 4/3. Нужно за-
метить, что графическое изображение распределителей никак не
связано с конструктивными их особенностями.
Золотниковые распределители в зависимости от соотноше-
ния размеров уплотняющего пояска золотника и подводящего кла-
пана (окна) подразделяют на следующие:
распределители с нулевым перекрытием, у которых ширина
а уплотняющего пояска золотника равна ширине b (диаметру)
подводящего окна (рис. 2.35, а);
распределители с положительным перекрытием, у которых
ширина а уплотняющего пояска больше ширины b подводящего
окна (рис. 2.35, б);
распределители с отрицательным перекрытием, у которых
ширина а уплотняющего пояска меньше ширины b подводящего
окна (рис. 2.35, в).
Свойства распределителей легко прослеживаются на стати-
ческих характеристиках, графически показывающих зависимость
расхода жидкости Q от смещения х золотника относительно
его симметричного положения в подводящем окне. Смещение зо-
лотника происходит в результате воздействия управляющего вход-
ного сигнала на его привод.
Как можно видеть из статических характеристик, распреде-
лители с отрицательным перекрытием имеют повышенную чувстви-
тельность к входным сигналам и в то же время повышенные утеч-
ки рабочей жидкости (так как в нулевом положении отсутствует
Обозначения по ГОСТ 24242—80: А, В. С, P, Т — отверстия основного
потока; л, Y отверстия потока управления; L — дренажное отверстие; М —
отверстие для манометра.
62
Рис. 2.35. Схемы перекрытий в золотниковых распределителях и их статические
характеристики:
а — с нулевым перекрытием; б —с положительным перекрытием; в —с отрицательным перекрытием
полное запирание окон). Это приводит к низкой жесткости гидро-
привода, т. е. при нулевом положении золотника и воздействии
на исполнительный орган повышенных нагрузок возможно его сме-
щение.
Распределители с положительным перекрытием характеризу-
ются пониженными утечками, однако имеют значительные зоны не-
чувствительности 6] и 62, которые объясняются тем, что по-
дача определенного управляющего сигнала и смещение золотника
еще не вызывает расхода жидкости, так как окно будет заперто.
Эти распределители позволяют фиксировать положение исполни-
тельных механизмов. При установке золотника в нейтральное по-
ложение полости гидродвигателя отсекаются от напорной гидро-
линии и рабочая жидкость, считающаяся практически несжимае-
мой, запирает гидродвигатель в определенном положении.
Распределители с нулевым перекрытием, обладая теоретичес-
ки большими преимуществами (большая чувствительность к сме-
щению золотника, перекрытие окон в нулевом положении), крайне
нетехнологичны в изготовлении из-за трудностей получения рав-
ных размеров поясков и окон.
Рабочие кромки цилиндрических золотников могут иметь фор-
му срезанного перпендикулярно оси торца (рис. 2.36, а), конуса
(рис. 2.36, б) или иметь профилированные канавки (рис. 2.36, в),
которые обычно располагаются симметрично.
По виду присоединения к гидролиниям различают резьбовое
63
а)	Б)	»)
Рис. 2.36. Формы рабочих кромок золотниковых распределителей:
а — срезанный торец; б — конус; в — с профилированными канавками
и стыковое исполнения распределителей. В настоящее время оте-
чественные специализированные заводы выпускают преимущест-
венно распределители типа В и Р (Рн) [19].
В зависимости от расхода жидкости распределители имеют
условные проходы* £>у, равные 6, 8, 10, 16, 20 и 32 мм. Соотноше-
ния между условными проходами £)у, действительными внутрен-
ними диаметрами и номинальным расходом жидкости приведе-
ны в табл. 2.1.
Отечественной промышленностью начат выпуск гидрораспре-
делителей с повышенной пропускной способностью типа 1Р, кото-
рые имеют два исполнения по условному проходу—6 и 10 мм.
При этом расход рабочей жидкости составляет для распределите-
лей типа 1Р6—до 25 л/мин, а для 1Р10— до 40 л/мин и даже для
некоторых схем 100 л/мин.
Направляющие распределители по воздействию потока жид-
кости на запорно-регулирующий элемент бывают прямого и непря-
мого действия. У первых управляющее воздействие прикладывает-
ся непосредственно к распределителю. Оно может быть ручным или
электромагнитным. На рис. 2.37 показан распределитель фирмы
«Маннесманн Рексрот» с электромагнитным управлением. В рас-
точках корпуса / находится золотник <3, который в нейтральном
положении центрируется пружинами 4. Для перемещения золотни-
ка используются толкатели 5, на которые действуют электромагни-
ты 2. В крышках 6 размещаются вспомогательные толкатели, кото-
рыми при аварийных ситуациях можно управлять вручную. Анало-
гично устроены распределители типов В6, В10, выпускаемые в
СССР.
* Условный проход — округленный до ближайшего значения из установлен-
ного ряда диаметр круга, площадь которого равна площади характерного про-
ходного сечения канала или трубопровода (ГОСТ 16516—80).
2.1. Соотношения между условными проходами, действительными внутренними
диаметрами и номинальными расходами рабочей жидкости
Условный проход, мм	Диапазон действи- тельных внутренних диаметров, мм	Номинальный расход жид- кости (масла) л/мин	Условный проход, мм	Диапазон действи- тельных внутренних диаметров, мм	Номинальный расход жид- кости (масла), л/мин
6	Св. 5,7 до 7,2	6.3	16	> 14 > 18,0	50
8	»	7.2 > 9.0	12,5	20	> 18 » 22,5	80
10	>	9,0 > 11,0	20	32	> 28,5 > 36,0	200
64
Рис. 2.37. Золотниковый распределитель прямого действия с электромагнитным
управлением
В распределителях используют электромагниты постоянного
и переменного тока. Они могут работать в воздушной среде или
в масляной. В последнем случае магниты называют маслонапол-
ненными.
Магнит постоянного тока обладает высокой надежностью и не
выходит из строя даже при заклинивании золотника. Он может
обеспечивать высокую частоту переключений, хотя срабатывает
медленнее, чем магнит переменного тока.
Магнит переменного тока обладает высокой скоростью сраба-
тывания, однако частота переключений ограничена частотой пере-
менного тока. Он выходит из строя (сгорает) при заклинивании
золотника через 10... 15 мин при работе в воздушной среде и че-
рез 1...1,5 часа при работе в масляной среде. Работа в мас-
ляной среде уменьшает износ, повышает плавность перемещения,
улучшает условия охлаждения.
На рис. 2.38 изображен распределитель типа Р с электро-
гидравлическим управлением. Он состоит из корпуса 5, золотни-
Рис. 2.38. Золотниковый распределитель с электрогидравлическим управлением
3 Зак. 1737	65
ка 4, крышек 3, пружин 2 и управляющего распределителя 1 типа
Р102 с электромагнитным управлением. Если давление в напорной
линии не превышает 20 МПа, а в сливной 7 МПа, эти линии мо-
гут объединяться с соответствующими линиями управления, для
чего демонтируются пробки 6 и 7. Эти распределители могут
иметь условные проходы до 50 мм.
В последнее время в отдельных случаях получили распрост-
ранение распределители с плоскими золотниками, которые отлича-
ются простотой изготовления и обеспечения герметичности, при-
чем в процессе работы герметичность может даже повышаться из-
за притирки трущихся пар. Эти распределители получили распро-
странение в гидросистемах, работающих на жидкостях типа эмуль-
сии и в пневмоприводе. Из-за отсутствия практики их применения
в гидросистемах промышленных роботов их конструкция здесь не
рассматривается.
Гидроаппараты с пропорциональным электрическим управле-
нием в последние годы получают все большее распространение.
Они позволяют дистанционно регулировать направление потока
и расход рабочей жидкости, т. е. способны управлять направле-
нием и скоростью движения выходных звеньев гидравлических
механизмов. Гидроаппараты с электрическим пропорциональным
управлением предназначены для применения в гидросистемах
станков, кузнечно-прессового оборудования, дорожно-строитель-
ных машин, промышленных роботов.
Гидрораспределители с пропорциональным электрическим уп-
равлением сочетают в себе свойства регулирующих и направляю-
щих аппаратов. Они работают в комплекте с электронными блока-
ми, которые подают электрические команды управления на линей-
ные пропорциональные электромагниты распределителей. В про-
порциональном магните сила, развиваемая якорем, регулируется
путем изменения силы тока в обмотке якоря. Благодаря специаль-
ной форме магнитопровода усилие электромагнита остается прак-
тически неизменным на значительной части хода якоря. Электро-
магниты могут быть снабжены датчиками обратной связи по поло-
жению якоря. Подробно работа и устройство гидрораспределите-
лей с пропорциональным управлением описаны в п. 2.4.*
Все большее распространение в гидроприводах машин получа-
ют встраиваемые гидроаппараты. Их устанавливают в монтажные
отверстия (гнезда), выполненные в плитах в соответствии с меж-
дународным стандартом. В комплекс разработанной в СССР аппа-
ратуры входят предохранительные клапаны типа МКПВ; редук-
ционные клапаны типа МКРВ; дроссели типа МДВ; дроссели с об-
ратным клапаном типа МДКВ; гидроуправляемые клапаны типа
МКГВ; обратные клапаны типа МКОВ. Начат выпуск встраивае-
мых гидроаппаратов с электрическим пропорциональным управле-
нием.
На основе таких комплексов можно создавать функциональные
66
блоки и гидроагрегаты. Их применение позволяет снизить метал-
лоемкость гидроприводов, повысить их надежность, улучшить ха-
рактеристики.
Модульная гидравлическая аппаратура, выпускаемая в основ-
ном для небольших расходов жидкости (до 40 л/мин), получила
довольно значительное распространение из-за возможности мо-
дульного монтажа (см. п. 2.5). Она рассчитана на давления до 20
МПа и содержит весь набор регулирующих и направляющих ап-
паратов, необходимых для создания разных гидросхем, в том числе
предохранительные клапаны типа КА и КПМ, редукционные кла-
паны с регулятором типа КРМ, дроссели, в том числе с обратными
клапанами типа ДКМ, обратные клапаны типа КОМ, гидрозамки
типа ГЗМ, клапаны давления типа КЕ, регуляторы потока типа
РПМ, распределители с электромагнитным управлением типа
Р...Э... К-С6/20. Комплекс может также стыковаться с распредели-
телями типа ВЕ6, ВЕЮ.
На рис. 2.39 показан функциональный модульный блок, позво-
ляющий управлять исполнительным гидромеханизмом (в данном
случае гидроцилиндром). При этом изменяется направление дви-
жения и скорость, гидроцилиндр запирается в конце хода.
Модульный блок состоит из предохранительного клапана 2,
гидрозамка 3, дросселей с обратными клапанами 4 и распредели-
теля 5 с электроуправлением, собирается в виде вертикального
а)
Рис. 2.39. Функциональный модульный
блок управления гидроцилиндром:
а — внешний вид; 6 — принципиальная схема
3
67
пакета, который устанавливается на монтажную плиту /. Пакет
стягивается с помощью шпилек или болтов.
При этом отсутствуют промежуточные соединительные трубо-
проводы, так как гидролинии располагаются внутри модульного
блока и монтажных плит, которые имеют общие каналы подвода
жидкости, ее слива и отвода к гидродвигателям. Независимо от
назначения все модульные блоки имеют две стыковые плоскости.
Уплотнение модульных блоков и монтажных плит осуществляется
по стыкам с помощью стандартных резиновых колец.
Замыкающими элементами функционального модульного блока
являются распределители, клапаны давления или специальные
плиты-заглушки, которые устанавливают над всеми аппаратами.
В тех гидравлических механизмах, которые выпускаются зна-
чительными сериями (для станков) или реализуют типовые циклы
движения рабочих органов (в станках, сельскохозяйственных идо-
рожно-строительных машинах, промышленных роботах), иногда
целесообразно с точки зрения компактности и снижения массы
применять гидропанели. Эти устройства в одном корпусе или на од-
ной плите могут содержать совокупность различных направляю-
щих, регулирующих гидравлических аппаратов, контрольных
устройств. Разработаны гидропанели управления различного
функционального назначения (для гидроприводов станков и до-
рожно-строительных машин), из которых можно собирать силовые
и управляющие системы различной степени сложности. Поскольку
панели имеют узкоспециальное назначение, в данной книге их
конструкции не рассматриваются.
2.4.5.	Контрольная гидроаппаратура
К наиболее распространенным устройствам этой
категории относятся реле давления, манометры и золотники для
включения манометров.
Реле давления представляет собой гидроустройство, предна-
значенное для подачи сигнала при достижении заданного значе-
ния давления рабочей жидкости в гидросистеме. Оно, как правило,
автоматически контролирует уровень давления жидкости, пода-
вая электрический сигнал при его изменении. Реле давления мо-
дели ПГ62-11 (рис. 2.40) состоит из корпуса 4, золотника 3 с ре-
зиновым уплотнением, пружины 5, регулировочного винта 6, ры-
чага 2, микропереключателя /. Контролируемая линия гидро-
системы подключается к полости А. При увеличении давления
сверх заданного золотник поднимается и поворачивает рычаг 2
вокруг оси по часовой стрелке до тех пор, пока он не отойдет от
микропереключателя /, который выдает соответствующий электри-
ческий сигнал. Для предохранения рычага 2 от поломки при по-
вышении давления служит буртик на золотнике, ограничивающий
его ход вверх.
68
Рис. 2.40. Реле давления	Рис. 2.41. Пружинный манометр
Реле такого типа рассчитаны на контроль давления от 0,6 до
32 МПа. При наличии перегрузки реле давления обеспечивает
включение красной контрольной лампы на пульте управления.
Если давление в напорной линии больше того значения, на кото-
рое рассчитано реле давления, последнее может подключаться к
сливной линии предохранительного клапана гидросистемы. При
увеличении давления сверх давления настройки предохранитель-
ного клапана жидкость сливается в бак через клапан и дроссель,
который нужен для обеспечения в сливной линии подпора, доста-
точного для срабатывания реле давления.
Для измерения избыточного давления в гидросистемах приме-
няют манометры. Обычно используют пружинные манометры,
которые измеряют давление с помощью специальной пружины,
мембраны или сильфона. Силы, создаваемые измеряемым давле-
нием, непосредственно сравниваются с упругими силами. Дефор-
мация упругого элемента манометра, возникающая при наличии
избыточного давления, и является мерой этого давления.
Широко распространены устройства, в которых в качестве
упругого чувствительного элемента используют так называемую
трубку Бурдона — разновидность одновинтовой трубчатой пру-
жины (рис. 2.41). Один конец трубчатой, имеющей овальное се-
чение, пружины 1 жестко связан со штуцером 7, другой свободный
и может распрямляться под действием давления, поворачивая че-
рез тягу 6 зубчатый сектор 5. Последний связан с шестерней 2,
на ось которой насажена стрелка 4, перемещающаяся относитель-
но шкалы 3.
В последнее время получают все большее распространение
электрические манометры, состоящие из первичного измеритель-
ного преобразователя и вторичных электрических измерительных
приборов.
69
По ГОСТ 8625—77*Е манометры имеют следующие классы
точности: 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5 и 4. Под классом точности К понимают
отношение наибольшей допустимой погрешности измерения Д к
верхнему пределу измерений давлений П манометра:
К =4 100.	(2.31)
Приборы с классом точности 0,16; 0,25; 0,4 относятся к образ-
цовым и служат для проверки показаний всех остальных промыш-
ленных манометров и их тарировки.
При эксплуатации манометров рабочее давление не должно
превышать 3/4 верхнего предела измерений. Для увеличения сро-
ка службы их необходимо подключать к гидросистемам через
дроссели или специальные золотники включения манометров
типа 3M-320 и переключатели манометров типа ПМ. Устройства
для подключения манометров имеют как стыковое, так и резьбо-
вое присоединения.
Расход рабочей жидкости в гидроприводах измеряется с по-
мощью тахометрических и электромагнитных преобразователей
расхода. К тахометрическим преобразователям относят такие из-
мерительные преобразователи, в которых частота вращения рабо-
чего элемента, взаимодействующего с потоком жидкости, пропор-
циональна объемному расходу. На практике для измерения рас-
ходов используют тарированные гидромоторы (например, шесте-
ренные), соединенные обычно с электрическим тахогенератором,
напряжение которого на выходе пропорционально частоте вра-
щения гидромотора, а значит, и расходу жидкости.
Очень удобны электромагнитные преобразователи расхода
турбинного типа. Они компактны и легко встраиваются в трубо-
проводы гидросистем.
Для измерения температуры в гидросистемах автоматических
машин наиболее удобно использовать термоэлектрические тер-
мометры, работа которых основана на свойстве металлов и сплавов
создавать ЭД С в местах соединения двух разнородных метал-
лов, образующих чувствительный элемент термоэлектрического
преобразователя — термопару.
2.5.	УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ И СЛЕДЯЩИЕ
УСТРОЙСТВА
В гидроприводах станков с ЧПУ, с гидрокопироваль-
ными устройствами, в промышленных роботах и манипуляторах с
дистанционным управлением широкое применение нашли дроссе-
лирующие распределители, распределители с пропорциональным
электрическим управлением, комплектные электрогидравлические
шаговые и следящие приводы. Все эти устройства представляют
собой гидроусилители, т. е. совокупность гидроаппаратов, пред-
70
назначенных для преобразования и усиления мощности управ-
ляющего сигнала в мощность потока рабочей жидкости и измене-
ния его направления в соответствии с управляющим сигналом.
Управляющий входной сигнал (электрический, гидравлический
или пневматический) может поступать от маломощного чувст-
вительного элемента или из системы управления.
Гидроусилители бывают аналоговыми (от греч. analogus —
соответственный) и дискретными (от лат. discretus — прерыви-
стый). В аналоговых гидроусилителях выходной сигнал является
непрерывным, чаще всего пропорциональным, аналогом входного
сигнала. В дискретных гидроусилителях выходной сигнал преры-
вистый и изменяется скачкообразно, занимая обычно два поло-
жения (уровня).
Аналоговые гидроусилители делятся на струйные и дроссель-
ные. Струйные достроены на эффекте действия струи жидкости,
например на базе элементов типа струйной трубки в качестве пер-
вой ступени и золотникового распределителя в качестве второй
ступени. Дроссельные усилители состоят из первой ступени, в ка-
честве которой применяется золотниковый распределитель или
узел «сопло—заслонка», и второй ступени, в качестве которой
применяется наиболее часто золотниковый распределитель.
Если золотник обычного гидрораспределителя занимает четко
фиксированные позиции, то золотник дросселирующего распреде-
лителя может занимать неограниченное число промежуточных
позиций. Для воздействия на золотник дросселирующего распре-
делителя обычно преобразуют электрический непрерывный (ана-
логовый) сигнал в пропорциональное этому сигналу перемеще-
ние непосредственно самого золотника (с помощью электромагни-
та), либо в перемещение промежуточного механического элемен-
та, который преобразует это перемещение в управляющий гидрав-
лический сигнал на торцах золотника.
На рис. 2.42 показан дросселирующий распределитель с про-
порциональным электроуправлением. Управляющий электричес-
кий сигнал подается на один из пропорциональных электромаг-
нитов 2 или 5, которые воздействуют своими якорями 3 или 6 на
Рис. 2.42. Дросселирующий распределитель с пропорциональным электроуправ-
ЛСННСМ
71
Рис. 2.43. Схема установки элемента
пропорционального управления типа
струйной трубки
Рис. 2.44. Схема установки элемента
пропорционального управления типа
сопло—заслонка
золотник 4У центрируемый пружинами 1 и 7. Золотник занимает
положение, пропорциональное поданному управляющему сигналу.
Реверсирование золотника происходит при подаче сигнала на
другой электромагнит.
Расход жидкости через распределитель зависит от смещения
золотника от нейтрального положения.
Известны также устройства пропорционального управления
типа струйной трубки. Принцип их действия основан на преобра-
зовании кинетической энергии движущейся жидкости в потенци-
альную энергию давления (рис. 2.43). Жидкость подается под
давлением через ось / поворота струйной трубки 2, заканчиваю-
щейся насадком 3, где энергия статического давления преобра-
зовывается в кинетическую энергию струи. Струя жидкости на-
правляется к сопловой головке 4, имеющей два косых канала, ко-
торые разделены тонкой перегородкой (призмой). В сопловой го-
ловке кинетическая энергия струи вновь преобразовывается в
статическое давление, при этом давление жидкости в каналах за-
висит от положения струи жидкости относительно осей каналов
сопловой головки. При симметричном положении трубки давле-
ния в обоих соплах (каналах) равны и поршень 5 не перемеща-
ется. При смещении трубки под воздействием электромагнита 6
давление жидкости в одной из полостей цилиндра повысится,
что повлечет за собой перемещение поршня 5 в ту или другую
сторону. Потери энергии на управляющее смещение трубки обыч-
но составляют 15... 18 % мощности, подводимой к элементу. Дав-
ление в исполнительном гидрод вига теле составляет около 90 %
давления, подводимого к трубке.
72
Преимуществом элементов со струйной трубкой является их
малая чувствительность к загрязнениям рабочей жидкости. К не-
достатку относится то, что из-за трения в шарнирах и сил инерции
они обладают ограниченным быстродействием — около 15...
30 Гц.
В гидроприводе широко используют элементы типа сопло—
заслонка (рис. 2.44). Рабочая жидкость под давлением подается
через входные дроссели /, емкости 2, встречно установленные
сопла Зу разделенные заслонкой 7, и вытекает через зазоры (Д)
на слив и в полости 4 и 6 гидродвигателя. При повороте заслонки
вокруг оси 8 под действием катушки электромагнита 10 на якорь
9 дросселирующие зазоры Д| и Дг становятся неравными, как и
давления в полостях 4 и 6. В результате поршень 5 начинает пере-
мещаться.
Простота конструкции, высокая чувствительность, быстродей-
ствие и отсутствие трущихся поверхностей обусловили широкое
распространение этого управляющего элемента. Недостаток его
состоит в значительном расходе жидкости через сопла, что сни-
жает КПД гидросистемы, и чувствительности к загрязнению
рабочей жидкости.
В зависимости от структуры управления аналоговые гидроуси-
лители бывают с обратной связью, без обратной связи и комбини-
рованные.
В гидроусилителях с обратной связью сигнал, пропорциональ-
ный выходному параметру (например, перемещению или скорости
основного золотника), сравнивается с входным сигналом. Раз-
ность между этими двумя сигналами (сигнал ошибки) использу-
ется, чтобы уменьшить рассогласование между входом и выходом
гидроусилителя до нуля. Обратная связь не находит применения
при мало изменяющихся нагрузках на исполнительном меха-
низме, невысоких требованиях к точности остановки поршня и
скорости выходного звена гидродвигателя. Гидроусилители без
обратной связи имеют такой недостаток, как зависимость ха-
рактеристик от точности изготовления, качества рабочей жидко-
сти, параметров пружин и т. д.
В гидросистемах машин в основном применяют гидроусили-
тели с обратной связью выходного звена со входом, которые от-
личаются повышенной устойчивостью, точностью в работе и ма-
лой зависимостью характеристик от качества изготовления,
свойств рабочей жидкости и других факторов.
На рис. 2.45 показана схема гидроусилителя с использованием
в качестве первой ступени элемента типа сопло—заслонка. Эле-
ктромеханический преобразователь 6 связан рычажно с заслон-
ками 5 и упругим стержнем 7 с золотником 3. Заслонки 5 подключе-
ны вместе с соплами 4 через фильтр 9 и дроссели 1 к общему ис-
точнику давления и образуют первую ступень усиления. При по-
даче сигнала управления давление рабочей жидкости в одной из
73
Рис. 2.45. Схема установки двухступенчатого
гидроусилителя с элементом типа сопло—за-
слонка
камер 2 растет, в другой — падает и
золотник 3 начинает перемещаться,
подключая источник давления к той или
иной полости гидродвигателя 8. В этой
схеме обратная связь по перемещению
золотника осуществляется упругим
стержнем 7, нижний конец которого
жестко связан с золотником 3. При
перемещении золотника возникающий изгибающий момент про-
тивоположен по знаку моменту, создаваемому преобразователем
6. При уравновешивании моментов заслонка возвращается в
исходное положение, а золотник 3 останавливается.
В последнее время получают широкое распространение гидро-
усилители на базе гидрораспределителей с пропорциональным
электрическим управлением. Обратная связь у них осуществля-
ется обычно с помощью электрического датчика положения, свя-
занного с основным золотником [5, 12].
Выпускаемые в СССР пропорциональные распределители
РП6 (рис. 2.46) имеют прямое электромагнитное управление.
Гидрораспределитель состоит из пропорционального электромаг-
нита /, пропорционального электромагнита 6 с датчиком обрат-
ной связи 7, корпуса 2, в расточке которого расположен золотник
3, центрируемый пружинами 5 с шайбами 4. Вторым концом пру-
жины упираются в электромагниты. Имеющиеся в электромаг-
нитах пружины (на рисунке не показаны) обеспечивают постоян-
ное поджатие якорей электромагнитов к золотнику.
Датчик обратной связи выполнен в виде катушки, в которую
входит магнитный сердечник, установленный на стержне; послед-
Рис. 2.46. Распределитель типа РП6 с пропорциональным прямым электромагнит-
ным управлением
74
ний соединен с якорем электромагнита 6. Согласование началь-
ного рабочего положения якоря с нулевым положением датчика
обратной связи происходит путем осевого перемещения катушки
датчика с помощью специального винта 9, расположенного в тор-
це датчика и фиксируемого другим винтом 8.
При подаче от электронного блока управления задающего
сигнала заданного значения и полярности получает питание со-
ответствующий электромагнит, который перемещает золотник в
положение, пропорциональное поданному сигналу. Сила электро-
магнита уравновешивается пружиной. Сигнал о фактическом по-
ложении золотника от датчика обратной связи 7 поступает в спе-
циальный электронный блок, где сравнивается с заданным, и в
итоге формируется сигнал рассогласования, поступающий на
электромагнит золотника.
В золотнике выполнены дроссельные пазы 10, через которые
потоки жидкости поступают в каналы, соединенные с гидродви-
гателем (или другим золотником) и со сливом.
При подаче электрического сигнала управления на второй
электромагнит происходит реверсирование потоков жидкости.
Распределители РП10, РП16, РП20, РП32 (рис. 2.47) состоят
из двух ступеней: управляющей и основной. В качестве управ-
ляющей ступени 13 применено гидроустройство типа сопло—за-
слонка, причем положением заслонок, расположенных напротив
сопел, управляют пропорциональные электромагниты 12 и 14.
Рис. 2.47. Распределитель типа РП10 с пропорциональным электрогидравличес-
ким управлением.
75
Основная ступень распределителя РП10 состоит из корпуса 9,
золотника 8, центрирующей пружины 7 с шайбами 6. Между шай-
бами размещена втулка 5 — ограничитель хода. Для регулиро-
вания с целью исключения люфта золотника служит гайка 4 и
контрвинт 3. Крышка 2 снабжена пробкой / для доступа к гайке
4. С противоположной стороны установлен датчик обратной свя-
зи //. Ось 10, встроенная в золотник, выполнена из немагнитного
материала и снабжена на конце магнитным элементом, входящим
в полость датчика //. Нейтральное положение катушки датчика
обратной связи // выставляется винтом.
При работе распределителя основной поток жидкости посту-
пает в центральную канавку корпуса 9 и далее к соплам управляю-
щей ступени, а также к торцам золотника 8. При отсутствии
сигналов полости на торцах золотника соединены со сливом,
золотник находится в среднем положении. После подачи управ-
ляющего сигнала на пропорциональный магнит последний сме-
щает заслонку относительно сопла. В результате в торцовой по-
лости золотника возникает давление, пропорциональное этому
сигналу, и золотник перемещается, сжимая пружину 7, до тех
пор, пока их усилия не уравновесятся.
Одновременно происходит перемещение магнитного элемента
на оси 10, что вызывает изменение электрического сигнала в цепи
датчика обратной связи. Распределители РП16, РП20 и РП32 от-
личаются от распределителя РП10 только тем, что ось с магнит-
ным элементом, входящим в датчик обратной связи, установлена
не на золотнике основной ступени, а в крышке и связана с золот-
ником рычажной передачей. Это позволяет применять один и тот
же датчик обратной связи для всей гаммы распределителей с
Dy = 10...32 мм.
Распределители с пропорциональным управлением имеют ряд
преимуществ по сравнению с распределителями дискретного типа
с фиксированными рабочими позициями. Обычные распределители
могут изменять только направление потоков жидкости, при этом
для управления скоростью гидродвигателей устанавливают дрос-
сели, которые при автоматизации управления скоростью надо
подключать в гидросистему при помощи дополнительных гидро-
распределителей. Это создает лишь возможность ступенчатого
изменения скорости в процессе рабочего цикла машины.
В то же время применение одного пропорционального распре-
делителя позволяет управлять как реверсом гидродвигателя, так
и в бесступенчатом режиме его скоростью. Преимуществом этих
распределителей по сравнению с дросселирующими является
меньшая восприимчивость к загрязнениям жидкости, меньшие
энергетические и объемные потери и значительно более низкая
стоимость.
Хотя по времени срабатывания гидрораспределители с про-
порциональным электрическим управлением еще уступают дру-
76
9 10
Рис. 2.48. Гидроусилитель
типа УГЭ8:
а — конструкция: б — гидравли-
ческая схема
гим дросселирующим распределителям (аналоговым гидроусили-
телям), однако их преимущества также значительны, а постоян-
ное совершенствование характеристик расширяет области их при-
менения.
Эта аппаратура выпускается в СССР как в стыковом, так и
во встроенном исполнении.
Усилитель типа УГЭ8 (рис. 2.48) является двухступенчатым,
его первая ступень построена в виде звена сопло—заслонка, вто-
рая ступень — золотниковая. Кроме того, усилитель имеет обрат-
ную связь по положению золотника.
Конструктивно усилитель типа УГЭ8 состоит из двух блоков:
электро-гидропреобразователя и золотника в корпусе /. Первый
блок включает магнитопровод 8, якорь 9, катушку 10, сопла 4 и
плиту 5. Во втором блоке золотник 2 имеет конические поверхно-
сти, образующие вместе с соплами 3 управляющие дроссели
обратной связи.
Когда на обмотках катушки 10 отсутствует управляющий
сигнал, заслонка 6, установленная внутри специальной гибкой
трубки 7, занимает среднее положение между соплами 4. Золот-
ник 2 занимает также нейтральное положение, и расстояния
между соплами 3 и конусами золотника равны.
Постоянные магниты 11 при взаимодействии с потоком от
управляющего сигнала на катушке 10 способствуют изменению
положения якоря 9 вместе с заслонкой 6. При смещении заслонки
6 из нейтрального положения равенство давлений на торцах зо-
лотника 2 нарушается, и он начинает перемещаться. Вследствие
изменения сечений дросселей равновесие сил на золотнике уста-
навливается при новом его положении. При этом каждому поло-
жению заслонки соответствует одно положение золотника. Усили-
77
тели рассчитаны на давление до 20 МПа при наибольшем расходе
до 200 л/мин. Монтируют их в любом положении.
В настоящее время выпускается гидроусилитель более совер-
шенной конструкции — гидравлический дросселирующий распре-
делитель типа УЭ85, который также представляет двухступенча-
тый аппарат с элементом типа сопло—заслонка в первой ступени.
Особенностью его является более жесткая подвеска якоря, умень-
шенная длина вылета заслонки. Усилитель рассчитан на давление
до 20 МПа при расходе до 50 л/мин. При использовании его в
качестве первой ступени созданы усилители С100, С320, С1250
с расходом до 1250 л/мин.
Для определения положения рабочих органов промышленных
роботов, как правило, применяют дискретные (цифровые) датчи-
ки положения. Для управления гидроусилителями требуется пре-
образование цифрового сигнала в аналоговый, что усложняет
систему управления и снижает ее точность. Поэтому существует
тенденция применения гидроусилителей и приводов с цифровым
управлением. Такие приводы проще, жестче и надежней аналого-
вых и позволяют осуществлять непосредственное сопряжение с
дискретными датчиками и управляющими системами (микропро-
цессорами).
К дискретным относятся гидроприводы, содержащие управ-
ляющий шаговый электродвигатель и гидроусилитель момента,
дозаторные гидроприводы, приводы с шаговым гидродвигателем
и цифровые приводы.
Гидроусилители дискретного действия получили широкое рас-
пространение для перемещения рабочих органов машин и станков
с ЧПУ. Их работа основана на том, что электрический шаговый
двигатель (ШД) малой мощности поворачивает входное звено
(вал) гидроусилителя крутящего момента (ГУ), а выходное звено
(вал) последнего повторяет с незначительной погрешностью все
движения входного звена, в то же время развивая крутящий мо-
мент, способный перемещать рабочие органы машин обычно через
механические передачи [15, 23, 25].
В ШД подается импульсный ток, причем каждый импульс со-
ответствует повороту вала на определенный шаг (угловую дис-
крету), например на 1,5°. Не требуя обратной связи, такие гидро-
усилители существенно упрощают систему управления.
На рис. 2.49 показан электрогидравлический шаговый привод.
Электрический ШД 1 через шестерни 2 и 9 приводит во вращение
золотник <?, который снабжен на конце винтом 5. При вращении
винта, входящего в соединение с валом 6 аксиально-поршневого
гидродвигателя 7, золотник начинает перемещаться, вызывая
поступление жидкости через окна и торцовый распределитель 8
к аксиально-поршневому двигателю, который начинает вращать-
ся, приводя в движение соединенное с ним звено (на рисунке не
показано). При вращении гидродвигателя его вал наворачива-
78
Рис. 2.49. Электрогидрав-
лический шаговый привод
ется на винт 5, смещая золотник 3 в нейтральное положение по
отношению к окнам в корпусе 4. Гидродвигатель 7 при этом оста-
навливается из-за прекращения поступления жидкости. Каждому
шагу ШД соответствует определенный поворот гидродвигателя.
В большинстве случаев электрогидравлические усилители с
ШД составляют единую конструкцию с исполнительным гидро-
двигателем, образуя комплектный гидроусилитель крутящего мо-
мента (или линейный гидроусилитель). Так как система управле-
ния при этом не контролирует с помощью датчиков обратной
связи положения рабочего органа машины, то на точность работы
этого привода влияют погрешности механических передач, упру-
гие деформации рабочих органов и т. п. В роботах гидроусилитель
обычно соединяют с рабочим органом через реечно-зубчатую пе-
редачу, линейная дискрета при этом доходит до 0,2 мм при скоро-
стях движения до 96 м/мин.
На рис. 2.50, а изображена схема шагового линейного гидро-
двигателя, представляющего собой цилиндр с набором поршней,
связанных между собой ограничителями хода. Он состоит из
трех поршней 2, 3, 4 и выходного звена в виде штока /, связанно-
го с поршнем. В штоковую полость постоянно подводится давле-
ние ро, что создает усилие, стремящееся переместить шток 1
вправо и сжать весь пакет поршней.
Поршни 2, 3 и 4 образуют замкнутые камеры, которые через
гидрораспределители (на рисунке не показаны) могут соеди-
няться с напорной линией или сливной линией. Ограничители
хода позволяют перемещаться каждому поршню на величину,
Рис. 2.50. Схема работы шагового линейного гидродвигателя:
а — схема гидроцилиндра; б — схема включения рабочих камер (О — камера не включена; ф —
камера включена)
Перемещения
штока /
9)
79
отличающуюся от перемещения соседнего поршня в 2 раза. Ком-
бинации включения камер (рис. 2.50, б) позволяют получить
восемь положений выходного штока с дискретностью (ценой
шага) в одну единицу перемещения.
Комплектные электрогидравлические приводы применяют в
промышленных роботах с позиционными и контурными система-
ми программного управления.
Это следящие приводы, работающие по замкнутой схеме на
базе аналоговых усилителей, и шаговые приводы, работающие по
разомкнутой схеме на базе шаговых двигателей и гидроусили-
телей крутящего момента.
Следящие гидроприводы создаются на базе гидроусилителей
с обратной связью. Обратные связи бывают электрическими,
гидромеханическими или комбинированными. Наиболее широко
применяются электрические обратные связи. Обычно следящий
гидропривод состоит из электрогидравлического усилителя, гид-
родвигателя, источника гидропитания, датчиков обратной связи,
электрического усилителя — сумматора.
Следящий привод типа ПЭГС (рис. 2.51) предназначен для
осуществления возвратно-поступательных движений механизмов
промышленных роботов по программе, поступающей к приводу
от задающего устройства в виде электрических сигналов. Привод
конструктивно выполнен в виде общего узла с гидроцилиндром
/, блоком 7 датчиков обратной связи по положению и скорости,
гидрозамком 2 и дросселирующим распределителем (гидроуси-
лителем типа УГЭ-8 или УЭ-85).
Блок встроенных датчиков обратной связи состоит из ленто-
протяжного механизма, с помощью которого возвратно-поступа-
тельное движение штока 6 гидроцилиндра преобразуется во вра-
щательное движение датчиков, и собственноч блока датчиков,
состоящего из двух датчиков положения (rfty6oro и тонкого
отсчета), в качестве которых использованы вращающиеся транс-
Рис. 2.51. Комплектный линейный электрогидрав-
лический привод:
а — гидравлическая схема: 6 — общий вид
80
форматоры типа ВТ-5, и датчика скорости с тахогенератором
ТД-103. Ленточный механизм снабжен компенсатором люфтов.
Гидроцилиндр / (рис. 2.51, а) подключен к выходным каналам
гидроусилителя 3, управляющего скоростью и направлением
движения поршня. В полостях гидроцилиндра размещены предо-
хранительные клапаны 4 и 5, которые открываются при давлении
в полостях гидроцилиндра на 2,0...2,5 МПа больше давления на-
стройки предохранительного клапана в напорной гидролинии (на-
пример, при торможении). Между гидроцилиндром и гидроусили-
телем установлен гидрозамок 2, запирающий полости гидроцилин-
дра при падении давления в гидросистеме.
Приводы типа ПЭГС рассчитаны на рабочее давление 12,5...
16,0 МПа при расходе до 40 л/мин; рабочая скорость приводов
(диапазон для всех пяти типоразмеров) 0,06...0,88 м/с.
Следящий поворотный привод типа СП предназначен для осу-
ществления неполноповоротных движений по программе, посту-
пающей в виде электрических сигналов от задающего устройства
(рис. 2.52, а). Он состоит из гидродвигателя 1 типа ДПГ, гидро-
усилителя (дросселирующего распределителя) 2 типа УГЭ-8,
блока 7 редуктора и датчиков обратной связи, блока предохра-
нительных клапанов 3 и 4, дросселя 5. Блок датчиков и гидроуси-
литель имеют электрические разъемы 6 и 8. В блоке 7 встроены
датчик положения — вращающийся трансформатор типа ВТ-5 и
датчик скорости —тахогенератор типа ТД-103.{ Выпускается ти-
6)	I—□
Рис. 2.52. Комплектный поворотный электрогидравлический привод:
а — гидравлическая схема: 6 — общий вид
81
поразмерный ряд из трех приводов, отличающихся типоразмера-
ми гидро двигателя ДПГ. Гидравлическая схема привода СП вы-
полнена аналогично приводу типа ПЭГС с тем отличием, что
параллельно гидродвигателю включен регулируемый дроссель 5,
который шунтирует гидродвигатель в режиме наладки привода.
Максимальный угол поворота выходного вала 270°, давление
питания до 16 МПа, крутящий момент гидродвигателя 490...
1520 Н-м. Наибольшая частота вращения для всех трех типо-
размеров составляет 120 град/с.
Приводы типа ПЭГС и СП используют в системах управления
роботов с замкнутой обратной связью по положению и скорости
выходного звена.
Электрогидравлические шаговые поворотные приводы типов
Э32Г18-2..., ЭМГ18-1...Н, Э32Г18-2...Н и Э32Г18-2...ПБ предна-
значены для перемещения рабочих органов станков и промышлен-
ных роботов по программе, поступающей в виде электрических
сигналов от задающего устройства на шаговый двигатель. Они
выполнены на базе гидроусилителей крутящего момента и выпус-
каются нескольких основных типоразмеров, рассчитанных на
работу при давлении до 6,3 МПа с наибольшим крутящим мо-
ментом от 11 до 92 Н-м и наибольшей частотой вращения от
1000 до 2000 об/мин.
На рис. 2.53, а показана схема комплектного электрогидро-
привода Э32Г18-2, на рис. 2.53,6 — его конструкция (без шаго-
вого двигателя). Он состоит из аксиально-поршневого гидромото-
ра 1, следящего устройства (обведено штрихпунктирной лини-
ей) и шагового электродвигателя 7. Следящее устройство содер-
жит четырехкромочный следящий золотник 5, который через
упорные шарикоподшипники связан с прецизионным винтом 4 и с
Рис. 2.53. Комплектный элек-	7 А 6	6	5	4 3 2	1
трогидравлический шаговый
привод вращательного дви-
жения
б)
82
другой стороны через шлицевую втулку 6 — с валом гидромо-
тора /.
Шаговый двигатель 7 соединен со следящим золотником
через поводковую муфту 2 и резьбовую втулку 3. При среднем
положении золотника относительно его гильзы в обе полости гид-
ромотора через каналы А и Б поступает одинаковое количество
масла и выходной вал гидромотора остается неподвижным. При
повороте резьбовой втулки 3 винт 4 перемещается в осевом на-
правлении вместе с золотником 5 и соединяет полости гидромо-
тора через каналы А и Б с гидросистемой таким образом, что
вал гидромотора вращается в том же направлении, что и втулка.
При этом поворачивается и винт 4, соединенный через шлицевую
втулку с валом гидромотора, до тех пор, пока следящий золотник
не займет нейтрального положения относительно окон гильзы,
после чего вращение гидромотора прекращается.
Вал гидромотора при постоянной частоте вращения шагового
двигателя вращается синхронно, но с некоторым отставанием по
углу, что необходимо для прохождения масла в гидромотор через
проходные сечения золотника. Момент на выходном валу гидро-
мотора возрастает с увеличением угла отставания, что характер-
но для динамических режимов работы, например, при разгоне.
Угловая дискрета (шаг) привода составляет 1,5° при макси-
мальной частоте следования от 4000 до 8000 импульс/с. В СССР
выпускается также линейный электрогидравлический шаговый
привод типа Г28-2, который предназначен для осуществления
линейных перемещений по программе, поступающей в виде элек-
трических сигналов на управляющий шаговый электродвигатель
типа ШД5-ДГМ. На приводе предусмотрена установка датчиков
положения и скорости выходного штока. Такие приводы, в част-
ности, применены для перемещения ползуна и руки в роботах типа
М40П и для перемещения плеча и руки робота типа СМ40Ф2,
применяемых в механообрабатывающем производстве. Эти при-
воды выпускают трех типоразмеров; они рассчитаны на давление
6,3 МПа при ходе от 220 до 710 мм с тяговым усилием от 7 • 103 до
14-Ю3 Н. Цена одного импульса (при частоте следования до
8-Ю3 Гц) 0,05; 0,1 мм.
2.6.	ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ГИДРОПРИВОДОВ
2.6.1.	Кондиционеры рабочей жидкости
К кондиционерам рабочей жидкости относят гидро-
устройства, предназначенные для обеспечения необходимых ка-
чественных показателей и состояния рабочей жидкости. Конди-
ционерами являются гидроочистители, теплообменники, возду-
хоспускные устройства, сапуны [2, 9, 19].
83
Гидроочистители. Гидроочистители — устройства для очистки
рабочей жидкости от загрязняющих примесей. Их разделяют
на фильтры и сепараторы.
Фильтром (ГОСТ 16887—71) (от латинского filtrum — вой-
лок) называется аппарат для разделения жидкого потока и его
твердых примесей методом фильтрования, т. е. пропусканием
жидкости через пористую среду.
Фильтр является обязательным устройством любого гидропри-
вода. Это объясняется тем, что загрязнения рабочей жидкости
вызывают заклинивание гидроустройств, повышенный их износ,
увеличение усилий, необходимых для их срабатывания. В резуль-
тате изменяются первоначальные характеристики гидроаппара-
тов и агрегатов. Повышение рабочих давлений в гидроприводах
привело к значительному уменьшению зазоров между сопрягае-
мыми деталями гидроустройств, что повысило их чувствительность
к загрязнениям. Как показали исследования, загрязнение рабочих
жидкостей снижает надежность и срок службы гидроустройств
в десятки раз.
К фильтрам предъявляются требования хорошей очистки жид-
кости, достаточной прочности и долговечности, минимального
сопротивления движению жидкости.
Различают абсолютную и номинальную тонкости фильтрации.
Первая характеризует минимальный размер частиц, задерживае-
мых фильтром, вторая — размер частиц, задерживаемых на 90 %.
Расходная характеристика фильтра определяет номинальный
расход рабочей жидкости при номинальном перепаде давлений и
заданной вязкости на чистом фильтрующем элементе. Предельный
перепад давлений характеризуется потерями при загрязненных
фильтрующих элементах.
По форме фильтрующих отверстий фильтры разделяют на
щелевые, сетчатые и пористые.
Щелевые (пластинчатые) фильтры предназначены для
очистки от механических примесей рабочи/ жидкостей при давле-
нии до 6,3 МПа. Очистка жидкости происходит при ее прохожде-
нии через щели в фильтрующем элементе, который состоит из
пакета основных и чередующихся с ними промежуточных пластин.
Тонкость фильтрации определяется толщиной промежуточных
пластин. Эти фильтры относятся к фильтрам грубой очистки
(тонкость фильтрации 80... 125 мкм), выпускаются в СССР по
ГОСТ 21329—75Е с условными проходами 10...20 мм, но постепен-
но вытесняются другими конструкциями.
В сетчатых фильтрах очистка происходит при прохожде-
нии рабочей жидкости через ячейки сетки фильтрующего элемен-
та. В качестве материала этого элемента применяют металличес-
кие сетки и текстиль. Эти фильтры относят к фильтрам грубой
очистки, обеспечивающим тонкость фильтрации 40... 160 мкм.
Они обладают высокой пропускной способностью, долговечны,
84
просты по конструкции. Отечественной промышленностью вы-
пускаются такие фильтры по ОСТ 2 С41-2—80Е с пропускной спо-
собностью до 400 л/мин, рассчитанные на применение на всасы-
вающей гидролинии.
Сетчатые фильтры можно использовать и в низконапорных
и сливных гидролиниях (тип ФС). Приемный фильтр типа ФВСМ
для всасывающих линий снабжен электровизуальным индикато-
ром, позволяющим оценивать степень его загрязнения.
В пористых фильтрах очистка происходит при прохожде-
нии рабочей жидкости через поры фильтрующего элемента, роль
которого могут выполнять бумажные, текстильные, волокнистые,
керамические и металлокерамические материалы. Они обеспе-
чивают номинальную тонкость фильтрации 50... 10 мкм. Большое
распространение получили фильтры с бумажными фильтрующими
элементами типа Ф10 и ФГМ32—...М. Эти фильтры могут работать
при давлениях до 32 МПа и снабжены перепускным клапаном и
электровизуальным индикатором, сигнализирующим о степени
загрязнения фильтра. Перепускной клапан позволяет пропустить
весь поток жидкости при полном загрязнении фильтроэлемента.
Фильтры рассчитаны на номинальные расходы от 12 до 400 л/мин
и обеспечивают тонкость фильтрации 5, 10, 25, 40 мкм. Их недо-
статком является непригодность при работе на водосодержащих
жидкостях.
Фильтр типа ФГМ32 (рис. 2.54) имеет головку 1 с входным А
и выходным Б отверстиями. На головке расположен электрови-
зуальный сигнализатор загрязнения, совмещенный с перепуск-
ным клапаном и соединенный своими каналами с выходной и
входной полостями фильтра.
Рис. 2.54. Фильтр с бу-
мажным фильтроэлемен-
том
85
Сигнализатор загрязнения состоит из корпуса 5, в котором
размещен подпружиненный плунжер 8 перепускного клапана.
С плунжером соединен шток с магнитом 6, размещенным на его
конце. Снаружи корпуса располагается визуальный индикатор
7 загрязнения и геркон 9. В стакане 3, соединенном с головкой,
расположен подпружиненный фильтроэлемент 4, установленный
на седле 2.
При работе фильтра неочищенная жидкость поступает через
входное отверстие А головки в полость стакана 3, очищается на
фильтроэлементе и далее через седло 2 и отверстие Б идет в гидро-
систему. При загрязнении фильтроэлемента перепад давления
между входным и выходным отверстиями повышается. После того
как перепад достигнет определенного значения, плунжер 8 с маг-
нитом 6 начнет перемещаться вверх, сжимая пружину и увлекая
за собой указатель индикатора 7, сигнализирующий о начале
загрязнения фильтра.
Кроме того, магнит 6 воздействует на геркон 9, замыкая его
контакты. При дальнейшем возрастании перепада давления
плунжер перемещается вверх, перепуская рабочую жидкость
в обход фильтроэлемента 4.
После подачи электровизуального сигнала необходимо сме-
нить фильтроэлемент, для чего отворачивают стакан, удаляют
загрязненный фильтроэлемент и на выступающую часть седла 2
надевают чистый фильтроэлемент.
Металлокерамические и керамические фильтры получаются
путем спекания порошков. Они обладают повышенной (в 3...5
раз) грязеемкостью по сравнению с бумажными фильтрами и мо-
гут работать с водосодержащими рабочими жидкостями, обеспе-
чивая тонкость фильтрации до 5 мкм. Эти фильтры весьма пер-
спективны, их фильтроэлементы можно повторно использовать
после специальной очистки. В СССР освоено производство филь-
троэлементов из порошковых материалов и организуется выпуск
таких фильтров типа ФГП.
Фильтры в гидросистеме устанавливают во всасывающей и
напорной линиях насоса, в сливной линии. Кроме того, масло
следует фильтровать не только в процессе циркуляции, но и при
заливке его в бак гидросистемы.
Место установки фильтра в гидросистеме имеет большое зна-
чение как для эффективности очистки жидкости, так и для надеж-
ности работы всей системы. При последовательном подключении
фильтра 6 (рис. 2.55, а) обеспечивается защита всех гидроагре-
гатов от загрязнений, в то же время фильтр находится под
максимальным давлением. Степень загрязнения фильтра опреде-
ляется по разности показаний манометров 3 и 5 или показанием
дифференциального манометра 4. Фильтр /, установленный во
всасывающей линии, при загрязнении ухудшает работу насоса,
поэтому площадь его фильтрующей поверхности должна в 50... 100
86
5
Рис. 2.55. Схемы установки фильтров в гидросистеме:
а - 8 напорной линии; б — в сливной линии; г — на ответвлении потока
раз превышать площадь сечения всасывающей гидролинии. Кла-
пан 2 предохраняет фильтр и насос от перегрузок.
Установка фильтра в сливной гидролинии (рис. 2.55, б) позво-
ляет избежать влияния высоких давлений на фильтр и задержива-
ет продукты износа, выносимые из гидроустройств всей системы.
Для предохранения фильтра 1 и ограничения противодавления,
возникающего при засорении фильтра, параллельно фильтру
устанавливают переливной клапан 2.
При пропускной способности фильтра меньшей подачи насо-
са (или расхода слива), а также при тонкой очистке жидкости
иногда применяют параллельное включение фильтра в систему.
Такое же включение может быть выполнено при пропускной спо-
собности фильтра, превышающей подачу насоса, если его устано-
вить после напорного клапана (рис. 2.55, в). При этом клапан /
выполняет роль предохранительного, а клапан 2 — переливного.
Наиболее часто устанавливают фильтры в напорной и сливной
гидролиниях.
Сепаратором (от латинского separator — отделитель) называ-
ется аппарат для отделения твердых частиц от жидкости; его ра-
бота может быть основана на различных физических принципах.
В зависимости от сил, которые действуют на загрязняющие
частицы при очистке жидкости, различают центробежные, маг-
нитные, электростатические, вибрационные сепараторы и отстой-
ники.
В центробежном сепараторе очистка жидкости проис-
ходит под действием центробежных сил. Для этого обычно приме-
няют устройства типа центрифуги.
В гидросистемах используют магнитные уловители, магнитные
патронные сепараторы и магнитные фильтры. Применяют также
комбинации магнитных сепараторов с обычными фильтрами.
87
В магнитных сепараторах очистка жидкости происходит
под действием сил магнитного поля. Основным рабочим элемен-
том их является постоянный магнит, что позволяет удалять фер-
ромагнитные частицы размером от 0,5 мкм и выше. Некоторая
часть немагнитных частиц, которая захватывается попутно, также
удаляется.
Отечественной промышленностью выпускаются магнитные
фильтры типа ФМ, где отделителем загрязняющих частиц явля-
ется помещенная в магнитном поле ферромагнитная решетка.
В магнитных сепараторах типа Х43 применяются керамические
ферритобариевые магниты. Исходные материалы для их изготов-
ления недороги, а коэрцитивная сила в несколько раз больше,
чем у постоянных магнитов обычного изготовления. Такие сепа-
раторы рассчитаны на пропускную способность до 200 л/мин.
Уловители рекомендуется устанавливать в сливных гидроли-
ниях и гидробаках, сепараторы — в гидробаках, фильтры — в
гидролиниях с давлением не свыше 0,63 МПа. Так как вероятность
полного загрязнения магнитных фильтров значительно меньше,
чем механических, их удобно использовать во всасывающих
гидролиниях.
В отстойниках очистка рабочей жидкости происходит
под действием сил тяжести, для чего часто используют специаль-
ные зоны в гидробаках.
Теплообменники. Теплообменники предназначены для реге-
нерации тепла. Это могут быть охладители или нагреватели, не-
обходимые для поддержания заданной температуры рабочей жид-
кости. Обычно требуется охлаждение рабочей жидкости.
Простой теплообменник представляет собой встраиваемый в
гидробак змеевик. Подача воды в змеевик может регулироваться
вручную с помощью вентиля или автоматически с помощью встра-
иваемого в бак терморегулятора (датчика температуры), управ-
ляющего электромагнитным вентилем, регулирующим подачу во-
ды. Водяной маслоохладитель типа МО имеет поверхность охлаж-
дения от 0,63 до 10 м2 и позволяет отводить 80-103 ккал теплоты
в час.
На рис. 2.56 показана конструкция воздушного теплообменни-
ка типа ТВ, разработанного для применения в гидросистемах
промышленных роботов, станков и другого оборудования. Тепло-
обменник состоит из каркаса 12, в котором расположен радиатор
11, выполненный из алюминиевых ребристых труб 8 и воздушного
вентилятора 10. По бокам корпус закрыт крышками 5, 13, уплот-
ненными прокладками 3, и экраном 9. Для повышения эффек-
тивности теплоотвода внутри труб 8 установлены так называемые
турбулизаторы 4, способствующие закручиванию (перемешива-
нию) потока жидкости при ее движении по трубам. Трубы герме-
тично вварены в пластины 7 трубных решеток 6. На ось электро-
двигателя / насажена крыльчатка 2 вентилятора.
88
Рис. 2.56. Воздушный теплообменник
Крышка 5 своей полостью объединяет каналы всех труб радиа-
тора. Крышка 13 имеет две полости для подвода и отвода охлаж-
даемой жидкости, каждая из которых соединена только с полови-
ной труб радиатора.
При работе жидкость из полости подвода крышки 13 проходит
через половину труб радиатора в левую крышку и из нее в обрат-
ном направлении через вторую половину труб радиатора в полость
отвода крышки 13 и далее на слив в бак. При этом поток жидкости,
проходящий в трубах, дважды обдувается потоком воздуха от
вентилятора.
Теплообменники рассчитаны на номинальный расход жидко-
сти до 35, 70 и 100 л/мин и могут рассеивать количество теплоты
до 4О0О ккал/ч при перепаде температур до 30 °C.
Сапуны. В процессе работы гидропри-
вода происходят колебания уровня жид-
кости в гидробаках, что вызывает подсос
воздуха из окружающей среды, которая
может быть загрязнена (в условиях ме-
таллургического, кузнечно-прессового
производства и т. п.). Поэтому на гидро-
баках устанавливают сапуны, представ-
ляющие собой фильтры для очистки воз-
духа. Тонкость фильтрации сапунов долж-
на быть не грубее аналогичной для гидрав-
лических фильтров, установленных в дан-
ной гидросистеме.
На рис. 2.57 показан сапун, который
монтируется на баке и выполняет, кроме
того, функции заправочного фильтра. При
этом крышка / со штыковым затвором
снимается и удерживается цепочкой 4.
89
Жидкость заливается в бак через сетку 3. При работе загряз-
няющие воздух частицы задерживаются фильтроэлементом
2, который изготавливается из синтетической ткани; тонкость
фильтрации составляет 40 мкм.
Отечественная промышленность выпускает сапуны по ОСТ 2
Г45-2—80Е и типа Г45-25 с номинальной тонкостью фильтрации
25 и 10 мкм соответственно. В качестве фильтровальнных исполь-
зуются нетканые материалы.
2.6.2.	Гидроемкости
К гидроемкостям относятся гидроустройства, пред-
назначенные для содержания рабочей жидкости с целью исполь-
зования ее в процессе работы гидропривода. Это гидробаки и
гидроаккумуляторы.
Гидробаки. Гидробак представляет собой гидроемкость, пред-
назначенную для питания объемного гидропривода рабочей жид-
костью, а также для отстаивания загрязненной жидкости, ее ох-
лаждения (или нагрева, удаления попавшего в гидросистему воз-
духа, компенсации изменения объема рабочей жидкости. Общие
технические требования к гидробакам приведены в ГОСТ
16770—71.
Гидробак (рис. 2.58) имеет корпус 2 и крышку 4 с установлен-
ной между ними уплотнительной прокладкой. На крышке бака
располагаются сапун 6 и заливной фильтр 5, если сапун им не снаб-
жен. К крышке крепятся через уплотнительные манжеты сливной
3 и всасывающий 9 трубопроводы с фильтром 11 грубой очистки.
Крышка бака должна быть достаточно жесткой, чтобы на ней мож-
но было устанавливать насос и гидроаппаратуру. Для контроля
уровня жидкости предусматривается маслоуказатель 8 с отметкой
предельно допустимых уровней. Для дистанционного контроля
уровня жидкости устанавливают поплавковое реле 7. Для слива
рабочей жидкости из бака предусматривают сливные отверстия
10 и 13, закрытые пробка-
ми. Теплообменник 1 обычно
выполняют в виде змеевика
или проточного радиатора.
Для образования отстой-
ных зон гидробак разделяют
перегородками 12 высотой
около 2/3 минимального
уровня жидкости. В баке
рекомендуется иметь смотро-
вые люки размером не менее
200X200 мм для удобств^
его осмотра и очистки. Глу-
бина погружения сливных
90
трубопроводов должна быть не менее четырех— пяти их диа-
метров, причем их конец должен быть снабжен диффузо-
ром либо иметь срез под углом 45°, направленный к стенке
бака и позволяющий уменьшить перемешивание жидкости. Дно
бака должно быть наклонено в сторону сливных пробок и распо-
ложено на расстоянии не менее 100 мм от пола с целью улучшения
условий охлаждения.
Вместимость бака выбирают из расчета двух-трех подач на-
соса или рассчитывают, исходя из условий теплового баланса и
ряда номинальных вместимостей (ГОСТ 12448—80) баков. При-
чинами нагрева жидкости являются потери мощности в насосе,
определяемые его КПД, а также потери в результате дросселиро-
вания потока жидкости, так как в процессе работы гидропривода
только часть потребляемой мощности затрачивается на переме-
щение рабочих органов машин. Ориентировочно количество
теплоты QT (кДж), выделяемой в гидроприводе за 1 ч работы,
QT=(/Vn0Tp-A/pa6) 3600 ПВ,	(2.32)
где Употр — мощность, потребляемая насосом при выполнении рабочего цикла
машины, кВт; KnoTp=pQ„/(60n) (здесь р — рабочее давление в гидроприводе,
МПа; QH — подача насоса, л/мин; и — полный КПД насоса); Краб — мощность,
затрачиваемая на движение рабочих органов машин, кВт; ПВ — продолжитель-
ность включения гидропривода (отношение времени работы под нагрузкой к
общему времени цикла).
Разность между установившейся температурой масла в баке и
температурой окружающей среды
ДГ = (?т/(Кт5б),	(2.33)
где Кт — коэффициент теплопередачи от бака к окружающему воздуху [прини-
мается равным 15... 18 Вт/(м1-°С) при отсутствии интенсивного обдува поверхно-
сти бака];	— расчетная площадь поверхности бака, м2; для ориентировочных
расчетов можно принять S«=0,064д/V2; здесь V — объем жидкости в баке, л
I7’
Пример. Определить разность между температурами окружающей среды и
масла в баке объемом 300 л установки с насосом 2Г15-14 (Vo = 71 см3, р = 6,3 МПа,
Q„= 100 л/мин), работающей в номинальном режиме 25 % времени цикла в по-
мещении без вентиляции. В остальное время насос выключается. Мощность, за-
трачиваемая на перемещение рабочих органов машины, Краб = 10 кВт, общий КПД
насоса н = 0,92.
Решение. Мощность насоса	#
PQ* 6.3-100	... D
= -хх— =	= 11,4 кВт.
потр 60т)	60 • 0,92
Количество теплоты, выделяемой в гидросистеме за 1 ч работы,
Q=(KnoTp- /Ураб)/3600 ПВ=(11.4-10)3600-0,25= 1260 кДж.
Расчетная площадь поверхности бака
$б = О.ОмТзОО2 = 2,87 м2.
91
Тогда
ДГ =
QT
1260
18-2,87
= 24,3 °C,
где коэффициент теплопередачи Kt принят равным 18 Вт/(м2-°С).
Гидроаккумуляторы. Гидроаккумулятором называется ем-
кость, предназначенная для аккумулирования и возврата энергии
рабочей жидкости, находящейся под давлением. Конструктивные
схемы аккумуляторов показаны на рис. 2.59. Работа грузового
аккумулятора (рис. 2.59, а) основана на изменении потенциальной
энергии груза; пружинного (рис. 2.59, б) — на изменении упру-
гой деформации пружины; пневмогидравлического (рис. 2.59, в,
г, д, е) — на сжатии и расширении газа. Жидкость в аккумуля-
торе может находиться в непосредственном контакте с газом
(рис. 2.59, в), разделяться поршнем (рис. 2.59, г), мембраной
(рис. 2.59, б), гибкой оболочкой или баллоном (рис. 2.59, е).
Грузовые и пружинные гидроаккумуляторы применяют до-
вольно редко, так как даже при небольших размерах самого ак-
кумулятора и сравнительно небольших давлениях масса груза и
размеры пружин получаются значительными.
Наибольшее распространение получили газовые гидроаккуму-
ляторы.
При медленном изменении давления в гидросистеме процесс
сжатия газа в аккумуляторе близок к изотермическому (рГ=
= const), при этом происходит полный теплообмен между газом
и жидкостью.
На рис. 2.60 изображены распространенные конструкции акку-
муляторов [6, 9].
Поршневой пневмоаккумулятор типа АР состоит из цилиндра
5 (рис. 2.60, б), поршня 3, крышек 2 и 6, прижимаемых накидны-
ми резьбовыми элементами /. Поршень и крышки уплотнены ре-
зиновыми кольцами 4. В газовую камеру накачивается технический
азот под давлением от 16 до 32 МПа (в зависимости от типораз-
мера). Наполнение газом идет до начального давления рн. которое
часто равно минимальному рабочему давлению. После этого сле-
Рис. 2.59. Схемы гидроаккумуляторов
92
Рис. 2.60. Конструкции аккумуляторов:
а — пружинного гидравлического; 6 — поршневого пнев-
матического; в — баллонного пневматического
дует зарядка аккумулятора жидкостью до максимального рабо-
чего давления. Поршневые аккумуляторы типа АР выпускают с
камерами вместимостью до 40 л.
Баллонные пневмогидроаккумуляторы (рис. 2.60, в) или акку-
муляторы с гибкой оболочкой типа АПГ-Б обладают большими
преимуществами перед другими в герметичности, быстродействии
и безынерционности. В них азот и рабочая жидкость отделены
друг от друга гибкой оболочкой, имеющей форму баллона. Макси-
мальная степень сжатия газа составляет 1:4. Азот через клапан
9 подается в баллон 5, который заполняет все внутреннее про-
странство аккумулятора и закрывает тарельчатый клапан 7.
Последний препятствует выходу баллона из корпуса, предохра-
няя его от повреждений. При повышении давления в гидросис-
теме жидкость поступает через тарельчатый клапан в корпус,
сжимая азот в баллоне.
При отборе рабочей жидкости вновь увеличивают объем бал-
лона. Рабочее давление в аккумуляторе до 20 МПа.
Рабочие параметры аккумулятора выбирают обычно так, что-
бы при минимальном конструктивном объеме аккумулятора и за-
данном диапазоне рабочего давления (Ртах-Pmin) была достиг-
нута максимальная полезная вместимость аккумулятора [4, 6].
Под последней понимается изменение объема жидкости V* в
аккумуляторе, соответствующее заданному диапазону дав-
лений.
Для изотермического процесса, когда показатель политропы
стремится к единице, полезный объем аккумулятора
93
где — конструктивный объем аккумулятора; рн — начальное давление газовой
среды перед зарядкой аккумулятора жидкостью; ртах и pmin — соответственно
максимальное и минимальное давление в аккумуляторе.
Из уравнения (2.34) следует, что полезная вместимость акку-
мулятора зависит от начального давления газа р».
При использовании гидроаккумуляторов необходимо соблю-
дать все правила безопасности, касающиеся работы сосудов под
давлением.
2.6.3.	Гидролинии
Гидролинии представляют собой гидроустройства,
предназначенные для движения рабочей жидкости или передачи
давления от одного гидроустройства к другому. По назначению
гидролинии бывают всасывающими, напорными, сливными, дре-
нажными и линиями управления. По дренажным линиям отводят-
ся утечки рабочей жидкости, по гидролиниям управления жид-
кость движется к гидроустройствам для управления ими, назна-
чение остальных гидролиний понятно из их названий.
Конструктивно гидролинии делятся на жесткие (трубопрово-
ды), гибкие (рукава), монтажные плиты с каналами в них и тру-
бопроводные соединения.
Жесткие гидролинии состоят конструктивно из металлических
труб и каналов. Выбор типа трубы зависит от рабочего давления,
температуры, вида рабочей жидкости, вида последующих соеди-
нений труб, условий гибки и монтажа.
В гидроприводах станков и промышленных роботов с рабочим
давлением от 10 МПа и выше обычно применяют стальные бес-
шовные холоднодеформированные трубы по ГОСТ 8734—75*
(СТ СЭВ 1483—78), медные трубы по ГОСТ 617—72. Трубы из
углеродистых сталей используют в неагрессивных средах. Для
систем с ограничением по массе применяют тонкостенные трубы
из конструкционных и легированных сталей.
При выборе размера труб для той или иной линии гидросисте-
мы необходимо учитывать рекомендации СЭВ РСЗ 644—72, уста-
навливающие скорости v потоков рабочей жидкости в трубопро-
водах в зависимости от номинального давления р„:
МПа......2,5	6,3	16	32	63	100
v м/с, не более. .2	3,2	4	5	6,3	10
Для сливных линий принимают v = 2 м/с, для всасывающих
1,6 м/с.
Внутренний диаметр d (мм) или так называемый условный про-
ход Dy необходимого трубопровода определяют в зависимости от
94
расхода жидкости Q (л/мин), проходящей через трубопровод, и
рекомендуемого значения v (м/с) по формуле
Dy = d = 4,6VQ/v.
(2.35)
Минимально допустимую толщину стенки 6 (мм) трубопро-
вода выбирают в зависимости от рабочего давления р (МПа):
6 = (2-36)
где а — допускаемое напряжение на разрыв для материала трубы, МПа (для
стали 20 о=140 МПа).
Обычно толщина стенки не должна быть меньше 0,3 мм для
медных и латунных труб и меньше 0,5 мм для стальных труб по
технологическим и эксплуатационным условиям.
Потери давления в трубах рассчитывают по формулам, при-
веденным в п. 1.2.
Размеры дренажных линий выбирают с большим запасом по
расходу во избежание подпора, нарушающего работу гидро-
устройств.
Трубопроводы гидроприводов должны быть испытаны на проч-
ность под давлением не менее 1,5 рНом и на герметичность под дав-
лением не менее номинального рНо«; перед монтажом трубы долж-
ны быть очищены и промыты; радиусы гибки труб должны быть
более 2.5D для труб с наружными диаметрами 20 мм и более
3,5D для труб с наружными диаметрами D> 20 мм.
Пример. Определить необходимый внутренний диаметр напорного трубопро-
вода при расходе рабочей жидкости Q=80 л/мин и допустимой скорости дви-
жения жидкости в трубе о = 5 м/с.
Решение. Диаметр трубопровода
d = 4,б7фТ = 4,6л/80/5 = 4,6-4 = 18,4 мм.
Принимаем </ = 20 мм, тогда фактическая скорость течения жидкости
Q
л</2/4
80-10~3-4
3,14-400-10"6
4,22 м/с.
Гибкие гидролинии состоят из рукавов. Их применяют для сое-
динения гидроустройств, которые имеют значительные осевые пе-
ремещения. Для гидроприводов используют рукава высокого дав-
ления (ГОСТ 6286—73), которые в зависимости от разрывно-
го усилия применяемой для оплетки проволоки разделяют на три
группы: А, Б и В. Рукава состоят из внутреннего резинового
слоя, хлопчатобумажных и металлических оплеток, промежуточ-
ных и наружного резиновых слоев. На рукава обычно устанав-
ливают концевую арматуру, которая служит для подсоединения
их к другим гидролиниям или каналам.
95
Монтажные плиты представляют собой совокупность гидро-
плит, каждая из которых выполнена в виде плиты с отверстиями и
предназначена для присоединения каналов стыкового или мо-
дульного гидроустройства к другим гидроустройствам. Плиты бы-
вают одноместные — для установки одного гидроустройства —
и многоместные — для установки двух или более гидроустройств.
Плиты стыкового монтажа предназначены для
присоединения стыковых гидроустройств, в основном гидроаппа-
ратуры. Многоместные плиты стыкового монтажа выполняют в
основном на заводах—изготовителях машин.
Плиты модульного монтажа (см. рис. 2.39) ис-
пользуют для присоединения модульных гидроустройств, в основ-
ном гидроаппаратуры. Это позволяет устанавливать различные
аппараты друг на друга в вертикальный пакет, замыкаемый пли-
тами. Пакеты крепятся между собой с помощью специальных
сквозных стяжек из стали с пределом прочности ов^1000 МПа.
Большое число уплотняемых стыков, увеличенные усилия затяжки
по сравнению с усилиями при стыковом методе монтажа ограни-
чивают возможности применения модульного монтажа, особенно
для больших проходных сечений.
К соединениям трубопроводов и гибких гидролиний (рукавов)
предъявляются требования прочности, надежности, устойчиво-
сти к внешним механическим воздействиям и особенно герметич-
ности. Весьма существенным является условие технологичности
соединений, удобство их применения при монтаже и разборке.
Трубопроводные соединения делятся на резьбовые, фланце-
вые, вращающиеся, поворотные, телескопические и быстроразъем-
ные.
Резьбовые соединения различаются по способу гер-
метизации мест соединений. При этом герметизация может про-
изводиться как непосредственно по резьбе, как правило конусной,
так и путем контакта и деформации (упругой или остаточной)
других элементов соединений. В последнем случае резьба исполь-
зуется для создания усилия в месте деформации или контакта
герметизирующих элементов. К подобным соединениям относятся
получившие широкое распространение соединения труб: по на-
ружному конусу (методом развальцовки труб), по внутреннему
конусу (шаровые соединения), с врезающимся уплотнительным
кольцом.
В гидросистемах, работающих при давлении до 32 МПа, при-
меняют соединения шаровые (ГОСТ 16078—70), по внутреннему
конусу (рис. 2.61,а—г). Они осуществляются с помощью штуце-
ра /, шарового ниппеля 3 и накидной гайки 2. Присоединительная
часть штуцера имеет внутренний конус под углом 74°. Ниппель
приваривается к концу трубы. При затяжке накидной гайки сфе-
рическая поверхность ниппеля плотно прижимается к внутренней
конической поверхности штуцера. При наличии на ввертной части
96
Рис. 2.61. Конструкции разъемных резьбовых трубопроводных соединений:
а—г — шаровых; d—и — ниппельных с развальцовкой; к — с врезающимся кольцом
штуцера цилиндрической резьбы используется уплотняющая
прокладка. Так как соединение обеспечивается за счет контакта
стальных деталей при весьма незначительной их упругой деформа-
ции, к их поверхностям предъявляются высокие требования по
точности и шероховатости. Необходимо также значительное уси-
лие затяжки.
Преимуществом этого соединения является отсутствие высо-
ких требований к точности диаметра трубы. К недостатку отно-
сится применение сварки, что может вызывать появление вну-
тренней окалины.
Соединение трубопроводов по наружному конусу (ГОСТ
13977—74*) (рис. 2.61, д—и) осуществляется также при помощи
штуцера /, ниппеля 3 и накидной гайки 2. Присоединительная
часть штуцера имеет наружный конус под углом 74°. Конец трубы
развальцован также под углом 74°. При затяжке гайки ниппель
прижимает развальцованный конец трубы к конусной поверхно-
сти штуцера, обеспечивая герметичность соединения. Эти соеди-
нения обычно применяют при давлении в системе до 20 МПа, при
более высоком давлении от такого соединения труб следует отка-
зываться, так как при развальцовке уменьшается толщина стенки
трубы, появляются местные напряжения и в результате уменьша-
ется прочность трубопровода в целом.
По ГОСТ 24074—80 труба 4 (рис. 2.61, к) соединяется со шту-
4 Зак. 1737
97
12	3	4	5
Рис. 2.62. Соединение гибких рука-
вов
цером 3 при помощи кольца 5,
надеваемого на трубу и при за-
винчивании накидной гайки 2
врезающегося своей упругодефор-
мируемой острой кромкой в стен-
ку трубы. В результате соедине-
ние кольца с трубой становится
герметичным. Это соединение тре-
бует точного подбора трубы и вы-
держивает ограниченное число разборок из-за нарушения плотнос-
ти соединений. •
Фланцевые соединения рекомендуется применять
при диаметрах трубопроводов более 40 мм.
Поворотные соединения используют в специальных
случаях, их разрабатывают в основном индивидуально для кон-
кретных конструкций. В данной книге они не рассматриваются.
Соединение гибких рукавов (рис. 2.62) с ниппелем осуществля-
ется как по внутреннему, так и по наружному диаметру рукава.
Уплотнение по внутреннему диаметру выполняют путем напрес-
совки рукава 5 на конус ниппеля 4. Уплотнение по наружному
диаметру и крепление рукава на конусе ниппеля производят с по-
мощью детали 3 с внутренней нарезкой, навинчиваемой на
ниппель 4. На детали 3 имеются кольцевые проточки, ко-
торые вдавливаются в разделанную, т. е. врезанную специальным
образом поверхность рукава, и при навинчивании детали на нип-
пель натягивают рукав на конус ниппеля.
Ниппель на другом конце имеет сферическую поверхность,
которая с помощью накидной гайки 2 прижимается при монтаже
к конической поверхности штуцера 1.
Имеются также и другие модификации арматуры для соеди-
нения рукавов.
Быстроразъемные соединения трубопроводов и
рукавов применяют для герметизации концов подводящих труб
и рукавов и предотвращения вытекания жидкости из гидро-
устройств. Эти соединения позволяют также предохранить гибкие
рукава от разрушения при случайных рывках.
Отечественной промышленностью освоен выпуск таких соеди-
нений типа БРС1 и БРС2. Соединение типа БРС2 исключает по-
падание в гидролинию воздуха и может быть использовано в сле-
дящих системах станков и роботов. Оно состоит из ниппеля и муф-
ты (рис. 2.63).
Муфта Б содержит корпус 15 с навинченной обоймой 12, от-
жимную втулку 6, поджатую пружиной 9, и шарики 7. Внутри
обоймы 12 скользит гильза 11с уплотнительным кольцом 10, под-
жатая пружиной 13 и выполняющая функции запирающего кла-
пана при разъединении. Штифт 14 предохраняет обойму 12 от вы-
винчивания из корпуса 15.
98
12	3	4 5 S 7 6 9 Ю 11 1213 19 15
Рис. 2.63. Быстроразъемное соединение
Ниппель / содержит клапан с уплотнительным кольцом 5 и
пружину 4, удерживаемую от выпадания гайкой 2, в которой име-
ются отверстия для прохода жидкости.
Уплотняющим элементом в соединенном положении для соеди-
нения типа БРС2 служит кольцо 8.
Для разъединения муфты и ниппеля отжимная втулка 6 сдви-
гается вправо, шарики 7 выходят из кольцевой проточки ниппеля
/, и обе половины соединения легко разъединяются.
Одновременно с выдвижением ниппеля 1 из обоймы 12 под дей-
ствием пружины 13 перемещается влево гильза 11, закрывая
проход при контакте с уплотняющим кольцом 16. В то же время
клапан 3 под действием пружины 4 перемещается вправо, и уплот-
нение 5 закрывает проход жидкости из ниппеля /.
В разъединенном крайнем левом положении гильза 11 наруж-
ной поверхностью удерживает шарики 7 в разжатом состоянии,
что мешает отжимной втулке 6 занять исходное положение.
Благодаря такой конструкции соединение производится авто-
матически, простым введением ниппеля в корпус, исключая по-
падание воздуха в трубопровод. Соединения типа БРС рассчи-
таны на давление до 32 МПа, имеют условные проходы от 6 до
32 мм и регламентируются ОСТ2А71-3—78.
2.6.4.	Уплотнительные устройства
Уплотнительные устройства предотвращают утечки
жидкости через зазоры в подвижных и неподвижных соединениях,
защищают гидравлические полости от проникновения загрязнен-
ной или агрессивной внешней среды. В общем случае уплотнитель-
ное устройство состоит из уплотнения, элементов сопрягаемых
деталей соединений и вспомогательных деталей (например,
пружин).
В зависимости от конкретных требований уплотнительное
устройство должно обеспечивать полную герметизацию полостей
или уменьшать утечки рабочей жидкости. Как правило, утечки
наружу не допускаются, внутренние утечки обычно допускаются
в определенных ограниченных пределах.
Уплотнительные устройства по характеру уплотняемых соеди-
нений разделяют на три функциональные группы: для неподвиж-
4*
99
Рис. 2.64. Типы уплотнительных устройств:
а — уплотнители в виде резиновых колец; б — уплотнители в виде манжет; е—е — неподвижные
уплотнительные устройства; ж. м, н, о — уплотнения пар поступательного движения с помощью эласто-
мерных колец; и, к, л — уплотнения пар поступательного движения с помощью манжет; п, р- грязе-
съемные манжеты для штоков; с, т — манжеты для уплотнения пар вращательного движения; у, ф —
уплотнительные устройства пар вращательного движения; / — контртело (цилиндр или шток); 2, 6 —
детали, неподвижные относительно уплотнителя; 3 — уплотнитель; 4 — манжетодержатель; 5 —
защитное кольцо; 7 — пружина
ных соединений (уплотнение фланцев, крышек), для соединений
подвижных с возвратно-поступательным движением (уплотне-
ние поршня, штока, золотника и др.) и для соединений с враща-
тельным движением (уплотнение валов насосов, гидромоторов
и пр.) [1, 22).
За последнее время машиностроение почти полностью пере-
шло от применения в качестве уплотнений металлических колец
и различного рода набивок к уплотнениям с помощью эластичных
материалов. Это дало большие технологические преимущества и
позволило достигнуть высокой герметизации полостей. Сечения
эластичных уплотнений распространенных конструкций показаны
на рис. 2.64, о и б. В уплотнениях, показанных на рис. 2.64, а,
контактное давление создается упругостью деформируемого уплот-
нения, в манжетах (рис. 2.64, б) контактное давление создается
в основном за счет давления уплотняемой рабочей жидкости.
100
Основными показателями, характеризующими качество уплот-
нений, являются диапазон рабочих давлений; допустимые скоро-
сти перемещения (линейная скорость, частота вращения); тип
рабочей жидкости; режим в интервалах температур. Важнейши-
ми физико-механическими показателями назначения уплотнений
являются степень герметичности, контактное давление и относи-
тельная остаточная деформация сжатия.
К показателям надежности относятся долговечность и сохра-
няемость.
Для уплотнения неподвижных разъемных соединений чаще
всего используют резиновые кольца (ГОСТ 9833—73*). Их при-
меняют для торцовых (рис. 2.64,в, г и е)) и радиальных
(рис. 2.64, д) уплотнительных устройств при давлениях до 50 МПа.
Для обеспечения работы уплотнений при давлениях свыше 20 МПа
рекомендуется устанавливать защитные шайбы из фторопласта-4
или других аналогичных материалов, которые предотвращают
выдавливание кольца в зазор (рис. 2.64, е).
Уплотнение подвижных соединений с возвратно-поступатель-
ным движением возможно с помощью эластомерных колец
(рис. 2.64, ж) прямоугольного сечения, у которых при монтаже
создается контактное давление, превышающее давление уплот-
няемой жидкости; с помощью эластомерных манжет, у которых
при монтаже создается лишь начальное контактное давление,
увеличивающееся при работе (рис. 2.64, и—л).
При уплотнении штока кольцами прямоугольного сечения во
избежание их выдавливания в зазор при деформации их устанав-
ливают совместно с защитными кольцами.
Манжетные уплотнения по ГОСТ 14896—84 (рис. 2.64, и, к)
выполняются из резины и предназначены для работы при давле-
ниях до 32 МПа. При монтаже манжеты ее лепестки деформиру-
ются и под действием сил упругости прижимаются к уплотняемым
деталям. Во избежание выворачивания манжет при обратном хо-
де их часто устанавливают в сочетании с манжетодержателями
(рис. 2.64, и).
Шевронные резинотканевые уплотнения (ГОСТ 22704—77*)
предназначены для обеспечения герметичности звеньев, движу-
щихся возвратно-поступательно, при давлении до 63 МПа. Уплот-
нение (рис. 2.64, л) состоит из нескольких резинотканевых ман-
жет <?, нажимного 4 и опорного 5 колец. При давлении до 6,3 МПа
рекомендуется устанавливать три манжеты, при давлении
6,3...10 МПа — до четырех манжет; при давлении 20...50 МПа —
от трех до восьми манжет в зависимости от уплотняемого диа-
метра.
Для уплотнения звеньев с возвратно-поступательным движе-
нием широко применяются резиновые кольца круглого сечения по
ГОСТ 9833—73, отличающиеся минимальными габаритами, про-
стотой конструкции, низкой стоимостью, хорошими уплотняю-
101
Рис. 2.65.
а — полиуретан
МИДОМ
ширяется
зованием
щими качествами и удоб-
ством монтажа. Их исполь-
зуют при давлении до 10 МПа
без защитных шайб.
Кольца круглого сечения
в сочетании с защитными
шайбами (рис. 2.64, н и о)
обеспечивают герметичность
при давлении до 40 МПа
Важным свойством резино-
вых колец является также и
то, что они работают надеж-
Комбинированные манжеты: Н0 ПРИ ИЗМвНеНИИ ИЗПраВ-
с резиной; б и в - резина с полна- ЛСНИЯ ДвИСТВИЯ ДЭВЛеНИЯ НЭ
обратное.
В последнее время рас-
применение комбинированных уплотнений с исполь-
таких материалов, как полиуретан. Отечественной
промышленностью выпускаются полиуретановые манжеты ти-
па МП для гидравлических цилиндров (рис. 2.65, а). Манже-
та состоит из собственно манжеты / V-образной формы,
изготовленной из термопластичного полиуретана, и установлен-
ного в нее резинового разжимного кольца 2 круглого сече-
ния. Установка разжимного кольца обеспечивает предва-
рительное поджатие уплотнительных кромок 3 и 4 к поверхности
штоков или поршней. Размеры манжеты и кольца приведены
в ГОСТ 9833—73 и ГОСТ 18829—73.
Другая комбинированная манжета типа МК (рис. 2.65, бив)
представляет собой собственно манжету /, изготовленную из ре-
зины, и защитное кольцо 2, изготовленное из полиамида. Манже-
та имеет кольцеообразную форму с V-образным поперечным
сечением.
Под давлением рабочей жидкости уплотнительные кромки 3
и 4 манжеты прижимаются к уплотняемым поверхностям поршня
или штока. Защитное кольцо 2 предотвращает выдавливание
материала манжеты в зазор при работе гидроцилиндров под ра-
бочим давлением до 32 МПа. Манжеты рассчитаны для работы
при давлении до 21 МПа и скорости до 0,5 м/с.
Для очистки поверхностей от загрязнений в соединениях с
возвратно-поступательным движением, работающих в условиях с
повышенным содержанием пыли, грязи, абразивных частиц и
металлической стружки, следует применять грязесъемные ман-
жеты (см. рис. 2.64, п, р).
Для уплотнения вращающихся звеньев гидроустройств исполь-
зуют армированные манжеты с пружиной (ГОСТ 8752—79).
Они работают при избыточном давлении до 0,05 МПа и скорости
до 20 м/с (см. рис. 2.64, с—ф).	герметизации вращающихся
102
звеньев при более высоком давлении (до 10 МПа) применяют
торцовые уплотнительные устройства [22], которые могут также
работать при значительных температурных перепадах (—40...
+200 °C). Их часто используют в динамических насосах, осо-
бенно предназначенных для перекачки различных агрессивных
жидкостей.
2. 7. НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ
В качестве составной части гидроприводов промыш-
ленных роботов получили широкое распространение насосные
установки, представляющие собой совокупность насосного агре-
гата (или нескольких агрегатов) и гидробака, конструктивно
оформленных в единое целое и, как правило, укомплектованных
блоком гидроаппаратов и кондиционерами рабочей среды. На-
сосные установки являются базой для изготовления комплектных
гидроприводов роботов, осуществляющих питание гидросистем и
управление исполнительными органами роботов.
Отечественная промышленность выпускает широкую номен-
клатуру насосных установок для питания гидроприводов станков
и промышленных роботов типа Г48, СВ, С и др. К насосным уста-
новкам промышленных роботов предъявляются требования ком-
пактности, хорошего терморегулирования с точностью ±2 — 3 °C.
Отличительными особенностями гидростанций типа СВ-М явля-
ются комплектация воздушными теплообменниками и унифици-
рованными функциональными модульными блоками с условными
проходами Dy 6 и 10 мм. Они рассчитаны на максимальную подачу
от 10,4 до 35 л/мин при максимальном рабочем давлении (для
станции СВ-М40) до 20 МПа.
Гидростанции типа СВ-М могут отличаться гидравлической
схемой, позволяющей создавать независимые потоки жидкости,
ускорение исполнительных гидромеханизмов в одном направле-
нии и замедление в другом. На рис. 2.66, а показана гидросхема
одного из исполнений гидростанции СВ-М63. Основной поток
жидкости от сдвоенного насоса 1 через обратный клапан 4 пода-
ется в гидропанель, а оттуда через распределитель 8 к исполни-
тельным механизмам, например к гидроцилиндру. В зависимости
от исполнения насосные установки могут иметь до пяти гидрорас-
пределителей, подающих жидкость к соответствующему числу
исполнительных механизмов.
Вспомогательный поток предназначен для фильтрации и ох-
лаждения рабочей жидкости. При этом жидкость, пройдя через
фильтр 2 и теплообменник 3, сливается в бак. Предохранительный
клапан 7 служит для предохранения системы от перегрузок. Ви-
зуально давление контролируется по манометру 5, который на
время контроля соединяется с напорной линией с помощью кра-
на 6. Воздушный фильтр 9 предназначен для фильтрации возду-
103
Рис. 2.66. Насосная установка типа СВ-М:
а — гидравлическая схема; 6 — общий вид
ха, попадающего в пространство над уровнем жидкости в гид-
робаке.
Насосная установка имеет сварной гидробак 10 (рис. 2.66, б),
выполненный в виде емкости с наклонным дном. На крышке 12
гидробака установлен насосный агрегат 13 вертикального типа,
у которого валы лопастного насоса / и электродвигателя соеди-
нены упругой муфтой и расположены вертикально. При этом па
сос погружен в рабочую жидкость, что уменьшает шум и улучша-
ет внешний вид насосной установки. На крышке гидробака уста-
новлены также гидропанель 11 и фильтр 2. Гидропанель выпол-
нена в виде функционального блока с аппаратурой, которая
определяется гидросхемой исполнения. Воздушный теплообмен-
ник состоит из масляного радиатора, осевого воздушного венти-
лятора с электродвигателем предохранительного клапана для за-
щиты радиатора от разрушения и кожуха. Жидкость от теплооб-
менника сливается в бак.
Вместимость гидробака 63 дм3, создаваемое давление до
6,3 МПа, максимальная подача насосов до 12...35 л/мин.
Кроме насосных установок типа СВ-М, отечественная промыш-
ленность выпускает насосные установки типа С, включающие
пять типоразмеров по вместимости гидробака —63, 100, 160, 250
и 400 л. Установки комплектуют унифицированными функцио-
нальными блоками гидроаппаратуры, воздушными и водяными
теплообменниками, гидропневмоаккумуляторами, пластинчатыми
и аксиально-поршневыми регулируемыми и нерегулируемыми
насосами семи типов (154 типоразмеров) с подачами от 5 до
200 л/мин и максимальным давлением от 16 до 32 МПа. Установ-
ки имеют горизонтальное и вертикальное расположение насосных
агрегатов, средства шумо- и виброизоляции.
104
Для комплектации гибких производственных систем с робо-
тами разработана гамма насосных установок типа Г48...Д мощ-
ностью до 5,5 кВт и вместимостью бака 63 л, с системами конди-
ционирования и технической диагностики.
2.8.	ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ГИДРОПРИВОДА
2.8.1.	Последовательность расчета
Любая гидравлическая система, с помощью которой
передается мощность, содержит следующие основные элементы:
источники гидравлической энергии (насосы, аккумуляторы); по-
требители гидравлической энергии (гидродвигатели); совокуп-
ность гидроаппаратов, управляющих потоком рабочей жидкости;
вспомогательные гидроустройства (кондиционеры рабочей жидко-
сти, гидроемкости, гидролинии).
При разработке гидропривода придерживаются следующей
ориентировочной последовательности.
1.	Формулируют исходные данные. Ими являются значения
нагрузок и скоростей рабочих органов машины (циклограмма
нагрузок и скоростей для промышленных роботов); условия и
режимы эксплуатации машины, в том числе касающиеся совме-
щения операций, диапазонов регулирования, уточнения функций.
2.	Выбирают номинальное давление.
3.	Уточняют кинематические параметры гидромеханизмов с
учетом компенсации возможных отклонений (например, в пере-
мещениях рабочих органов машин).
4.	Определяют усилия, необходимые для перемещения звень-
ев механизмов.
5.	Определяют параметры гидрооборудования.
6.	Разрабатывают принципиальную схему гидросистемы.
7.	Разрабатывают монтажную схему гидросистемы и опреде-
ляют параметры гидролиний.
8.	Выполняют гидравлический расчет, в том числе определяют
потери давления в гидролиниях и в целом в гидросистеме.
9.	Производят поверочный расчет гидросистемы, в том числе
определяют фактические усилия и скорости рабочих органов,
мощность и КПД гидропривода, его тепловой режим.
2.8.2.	Номинальное давление
С точки зрения уменьшения габаритных размеров и
массы гидромеханизмов давления рабочей жидкости должны
быть высокими. Однако увеличение давления в гидросистеме по-
вышает требования к качеству изготовления гидрооборудования,
особенно к точности его изготовления, чистоте рабочей жидкости.
105
Для гидроприводов промышленных роботов рекомендуемый диа-
пазон давлений составляет 6,3... 16,0 МПа. Верхние границы дав-
лений рекомендуются для роботов большой грузоподъемности
(более 30...50 кг).
Следует учитывать, что максимальное давление ртах в напор-
ной линии и перепад Др давления на гидродвигателе в процессе
эксплуатации изменяются из-за нестабильности температуры и
вязкости рабочей жидкости.
Номинальное давление pH0M выбирают из ряда по
ГОСТ 12445—80, учитывая параметры серийно выпускаемого
гидрооборудования, в частности насосов.
2.8.3.	Параметры гидрооборудования
Гидродвигатели. Для определения пара метро в-гидро-
двигателей необходимо привести заданные нагрузки и скорости
рабочих органов машины к местам установки двигателей, т. е.
предварительно определить приведенный к гидродвигателю кру-
тящий момент МКр (или силу F), частоту вращения мотора пы
(скорости поршня и).
Для промышленных роботов характерным является цикличный
характер рабочего процесса, поэтому при расчете принимаются
во внимание максимальные нагрузки и скорости в цикле.
Основными параметрами гидро двигателей являются:
для гидроцилиндров — диаметры цилиндра D и штока d, ход
штока L, перепад давления Дрц при установившемся движении;
для гидромоторов — рабочий объем гидромотора Vo, перепад
давления Дрм при установившемся вращении.
Производной величиной для гидродвигателей является расход
рабочей жидкости, поступающей в гидроцилиндр Qu или гидро-
мотор QH.
Перепад давления на гидродвигателях нужно выбирать с уче-
том потерь напора на линии от насоса до гидродвигателя, кото-
рые обычно принимаются равными 10... 15 % от рНОм, т. е.
Дрм == Дрц=(0,85...0,90)рном.	(2.37)
Диаметр гидроцилиндра D (мм) с односторонним штоком
(рис. 2.67) при поступлении жидкости в поршневую полость
D = 2->/ . F 103,	(2.38)
V Я(Р| -Р^ Чгм
где F — усилие на рабочем органе машины, приведенное к поршню, Н; (pi—рг)—
перепад давления, МПа; i|rM — гидромеханический КПД гидродвигателя, пред-
варительно принимают равным 0,9...0,98.
При поступлении жидкости в штоковую полость гидроцилинд-
ра диаметр (мм) поршня
106
^ = 2Л/-Г-^^1О3,	(2.39)
V ^(^2 Ру ^г“
где <р — отношение площадей поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра:
S1/S2=D2/(D2-d2)=const.
Диаметр штока
d = dV(<j>- 1)/<р	(2.40)
уточняют в соответствии с нормализованным рядом диаметров по
ГОСТ 12447—80.
Рабочий объем (см3) гидромотора
.	_ 2лМмр
°“ ДРЧгм
(2.41)
где Л1кр — крутящий момент на рабочем'органе, приведенный к валу гидромотора,
Н*м; Др — перепад давления на гидромоторе, МПа.
Рабочий объем (см3) поворотного гидродвигателя
^ = ^7’	<242)
где — площадь лопасти поворотного двигателя, см2; г — расстояние от двига-
теля до геометрического центра лопасти, см; Мкр — крутящий момент, приведен-
ный к валу двигателя, Н-м.
Ход штока гидроцилиндра определяют исходя из кинемати-
ческой схемы машины с запасом 10...20 мм для компенсации воз-
можных отклонений от расчетных параметров. Диаметр и ход
поршня цилиндра уточняют в соответствии с параметрическим
рядом стандартов на гидродвигатели исполнительных устройств
промышленных роботов (ГОСТ 26058—85).
По рассчитанным рабочим объемам гидромотора и поворот-
ного гидродвигателя выбирают гидродвигатель.
Если при выборе параметров гидродвигателей (или при выбо-
ре рабочего давления) не будут учтены усилия, необходимые для
преодоления сил инерции при разгоне, то это приведет к тому, что
Рис. 2.67. Расчетная
схема гидроцилиндра
107
на всем участке пути рабочего органа гидроцилиндр будет рабо-
тать в режиме разгона, а не равномерной скорости.
Надо также учитывать необходимость погашения кинети-
ческой энергии движущихся масс рабочих органов в конце их
пути.
Приближенная методика расчета режимов разгона и торможе-
ния позволяет с достаточной точностью определить усилия,
возникающие в цилиндре при разгоне и торможении [6, 11].
Когда гидроцилиндр перемещает большие массы со скоростью
более 0,3 м/с, необходимо применять устройства торможения
(демпфирования) поршня в конце хода (ГОСТ 16514—87) (СТ
СЭВ 5832—86). При этом давление торможения не должно
превышать давления, допускаемого для корпуса гидроцилиндра.
Пример. Определить основные рабочие параметры поршневого гидроци-
линдра при следующих исходных данных: толкающая технологическая нагрузка
на штоке Fi=50-103 Н, перемещаемая масса на конце штока ли =500 кг, сила
трения ГтР = 0,5-10э Н, давление рабочей жидкости р = 10 МПа, максимальная
скорость рабочего хода t/i=0,5 м/с, время разгона /=0,5 с, общий КПД tj=0,95.
Решение. Принимая ускорение а при разгоне постоянным и равным (vi —
— 02)// при Уг=0, получаем
а = у,// = 0»5/0,5=1 м/с2.
Сила инерции при разгоне
=/па = 500 • 1 =500 Н.
Общее усилие
F=Fi + F„ + FTp=50-1034-0,5-103+0,5-103=51 • 103 Н.
С учетом КПД расчетное усилие
Fp=F/i)=51- Ю3/0,95 = 54.103 Н.
Так как Fp=pS = 54.103 Н, a S = 0,785D2, находим
0,785 P^ = fp и	=	0.0823 м. = 82.3 мм.
Принимаем ближайший больший нормальный диаметр из основного ряда
D=l00 мм (ГОСТ 12447—80).
Толщина (мм) стенки тонкостенных корпусов цилиндров
(£>/6>16)
б>-2рТ’	(2-43)
где р — давление в цилиндре, МПа; D — внутренний диаметр цилиндра, мм;
[ар] — допускаемое напряжение растяжения, для стали [ор] «50...60 МПа.
Шток гидроцилиндра рассчитывают на устойчивость и проч-
ность, исходя из того, что он является тонким стержнем, а упру-
гостью корпуса гидроцилиндра пренебрегают. При этом крити-
ческая сила (т. е. сила, при которой шток теряет устойчивость
и прогибается) выражается формулой Эйлера:
108
кр
л2 ЕЛ IO6
(2.44)

где Екр — в Н; Е — модуль упругости, МПа (для стали принимают Е»0,21-!0б
МПа); J — момент инерции сечения, м4 (для круглого сечения /=0,049</4);
/пр — приведенная длина стержня, м [определяется в зависимости от способа
крепления цилиндра (рис. 2.68)].
Максимально допустимое рабочее усилие (Н) на штоке ци-
линдра
F=F^/ny	(2.45)
где п — запас прочности, равный 2,5...3,5.
С расчетом различных других элементов гидроцилиндров
(фланцев, проушин, донышек и др.) можно познакомиться в ра-
боте [14].
Расход рабочей жидкости для гидродвигателей определяют,
Рис. 2.68. Приведенная длина штока цилиндра при расчете его на устойчивость в
зависимости от способа крепления цилиндра
109
исходя из требуемых максимальных скоростей перемещения
(частот вращения):
для гидроцилиндра при работе поршневой полости
=	(2.46)
для гидроцилиндра при работе штоковой полости
Qu=uS2ni'=I'’SiT]l//(p;	(2.47)
для гидромотора
QM = УоЛиНу,	(2.48)
где пv=0,95 — объемный КПД гидродвигателя; лм — частота вращения вала
гидромотора.
Если решается обратная задача, т. е. задан расход Q (л/мин)
рабочей жидкости через гидроцилиндр, то скорость (м/с) штока
при толкании
Qijv
v = eo-K^-s, ’
при втягивании
_	_ Qnv
v — 60-IO3 S2 — 60-^(S, - 0,785 d2) ’
где Si — площадь поршня, м2; d — диаметр штока, м.
Насосы. Основными параметрами насоса являются номиналь-
ный рабочий объем Vo, номинальное давление рн.ном, частота
вращения приводного вала п» и, как производная, номинальная
подача рабочей жидкости QHom (для регулируемого насоса еще
диапазон регулирования Dq).
Для расчета в качестве номинального давления рн.ном, раз-
виваемого насосом, используют предварительно выбранное номи-
нальное давление в гидросистеме с учетом необходимого его
увеличения для преодоления инерционных нагрузок при разгоне.
Номинальную подачу насоса определяют как сумму расходов
жидкости всеми параллельно работающими гидродвигателями:
п
Qh.HOM 2 Qm(u)«*
«= 1
Требуемый рабочий объем насоса
Vo= Qh.hom/(^mt|vii)»	(2.49)
где — объемный КПД насоса.
После этого выбирают типоразмер насоса из номенклатуры
серийно выпускаемых гидромашин.
Гидроаппараты и кондиционеры. Гидроаппараты выбирают на
основе разработанной принципиальной схемы гидропривода с
обязательным учетом выбранного номинального давления рмом,
номинального расхода рабочей жидкости QHom и условного про-
хода Dy.
но
При выборе гидроочистителей тонкость фильтрации прини-
мают с учетом технических требований к насосам, гидромото-
рам, и, особо необходимо подчеркнуть, к следящим гидроустрой-
ствам, в частности дросселирующим распределителям. Типоразмер
и число фильтров должны обеспечивать надежную работу эле-
ментов гидросистемы. Нужно помнить, что работоспособность
гидросистемы в целом в подавляющей степени определяется чис-
тотой применяемой рабочей жидкости.
Вместимости гидробаков следует выбирать из расчета не менее
двукратного внутреннего объема всех элементов гидросистемы.
Серьезное внимание нужно уделить мерам, исключающим загряз-
нение жидкости в гидробаках. Во избежание быстрого нагрева
вместимость гидробака должна быть не менее 2...3 (?н.ном. Ориен-
тировочно тепловые потери в гидросистеме за 1 ч работы определя-
ют по формуле (2.32).
Применение газовых гидроаккумуляторов (см. п. 2.5) позво-
ляет уменьшить мощность насосной установки и затраты на
охлаждение жидкости. Более подробные рекомендации по выбору
гидрогазовых аккумуляторов приведены в работах [6, 19].
Гидролинии. Параметры гидролиний характеризуются прежде
всего типоразмерами трубопроводов, входящих в их состав.
Основной характеристикой при этом является условный проход
Dy (мм), равный приблизительно внутреннему диаметру трубы.
Условные проходы труб выбирают, исходя из условных прохо-
дов используемого гидрооборудования, в зависимости от подачи
рабочей жидкости (см. табл. 2.1).
2.8.4.	Потери давления в гидросистеме
Потери давления в трубопроводах (рукавах и жестких
трубах) и соединениях должны быть минимальными. Потери
давления в гидролиниях зависят от режима течения жидкости
(см. п. 1.2), определяемого числом Рейнольдса Re. В трубо-
проводах систем режим обычно ламинарный, в соединениях
трубопроводов и в гидроаппаратах — турбулентный.
Потери давления (МПа) в каналах круглого сечения длиной /
(м), диаметром d (мм) при ламинарном течении потока жид-
кости Q (л/мин) определяют по формуле (1.27) .
Потери давления на местных сопротивлениях определяют по
формуле (1.29). В трубопроводах длиной более 1 м потери на
местных сопротивлениях дрМСогр почти на порядок меньше по-
терь по длине дртр труб, поэтому их можно не учитывать.
Общие потери давления на местных сопротивлениях и по
длине труб не должны превышать 10... 15% давления, развиваемо-
го насосом.
Потери дра давления в гидроаппаратуре обычно указывают
в технической документации на конкретную аппаратуру.
II!
Суммарные гидравлические потери в гидросистеме
Ароб—2 Д Ртр + 2 Д рм.сопр 4“ 2 Д ра .	(2.50)
С учетом этого необходимое давление в напорной линии
рн= Ард+АРоб,	(2.51)
где дря—перепад давления на гидродвигателе.
Мощность привода. В общем случае мощность Na (кВт) при-
вода насоса находят по выражению (2.8).
Пример. Определить необходимую подачу и мощность, потребляемую на-
сосом, для перемещения поршня гидроцилиндра, диаметром £> = 100 мм при
ходе £ = 250 мм, рабочем давлении жидкости р —10 МПа, подаваемой в поршне-
вую полость. Требуемое время хода / = 10 с, объемный КПД цилиндра
т)уц=0,95, механический Нмех.ц=0,9. Для насоса п ^=0,98, Лмех.н=0,92.
Решение. Необходимая подача
Л 0,785 D2 £	0,785• 0,12*0,25	|Л_5 3/ |ОА. ,
Q = —----------= ’ ххх =21-10 5 м3/с = 12,64 л/мин.
'ПииПин 10-0,95-0,98	'
Мощность, потребляемая насосом,
Р<?	1Q.I2.64_ = 229кВт
60ч.„,.	60’0.92
Расчеты гидравлических систем являются в значительной сте-
пени приближенными, поскольку очень трудно установить точное
значение многих параметров, так как они изменяются в зави-
симости от конструкции, режимов работы, и их можно определить
только экспериментальным путем. Поэтому целесообразным явля-
ется применение для таких расчетов графического материала
и номограмм [1, 7, 11].
2.9.	ГИДРОПРИВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
2.9.1.	Общие сведения
Гидропривод нашел широкое применение в промыш-
ленных роботах средней (до 200 кг), тяжелой (до 1000 кг) и
сверхтяжелой (свыше 1000 кг) грузоподъемности. У этих роботов
преобладают инерционные нагрузки, поэтому динамические пре-
имущества гидравлических приводов проявляются особенно от-
четливо. Удельные массовые характеристики (масса на единицу
мощности или грузоподъемности) у роботов с гидроприводом
значительно ниже, чем у роботов с другими видами приводов.
Гидропривод применяется в таких распространенных конструк-
циях роботов, как «Универсал-15», «Универсал-60», СМ80Ц,
СМ40Ф2, УМ160Ф2 «Контур», СМ160Ф2 (СССР); «Юнимейт»,
112
«Праб»,«Версатран» (США); «Юнимейт-2000» (Япония); «Трал-
фа» (США, Норвегия); РБ-23, «Пирин-521» (НРБ); «Коат-а-
Матик» (Швеция); «Полар-6000» (Италия) и во многих других.
Кроме того, гидропривод устанавливают в ряде манипуляторов,
управляемых оператором, например, в таких известных, как
«Андромат» (Франция, ФРГ), Серво-арм (Япония), «Мускельн»
(Швеция), «Позимат», «Фукс» (ФРГ) и в других.
В конструкциях роботов в основном применяют дроссельное
управление гидроприводом и практически пока не нашло распрост-
ранения машинное управление, что объясняется в основном их
более высокой стоимостью (в 2...3 раза выше дроссельного) и
неотработанностью ряда элементов привода. Однако приводы с
машинным управлением, а также приводы со смешанным машин-
но-дроссельным управлением весьма перспективны вследствие
меньших затрат энергии.
В промышленных роботах с гидроприводом используют
преимущественно следующие системы управления: цикловые с
разомкнутым способом управления; позиционные или контурные
(следящие аналоговые с замкнутым способом управления; шаго-
вые числовые с разомкнутым или замкнутым способами управле-
ния).
Во всех упомянутых системах применяется электрический
способ передачи и преобразования сигналов.
В цикловых системах управления используют направляющие
гидроаппараты, которые распределяют поток рабочей жидкости
по различным направлениям. Регулирование скорости исполни-
тельных механизмов осуществляется с помощью дросселей,
управление которыми может быть как ручным (предварительно),
так и автоматическим. Выходные звенья в таких роботах останав-
ливаются с помощью упоров с демпфированием гидродвига-
телей и точностью позиционирования 0,1...1,0 мм.
Следящие аналоговые системы управления снабжены датчи-
ками обратной связи, с помощью которых значение регули-
руемого параметра сравнивается с задающим воздействием, а
процесс автоматического регулирования направлен на устранение
сигнала рассогласования. При этом обычно используют регули-
рующие гидроаппараты: дросселирующие гидрораспределители,
гидрораспределители с пропорциональным управлением, гидро-
клапаны с пропорциональным управлением с точностью пози-
ционирования для роботов грузоподъемностью до 15 кг —
(±0,5...1) мм, с грузоподъемностью до 50 кг— ±2 мм.
В шаговых числовых системах управления управляющие
импульсы преобразуются в фиксированный угол поворота вала
шагового электродвигателя, а последний управляет гидроуси-
лителем. Можно применять числовые датчики обратной связи.
Точность позиционирования таких гидроприводов с замкнутой
обратной связью приближается к 0,3...0,5 мм.
из
Стоимость гидроприводов со следящей и шаговой системами
управления в 3...5 раз превышает стоимость гидроприводов
с цикловой системой управления. Надежность гидроприводов
с цикловой и шаговой системами управления выше, чем гидро-
приводов со следящей системой управления.
Гидропривод с цикловой системой управления нашел относи-
тельно ограниченное применение. Его используют в роботах моде-
лей СМ40Ц.43.01, СМ40Ц.40.11, КМ40Ц.31.01 (СССР), «Ланбот-
800» (Япония) и др.
Гидропривод с позиционной системой управления применяют
в роботах моделей «Универсал-15», «Универсал-60»,
УМ160Ф2.Ф1.01, СМ160Ф2.05.01, СМ40Ф2.08.01 (СССР), «Вер-
сатран», «Юнимейт» (США), «Марк-3», ИРЦ-30, «Кавасаки-
Юнимейт» (Япония) и др.
Гидропривод с контурной системой управления используют
в роботах моделей «Колер», «Контур» (СССР), «Тралфа» (США),
«Коат-а-Матик» (Швеция) и др. Семейство этих роботов пока
немногочисленно.
Для гидросистем роботов с позиционным и контурным
управлением применяют следящий электрогидравлический привод
и числовые системы электрогидравлического привода.
В дальнейшем рассматриваются гидравлические роботы с пози-
ционными и управляющими системами, которые получили широ-
кое распространение для выполнения как вспомогательных, так
и основных технологических операций.
2.9.2.	Схемы типовых гидросистем
На рис. 2.69 показана обобщенная схема гидросистемы
промышленного робота с четырьмя степенями подвижности (без
учета движения зажима), с таким же числом программируемых
координат, с позиционным устройством управления.
Управление вращением (а) и выдвижением (г) руки, поворо-
том манипулятора (ср), подъемом манипулятора (г) осуществля-
ется с помощью дросселирующих распределителей 1, 4, 10 и 21,
что позволяет регулировать скорость перемещения (частоту вра-
щения) механизмов робота и останавливать их в любом запро-
граммированном положении. Гидрозамки 5, 11, 9 и 16, запирая
полости гидро двигателей 3, 8, 14 и 19 при нейтральном положении
золотников гидрораспределителей, фиксируют механизмы робота
в необходимом положении, в том числе при аварийных ситуациях.
Поскольку захват робота может быть только открытым или
закрытым, для его привода используют гидроцилиндр 13 одно-
стороннего действия с пружинным возвратом. Управление цилинд-
ром 13 осуществляется от направляющего двухпозиционного
распределителя 18. Редукционный клапан 17 устанавливает необ-
ходимое усилие зажима (в зависимости от прочности и твердости
114
Рис. 2.69. Схемы гидропривода промышленного робота с позиционным управле-
нием:
а — гидравлическая: б — общая упрощенная
перемещаемого изделия). Если бы для подвода давления к захва-
ту использовался гибкий рукав, то необходимо было бы предусмат-
ривать компенсацию его провисания при перемещении руки робо-
та, предупреждать скручивание и перегибы. Поэтому гидроци-
линдр 14 выдвижения руки выполнен с каналом 15 в штоке для
подвода жидкости к цилиндру 13 захватного устройства.
Напорные клапаны 2 и 20 создают необходимый подпор в
сливных полостях цилиндров 3 и 19. Напорные клапаны 6 и 7 пре-
дохраняют гидропривод поворота от поломок при действии инер-
ционных нагрузок во время внезапных остановок. Напорный
клапан 12 ограничивает усилие при выдвижении руки во избежа-
ние ее повреждения.
Распространенным гидравлическим роботом с позиционным
управлением является робот модели «Универсал-15» отечествен-
ного производства (рис. 2.70). Гидросистема робота имеет три
режима работы: холостого хода, рабочий и вспомогательный.
В режиме холостого хода масло от насоса 19 через фильтр
тонкой очистки 5 подводится к гидроусилителям 6, 7 крутящего
момента, газогидравлическому аккумулятору 4, через редукцион-
115
Рис. 2.70. Схемы промышленного робота модели «Универсал 15> с позиционным
управлением:
а — гидравлическая; 6 — общая упрощенная
ный клапан 11 и распределитель 9 — к гидроцилиндру 8 захвата,
а также к клапану 13 и гидрозамку 3. После достижения опреде-
ленного давления в аккумуляторе 4 золотник клапана 13 смещает-
ся вправо, соединяя линию управления предохранительного
клапана 15 со сливной линией 12. Клапан 15 открывается и соеди-
няет напорную линию 17 насоса 19 со сливной линией 16. Насос 19
подает масло через клапан 15 под давлением, определяемым
гидравлическим сопротивлением клапана 13, что необходимо для
поддержания в открытом состоянии гидрозамка 3.
В рабочем режиме масло от аккумулятора 4 под давлением,
несколько большем давления настройки клапана 13, поступает к
гидроусилителям 6 и 7, управляющим перемещениями механизмов
робота.
При падении давления ниже уровня настройки клапана 13
последний отключает предохранительный клапан 15 от сливной
линии и масло от насоса 18 поступает к гидроусилителям 6, 7 и
к аккумулятору 4. Из сливных камер гидроусилителей 6, 7 масло
подается через гидрозамок 3 и воздушный теплообменник 2 в бак.
Гидроцилиндр 8 захвата срабатывает при включении распредели-
116
теля 9 и поступлении масла в поршневую полость цилиндра.
Обратный клапан 10 обеспечивает определенный подпор масла в
штоковой полости цилиндра во избежание выпадания изделия
из захвата. Для этого же служит гидрозамок 3.
Вспомогательный режим необходим для прогрева масла перед
запуском гидросистемы в работу до 283...323 К (10...50 °C).
Для этого в линию управления предохранительного клапана 15
включен распределитель 14, который перекрывает подвод масла
к клапану 13, и масло, нагреваясь, сливается в бак при давлении
настройки предохранительного клапана. При температуре около
313 К (40 °C) автоматически отключается гидрораспределитель
14 — система готова к работе. Для поддержания рабочего интер-
вала температуры используется тепловое реле ТР-200 и терморе-
гулятор ПТР-2-05. Контакты реле ТР-200 разрывают цепь пи-
тания электромагнита распределителя 14 и включают световую
индикацию на пульте. При температуре 328 К (55 °C) замыкаются
контакты регулятора ПТР-2-05 и подается сигнал на включение
электродвигателя вентилятора воздушного теплообменника и на
отключение распределителя / водяного теплообменника. При тем-
пературе масла ниже 328 К (55 °C) распределитель 1 включается
и доступ воды в водяной теплообменник прекращается.
2.9.3.	Гидравлические механизмы отдельных узлов
Гидропривод перемещения каретки портального робота.
Для получения больших поступательных перемещений (2... 18 м)
в качестве передаточного механизма после гидромотора использу-
ют зубчато-реечные передачи, что вызывает снижение точности
позиционирования и появление динамических нагрузок в переда-
чах. Для устранения этих нагрузок и зазора в передаче в промыш-
ленных роботах моделей УМ40, М40П и УМ160Ф2 применен при-
вод типа Э32Г18-2...Н, являющийся дальнейшим развитием при-
вода типа Э32Г18-2 (рис. 2.71). Привод состоит из маломощного
задающего шагового электродвигателя /, блока сравнения 2,
следящего дросселирующего распределителя 3, двух гидромото-
ров 4 и 6. Шестерни 5, 7 жестко соединены с выходными валами
гидромоторов (непосредственно либо через зубчатую передачу) и
находятся в зацеплении с рейкой 8, расположенной на неподвиж-
ном портале 10 робота. Привод с гидромотором размещен на
подвижной каретке 9, которая несет также и захватные устройства
робота.
При неподвижном выходном вале шагового электродвигателя
и нейтральном (нулевом) положении золотника дросселирующего
распределителя 3 давления в рабочих камерах гидромоторов
равны, а крутящие моменты, ими создаваемые, направлены в раз-
ные стороны. При этом зазоры выбраны, а каретка неподвижна.
Вал гидромотора 4 связан с винтом блока сравнения 2 и следящим
117
Рис. 2.71. Схема гидропривода
перемещения каретки порталь-
ного робота модели УМ 160
золотником распределите-
ля, а вал шагового элек-
тродвигателя — с гайкой
блока сравнения, что об-
разует жесткую обратную
связь по положению.
При подаче управляю-
щих импульсов на шаго-
вый электродвигатель гай-
ка блока сравнения на-
чинает поворачиваться,
золотник распределителя 3 смещается, давление в рабочей камере
одного из гидромоторов повышается, а другого — понижается.
Нарушается равновесие крутящих моментов на шестернях 5 и 7.
Каретка 9 начинает перемещаться в направлении, при котором
через обратную связь уменьшается рассогласование, и золотник
смещается в нейтральное положение. Во время этого процесса
частота следования импульсов в шаговом электродвигателе плав-
но уменьшается, что способствует мягкому торможению каретки.
При этом обеспечивается точность позиционирования у робота
модели УМ40 0,1 мм при скорости 0,8 м/с; у робота модели
М40П 0,2 мм при скорости 0,8 м/с; у робота модели УМ160Ф2
0,3 мм при скорости 1,2 м/с.
Гидропривод поворота захвата. Промышленный робот модели
УМ160Ф2 предназначен для загрузки деталей типа валов массой
до 160 кг в станки, расположенные под порталом робота. При этом
возникает необходимость поворота обрабатываемых изделий на
180 или 90° в процессе транспортных и загрузочных операций
(например, при подаче заготовки в патрон станка или укладке на
стеллажи).
С целью сокращения массы и габаритных размеров узлов гид-
ропривода, управляющих поворотом захвата и находящихся на
каретке, перемещающейся вдоль портала, применено оригиналь-
ное решение (рис. 2.72). Заготовка / удерживаемся губками
захвата 2, который может вращаться вокруг вертикальной оси
при помощи передачи шестерня 5 — рейка поршня 4. Рейка выпол-
нена как одно целое с поршнем, а шестерня насажена на одном
валу с захватом. Рейка 4 перемещается при действии дроссе-
лирующего распределителя 13. Золотник распределителя прижат
пружиной к рычагу 12, на одном конце которого находится ролик
14, поджатый к кулачку 3, а другой конец соединен со штоком,
снабженным кольцом 11.
Кулачок 3 размещен на одном валу с захватом, кольцо //
118
6
7
13
^1
захвата
робота
Рис. 2.72. Схема гидро-
привода поворота
промышленного
модели УМ160Ф2
12 11	10 9 8

J
опирается внутренней поверхностью на одну из трех ступеней
в средней части дифференциального поршня 10 трехпозиционно-
го гидроцилиндра 8.
При включении распределителя 6 и выключенном распредели-
теле 7 масло под давлением проходит в левую полость гидроци-
линдра 8, перемещая поршень 10 вправо; при этом кольцо 11 и
золотник распределителя 13 опускаются. Масло поступает под
левый торец поршня 4, шестерня 5 поворачивается вместе с
захватом до тех пор, пока выступ кулачка 3 не приподнимет зо-
лотник распределителя 13, вернув его в нейтральное положение.
При выключении распределителя 6 и включении распредели-
теля 7 поршень 10 перемещается влево, кольцо 11 и рычаг 12
приподнимаются, перемещая золотник распределителя 13 вверх.
При этом масло поступает под правый торец поршня 4, который
при движении поворачивает шестерню 5 с захватом вокруг их оси
на угол 180°. В конце поворота кулачок 3 опускает ролик 14 вниз,
перекрыв доступ маслу к поршню 4.
При включении одновременно двух распределителей 6 и 7
поршень занимает среднее положение, определяемое упором
втулки 9 в выступ цилиндра 8. Соответственное положение
занимает золотник распределителя 13, обеспечивая промежуточ-
ный поворот шестерни и захвата.
Шаговый гидропривод специализированного промышленного
робота. Гидроусилители с шаговым электродвигателем и дроссе-
119
10
Рис. 2.73. Схема шагового гидропривода промышленного робота для клеймения
и маркировки сварных труб
лирующие распределители весьма чувствительны к загрязнению
рабочей жидкости и дороги. В то же время шаговое перемещение
исполнительных механизмов в ряде случае можно осуществить,
используя обычные направляющие гидроаппараты и также такие
устройства, как дозаторы, что не требует тонкой фильтрации
жидкости и позволяет уменьшить стоимость аппаратуры.
На рис. 2.73 показана схема шагового гидропривода, приме-
ненного в промышленном роботе, осуществляющем маркировку
и клеймение сварных труб в соответствии с задаваемой и непре-
рывно изменяющейся программой.
Исполнительным механизмом набора программы данного
устройства является гидроцилиндр 7, шток которого соединен
с зубчатой рейкой 8, находящейся в зацеплении с -шестерней 9,
на валу которой размещен ряд наборных дисков 11 (по коли-
честву маркируемых знаков). Каждый диск закреплен на общем
валу шариковым подпружиненным фиксатором и вращается вмес-
те с валом до тех пор, пока не сработает электрически управля-
емый стопор 10. После этого при повороте общего вала с шестер-
ней 9 отдельные диски, соединенные со стопорами 10, не вращают-
ся, а шариковые фиксаторы проскальзывают по валу. Стопоры 10
для каждого наборного диска срабатывают при одном из его
характерных угловых положений, их условно на рисунке изобра-
жено восемь. Каждому угловому положению соответствует опре-
деленное положение гидроцилиндра.
120
Поршень гидроцилиндра при наборе программы маркировки
занимает ряд фиксированных положений, соответствующих этим
угловым положениям, которые обеспечиваются следующим обра-
зом.
В положении распределителя 5, показанном на рисунке,
обеспечивается крайнее правое положение рейки 8. При этом
стопорятся необходимые диски 11. При снятии напряжения распре-
делитель 5 занимает правую позицию, масло поступает в правую
полость цилиндра 7, а из его левой полости начинает вытесняться
через распределитель 3 в левую полость дозатора 2, смещая
поршень 1 последнего в крайнее правое положение. Поршень
цилиндра 7 после того, как порция масла, определяемая объемом
дозатора 2, вытечет из его левой полости, останавливается.
При этом давление масла в левой полости гидроцилиндра 7 воз-
растает, золотник напорного клапана 4 отжимается, открывая
доступ маслу под давлением к правому торцу золотника распре-
делителя 5, который смещается влево, пропуская масло из
гидроцилиндра 7 теперь уже в правую полость дозатора 2.
Поршень цилиндра 7 совершает очередной шаг влево, переме-
щаясь до тех пор, пока поршень дозатора не займет крайнее
левое положение. При этом давление масла в правой его полости
возрастает, напорный клапан 4 открывается, золотник распредели-
теля 3 смещается вправо, открывая доступ маслу из гидроци-
линдра в левую полость дозатора 2. Таким образом, процесс
шагового перемещения будет продолжаться автоматически до
исчерпания хода поршня цилиндра 7.
Возврат поршня цилиндра 7 происходит при включении элек-
тромагнита распределителя 5.
2.10.	ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ГИДРОПРИВОДОВ
Для контроля давления в цапорных гидролиниях и
защиты их от перегрузок необходимо устанавливать предохрани-
тельные клапаны и манометры, на шкале которых должны быть
нанесены красные метки, соответствующие максимально допуска-
емым давлениям.
Гидросистемы должны иметь блокирующие устройства, исклю-
чающие возможность возникновения опасных или вредных факто-
ров. При этом не следует отключать устройства (зажимные,
захватные и т. п.), перерыв в работе которых связан с возмож-
ностью травмирования работающих.
Баки и отдельные узлы гидросистемы должны быть защищены
от возможности загрязнения и т. п. Сорт жидкости, залитой
в баки, должен соответствовать указанному в эксплуатационных
документах.
121
Гидроприводы с гидроаккумуляторами должны иметь устрой-
ства, отключающие последние от гидросистемы или соединяющие
их жидкостную полость со сливной линией. Газовые гидроакку-
муляторы должны быть заряжены нейтральным газом. При испы-
таниях и эксплуатации масляных емкостей и гидроаккумуляторов,
у которых произведение емкости на рабочее давление составляет
более 20 л*МПа, необходимо руководствоваться специальными
правилами устройства и эксплуатации сосудов, работающих под
давлением. Емкости и аккумуляторы, у которых указанное
произведение превышает 1000 л «МПа, подлежат регистрации
(до пуска) соответствующими органами.
Если гидропривод работает в автоматическом или полуавто-
матическом режиме, то на пульте должно быть предусмотрено
устройство для переключения его на ручное управление в наладоч-
ном режиме.
Перед пробным пуском и началом испытаний гидропривода
необходимо проверить затяжку крепежных деталей и регулирова-
ние элементов гидропривода, залить рабочую жидкость в гидро-
баки до необходимого уровня, удалив воздух из гидросистемы
через специальные пробки, проверить блокировки и ограждения,
установить контрольные приборы, вывесить предупредительные
объявления. Демонтаж гидропривода под давлением, а. также
подтягивание крепежных деталей и арматуры при работе гидро-
привода запрещается.
Запрещается работа при выходе из строя предохранитель-
ных, контрольных и регулирующих приборов, при обнаружении
в узлах трещин, выпучин, течи, при отсутствии заземления узлов
гидросистемы.
Эксплуатация гидроприводов должна производиться при стро-
гом соблюдении правил противопожарной безопасности.
ГЛАВА 3
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ПНЕВМОПРИВОДА
3.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Газ — одно из агрегатных состояний вещества, в кото-
ром его частицы не связаны между собой молекулярными силами
притяжения и хаотически движутся, заполняя весь возможный
объем.
Сжатый воздух (смесь газов) в пневматических устройствах
является рабочим телом и используется как для целей управления
(пневмоавтоматика), так и в силовых системах (пневмопривод).
Пневмоприводом называется пневматический механизм, в кото-
ром рабочий газ находится под давлением, с одним или более
объемными пневмодвигателями. В состав пневмоприводов, по
аналогии с гидроприводом, входят различные пневматические
устройства: кондиционеры рабочего газа, пневмоемкости, пневмо-
аппараты, пневмолинии, а также контрольная аппаратура.
Пневматические системы управления особенно удобно приме-
нять для тех случаев, когда в состав машин и механизмов,
в частности промышленных роботов, входят пневматические рабо-
чие органы. Это позволяет упростить систему управления и избе-
жать применения энергии разных видов.
В системах пневмоавтоматики выделилось отдельное направ-
ление — пневмоника [струйная техника, в которой управление
осуществляется с помощью струй воздуха низкого давления
(до 0,1 МПа)]. Пневмоника является предметом отдельного
изучения и здесь не рассматривается.
3.2.	ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА
Основными физическими параметрами воздуха, пред-
ставляющими интерес для технических систем, являются давле-
ние, температура, плотность, вязкость и сжимаемость.
Под давлением р понимается абсолютное давление, влияющее
на физические свойства воздуха. В технике оперируют обычно
избыточным давлением, влияющим на Деформацию стенок сосуда,
в котором воздух заключен. Обычно избыточное давление
сжатого воздуха (далее будем называть просто давлением в отли-
чие от абсолютного давления) в промышленных установках не
123
превышает 1 МПа, наиболее распространенным номинальным дав-
лением является рном=0,63 МПа.
Термодинамическую температуру Т воздуха определяют по аб-
солютной шкале Кельвина (К). Под нормальными условиями
состояния воздуха понимается его состояние при температуре,
равной 273 К или О °C.
Плотностью газа называют отношение его массы пг к занима-
емому объему У\
p = m/K	(3.1)
Величина, обратная плотности, т. е. Иуд=И//п (м3/кг), есть
удельный объем газа.
Вязкостью воздуха называют свойство его слоев при движе-
нии воздуха сопротивляться сдвигу. Вязкость воздуха по срав-
нению с вязкостью рабочих жидкостей весьма мала и, в отличие
от жидкостей, с повышением температуры увеличивается'незна-
чительно.
Сжимаемость воздуха р (м3/Н) характеризуется уменьшением
его объема при увеличении абсолютного давления:
р 1 AV
Р “ Др V ’
(3.2)
где др — увеличение абсолютного давления, Па; И — первоначальный объем, м3;
Д V — изменение объема, м3.
Величина, обратная сжимаемости, называется модулем упру-
гости воздуха.
Удельная теплоемкость с воздуха представляет собой отно-
шение количества теплоты, сообщаемого единице массы воздуха,
к соответствующему изменению температуры.
Различают удельные теплоемкости при постоянном давлении
ср и постоянном объеме cv. При изменении состояния воздуха
теплоемкость изменяется, однако при температуре 273...373 К
(0... 100 °C) теплоемкость воздуха для практических целей можно
принимать неизменной: ср=1,01-103 Дж/(кг-К) и си=0,72Х
ХЮ3 Дж/(кг-К).
ГОСТ 17433—80 определяет классы загрязненности сжатого
воздуха. Основными компонентами загрязненности являются
вода, масло (в жидком и газообразном состоянии) и твердые
включения.
3.3.	ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМО- И ГАЗОДИНАМИКИ
И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ПНЕВМОПРИВОДОВ
Расчет процессов в пневмоприводе основывается на
законах и уравнениях газовой динамики и термодинамики.
Уравнение состояния воздуха определяется зависимостью
Менделеева—Клайперона:
рУуд = /?Т,	(3.4)
124
где р — абсолютное давление газа; Ууд — удельный объем газа; R — газовая
постоянная, для воздуха /?«288 Дж/(кг«К); Т — абсолютная температура.
Так как 1/уд=И/т,
pV = mRT или p — pRT.
При сжатии и расширении воздуха изменяется энергия и
его параметры. Самые простые процессы протекают при сохране-
нии постоянным одного из параметров. Различают изохорный,
изобарный, изотермический и адиабатный процессы.
Изохорный процесс (закон Шарля) характеризуется постоян-
ством удельного объема (Ууд = const) при изменении давления и
температуры. Так как V = const, то работа, совершаемая при этом
процессе, равна нулю.
При изобарном процессе постоянным является давление воз-
духа (р = const).
Изотермический процесс (закон Бойля—Мариотта) происхо-
дит при постоянной температуре (T = const). При этом рУуд =
= const = Р| У| =р2^2.
Адиабатный процесс характеризуется сжатием и расширением
газа без теплообмена с окружающей средой. При этом рИ?д =
= const, где k — показатель адиабаты (для воздуха £=1,41).
При теплообмене с окружающей средой параметры газа изме-
няются одновременно и имеет место политропный процесс:
pVn = const,	(3.5)
где л = 1...2 — показатель политропы.
Политропный процесс представляет собой нечто среднее между
изотермическим и адиабатным процессами. Для изобарного
процесса п = 0, для изотермического п— 1, для адиабатного п = £,
для изохорного п — оо.
Скорость (м/с) истечения воздуха из отверстия
Гг /о \0(291
V= 44,4-yrp-(-^) J,	(3.6)
где Т — температура воздуха, К; р\ и р2 — давления воздуха при входе в отверстие
и выходе из него, Па.
Это уравнение будет корректным для случаев, когда отношение
рч/р\ не превышает критического значения Екр. При адиабатном
процессе £Кр = 0,528. Если давление выше критического, т. е.
рС> Екрръ то режим истечения надкритический, характеризуемый
постоянством скорости истечения и расхода независимо от изме-
нения давления окружающей среды. Если давление в резервуаре
ниже критического, т. е. pi<.EKpp2, то скорость истечения и рас-
ход газа непостоянны и расход зависит от соотношения давле-
ний в опоражниваемом резервуаре и окружающей среде. Отсюда
следует, что режим процесса опоражнивания резервуара, начав-
шегося при относительно высоких давлениях, при уменьшении
125
давления переходит в подкритический, который рассчитывается
гораздо сложнее.
Течение воздуха в трубах в основном турбулентное.
Потери давления воздуха в пневмосистеме связаны с трени-
ем его о стенки труб и с потерями на местных сопротивлениях.
Для труб на прямых участках
Др = *т-^-р«2.	(3.7)
где kt — коэффициент трения (при р=0,4 МПа и Т=303 К Лт« (1,5...2,0) 10“7) ];
/ — длина труб, м; v — скорость воздуха, м/с; d — внутренний диаметр трубы, м.
При определении этих потерь удобно пользоваться номограм-
мами [3, 14].
Потери давления на местных сопротивлениях (тройниках,
вентилях, аппаратах)
Ap=51£t/2Y-!0“7,	' (3.8)
где % — коэффициент местного сопротивления, определяется экспериментально или
из таблиц (для распределителей £«24...50; для обратных клапанов £«50... 130;
для дросселей £«60...130; для маслораспылителей £«32...60; для влагоотдели-
телей £« 18...31).
Пример. Определить, насколько повысится давление воздуха в поршневой
полости пневмоцилиндра с тонкостенным корпусом, если объем воздуха в этой
полости уменьшить при медленном вдвигании поршня в 3 раза. Уплотнения счи-
тать абсолютно герметичными.
Решение. Так как стенки пневмоцилиндра тонкие и вдвигание поршня осу-
ществляется медленно, можно считать, что процесс сжатия воздуха в цилиндре
осуществляется при постоянной температуре (при хорошем теплообмене с
окружающей средой). Этот процесс описывается уравнением Бойля—Мариотта
Так как Уг= Vi/3,
?2 ~ У|/3 ~	’
т. е. давление возрастет в 3 раза.
Пример. Определить потери давления при движении сжатого воздуха по
трубе длиной 100 м с внутренним диаметром d= 18 мм. Расход воздуха <? = 20’м3/ч.
Плотность воздуха р = 4,67 кг/м3. Коэффициент трения воздуха о стенки трубы
£т = 2«10-7.
Решение. Скорость воздуха в трубе
__ Q 	_________20_______—91 Я м /с
0.785-d2_______________________3600 • 0.785 • 182« 10-6_’	'
Потери давления
а   l I 2  <> 1 л—7 100 • 4,67 -21,82   л a t-j »ж j—I
Др =	-J-ра =2-10 --------18;[0_3	= 2,47 МПа.
Схема пневмопривода показана на рис. 3.1. Сжатый воздух
под давлением ро от пневмосети (или компрессора) подается
через обратный клапан /, редукционный клапан 2, отсечной кран
126
Fa
Fr>
v
3, фильтр-отстойник 4, маслораспылитель 5 и пневмораспредели-
тель 8 в пневмодвигатель 9. Отработанный воздух через распре-
делитель, дроссель 7 и глушитель 6 идет на выхлоп в атмосферу.
В робототехнических устройствах в качестве пневмодвигателя
в основном используют поршневые механизмы из-за их простоты,
надежности и возможности создания значительных рабочих уси-
лий. Применяют распределители с цилиндрическими и плоскими
золотниками, клапаны, струйные трубки.
При описании процессов в пневмоприводе используют такие
понятия, как: рабочая полость, представляющая собой простран-
ство двигателя, в которое поступает воздух из пневмосети;
выхлопная полость, представляющая собой пространство двигате-
ля, соединенное со средой, в которую происходит выброс
воздуха.
Рабочей средой обычно является сжатый воздух с темпера-
турой окружающей среды /«20 °C и давлением ро = 0,4...0,6 МПа.
Преимуществами пневмопривода при использовании его в ро-
бототехнике являются простота конструкции и эксплуатации;
быстродействие и небольшие потери давления; отсутствие загряз-
нения окружающей среды; пожарная безопасность; надежность,
возможность работы на упор.
Недостатками пневмопривода являются: высокая сжимаемость
воздуха, что затрудняет регулирование; большие габаритные раз-
меры из-за малых давлений рабочей среды; более низкий КПД
по сравнению с КПД гидропривода.
глава4
ПНЕВМОПРИВОД И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ
4.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Определение объемного пневмопривода по ГОСТ
17752—81 было дано в п. 3.3. Классификация оборудования
пневмопривода соответствует классификации оборудования для
гидропривода. К отличительным особенностям пневмопривода
можно отнести преобладание магистрального источника подачи
рабочего тела (газа) к потребителям, тогда как в гидроприводе
используют в основном насосный и аккумуляторный источники.
При этом сжатый газ разводится по пневмолиниям от централь-
ной компрессорной установки. Затем его поток под давлением
0,4...0,6 МПа передается по трубопроводам к пневмодвигателям
машин, в которых энергия сжатого газа преобразуется в механи-
ческую энергию движения рабочих органов машин и механизмов.
В пневмоприводах отсутствуют сливные и дренажные линии,
так как отработанный газ выпускается через выхлопную пневмо-
линию в атмосферу, что упрощает эксплуатацию.
В робототехнике применение пневмопривода обеспечивает
получение высоких скоростей выходных звеньев, простоту цикло-
вого управления, возможность работы в агрессивной и пожаро-
опасной среде, что и обусловило широкое его распространение.
В то же время сжимаемость воздуха не обеспечивает стабиль-
ности скорости, фиксации рабочих органов в промежуточных по-
ложениях, требует демпфирования выходного звена в конце хода.
Целый ряд применяемых в пневмоприводах устройств имеет
аналогичное с гидроприводом назначение и конструктивное
исполнение, поэтому термины, определение которых было дано
в гл. 2, в этой главе не приводятся.
4.2.	ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ
Пневмодвигатели подобны гидродвигателям по принци-
пу действия и конструкции, за исключением того, что в качестве
рабочей среды в первых используется газ (воздух).
Наибольшее распространение в роботах получили поворотные
пневмодвигатели и пневмоцилиндры, причем последние преобла-
дают. Применение пневмомоторов из-за низкого КПД, нсобходи-
128
Рис. 4.1. Пневмоцилиндр двустороннего действия
мости передаточных устройств ограниченно, однако по мере
совершенствования конструкций, в том числе передач, их распро-
странение расширяется.
Одна из характерных конструкций пневмоцилиндров двусто-
роннего действия с односторонним штоком общего назначения
(без демпфирования) показана на рис. 4.1. Основными деталями
цилиндра являются поршень 6, шток /, крышки 4 и 8, гильза 5.
В передней крышке 4 шток установлен в бронзовой втулке 3.
Уплотнение неподвижных соединений осуществляется резиновыми
кольцами 9 О-образного сечения, которое обеспечивают полную
герметичность. Подвижные соединения уплотняются резиновыми
манжетами 2 и 7.
Капроновая наплавка на поршень 6 практически исключает
износ зеркала гильзы 5 и уменьшает потери на трение при
работе цилиндра. Для повышения коррозионной стойкости и
уменьшения трения внутренняя поверхность гильзы 5 и шток /
хромируются.
Пневмопривод работает следующим образом. При включении
распределителя начинается наполнение левой полости пневмо-
цилиндра (см. рис. 4.1) и истечение из правой полости.
Так как в начальный момент Е=р\/р2<Ек?, то наполнение левой
полости цилиндра будет сначала происходить в надкритическом
режиме. После того, как давление воздуха в левой полости достиг-
нет критического значения и поршень из-за сопротивления еще
не тронулся с места, наполнение будет продолжаться при по-
стоянном объеме левой полости, но уже при подкритическом
режиме.
Момент начала движения поршня соответствует моменту до-
стижения равенства всех приведенных к поршню усилий, т. е.
Pi Si =p2<S2-f- Лр + Ем.
Решение этого уравнения с учетом изменения состояния воз-
духа в полостях цилиндра является достаточно сложной задачей
и может быть выполнено методами численного интегрирования
[8, 10, 14].
5 Зак. 1737	129
Рис. 4.2. Пневмоцилиндр типа СПЦ
Рис. 4.3. Схема бесштокового пневмо-
цилиндра с тормозным устройством
Пневмоцилиндры выпускают с креплением на удлиненных
стяжках, на переднем, заднем фланце, на проушине, лапах,
цапфах.
В СССР освоен также выпуск пневмо (гидро) цилиндров' типа
ЦРГП и ЦРП, специально предназначенных для промышленных
роботов [21].
Цилиндры типа ЦРГП выпускают с регулируемым и нерегу-
лируемым ходом поршня. Диаметр поршня цилиндров типа
ЦРГП — 32...63 мм, типа ЦРП — 32...80 мм. Цилиндры типа
ЦРГП могут работать при давлении воздуха до 2,5 МПа, ци-
линдры типа ЦРП до 1 МПа. Максимальный ход поршня у
цилиндров типов ЦРГП и ЦРП — 1000 мм.
Для приводов захватов автоматических манипуляторов разра-
ботана гамма пневмоцилиндров типа СПЦ (рис. 4.2). К основным
деталям пневмоцилиндра относятся гильза 6, передняя крышка 7,
задняя крышка /, шток 5 и поршень 9. Шпильки 8 стягивают
крышки с гильзой. Подвижные и неподвижные соединения уплот-
няют с помощью резиновых колец 3 и 4 О-образного сечения
(ГОСТ 9833—73 и ГОСТ 18829—73). Шток соединяется с поршнем
стопорными кольцами 2. Максимальное давление воздуха — до
0,63 МПа, диаметры поршней составляют 45, 50, 56 и 63 мм.
Во многих случаях для промышленных роботов используют
серийно выпускаемые пневмоцилиндры (ГОСТ 15608—81).
Большие перемещения поршня обеспечиваются в бесштоковых
пневмоцилиндрах, преимуществом которых являются уменьшен-
ные габаритные размеры и равенство сил, действующих в обоих
направлениях {рис. 4.3). Движение от поршня 6 передается
через гибкий элемент 5 (ленту, трос, цель) и блоки /, встроенные
в крышки 2, ползуну 4, который скользит по гильзе 3 пневмо-
цилиндра. Ползун представляет собой полое кольцо с упругой
внутренней стенкой, прилегающей к наружной поверхности гиль-
зы. Для точной остановки поршня в нужном положении во
внутреннюю полость А полого кольца подается сжатый воздух.
Упругая стенка полого кольца деформируется, прижимаясь к на-
ружной поверхности гильзы 3 и создавая силу трения торможения.
130
На основе подобных бес штоковых пневмоцилиндров выпол-
няют пневмопозиционеры, позволяющие останавливать выходное
звено, например, захват робота в нужном положении. Непостоян-
ство силы трения и скорости поршня в момент начала торможе-
ния вызывает появление погрешностей при фиксации поршня.
Конструкция другого бесштокового пневмоцилиндра показана
на рис. 4.4. Его поршень 5* состоит из двух элементов, жестко
соединенных между собой фигурным ползуном 4, выступ которого
перемещается в сквозном пазу 6, прорезанном в гильзе 7, послед-
няя закрыта с торцов крышками /. Уплотнение паза в полостях
цилиндра справа и слева от движущегося поршня осуществляется
с помощью тонкой и гибкой металлической ленты 3, прижимаемой
к пазу давлением воздуха. В положении между крайними элемен-
тами поршня лента отгибается, как показано в сечении А—А,
выступом ползуна 4. Во избежание загрязнения продольный паз
защищен снаружи металлической лентой 2, проходящей через
сквозное отверстие в ползуне 4.
Современные пневмоцилиндры обеспечивают регулируемые
скорости до 2 м/с.
Мембранные и сильфонные пневмоцилиндры аналогичны^ гид-
роцилиндрам такого же типа (см. рис. 2.13), применяют их при
ограниченных перемещениях штока в различных устройствах типа
захватов, зажимов, фиксаторов и т. п.
Поворотные пневмодвигатели типов ПДП и ПДЛ специально
выпускают для обеспечения неполноповоротных вращательных
движений механизмов промышленных роботов [16]. Двигатели
типа ПДП конструктивно представляют собой пневмоцилиндры с
передачей рейка—шестерня. Их выпускают одинарными и сдвоен-
ными с цилиндрами диаметром 40... 100 мм, при этом создается
крутящий момент 10...400 Н-м; максимальный угол поворота
составляет 180° или 270° в зависимости от исполнения.
Двигатели типа ПДЛ (лопастные) легче и компактнее двига-
телей типа ПДП, но несколько дороже. Их выпускают одно- и
двухлопастными с диапазоном крутящих моментов на выходном
валу (для всей гаммы) 5...800 Н-м. Максимальные углы поворо-
5*
Рис. 4.4. Схема бесштокового пневмоцилиндра
131
та 100...280° в зависимости от исполнения. Эти двигатели приме-
няют для поворота, подъема руки и ротации захвата в роботах
моделей КМ1,25Ц4216, КМ2.5Ц4214, МП-9С, «Ритм>,
МА2,5Ц4201 и др.
Для использования энергии потока сжатого воздуха для огра-
ниченного реверсивно-вращательного движения выходного вала
применяют пластинчатые пневмомоторы типа СА-105. Их номи-
нальная частота вращения 2100 об/мин при номинальной мощно-
сти 0,15 кВт. В комбинации с редукторами пневмомоторы исполь-
зуют для привода рабочих органов пневматических роботов.
Обычный пневмоцилиндр позволяет исполнительному меха-
низму занимать две позиции. Для отработки нескольких или бес-
конечно многих заранее заданных позиций применяют пневмати-
ческие позиционеры, представляющие собой комбинацию пневмо-
цилиндра с различными управляющими аппаратами.
Используют также многопоршневые пневматические позици-
онеры, по конструкции подобные ранее описанным гидравличес-
ким двигателям (см. рис. 2.54).
Для получения неограниченного числа позиций применяют
позиционеры аналогового (непрерывного) действия. При этом
поршень останавливается в заданной позиции, как, например, в
промышленном роботе МП-8 (см. п. 4.5), при помощи тормозных
устройств, которые срабатывают по сигналам управляющего
электронного блока и путевых датчиков. Обычно применяют тор-
моза фрикционного типа с пневмо-, электро- или гидроприводом,
воздействующим на шток.
Используют также пневматические позиционеры, работающие
аналогично следящим устройствам типа струйная трубка или
сопло-заслонка. Примеры применения таких позиционеров в робо-
тотехнике приведены в п. 4.5.
4.3.	ВАКУУМНЫЕ УСТРОЙСТВА
Вакуум — состояние заключенного в сосуд газа,
имеющего давление значительно ниже атмосферного. Поэтому в
вакуумных устройствах и механизмах в качестве активной дви-
жущей силы используется атмосферное давление. В вакуумной
технике различают низкий (абсолютное давление более 10* Па),
средний (1О2...1О“1 Па) и высокий (10_,...10 5 Па) вакуум.
В робототехнике вакуум используют в основном в захватных
устройствах, которые действуют по принципу вакуумного притя-
жения, создаваемого в результате разрежения воздуха в полости
захватной присоски. Захватные устройства вакуумного типа в за-
висимости от средств притяжения разделяют на безнасосные и
насосные.
В безнасосных захватных устройствах (рис. 4.5, а—г) вакуум
создается при деформации самих элементов захвата, выполнен-
132
б)	в)
О)
Рис. 4.5. Вакуумные за-
хватные устройства:
а—г — безнасосные; д, е — на-
сосные
ных в виде гибкой тарелки (рис. 4.5, а), мембраны (рис. 4.5, в),
сильфона (рис. 4.5,г), или поршневым механизмом (рис. 4.5,6)
с ограниченным ходом. Стрелкой на рис. 4.5, а—г показано на-
правление движения штока, при котором в полости захвата воз-
никает вакуум и происходит удержание изделия. Для безнасосных
вакуумных захватных устройств давление при вакууме составляет
до 55 кПа (400 мм рт. ст.), а в насосных 95...70 кПа (или
760...550 мм рт. ст.). При этом вакуум может создаваться поршне-
вым насосом 1 однократного действия (рис. 4.5,6); в полость 2
отсасывается воздух из полости упругой присоски 3, удерживаю-
щей при этом изделие 4. Вакуум может создаваться и насосом 6
непрерывного действия (рис. 4.5, е), который, как правило, рабо-
тает совместно с вакуумным аккумулятором (ресивером) 5.
Часто применяют простые устройства эжекторного типа, в ко-
торых кинетическая энергия струи жидкости, пара или газа ис-
пользуется для отсасывания воздуха из полости захвата. Эти
устройства удобны благодаря отсутствию подвижных частей и
возможности изготовления на неспециализированных предприя-
тиях.
Усилие, Н, создаваемое вакуумным захватом,
/?B = S^a-pB)XnKa,	(4.1)
где S, — эффективная площадь захватного элемента, м2; р, — атмосферное
давление, которое составляет 1,013-105 Па; р, —давление внутри вакуумной
камеры, Па; Ка — коэффициент увеличения силы вакуумного притяжения;
133
обычно Kn= 1.05...1,1; К» — коэффициент, учитывающий изменение атмосфер-
ного давления; обычно К. = 0,9...0,95.
Вакуумными захватами наиболее часто снабжают манипу-
ляторы промышленных роботов для холодной листовой штампов-
ки [КМ0.08Ц4211, КМ0,63Ц4212, «Ритм 05.01», «Ритм 01.01»,
МП-9, РФ-201, «Циклон-3», «Бриг-10», МА2,5Ц (СССР) и др].
Кроме того, их широко используют при удержании таких изделий,
как кинескопов, стекла и других хрупких предметов, стальных
листов в прокатном производстве. В ряде случаев вакуумные
захваты незаменимы, например, при отделении тонких листов от
стопы (пакета).
4.4.	УПРАВЛЕНИЕ ПНЕВМОПРИВОДАМИ
4.4.1.	Общие сведения
Для пневматических приводов, использующих в ка-
честве рабочего тела сжатый воздух, характерна переменная
скорость перемещения поршня в цилиндре вследствие расшире-
ния воздуха. Это затрудняет возможность стабилизации скорости
и определяет специфичность пневмопривода по сравнению с гид-
роприводом. Управлять давлением, расходом и направлением
потока рабочего газа (воздуха) можно путем частичного откры-
тия (дросселирования) рабочего проходного сечения с помощью
регулирующей аппаратуры.
В пневмоприводах управление пуском, остановкой и направ-
лением движения выходных звеньев (поршней) пневмодвигате-
лей осуществляется путем полного открытия или закрытия рабо-
чего проходного сечения с помощью направляющих аппаратов.
Кроме того, для контроля состояния рабочего газа, например
давления, используется различного рода контрольная аппара-
тура.
4.4.2.	Регулирующая пневмоаппаратура
В пневмоприводах широкое распространение полу-
чили предохранительные, редукционные клапаны, дроссели и ком-
бинированные пневмоаппараты.
Предохранительный пневмоклапан типа П-КАПМ предназна-
чен для сброса сжатого воздуха при повышении давления сверх
установленного в замкнутых системах. Имеет условные проходы
16 и 28 мм при диапазоне настройки 0,5...0,7 МПа. В пневмоприво-
дах роботов используется для установки на пневмоемкостях.'
Редукционные клапаны (рис. 4.6) предназначены для сниже-
ния давления воздуха и автоматического поддержания его на
заданном уровне перед поступлением из пневмолинии к потребите-
134
Рис. 4.6. Редукционный пневмоклапан с запорно-регулирующим элементом:
а — поршневым; 6 — мембранным
лю. С точки зрения эксплуатации более удобен редукционный
клапан с мембранным запорно-регулирующим элементом, потому
что не подвержен заеданию из-за коррозии, более герметичен.
Основными частями клапана являются винт /, пружина 2, пор-
шень (мембрана) 3, седло 4, клапан 5. Сжатый воздух подводится
к отверстию П и отводится через отверстие О. Клапан настраива-
ется с помощью винта /, действующего через пружину 2 на клапан
5. При повышении давления на выходе пружина 2 сжимается,
приподнимая клапан 5 и закрывая проход для воздуха между
седлом 4 и клапаном, в результате расход воздуха уменьшается
и давление на выходе восстанавливается. При понижении давле-
ния на выходе открывается проход для воздуха в отверстие О.
Редукционные клапаны монтируются непосредственно на тру-
бопроводах. Во избежание их засорения перед ними необходимо
устанавливать фильтры — влагоотделители.
Отечественная промышленность выпускает редукционные
пневмоклапаны типов 122...112—25 и 211—40 (ГОСТ 18468—79Е).
Заданное давление в клапанах устанавливают вручную с помо-
щью винта, изменяющего усилие пружины. Клапаны имеют услов-
ный проход Dy = 4, 12, 16, 25 и 40 мм и монтируются только на
панели.
Для регулирования скорости в пневмосистемах применяют в
основном дроссельный способ (рис. 4.7). При этом дросселиро-
вание на выходе (рис. 4.7, а) является наиболее распространен-
ным и эффективным. Дроссель устанавливают на выходной пнев-
135
Рис. 4.7. Схемы регулирования скорости пневмопривода:
а — с дросселем на выходе; 5 — с дросселем на входе; в—д — с применением пневмогидравлической
схемы; / — регулируемый дроссель; 2 — обратный клапан; 3 — гидромотор; / — пневмомотор; 5 —
пневмораспределитель; 6 — бачок; 7 — гидропневмовытеснитель
молинии, а подвод воздуха к цилиндру — свободный. Недоста-
ток способа — рывки поршня в начале движения. При установке
дросселя на входной пневмолинии выпуск воздуха из пневмоци-
линдра — свободный. Недостаток такого регулирования — отсут-
ствие противодавления в штоковой полости, вследствие чего труд-
но обеспечить плавное движение поршня. Применять этот способ
не рекомендуется.
Для возможности регулирования прямого и обратного хода
пневмоцилиндра дроссель устанавливают на выходе с обратным
клапаном (рис. 4.7, а) у каждой полости цилиндра. Это позволяет
получать различные скорости движения прямого и обратного
хода.
Комбинируя установку и подключение нескольких дросселей
с помощью распределителя, можно получить варианты ступенча-
того регулирования скоростей.
В пневмоприводе широко распространены пневмогидравли-
ческие системы, позволяющие использовать быстродействие пнев-
мопривода и возможность устойчивой стабилизации скорости,
свойственную гидроприводу. На рис. 4.7, в показан способ, при
котором вал пневмомотора соединен с валом гидромотора, а обе
136
полости последнего замкнуты через дроссель. Применив дополни-
тельно обратный клапан, можно получить регулируемое враща-
тельное движение в одном направлении и свободное — в другом.
Сочетание пневмо- и гидроцилиндра (рис. 4.7, г) позволяет
получить стабильную скорость поступательного движения за счет
включения дросселя между гидравлическими полостями. Бачок
6 служит для подпитки гидроцилиндра при неизбежных утечках
жидкости.
Можно использовать однопоршневой исполнительный меха-
низм, позволяющий регулировать скорость (рис. 4.7, д). При этом
гидропневмовытеснитель 7 устанавливают в удобном месте, вне
габаритов рабочих органов машины. Скорость перемещения
поршня определяется настройкой гидродросселя с регулятором и
Рис. 4.8. Пневмодроссель с об-
ратным клапаном
вследствие этого не зависит от нагрузки на поршень, т. е. поршень
перемещается вправо плавно с постоянной скоростью.
Пневмодроссели с обратным клапаном по ГОСТ 19485—81Е
(рис. 4.8) состоят из щелевого дросселя 1 и обратного пневмокла-
пана 2; принцип их действия подобен работе гидродросселя. Рас-
ход воздуха регулируется при его проходе от канала Л к каналу
Б. Пневмодроссели имеют расход воздуха 0,36...4 м3/мин при дав-
лении 0,63 МПа и условных проходах 4...25 мм.
Исполнительные механизмы промышленных роботов вследст-
вие высоких скоростей перемещения развивают большую кинети-
ческую энергию, которая должна быть погашена в конце их хода.
При этом поршень можно затормозить переключением распреде-
лителя, в результате чего полость давления пневмоцилиндра со-
общается с атмосферой, а полость противодавления — с напор-
ной пневмолинией. Такой способ применяют в основном в пневмо-
приводах с большим ходом поршня. Вследствие упругой отдачи
необходимо многократное реверси-
рование для точной остановки пор-
шня в исходном положении. Тормо-
жение противодавлением и точной
остановкой поршня с помощью фик-
сирующего упора применено в оте-
чественном роботе МП5.
Часто используют пневматичес-
кие тормозные устройства (рис.
4.9, а), в которых открытие дрос-
сельной щели тормозного клапа-
на регулируется в конце хода при
действии упора (копира), связанно-
го со штоком пневмоцилиндра. При
сжатии воздуха в полости цилиндра
возникает упругая подушка и одно-
временно происходит истечение воз-
духа через щель. Изменяя поло-
6 Зак. 1737
137
Рис. 4.9. Схемы устройств торможения поршня пневмопривода
жение клапана, можно изменить длину тормозного пути. Не-
достатком такой схемы торможения является то, что при измене-
нии нагрузки, давления и скорости поршня к началу торможения
объем воздуха в штоковой (выхлопной) полости может ока-
заться недостаточным для эффективного торможения.
В другом тормозном устройстве (рис. 4.9, б) сам поршень в
конце хода перекрывает отверстие, через которое воздух выходит
из камеры противодавления, а оставшаяся в полости часть воз-
духа проходит через дроссель, причем накопленная при сжатии
энергия рассеивается в процессе истечения.
В тормозном устройстве, показанном на рис. 4.9, в, имеется
специальный тормозной стержень, входящий в цилиндрическую
проточку крышки пневмоцилиндра, куда также присоединен дрос-
сель. Воздух в тормозной полости крышки оказывается запертым;
он может выходить под давлением только через дроссель.
Конструктивно тормозной пневмодроссель (рис. 4.10) состоит
из комбинации регулируемого осевого дросселя и обратного кла-
пана. Если воздух проходит через дроссель в разрешенном на-
правлении через отверстие А, открывается обратный клапан 3 и
сжатый воздух свободно идет дальше. Если сжатый воздух про-
ходит в регулируемом направлении через отверстие Б, обратный
клапан под действием пружины 2 и подводимого давления пе-
рекрывается и воздух идет через регулируемый пневмодроссель
/ и осевой клапан, зазор которого изменяется от нажатия на ролик
4 рычагом 5. При полном выборе хода ролика осевой клапан пол-
ностью перекрывается и расход воздуха определяется настройкой
регулируемого дросселя.
Тормозные пневмодроссели типа П-ДТ выпускают с условны-
ми проходами 8, 16 и 25 мм. Усилие перемещения ролика не более
100 Н.
Для гашения скорости и амортизации удара движущихся
масс в конце хода в пневмоприводах промышленных роботов
широко применяют автономные гидравлические тормозные устрой-
ства, называемые гидроамортизаторами. Принцип их действия
заключается в перекачивании жидкости внутри гидроамортиза-
138
4
Рис. 4.10. Тормозной пневмодроссель
тора из одной камеры в другую через дроссель или клапан по
замкнутому контуру циркуляции. При этом механическая энер-
гия ударяемых масс преобразуется в гидравлическую энергию,
которая при дросселировании переходит в тепловую энергию,
рассеиваясь в окружающей среде.
Гидроамортизаторы обеспечивают большую силу сопротивле-
ния при незначительной отдаче. Потеря энергии в них обусловле-
на потерями давления при дросселировании, причем изменением
щели дросселя можно обеспечить необходимый закон изменения
силы торможения и, следовательно,
Наибольшее распространение
ввиду простоты конструкции
получили гидроамортизаторы с
регулируемой (в функции пу-
ти) силой торможения.
В промышленных роботах
применяют гидроамортизаторы
СА-106 (рис. 4.11), СА-107 и
ГА. Первый за цикл поглоща-
ет энергии до 10 Дж, второй —
вдвое больше.
При действии на плунжер
6 жидкость из полости В вы-
тесняется через щель Б, пло-
Рис. 4.11. Гидроамортизатор типа
СА-106
движения рабочих органов.
6*
139
щадь которой зависит от открытия дросселя 5, или через кольце-
вую щель между грибком плунжера 7 и конической расточ-
кой корпуса 4 в к^нал F и далее в подпоршневую полость А
встроенного пружинного гидроаккумулятора. При этом его
поршень 2, перемещаясь, сжимает пружину /. Когда воз-
действие на плунжер б будет прекращено, жидкость из аккуму-
ляторной полости А поступит в полость В через обратный клапан
5 и возвратит плунжер в первоначальное положение.
Поглощаемая энергия регулируется дросселем 5.
Тормозные устройства других видов (пружинные, эластомер-
ные, фрикционные, электрические) не получили значительного
распространения из-за нестабильности параметров в процессе
работы, неудовлетворительных восстановительных свойств [10].
4.4.3.	Направляющая пневмоаппаратура
К направляющей пневмоаппаратуре относятся об-
ратные клапаны и распределители.
На рис. 4.12 показана конструкция обратного клапана типа
П-0 (ГОСТ 21324—83), который предназначен для пропускания
потока воздуха в одном направлении и перекрытия его в обратном.
Клапан состоит из корпуса /, пружины 2, уплотнения 4, собст-
венно клапана 3, штуцера 5. Клапан 3 прижимается к конической
поверхности штуцера пружиной. Потери давления в клапане при
его открытии не превышают 0,06 МПа.
Наиболее распространены в пневмоприводе клапанные рас-
пределители и распределители с плоским золот-
ником. В некоторых случаях применяют рас-
пределители с цилиндрическим золотником, но
они склонны к заклиниванию, требуют высокой
степени подготовки воздуха, и поэтому их нельзя
рекомендовать для использования, особенно в
условиях загрязнения окружающей среды (в ме-
таллургических цехах, кузнечно-штамповочном и
литейном производстве и др.).
В пневмоприводах машин применяют воздухо-
распределители типа В63, В64, П-Р13, П-РКЗ...
и др., основными элементами которых являются
поршень 1 (рис. 4.13) и плоский золотник 2.
Последний перемещается при действии управляю-
щего давления сжатого воздуха, подводимого
через отверстия а. Конструкция поршня такова,
что диаметр одного торца больше диаметра дру-
гого. Это позволяет переключать распределитель
с помощью одного управляющего клапана. При
Рис. 4.12. Обратный пневмоклапан
140
Рис. 4.13. Пневмораспределитель с плоским золотником
отсутствии давления сжатого воздуха поршень находится в одном
из крайних положений.
Распределители такого типа выпускают с золотниками, пере-
мещающимися и от электромагнитов, и с электропневматическим
управлением. Распределители с индексом В имеют резьбовое
присоединение, с индексом ПВ — стыковое [24].
Необходимо отметить, что хотя распределители с плоским
золотником имеют довольно простую конструкцию и не требуют
применения эластичных уплотнений, их серьезным недостатком
является то, что они не допускают установки дросселя на выхло-
пе, так как это может приводить к отрыву золотника от плоскости
примыкания.
4.4.4.	Контрольная пневмоаппаратура
Для контроля давления в пневматических системах
применяют реле давления типа 23 (ГОСТ 19486—74) и РД 4/26М
для условных проходов 4 и 8 мм соответственно. Принцип их дей-
ствия аналогичен гидравлическим: давление сжатого воздуха
действует через мембрану и толкатель на микропереключатель,
контакты которого включены в электрическую цепь управления.
Выпускают также реле давления П-РД-1 с пневматическим
выходом сигнала.
Для сигнализации о наличии давления в различных участках
пневмосистем применяются индикаторы давления В52-11. Они
представляют собой подпружиненные миниатюрные пневмоци-
линдры с односторонним штоком. При наличии давления шток,
преодолевая усилие пружины, выдвигается, визуально сигнали-
зируя о наличии давления.
141
4.5.	ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПНЕВМОПРИВОДОВ
Пневмоемкости. Каждая пневмосистема обычно име-
ет пневмоемкости. Если емкость заполняется воздухом перед на-
чалом работы пневмопривода, она называется пневмоаккумуля-
тором. Емкость, пополняющаяся воздухом в процессе работы
пневмопривода, называется ресивером.
Ресивер (воздухосборник) содержится практически в каждом
пневмоприводе. Необходимость его применения вызвана тем, что
потребление сжатого воздуха, за редким исключением, неравно-
мерно и осуществляется определенными порциями. Поэтому для
пневмосистемы характерно скачкообразное повышение или пони-
жение давления, которое возникает из-за технологических особен-
ностей работы потребителей сжатого воздуха. При этом включение
каждого пневмомеханизма вызывает изменение давления воздуха
в пневмолиниях (сетях), что вызывает нестабильность в работе
других пневмомеханизмов.
Конструкции ресиверов разнообразны и зависят от конкретно-
го назначения пневмосистемы. Чем больше вместимость ресиве-
ра, тем более сглаженной будет пульсация в пневмолиниях. В
большинстве случаев ресивер одновременно выполняет роль
аккумулятора энергии сжатого воздуха. Запасы сжатого воздуха
расходуются при работе машины и накапливаются во время пауз.
Если емкость выполняет роль аккумулятора сжатого воздуха,
расчет его объема обычно производят с учетом продолжительно-
сти работы пневмомеханизмов, входящих в состав пневмоприво-
да. Если ресивер предназначается для выравнивания неравно-
мерности потребления воздуха, его вместимость (м3) определяют
по эмпирической формуле
V = (2 ... 9)л/с ,
где Q — производительность компрессора. м3/с.
При входе в ресивер сжатый воздух увеличивает свой объем
и охлаждается, что способствует выделению из него влаги. Поэто-
му ресивер представляет собой одновременно влагоотделитель,
и для удаления воды в его нижней части нужно устанавливать
водоспускные вентили.
Во избежание аварийных ситуаций ресиверы необходимо
снабжать предохранительными клапанами.
Кондиционеры рабочего газа (воздуха). К кондиционерам
относятся фильтры, влагоотделители, масло распылители, пнев-
моглушители, теплообменники.
Влагоотделитель типа В41 по ГОСТ 17437—81Е (рис. 4.14)
предназначен для очистки сжатого воздуха от влаги и механичес-
ких примесей размером более 50 мкм, т. е. сочетает функции филь-
тра и влагоотделителя. Он состоит из прозрачного стеклянного
142
Рис. 4.14. Влагоотделитель
Рис. 4.15. Маслораспределитель эжек-
торного типа
корпуса 6, крышки, в которой выполнено отверстие / для подвода
и 7 — для отвода воздуха, неподвижной крыльчатки 2, отража-
теля 5, металлокерамического фильтра 5, устройства 4 для удале-
ния конденсата.
Сжатый воздух попадает через отверстие / на крыльчатку 2,
где закручивается, движется по винтовой линии и под действием
центробежных сил отбрасывает на внутреннюю стенку корпуса 6
мелкие частицы воды и механические примеси. Этому способству-
ет также процесс расширения воздуха при попадании его в полость
вл а гоотдел ителя.
Затем очищенный воздух проходит через металлокерамический
фильтр и попадает в выпускное отверстие 7. Вода вместе с приме-
сями стекает по внутренней стенке корпуса вниз, откуда удаля-
ется по мере накопления. Отражатель 5 защищает от уноса пото-
ком воздуха скопившегося внизу конденсата и другие загрязне-
ния. Эти влагоотделители позволяют улавливать до 80...90 % во-
ды и масла в жидком состоянии. Благодаря прозрачности кор-
пуса можно следить за количеством воды в аппарате и своевре-
менно выпускать ее.
Влагоотделители монтируют на трубах в вертикальном поло-
жении. Они рассчитаны на рабочее давление до 0,63 МПа и наи-
больший расход воздуха до 6,5 м3/мин. Условный проход влаго-
отделителей 10...40 мм.
Маслораспылители предназначены для внесения смазочного
материала в поток воздуха, чтобы обеспечить смазывание пнев-
момеханизмов и аппаратов и уменьшить их износ. Маслораспыли-
тель эжекторного типа одной из распространенных конструкций
(рис. 4.15) работает следующим образом. Сжатый воздух попа-
дает в отверстия А и Б и выходит в отверстие В, проходя через
сужение, где давление его падает. В результате масло поднимается
143
по трубе /, захватывается потоком воздуха и уносится в пневмо-
систему в распыленном виде.
Вентиль 2 регулирует поступление масла в систему. Отечест-
венная промышленность выпускает маслораспылители типа В44 и
БВ44 на условные проходы 12...25 мм с пропускной способностью
20... 100 дм3/мин. Их снабжают дополнительными устройствами,
обеспечивающими равномерное распыление масла в воздухе не-
зависимо от его уровня в корпусе распылителя. Для заправки
маслораспылителей рекомендуется отфильтрованное масло типа
индустриальное 20. Такие элементы пневмопривода, как пневмо-
моторы и распределители, являются источником шума в цехах.
Уменьшение этого шума достигается установкой глушителей.
Тип глушителя определяется допустимой потерей мощности, не-
обходимым снижением уровня шума, частотным спектром шума.
Глушители подразделяют на активные и реактивные. В актив-
ных глушителях основными шумопоглощающими элементами яв-
ляются различные пористые материалы. При прохождении звуко-
вых волн через поры возникают потери от трения воздуха в по-
рах, деформаций самого материала, а также тепловые потери.
В реактивных глушителях шум подавляется в результате об-
разования волновых пробок, которые затрудняют прохождение
шума с определенным спектром частот.
Самый элементарный глушитель — резиновый шланг или тру-
ба с перфорацией. Серийно выпускаются глушители 1111-1211...
2113 на Z)y = 4...25 мм (ГОСТ 25144—82). Принцип действия
этих глушителей основан на погашении энергии звуковых колеба-
ний при радиальном прохождении сжатого воздуха через порис-
тую керамическую или металлокерамическую втулку. Перфори-
рованная сетка защищает ее поверхность от механических
повреждений.
Пневмолинии. В отличие от гидропривода в пневмоприводе
наибольшую протяженность имеют только напорные пневмоли-
нии, идущие, как правило, от заводских сетей сжатого воздуха,
Выхлопные линии, по которым воздух отводится в атмосферу от
пневмодвигателей, весьма коротки. Воздух может подводиться к
потребителям как по жестким пневмолиниям (трубопроводам),
так и по гибким (рукавам). Отличие от гидропривода заключа-
ется в значительно меньшем рабочем давлении.
Необходимый условный проход (м) пневмолинии (воздухо-
провода) зависит от требуемого расхода воздуха, скорости его
перемещения и плотности:
D = -yl^-Л,	(4.2)
> V ли р
где Q — расход воздуха, м3/с; у — скорость сжатого воздуха (у =15...25 м/с);
Ро — плотность воздуха при атмосферном давлении, при 20 °C ро= 1,253 кг/м3;
р— плотность воздуха при давлении в воздухопроводе, при 20 °C и р = 0,4 МПа
р = 4,67 кг/м3.
144
Для жестких пневмолиний обычно используются трубы: сталь-
ные водогазопроводные (ГОСТ 3262—75*), стальные бесшовные
горячедеформированные [ГОСТ 8732—78 (СТ СЭВ 1481—78)],
бесшовные холоднодеформированные (ГОСТ 8734—75*).
В качестве гибких пневмолиний применяют рукава резиновые
напорные с текстильным каркасом (ГОСТ 18968—79*). В зависи-
мости от условий работы используют рукава следующих типов:
Б — бензомаслостойкие; В — для воды; ВГ — для горячей воды с
температурой до 100 °C; Г — для газов.
Напорные резиновые рукава с текстильным каркасом периоди-
чески проверяют на герметичность. При этом один конец рукава
длиной не менее 0,2 м глушат, а второй присоединяют к пневмо-
линии. Давление в рукаве повышают до рабочего и выдержи-
вают в течение 10 мин. Давление на манометре, присоединенном
к рукаву, не должно снижаться.
Диаметр рукава для пневмосистем выбирают в зависимости
от расхода воздуха.
Для пневмосистем возможно применение гибких труб из по-
лиэтилена по ГОСТ 18599—83*.
Жесткие пневмолинии должны быть проложены по кратчай-
шим расстояниям между соединяемыми пневмоустройствами.
В местах укладки не должно быть резких колебаний темпера-
туры окружающей среды. При этом необходимо обеспечить воз-
можность удаления из них конденсата, компрессорного масла и
других загрязнений. Во избежание обводнения не допускается
образование впадин и трубы следует укладывать с уклоном
0,003...0,005 в сторону движения воздуха.
Воздухопроводные соединения (разъемные и неразъемные)
применяют для соединения труб и рукавов с другими пневмо-
устройствами и между собой. Неразъемные соединения выполняют
обычно при помощи сварки, к ним предъявляются требования
прочности и герметичности. Разъемные соединения выполняют с
учетом требований их механической прочности, герметичности,
легкости сборки и разборки.
Имеется много видов разъемных соединений: резьбовые, флан-
цевые, муфтовые, шаровые, с развальцовкой.
Резьбовые соединения с корпусами пневмоустройств рекомен-
дуется для повышения герметичности выполнять с использова-
нием уплотнительной фторопластовой ленты ФУМ (ТУ П113—63),
которая наматывается на резьбы штуцеров перед их ввинчива-
нием.
Для соединения жестких пневмолиний употребляются такие
же виды соединений, которые были описаны в п. 2.5 применитель-
но к гидролиниям. В то же время соединение гибких пневморука-
вов может осуществляться значительно проще — с помощью хому-
тиков, ниппелей и промежуточных муфт. При этом часто приме-
няют соединение хомутиком (рис. 4.16, а), состоящее из ниппеля
145
Рис. 4.16. Соединение пневморукавов:
а — хомутиком; 6 — ершевидным хвостовиком
4 и надетого на него резинового рукава, стягиваемого хомутиком
5; кромки последнего во избежание повреждения поверхности
рукава должны быть отбортованы. Не следует крецить рукав к
ниппелю проволокой, так как это приводит к его быстрому разру-
шению. Ниппель 4 с помощью накидной гайки 3 крепится к штуце-
ру /, который ввинчивается в корпус пневмоустройства или мон-
тажную плиту. Между торцами ниппеля и штуцера для уплотне-
ния необходимо установить эластомерную прокладку 2.
В некоторых случаях при давлении до 1 МПа для присоедине-
ния рукавов применяют конические ниппели с ершевидным хвосто-
виком (рис. 4.16, б).
Как правило, расчетная толщина стенок труб пневмолиний,
вычисляемая из условий прочности на продольный разрыв, очень
мала. Поэтому для предохранения труб от внешних механических
повреждений при монтаже и эксплуатации и облегчения их гибки,
толщина стенок стальных труб не должна быть меньше 0,5 мм.
Уплотнения. Как и в гидроприводе, для уплотнения подвиж-
ных и неподвижных соединений пневматических устройств широ-
кое применение нашли резиновые кольца круглого сечения
(ГОСТ 9833—73). Их изготовляют для пневмоустройств двух
групп точности: для подвижных соединений; для подвижных
и неподвижных соединений (рис. 4.17, а). Во избежание выдавли-
вания колец в зазоры применяют фторопластовые защитные
кольца. При установке резиновые кольца необходимо предохра-
нять от перекосов, скручивания и механических повреждений.
Резиновые уплотнительные манжеты (ГОСТ 6678—72*) при-
Рис. 4.17. Уплотнения пневмоустройств:
а — резиновыми кольцами; 6 -- резиновыми манжетами
146
меняют для обеспечения герметичности подвижных и неподвиж-
ных соединений пневматических устройств. Рабочие условия при-
менения манжет: давление до 1 МПа при скорости возвратно-
поступательного движения до 1 м/с и температуре в зоне уплотне-
ния от 208 К (—65 °C) до 423 К (4-150 °C). Манжеты изготовля-
ются двух типов: 1 — для уплотнения цилиндра; 2 — для уплотне-
ния штока. Манжеты типа 1 уплотняют подвижные соеди-
нения в результате прижатия кромки наружной цилиндрической
части манжеты к стенкам цилиндра силами упругости этой кром-
ки и от действия рабочего давления в цилиндре (рис. 4.17,6).
Манжеты типа 2 уплотняют штоки кромками своей внутренней
поверхности. Уплотнение достигается как за счет упругой дефор-
мации этой кромки при монтаже, так и за счет действия рабочего
давления в цилиндре.
Для уплотнения подвижных соединений с возвратно-посту-
пательным движением, а иногда и для соединений с вращательным
движением, что часто встречается в промышленных роботах, в
пневмоприводах можно применять резиновые уплотнительные
манжеты для гидравлических устройств по ГОСТ 14896—84*.
Уплотнительные элементы пневмоцилиндров необходимо сма-
зывать распыленным маслом (индустриальное 20 по
ГОСТ 20799—75*), подаваемым в сжатый воздух с помощью
маслораспылителей. При сборке уплотнительных узлов поверхно-
сти трения обязательно должны быть смазаны смазочным мате-
риалом, инертным к материалу колец. Для обеспечения монтажа
должны быть предусмотрены заходные фаски в цилиндре, на порш-
не и штоке.
4.6.	ПРИНЦИП РАСЧЕТА ПНЕВМОПРИВОДОВ
Сила на штоке пневмоцилиндра одностороннего
действия с пружинным возвратом
F = ^-О2рт|мех-Г„р.	(4.3)
Для пневмоцилиндра двустороннего действия толкающая сила
Г = ^О2рп..х,	(4.4)
тянущая сила
Г = -2-(D2-d2)pru.x.	(4.5)
где D и d — диаметры поршня и штока, мм; р — давление сжатого воздуха,
МПа; г|мсх — КПД (т]мех«0,85); Fn? — сила противодавления и сопротивление
возвратной пружины при крайнем положении поршня, Н.
Обычно возникает обратная задача, когда необходимо по за-
данному технологическому усилию выбрать необходимые пара-
147
метры пневмоцилиндра. В этом случае, исходя из уравнения дви-
жения,
F:= F н И- Fтр 4" Fи 4“ F пр>	(4.6)
где — нагрузка на шток со стороны механизма, Н; Гтр — сила трения в уплот-
нениях, Н; Ги — сила инерции присоединенных масс, Н.
Если примем Fnp = 0, Ги = 0, то определим диаметр (м) цилин-
дра, выразив коэффициентом Ктр потери на трение в уплотнениях:
D=<4-7)
При /Стр=1,5 и среднем давлении в пневмолинии р=0,4 МПа
D = 2,18	.	(4.8)
Потери силы на трение в манжетных уплотнениях пневмоци-
линдРа	Л = 3,14ii,fpDhK,	(4.9)
где цтр — коэффициент трения (для резины mP=0,1 ...0,15); р —давление воз-
духа в цилиндре, МПа; D — уплотняемый диаметр, м; Лм — высота трущейся части
манжеты, м.
Время срабатывания пневмоцилиндра /г (с) можно прибли-
женно определить по формуле
t2 = D2L/(d&),	(4.10)
где D и L — диаметр и ход поршня цилиндра, м; do — внутренний диаметр воз-
духопровода, м; v — скорость течения воздуха в трубопроводе, обычно и =
= 15...25 м/с.
Падение давления в пневмолиниях необходимо рассчитывать,
используя материалы п. 3.1. Общие потери давления воздуха Др
равны сумме потерь давления на прямых участках воздухопро-
вода и на местных сопротивлениях (изгибах труб, клапанах, рас-
пределителях и т. д.):
Др = S Дртр 4-S Дрм »	(4.11)
где ДрТр — потери давления в трубопроводах; Дрм — потери давления на местных
сопротивлениях.
Потери давления в значительной степени зависят от сечения
трубы. Например, при уменьшении диаметра трубы от 32 до 15 мм
потери давления возрастают в 40 раз.
Внутренний диаметр (м) трубы можно выбрать по формуле
=	(4.12)
V пи	4	7
где Q — расход воздуха, м3/с; v — скорость воздуха в трубе, м/с.
148
Расход (м3/с) воздуха для цилиндров одностороннего действия
Q = V„n/3600,	(4.13)
для цилиндров двустороннего действия
Q=(V„+Уш)л/3600,	(4.14)
где Vn — объем поршневой (рабочей) полости цилиндра, м3;	— объем штоко-
вой полости цилиндра, м3; п — число рабочих ходов поршня в час.
Пример. Определить диаметр пневмоцилиндра для создания толкающего
усилия 2000 Н при давлении сжатого воздуха р=0,4 МПа и т)Мех=0,85.
Решение. Так как толкающее усилие на штоке
Г=0,785П2рпм«.
находим
/ F _ _ I 2000	_ QQ
V 0,785 рт)мех V 0,785 • 0,4 - 0,85 м м
Округляя до ближайшего нормального диаметра, принимаем D = 100 мм.
Пример. Определить время срабатывания пневмоцилиндра диаметром D =
= 250 мм с длиной хода £ = 300 мм. Скорость подводимого воздуха v=15 м/с,
диаметр трубопровода d=20 мм.
Решение. Определяем время срабатывания по упрощенной формуле
DL _ 0,25-0,3
d*v ~ 0.022-15
12,5 с.
4.7.	ПНЕВМОПРИВОДЫ В ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ И.МАНИПУЛЯТОРОВ
Из-за ряда преимуществ пневмопривода, к которым
относятся быстрота срабатывания, простота конструкции и экс-
плуатации, низкая стоимость, высокая надежность, пневматичес-
кие промышленные роботы получили наибольшее распростране-
ние. Недостатки пневматического привода, о которых говорилось
ранее, обусловили применение его в основном в роботах с цикло-
вым управлением и небольшой грузоподъемностью.
Пневмопривод применяется в роботах моделей КМ, «Бриг-10»,
МП-9С МА, «Циклон», РФ (СССР), «Ауто-плейс», «Версатран
Е-302» (США), «Ауто-хэнд», «Синхро-транс» (Япония), РБ-110,
РБ-112 (НРБ), PPl-Кука (ФРГ>, IR (ГДР) и в др.
Использование сжатого воздуха обеспечивает высокую ско-
рость исполнительных механизмов. В роботах с цикловым управ-
лением поршень двигателя приближается к конечному положению
с высокой скоростью, что может вызвать удары, вибрации груза,
шум и привести к быстрому разрушению элементов конструкции.
Поэтому особенностью применения пневмоприводов является не-
обходимость торможения поршня в конце его хода с помощью соот-
ветствующих устройств.
149
Рис. 4.18. Кинематическая схема промышлен-
ного робота КМ0.63Ц4212
Обычно приводы всех
степеней подвижности
пневматических роботов
имеют общий блок пнев-
моснабжения, куда входят
фильтр-влагоотделитель,
маслораспылитель и ре-
дукционный клапан дав-
ления.
Одним из наиболее
простых промышленных
роботов с пневматическим
приводом является робот
модели КМ0.63Ц4212
(СССР), предназначен-
ный для автоматизации
процессов листовой штам-
повки (рис. 4.18). Для
сокращения времени цикла и упрощения системы управления
в роботе используется один пневматический двусторонний дви-
гатель 5 для поворота руки 2 в горизонтальной плоскости
и ее вертикального движения в крайних точках поворота.
Пневмодвигатель состоит из двух пневмоцилиндров, соеди-
ненных между собой зубчатой рейкой, приводящей руку робота
в круговое вращение на 90—120°. Подъем и опускание руки на
20 мм выполняются при помощи торцовых кулачков в крайних
положениях руки.
Сначала барабан 6, вращаясь с валом 3, упором 8 доходит до
регулируемого упора 7, расположенного на корпусе робота. Когда
упор 8 и упор 7 соприкоснутся, барабан, продолжая вращаться,
через торцовые кулачки 9 опустит вал 3 вместе с рукой 2 вниз.
Переставляя упоры 7 на корпусе, можно регулировать угол
поворота захвата; передвигая упор 8 на барабане 6, можно регу-
лировать высоту опускания руки.
В манипуляторе робота используют захватные устройства
трех типов — вакуумный, механический (от пневмопривода) и
электромагнитный в зависимости от обрабатываемой детали.
Принципиальная пневмосхема робота показана на рис. 4.19.
В ней можно выделить следующие основные элементы:
поворотный пневмодвигатель /, включающий два пневмоци-
линдра, сжатый воздух в которые поступает через пневморас-
пределитель 2 и пневмодроссели 3 и 15\
пневмораспределители 11 и /2, управляющие переключением
распределителя 2, которые работают от упоров руки робота в
крайних положениях угла поворота;
дроссели 13 и 14, регулирующие задержку переключения рас-
пределителя 2 на время срабатывания захватных устройств;
150
1
Рис. 4.19. Пневматическая схема робота КМ0.63Ц4212
электропневматический клапан 6, управляющий началом цик-
ла по команде от обслуживаемого технологического оборудо-
вания;
пневмотумблер (распределитель) 4, используемый в наладоч-
ном режиме, и пневмотумблер 5, переключающий питание при
разных захватах;
пневмораспределитель 7, управляющий механическим захва-
том 10 или эжектором 9 вакуумного захвата;
электропреобразователь 8, который связан с цепями управле-
ния пневмодвигателя и используется с электромагнитным захва-
том робота.
Работает пневмосистема следующим образом. В начале цикла
пневмодвигатель с рукой находится в крайнем правом положении,
при этом кулачок давит на ролик пневмораспределителя 12, и
сжатый воздух поступает через распределитель 2, дроссель 3 в
двигатель / и через распределитель 12 — к клапану 6. Когда от
сигнала датчика оборудования, например пресса, включается кла-
пан 6, переключается распределитель 2, через преобразователь 8
включается электромагнитный захват и двигатель поворачивает
руку к штампу пресса. Меняя точки подключения тумблеров 5, 4
и клапана 6, можно при наладке изменить схему цикла работы
пневмосистемы.
Пневмосистема собрана на элементах пневматической мини-
аппаратуры с условным проходом 2,5 мм и встроена в корпус
манипулятора.
Данный манипулятор имеет грузоподъемность 0,63 кг, про-
изводительность — до 40 циклов/мин. Аналогичный робот
151
Рис. 4.20. Пневмопривод выдвижения руки промышленного робота
КМ0,08Ц42Н имеет грузоподъемность 0,08 кг и производитель-
ность до 60 циклов/мин.
Ряд механизмов роботов имеют общие принципы работы и кон-
структивного исполнения.
В пневмоприводе выдвижения руки пневматического робота с
цикловым управлением (рис. 4.20) сигнал на перемещение руки
поступает на электромагнит пневмораспределителя 6, который
соединяет одну из полостей цилиндра 5 с напорной пневмолинией,
а другую с атмосферой. Шток 10 пневмоцилиндра перемещается
в нужное положение совместно со скалкой <?, на которой располо-
жены жесткие регулируемые упоры 1 и 4. Во избежание их ударов
о неподвижный упор на последнем размещены гидроамортизатор
9 с выступающими кнопками, на которые нажимают упоры /
или 4, утапливая их. При этом обеспечивается нужный режим
торможения штока перед соприкосновением подвижных упоров
1 и 4 с неподвижным упором 2. Регулирование скорости переме-
щения штока обеспечивается дросселем 8 с обратным клапаном 7.
Гидравлический амортизатор (демпфер) представляет собой
гильзу с коническим двусторонним плунжером, который при на-
жатии на него утапливается, выжимая находящееся в корпусе
амортизатора масло через уменьшающуюся в процессе торможе-
ния щель. К упорам / и 4 прикреплены постоянные магниты, а к
корпусу робота — датчики с магнитоуправляемыми контактами,
подающими сигналы в схему управления в крайних положениях
руки.
Промышленные пневматические роботы типа «Циклон»
(рис. 4.21, а), имея широкие технологические возможности, полу-
чили значительное распространение при автоматизации процессов
листовой штамповки и в цехах механической обработки. При гру-
зоподъемности до 5 кг они обеспечивают 5—6 степеней подвиж-
ности (в зависимости от модели) с пневматическими приводами
поворота рук вокруг вертикальной оси манипулятора (на 180°) ;
152
О)
Рис. 4.21. Промышленный пневматичес-
кий робот типа «Циклон»:
а — общий вид; б — пневмопривод руки; в —
пневмопривод поворота рук вокруг вертикаль*
ной оси
20 13 18 17	16	75 74
6)
подъема-опускания рук (100 мм); выдвижения-втягивания каж-
дой руки (600 мм); поворота захвата каждой руки (180°); попе-
речного сдвига манипулятора (у модели «Циклон-5,02») на
400 мм.
Пневмопривод руки робота (рис. 4.21,6) состоит из пневма-
тического блока А подготовки воздуха, куда входят фильтр -
влагоотделитель 14, редукционный клапан /5, реле давления 13,
предохранительный клапан 16, обратный клапан 18, ресивер 19,
маслораспылитель 21, воздухораспределитель 20, глушитель 17,
а также из пневмодемпферов Б.
153
Цилиндр 7 выдвижения-втягивания руки — дифференциаль-
ного типа с односторонним штоком. Обесточенный распредели-
тель 20 всегда подает воздух в штоковую полость этого цилиндра,
и его поршень 6 при этом находится в крайнем правом положении.
Для выдвижения руки сжатый воздух через распределитель 20
подается также и в поршневую полость цилиндра 7. В результате
шток поршня под действием разности усилий, действующих на
поршень со стороны штоковой и поршневой полостей, начинает
перемещаться влево вместе с рукой. Для совершенствования об-
ратного хода распределитель 20 переключается, воздух из порш-
невой полости идет на выхлоп и под действием давления в што-
ковой полости поршень движется в исходное положение.
Торможение поршня пневмоцилиндра 7 в конце каждого хода
происходит за счет дросселирования воздуха в выхлопном канале.
При движении поршня влево сжатый воздух поступает в поршне-
вую полость пневмоцилиндра, при этом в начальный момент упор
клапана // утоплен и сжатый воздух поступает через обратный
клапан 12 в поршневую полость. В начале перемещения упор
клапана 11 высвобождается, а сжатый воздух изменяет свое на-
правление и поступает напрямую в поршневую полость цилинд-
ра 7. При подходе поршня в крайнее левое положение упор кла-
пана И утапливается, направляя поток воздуха через дроссель
22.
Демпфер представляет собой притертую золотниковую пару,
в которой при износе появляются зазоры, вызывающие утечки и,
следовательно, удары. Поэтому при модернизации робота пневма-
тическое устройство торможения было заменено установкой гид-
роамортизатора 5. Аналогичное решение было принято для демп-
фирования при повороте захвата.
Воздух к пневмоцилиндру 2 зажима подводится через каналы
вала зубчатого колеса 9 и валика 24.
Привод поворота захвата 1 состоит из двух пневмоцилиндров
10У передачи рейка—шестерня 8, гидродемпфера поворотного ти-
па и направляющей пневмоаппаратуры (на рисунке не показа-
на). При поступлении сжатого воздуха в один из пневмоцилинд-
ров перемещается рейка 8У приводящая во вращение вал — зуб-
чатое колесо 9, валик 24 и захват 1. Поршень пневмоцилиндра 7
жестко связан со скалкой 3 и закрепленными на ней регулируемы-
ми упорами 4У действующими на гидроамортизаторы 5, осущест-
вляющие торможение поршня в конечных положениях.
Механизм поворота рук (рис. 4.21, в) вокруг вертикальной
оси выполнен в одном узле с пневматическим механизмом подъема.
Он имеет четыре точки позиционирования и состоит из двух пнев-
моцилиндров поворота 29, двух упорных пневмоцилиндров 27, пе-
редачи рейка штока 31 — шестерня 30, регулируемых упоров 25,
пневмораспределителя 36, дросселя 34 с регулятором, напорно-
го клапана 55, подпиточного бачка 33.
154
Штоки 31 пневмоцилиндров 29 выполнены в виде зубчатых
реек, в левых полых концах которых находятся тормозные дат-
чики. Упоры 25 (в виде регулируемых гаек) ограничивают пере-
мещение штоков 26.
Управление цилиндрами 29 осуществляется от одного пнев-
мораспределителя (на рисунке не показан), так как их правые
полости сообщены с атмосферой. Пневмоцилиндры 27 работают
каждый от своего пневмораспределителя.
Торможение при повороте производится при действии гидроци-
линдра 32. При быстром перемещении распределитель 36 нахо-
дится в нейтральном положении, при котором полости гидроци-
линдров 32 сообщены между собой. При подходе поршня пневмо-
цилиндра 27 к упору срабатывает датчик 25, электрический сигнал
от которого дает команду на переключение распределителя 36.
Жидкость при этом начинает перетекать через дроссель 34 с ре-
гулятором, происходит торможение. Напорный гидроклапан 35
предназначен для предохранения системы от гидроударов при
резком торможении.
Применение упорных пневмоцилиндров 27 со штоками 26 поз-
воляет иметь четыре позиционированные точки при повороте.
Получение двух промежуточных точек достигается ограничением
хода реек 31 при выдвижении штоков пневмоцилиндров 29.
При дальнейшем совершенствовании роботов типа «Циклон»
управление с помощью датчиков было заменено управлением по
времени с целью сократить время цикла.
Ограниченное число фиксированных позиций пневматических
роботов с цикловым управлением сужает возможности примене-
ния таких роботов. Поиски в области создания позиционного
управления в пневмоприводе привели к созданию пневматичес-
кого промышленного робота с позиционным управлением типа
МП-8 (рис. 4.22). Пневмопривод выдвижения руки робота состо-
ит из пневмоцилиндра 6 со штоком 7, скалки 5, дросселей 4,11,14,
обратных клапанов 5, 12, 15 и 16, логических клапанов 1 и 13,
редукционных клапанов 17 и 18, мембранного пневмотормоза 9,
датчика 10 положения штока пневмоцилиндра. Команды управле-
ния на электромагниты распределителей 2, 3 и 20 поступают от
устройства управления 19.
При отсутствии сигналов на электромагнитах распределите-
лей сжатый воздух поступает в поршневую полость пневмоци-
линдра и шток движется вправо. Воздух при этом проходит через
распределитель 20, логический распределительный клапан /,
распределитель 2 н обратный клапан 5. Из штоковой полости
воздух выходит в атмосферу через дроссель 11, клапан 13, обрат-
ный клапан 15 и распределитель 20.
При подходе к заданной точке позиционирования пневмоци-
линдр начинает тормозиться путем противодавления. Включается
пневмораспределитель 20, воздух из напорной пневмолинии идет
155
Рис. 4.22. Позиционный
пневмопривод выдвиже-
ния руки робота
в поршневую и штоковую полости через редукционные клапаны
18 и /7; скорость штока до 10... 15 % от максимальной скорости.
Когда рассогласование по положению будет меньше заданной
погрешности позиционирования, включается распределитель 3, по-
дающий сжатый воздух в камеру пневмотормоза 9, который фик-
сирует положение скалки 8 и связанного с ней штока 7. Движение
штока в обратном направлении происходит аналогично. При пере-
ходе к торможению включается распределитель 20, а затем и ос-
тальные распределители.
Кроме чисто пневматических роботов, имеются конструкции,
использующие пневмогидравлический привод.
Пневматические позиционные приводы (рис. 4.23) применяют
в загрузочных устройствах (магазинах) робототехнических комп-
лексов.
Накопитель 3 шахтного типа со стопой изделий 4 приводится
в действие от пневмоцилиндра 1. Полости пневмоцилиндра через
регулируемые дроссели 2 соединены с приемными камерами 13
устройства с пневматической струйной трубкой 12, закрепленной
на качающемся рычаге 11. Последний может поворачиваться
при действии якоря 9 электромагнитного привода 8.
По мере понижения верхнего уровня изделий 4 срабатывает
индуктивный датчик 5, сигнал от которого через усилитель—пре-
156
Рис. 4.23. Позиционный пневмопривод
загрузочного устройства
Рис. 4.24. Следящий пневмопривод
со струйным двигателем
образователь 6 поступает к электромагнитному приводу 8. При
этом якорь 9 втягивается, преодолевая усилие пружины 7, труб-
ка 12 смещается, давление в нижней полости пневмоцилиндра
увеличивается, и его поршень перемещает стопу изделий вверх
до уровня датчика 5.
Упоры 10 ограничивают крайние положения рычага 11 с соп-
лом. Дроссели 2 служат для настройки системы.
Принцип действия струйного пневмораспределителя анало-
гичен принципу действия гидравлического распределителя и ос-
нован на преобразовании энергии на двух ступенях: в струйной
трубке потенциальная энергия сжатого воздуха переходит в ки-
нетическую энергию струи воздуха; в приемных камерах кинети-
ческая энергия струи воздуха преобразуется в потенциальную
энергию сжатого воздуха, поступающего в рабочие полости пнев-
моцилиндра. В процессе этих преобразований около 10... 12 %
давления теряется.
Следящий поршневой пневмопривод обладает такими недо-
статками, как низкая точность слежения, склонность к автоколе-
баниям, малая жесткость.
В робототехнике начали использовать турбинные пневмопри-
воды, которые, однако, маломощны и обладают большой инер-
ционностью.
Применение следящего пневмопривода (рис., 4.24) со струй-
157
ным двигателем, работа которого основана на принципе действия
широко известного Сегнерова колеса, позволяет резко уменьшить
момент инерции ротора по сравнению с турбинным. Управляю-
щий сигнал с суммирующего усилителя 9 идет на пневмораспре-
делитель 8, от которого сжатый воздух под давлением 0,4...0,6 МПа
поступает по магистрали 4 (или 13) в полость 3 (или 15) Сегне-
рова колеса. Поступая по каналам 2, 5 к соплам 1, 6 и выходя из
них, сжатый воздух создает реактивную силу, а последняя —
вращающий момент на валу ротора.
Реверсирование осуществляется переключением пневморас-
пределителя и подачей сжатого воздуха в другую противополож-
но направленную пару каналов.
От ротора движение к нагрузке 12 передается через зубчатую
пару 14—7 и шариковинтовую передачу 11. Обратная связь с сум-
мирующим усилителем 9 осуществляется датчиком 10. Датчик
скорости 16 связан зубчатой передачей с ротором.
Приведенный момент инерции основной механической переда-
чи составляет около 10 % момента инерции ротора. Расход сжа-
того воздуха около 15...20 г/с на 1 кВт мощности.
Когда не требуется отрабатывать малый шаг рабочими орга-
нами роботов, можно применять пневматические шаговые при-
воды, обеспечивающие позиционирование более простыми мето-
дами.
В пневматическом специальном роботе, предназначенном для
клеймения бесшовных труб (рис. 4.25), для набора программы
содержания клейма применен пневматический позиционер. Он
состоит из пневматического цилиндра 9, шток 8 которого жестко
связан с упором //, к последнему с помощью пружины 10 может
поджиматься наборная рейка 3 на опорах 2, несущая в своих
пазах ряд клейм 6. Пневмоцилиндр 9 снабжен встроенными в его
корпус шариковыми клапанами 13, число которых равно числу
клейм 6 в рейках 3; последние размещены друг от друга на рас-
стоянии, равном шагу размещения клейм в рейках, и закрывают
окна в корпусе цилиндра.
В нейтральном положении все клапаны поджаты пружинами
14 к своим седлам и в полостях А и Б пневмоцилиндра давление
сжатого воздуха, подведенного через регулируемые дроссели 15
и 17, одинаково.
Число пневмоцилиндров, реек 3 с клеймами и пружин 10 соот-
ветствует числу маркируемых на трубе знаков.
В начальном положении все рейки 3 отведены влево (устрой-
ство отвода на рисунке не показано) и пружины 10 растянуты.
В соответствии с программой маркировки на катушки электро-
магнитов, снабженные сердечниками-толкателями 12, поступают
сигналы от управляющего устройства. При этом каждый из элек-
тромагнитов толкателем 12 на каждом цилиндре отжимает свой
шариковый клапан, преодолевая усилие пружины и давление воз-
158
a)
Рис. 4.25. Шаговый пневматический позиционер специального промышленного
робота
духа. Через открытое окно сжатый воздух выходит в атмосферу,
уменьшая давление в этой полости цилиндра, отделенной от
другой поршнем 16. Равновесие поршня нарушается, и он начина-
ет смещаться в сторону открытого клапана до тех пор, пока окно,
открытое клапаном, не будет перекрыто боковой поверхностью
поршня. При этом опять наступает равновесное состояние поршня,
так как давления в полостях по обе стороны поршня выравнива-
ются.
Для получения устойчивого равновесного положения поршня
перекрытие окон выполняется отрицательным.
159
После набора программы все рейки 3 с клеймами подводятся
пружинами до упоров //, и, таким образом, на линию клеймения,
определяемую серединой ролика 7, будут выведены клейма, соот-
ветствующие содержанию маркировки. Ролик перемещается вдоль
образующей трубы и вдавливает клейма 6, свободно сидящие в
пазах реек, в поверхность трубы. Опорный ролик 1 перемещается
одновременно с роликом 7, исключая смятие трубы. Толкатель 4
с помощью пружины фиксирует рейку 3, освобождая ее при наборе
программы электромагнитом 5.
Настройкой дросселей 15 и 17 обеспечивается в процессе на-
ладки нужный режим работы пневматического позиционера.
Преимуществами такого позиционера являются автоматизм
отработки задаваемого положения поршня от его любого преды-
дущего положения; простота и технологичность конструкции;
простота эксплуатации и высокая надежность. К недостатку
относится трудность получения достаточно малого шага. Общим
недостатком как этого позиционера, так и позиционеров с тормоз-
ными устройствами является склонность к автоколебаниям.
Широкое распространение в робототехнике получил вакуум-
ный способ удержания изделия. На рис. 4.26 показан вакуумный
захват эжекторного типа. Вакуум в пространстве Д под присоской
/, которая крепится к корпусу 2, создается с помощью подаваемо-
го в полость В сжатого воздуха, который, проходя с большой
скоростью через узкое сопло Б эжектора 5, вызывает понижение
давления в полости А и соответственно в канале Г. Эта конструк-
ция отличается простотой, хотя и не позволяет создать относи-
тельно высокое разрежение.
К пневматическим захватным устройствам относятся устрой-
ства, действующие от пневмопривода. Поскольку механические
зажимные устройства независимо от вида их привода изучаются
в курсе «Механика промышленных роботов»; здесь будут рас-
смотрены пневматические устройства, в которых зажимная и при-
водная части составляют единое целое.
Рис. 4.26. Вакуумный захват эжектор-
ного типа
Рис. 4.27. Пневматический захват для
тел вращения
160
Рис. 4.28. Пневматический захват
со щупальцевидными элементами
Один из таких захватов
показан на рис. 4.27. Он со-
стоит из корпуса 3, в кото-
ром заделан с помощью гай-
ки 2 и болта 4 с шай-
бой 5 резиновый стакан 6.
Захват цилиндрической дета-
ли 1 осуществляется при по-
даче сжатого воздуха в по-
лость А. Резиновый стакан при этом деформируется, обхваты-
вая деталь /. При прекращении подачи сжатого воздуха резино-
вый стакан 6 восстанавливает свою первоначальную форму
за счет упругости материала (резины).
На рис. 4.28 показан пневматический захват, выполненный с
использованием односторонне гофрированных полых резиновых
элементов /. При подаче сжатого воздуха в полость захватных
элементов, напоминающих щупальцы, они изгибаются, как по-
казано на рисунке, зажимая деталь 4 между собой и резиновой
призмой 3, закрепленной, как и элементы /, на траверсе 2, связан-
Рис. 4.29. Манипулятор с ручным
управлением типа КШ-50:
а — конструкция; б -- пневматическая
схема

161
ной с рукой робота. Элементы изгибаются за счет удлинения их
внешней гофрированной поверхности А, в то время как длина
внутренней поверхности Б остается практически постоянной.
Подобные захваты позволяют оперировать с деталями, имею-
щими значительно разные размеры, а также имеющими хрупкую
структуру, например стеклянными изделиями.
Для выполнения различного рода подъемно-транспортных
операций с грузами широкое распространение получили мани-
пуляторы с ручным управлением. Оператор, затрачивая незначи-
тельные усилия, может манипулировать массивными деталями.
Механическая часть манипулятора КШ-50 (рис. 4.29, а) со-
стоит из стрелы 5, рукояти 2, тяги 4, распорки 8, соединенных
шарнирами 3 таким образом, что они образуют шарнирный па-
раллелограмм. Он помещается между двумя пластинами 13, ко-
торые неподвижно закреплены на оси 7; последняя может вра-
щаться в стакане 15. В пластинах 13 имеются вертикальные 12 и
горизонтальные 14 пазы, по которым перемещаются направляю-
щие ролики 6 и 9, связанные с параллелограммом. К роликам
прикладывается усилие пневмоцилиндра 10, направленное верти-
кально вниз. К концу рукояти подвешивается захват 1 с грузом.
На противоположном конце стрелы установлен противовес 11,
уравновешивающий манипулятор без груза. Геометрические па-
раметры стрелы и рукояти выбраны так, что под действием проти-
вовеса стрела и рукоять находятся в состоянии равновесия в лю-
бой точке пространства в пределах зоны обслуживания.
Пневматическая система манипулятора (рис. 4.29, б) включа-
ет обратный клапан 21, трехлинейный распределитель 20, регу-
лятор давления 19, предохранительный клапан 18, глушитель
шума 16, пневмоцилиндр 10 и повторитель-усилитель 17, устрой-
ство которого здесь не рассматривается.
Закрепив деталь в захвате, оператор поворачивает рукоятку
эксцентрика, находящегося на рукояти, который через тягу на-
жимает на штифт трехлинейного распределителя 20. При этом
воздух подается к регулятору давления 19, который настроен на
давление, пропорциональное массе поднимаемого груза. Затем
воздух подается в одну из полостей повторителя-усилителя 17, ко-
торый соединяет подводящую пневмолинию с пневмоцилиндром
10, создавая в нем давление, необходимое для уравновешивания
груза; следовательно, манипулятор с грузом будет находиться в
уравновешенном состоянии.
При перемещении груза по вертикали из-за кинематической
связи между рукоятью и штоком цилиндра в его рабочей полости
происходит уменьшение (при подъеме груза) или увеличение (при
опускании груза) давления воздуха, которое восстанавливается
до первоначального значения повторителем-усилителем, как
только прекращается движение груза.
162
После установки груза в заданном месте оператор поворачи-
вает рукоятку эксцентрика, выключая подачу воздуха в распреде-
литель 20. Под действием давления воздуха из цилиндра откры-
вается клапан повторителя-усилителя на сброс воздуха из цилин-
дра в атмосферу. Захват освобождается от груза, и рукоять мо-
жет свободно перемещаться в нужном направлении.
Таким образом, на перемещение груза массой 10...50 кг, урав-
новешенного манипулятором, оператор затрачивает усилия на
преодоление сил трения в шарнирах и уплотнений о гильзу пнев-
моцилиндра. Этот манипулятор удобен при перемещении дета-
лей определенной массы при массовом или крупносерийном про-
изводстве.
При часто изменяющейся массе груза применяют манипулято-
ры с автоматическим уравновешиванием груза КШ-63С,
КШ-100ПК, КШ-160С, КШ-250С с грузоподъемностями 63, 100,
160 и 250 кг соответственно. Эти манипуляторы, в отличие от опи-
санной конструкции, вместо трехлинейного распределителя и ре-
гулятора давления имеют датчик массы, при помощи которого
сигнал по давлению подается в пневмоцилиндр для автоматичес-
кого уравновешивания любого груза в пределах номинальной
гру зоподъем ности.
4.8.	ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПНЕВМОПРИВОДОВ
Общие требования безопасности труда для пневмо-
приводов изложены в ГОСТ 12.3.001—85 (СТ СЭВ 3274—81)
«Пневмоприводы. Общие требования безопасности» и ГОСТ
12.2.072—82* «Роботы промышленные, роботизированные тех-
нологические комплексы и участки. Общие требования безо-
пасности».
На пультах, предусматривающих аварийный останов маши-
ны, должна быть предусмотрена кнопка «Стоп общий» красного
цвета грибовидной формы, увеличенного размера.
В пневмопривод должны входить устройства, препятствующие
распространению шума, устройства для полного снятия давления
воздуха. Если снижение давления воздуха или напряжения в
электрической сети может создать опасность для работающих
или вызвать аварию, должна быть предусмотрена блокировка,
обеспечивающая автоматическое прекращение работы машины
при подаче сигнала. При этом не должны отключаться устройства
(захватные, тормозные и т. п.), перерыв в работе которых может
привести к травмированию рабочих.
Соединение пневмолиний должно обеспечивать плотность и
исключать возможность повреждений гибких пневмолиний. Скру-
чивание и изломы гибких пневмолиний, а также трение их о под-
163
вижные элементы привода не допускаются. Не допускается про-
кладка пневмотрасс из составных рукавов.
Детали и узлы пневмоприводов и устройств должны быть ис-
пытаны на плотность под действием максимального рабочего дав-
ления и на прочность под действием пробного давления не менее
1,5 номинального, а для пневмоглушителей, устанавливаемых на
выхлопе в атмосферу,— не менее номинального давления.
Сосуды пневмоприводов, у которых произведение вместимости
в литрах на рабочее давление в мегапаскалях равно 20 и более,
должны удовлетворять «Правилам устройства и безопасной
эксплуатации сосудов, работающих под давлением» и должны
быть испытаны в соответствии с этими правилами, а трубопрово-
ды — в соответствии со СНиП.
Пневмоприводы перед началом эксплуатации должны быть ис-
пытаны вхолостую, на плотность, под нагрузкой.
Перед началом работы пневмопривода необходимо установить
номинальное давление питания; проверить места разъемов кры-
шек, пробок, трубопроводов; проверить состояние болтов, гаек и
других крепежных деталей; произвести пробный пуск пневмопри-
вода и проверить его работу на разных режимах.
Не допускается проводить подтягивание соединений, свароч-
ные и другие виды работ на пневмолиниях и других элементах,
находящихся под давлением. Эти работы следует выполнять
только после полного снятия давления и отключения от сети элек-
тропитания с обязательным вывешиванием в местах отключения
табличек.
Во избежание скопления конденсата следует периодически
производить продув воздухопроводов через специальные вентили.
Пуск в работу вновь установленных пневмоприводов должен
производиться после приемки комиссией предприятия с участием
лица, ответственного за техническое состояние пневмоприводов.
Пуск в работу после ремонта разрешается лицом, ответственным
за техническое состояние пневмоприводов.
Запрещаются работы с неисправной или отсутствующей из-
мерительной аппаратурой.
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДА
Гидропривод. Несмотря на массовое использование
в робототехнике электропривода, развитие гидропривода расши-
рило области его применения, особенно на тяжелых роботах и в
дистанционных манипуляторах. Совершенствование гидрообору-
дования идет по пути повышения удельной мощности, надежности,
уменьшения габаритных размеров, улучшения эксплуатацион-
ных качеств, в том числе удельного энергопотребления, для чего,
в частности, и используют гидроаккумуляторы и регулируемые
насосы; развивается производство устройств для поглощения шу-
164
ма, применение насосов с улучшенными параметрами (повышен-
ное давление, низкий уровень шума и др.).
Увеличивается выпуск гидродвигателей со встроенными датчи-
ками положения, гидроамортизаторами, уплотнительными элемен-
тами улучшенных характеристик. Расширяется область примене-
ния поворотных гидродвигателей с улучшенным уплотнением и
датчиками положения. Имеется тенденция использования встраи-
ваемой клапанной аппаратуры для реализации всего многообразия
логических функций. Улучшаются стыковые и модульные системы
установки гидроаппаратов для обеспечения большой ком-
пактности привода.
Все шире применяются гидроаппараты с пропорциональным
управлением в комплекте с управляющими микропроцессорными
блоками. Ведутся разработки в области создания шагового и
следящего электрогидравлических приводов линейного и пово-
ротного типов, включающих силовой гидродвигатель, гидро-
усилитель с задающим устройством, датчик обратной связи и т. п.
В качестве гидроусилителей используются золотниковые и
клапанные дросселирующие распределители с управлением от
шагового электродвигателя. Все чаще появляются решения,
связанные с применением дозаторов, обеспечивающих подачу в
исполнительные цилиндры точно дозированных объемов рабочей
жидкости, что снимает ограничения по рабочему давлению, чис-
тоте рабочей жидкости, точности изготовления целого ряда
узлов.
Пневмопривод. По-прежнему сохраняется тенденция примене-
ния дешевых и надежных пневмоприводов роботов при их невы-
сокой грузоподъемности и отсутствии требований по промежуточ-
ному позиционированию. При этом для улучшения качества регу-
лирования и позиционирования применяют пневмогидравличес-
кий привод. С этой же целью ведутся работы по созданию высо-
коточного позиционного пневмопривода с использованием микро-
процессорной техники с погрешностью позиционирования 0,01 мм
при скорости 0,6 м/с и нагрузке 100 Н. Улучшается качество
подготовки воздуха (очистка, стабилизация давления).
Расширяется практика применения пневматических шаговых
двигателей, бесштоковых пневмоцилиндров с большим ходом.
Разработаны пневмоцилиндры, не требующие смазывания трущих-
ся пар и снабженные высококачественными уплотнениями, что
резко уменьшает усилие страгивания и исключает вибрации.
Ведутся разработки и исследования по созданию цифрового
пневмопривода, в том числе модульного типа.
Широко распространены конструкции манипуляторов с ручным
управлением и пневматическим уравновешиванием груза. При
этом обычно используют пневмомеханические и вакуумные захва-
ты грузов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
К главе 1
1.	Какие параметры жидкости определяют плотность и вязкость?
2.	Что такое сжимаемость жидкости и чем она характеризуется?
3.	Что представляет собой удельная теплоемкость жидкости?
4.	Какие требования предъявляют к рабочим жидкостям гидроприводов?
Какие вещества применяют в качестве рабочих жидкостей?
5.	Сформулируйте закон Паскаля. Как используется он в технике?
6.	Какие энергетические показатели характеризуют уравнение Бернудли?
7.	Какие существуют виды течения жидкости и чем они характерны? Каким
числом оценивается режим течения жидкости?
8.	Как рассчитывают потери давления от трения жидкости в трубопроводах?
9.	Что происходит при быстром закрытии проходного сечения в трубе, по
которой течет жидкость?
10.	Что такое кавитация?
К главе 2
1.	Какие преобразования энергии осуществляются в объемном гидроприводе?
2.	Какие преимущества имеет гидропривод перед другими приводами?
3.	Какие бывают объемные насосы по виду рабочих органов? Какими основ-
ными техническими показателями характеризуются насосы?
4.	Как определить мощность, необходимую для привода насоса? Как опреде-
ляется подача насоса по его параметрам?
5.	Как можно регулировать подачу насоса?
6.	Как классифицируют гидродвигатели в зависимости от вида движения вы-
ходного звена?
7.	Как определить усилие на штоке гидроцилиндра?
8.	Как определить скорость движения поршня гидроцилиндра?
9.	Как делятся гидроаппараты по конструкции запорно-регулнрующнх эле-
ментов?
10.	Какими аппаратами регулируют расход рабочей жидкости? По какой
формуле определяют скорость движения поршня гидродвигателя?
II.	С помошыр каких аппаратов можно разделить один поток рабочей жид-
кости на несколько? Как они работают?
12.	Какие существуют разновидности клапанов для регулирования давления
потока жидкости? Как они работают?
13.	Какого вида управление может быть использовано для направления по-
тока жидкости? Какие используются при этом гидроаппараты?
14.	Что представляют собой гидрозамки? В каких случаях они применяются?
15.	Назовите разновидности направляющих распределителей? Какие приводы
в них используются?
16.	Что дает применение встраиваемой и модульной гидроаппаратуры?
17.	Назовите распространенные виды контрольной гидроаппаратуры.
18.	Что представляют собой гидроусилители? Охарактеризуйте их разновидно-
сти по принципу действия.
166
19.	Охарактеризуйте преимущества гидроаппаратуры с пропорциональным
электрическим управлением.
20.	Как работает шаговый гидропривод? В чем его преимущества?
21.	Что относится к кондиционерам рабочей жидкости?
22.	Что дает применение фильтров? Как они работают?
23.	Для чего служат гидробаки? Как они устроены?
24.	Назовите распространенные конструкции гидроаккумуляторов.
25.	Как рассчитать необходимый внутренний диаметр трубопровода при
известном расходе?
26.	Какие существуют основные виды трубопроводных соединений?
27.	Какие виды уплотнений Вы знаете?
28.	Как определить диаметр гидроцилиндра при заданной нагрузке, если
пренебречь трением и силой инерции?
29.	Какие виды систем управления используют в промышленных роботах
с гидроприводами?
30.	Какие меры безопасности должны быть приняты перед пуском и началом
испытания гидропривода?
31.	В каких случаях запрещается работа гидропривода?
К главе 3
1.	Назовите основные физические параметры воздуха.
2.	Каким уравнением определяется состояние газа (воздуха)?
3.	Назовите основные процессы, характеризующие изменение состояния воз-
духа. Что для каждого из них характерно?
4.	Как определить потери давления при движении воздуха в трубе?
5.	Какими преимуществами обладает пневмопривод?
К главе 4
1.	Назовите наиболее распространенные виды пневмодвигателен.
2.	Опишите конструкции пневмодвигателей.
3.	Назовите основные разновидности вакуумных захватных устройств. Их
преимущества.
4.	Как определить усилие вакуумного захвата?
5.	Назовите основные виды регулирующей пневмоаппаратуры.
6.	Опишите устройство амортизатора, применяемого в пневмоприводах.
7.	Назовите основные виды направляющей пневмоаппаратуры.
8.	Назовите основные виды контрольной пневмоаппаратуры.
9.	Назовите виды вспомогательной пневмоаппаратуры.
10.	Какие уплотнения используются в пневмоприводах?
11.	Как определить усилие на штоке пневмоцилиндра?
12.	Как определить параметры пневмоцилиндра по заданному усилию на
штоке?
13.	Назовите характерные механизмы манипулятора — робота, для привода
которых используют пневмоприводы. Расскажите об одном из них.
14.	Чем отличается пневматический робот с цикловым управлением от робота
с позиционным управлением? Как осуществляется позиционирование пневмо-
цилиндра.
15.	В каких устройствах робототехнических комплексов используется позици-
онный пневмопривод?
16.	Что Вы знаете о пневматическом шаговом приводе (позиционере)?
17.	Какие конструкции пневмозахватов вы знаете?
18.	Расскажите об основных требованиях безопасности перед началом ра-
боты пневмопривода.
19.	Какие требования безопасности предъявляются к сосудам с воздухом,
находящимся под давлением?
167
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I.	Абрамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Г. Элементы гидропривода:
Справочник. Киев: Техника, 1977. 320 с.
2.	Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т. 1. М.: Ма-
шиностроение, 1979. 557 с.
3.	Бавельский М.Д., Девятов С.И. Справочник по пневмоприводу и пнев-
мостатике деревообрабатывающего оборудования. М.: Лесная промышлен-
ность, 1983. 168 с.
4.	Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машинострое-
ние, 1972. 320 с.
5.	Беязов И.И. Аналоговые гидроусилители. Л.: Машиностроение, 1983. 151 с.
6.	Богданович Л.Б. Гидравлические приводы. Киев: Вища школа, 1980.
232 с.
7.	Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин:
Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 301 с.
8.	Герц Е.В., Крейннн Г.В. Расчет пневмоприводов: Справочное пособие.
М.: 1975. 272 с.
9.	Гидравлическое оборудование: Каталог. М.: НИИМАШ, 1979. 600 с.
10.	Кожевников С.Н., Пешат В.Ф. Гидравлический и пневматический при-
воды маталлургических машин. М.: Машиностроение, 1973. 360 с.
II.	Комаревская О.В., Столбов Л.С. Практические расчеты гидравлических
систем. М.: Машиностроение, 1984. 41 с.
12.	Машиностроительный гидропривод/Л.А. Кондаков, Г.А. Никитин, В.Н.
Прокофьев и др.; Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1978. 495 с.
13.	Никитин О.Ф., Холин К.М. Объемные гидравлические и пневматические
приводы. М.: Машиностроение, 1981. 269 с.
14.	Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник/
Е.В. Герц, А.И. Кудрявцев, О.В. Ложкин и др.; Под общ. ред. Е.В. Герц. М.: Ма-
шиностроение, 1981. 408 с.
15.	Промышленная робототехника/А.В. Бабич. А.Г. Баранов, И.С. Калабин
и др/; Под ред. Я.А. Шифрина. М.: Машиностроение, 1982. 415 с.
16.	Промышленные роботы в машиностроении. Альбом схем и чертежей:
Учеб, пособие для технических вузов/Ю.М. Соломенцев; К.П. Жуков, Ю.А. Павлов
и др.; Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1986. 140 с.
17.	Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9 кн. Кн. 2:
Приводы робототехнических систем/Ж.П. Ахромеев, Н.Д. Дмитриева, В.М.
Лохин и др.; Под ред. И.М. Макарова. М.: Высшая школа, 1986. 175 с.
18.	Сапожников В.М. Монтаж и испытания гидравлических и пневматических
систем летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. 256 с.
19.	Свешников В.К.. Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. М:
Машиностроение, 1988. 512 с.
20.	Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. Эксплуататция промышленных гид-
роприводов. М.: Машиностроение, 1984. 176 с.
21.	Современные промышленные роботы: Каталог/Под ред. Ю.Г. Козырева,
В.Я. Шифрина. М.: Машиностроение, 1988. 152 с.
22.	Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник/Л.А. Кондаков, А.И.
Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. М.:
Машиностроение, 1986. 464 с.
23.	Устройство промышленных роботов/Б.И. Юревич, Б.Г. Аветиков, О.Б.
Корытко и др. Л.: Машиностроение, 1980. 333 с.
24.	Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления: Каталог/
Под ред. А.И. Кудрявцева и А.Я. Оксененко. М.: НИИМАШ, 1982. 156 с.
Оглавление
Предисловие........................................................... 3
Глава 1. Основные положения гидравлики................................ 4
1.1.	Основные понятия и определения свойств жидкостей ....	4
1.2.	Элементы гидростатики и принципы работы гидравлических ме-
ханизмов ........................................................Ю
1.3.	Механика течения жидкостей.................................13
Глава 2. Гидропривод и его элементы ................................. 18
2.1.	Общие сведения............................................ 18
2.2.	Гидронасосы................................................20
2.3.	Гидродвигатели .	...................................35
2.4.	Управление гидроприводами..................................44
2.4.1.	Общие сведения................................ 44
2.4.2.	Аппаратура для управления	расходом	рабочей	жидкости	46
2.4.3.	Аппаратура для управления	давлением	рабочей	жидкости	53
2.4.4.	Аппаратура для управления пуском, остановкой и направле-
нием рабочей жидкости...................................... 58
2.4.5.	Контрольная гидроаппаратура..........................68
2.5.	Усилители мощности и следящие устройства...................70
2.6.	Вспомогательные устройства гидроприводов...................83
2.6.1.	Кондиционеры рабочей жидкости......................  83
2.6.2.	Гидроемкости.......................................  90
2.6.3.	Гидролинии...........................................94
2.6.4.	Уплотнительные устройства............................99
2.7.	Насосные установки...................................... 103
2.8.	Принципы расчета гидропривода............................105
2.8.1.	Последовательность расчета..........................105
2.8.2.	Номинальное давление................................105
2.8.3.	Параметры гидрооборудования.........................106
2.8.4.	Потери давления в гидросистеме......................Ill
2.9.	Гидроприводы промышленных роботов типовых конструкций	112
2.9.1.	Общие сведения......................................112
2.9.2.	Схемы типовых гидросистем.......................... 114
2.9.3.	Гидравлические механизмы отдельных узлов............117
2.10.	Техника безопасности при эксплуатации гидроприводов .... 121
Глава 3. Основные положения	теории	пневмопривода................ 123
3.1.	Общие сведения.......................................... 123
3.2.	Физические свойства	воздуха..............................123
3.3.	Основные понятия термо- и газодинамики и принципы работы
пневмоприводов .............................................. 124
Глава 4. Пневмопривод и его элементы.................................128
4.1.	Общие сведения.......................................... 128
4.2.	Пневмодвигатели..........................................128
4.3.	Вакуумные устройства.................................... 132
4.4.	Управление пневмоприводами...............................134
4.4.1.	Общие сведения......................................134
4.4.2.	Регулирующая пневмоаппаратура......................’134
4.4.3.	Направляющая пневмоаппаратура.......................140
4.4.4.	Контрольная лневмоаппаратура........................141
4.5.	Вспомогательные элементы пневмоприводов..................142
,	4.6. Принцип расчета пневмоприводов............................147
4.7.	Пневмоприводы в типовых конструкциях промышленных роботов
и манипуляторов...............................................149
4.8.	Техника безопасности	при	эксплуатации пневмоприводов . . . 163
Тенденции развития гидро-	и	пневмопривода.........................164
Контрольные вопросы............................................... 166
Список литературы................................................... 168