Пневмогидравлические приводы

Так называемая «податливость» пневматических приводов, воз­никающая в результате действия переменных нагрузок в оборудова­нии, накладывает некоторые ограничения на применяемость пневма­тики в качестве привода его рабочих органов. Избежать этого можно, если использовать в качестве движущего органа пневматический ци­линдр, а элемента, демпфирующего и регулирующего скорость рабоче­го стола, – гидравлический цилиндр. Эта система представляет собой пневмогидравлический привод.

Гидравлический регулятор в этом случае представляет собой гид­роцилиндр с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости (обычно это минеральное масло).

Пневмогидравлические приводы являются весьма эффективным средством получения больших усилий выходного звена при использо­вании сжатого воздуха низкого давления цеховых магистралей (0,4– 0,6 МПа). Пневмогидравлические приводы по сравнению с гидравли­ческими имеют ряд преимуществ.

1. Создают и поддерживают в течение длительного времени высо­кое давление масла без расхода энергии и образования тепла в гидро­системе. Сжатый воздух расходуется только при перемещении порш­ней гидроцилиндров (например, при зажиме заготовок и разжиме го­товых деталей).
2. Управление гидросистемой производится в пневмосистеме уси­ления давления. Это сокращает использование дорогостоящих распре­делителей и регулирующей аппаратуры.
3. Более компактны и просты, чем идентичные им гидравлические приводы. Это позволяет располагать их в любой части оборудования или около него.
4. Отсутствие вращающихся частей в приводе увеличивает его ре­сурс.

Исходной энергией в пневмогидравлических приводах является потенциальная энергия сжатого воздуха, получаемого из компрессор­ных установок. Воздух в систему поступает через пневмораспределите-ли. Схема гидрораспределителя с пневматическим управлением с пер­вой ступенью усиления приведена на рис.5.1. Основной золотник 2 гид­росистемы приводится в движение двумя пневматическими сервоцилиндрами 1 и 3, управляемыми пневмораспределителем 5 с электромаг­нитом 4. В зависимости от положения сердечника электромагнита 4, приводящего в движение вспомогательный пневмозолотник, сжатый воздух подается к пневмоцилиндрам 1 или 3. Этим осуществляется уп­равление основным распределительным золотником 2.

Рис.5.1. Гидрораспределитель с пневмоуправлением

Пневмогидравлические приводы широко используются в конст­рукциях металлообрабатывающих станков и другого технологическо­го оборудования, зажимных приспособлениях и других устройствах.

Принципиальная схема пневмогидравлического привода показа­на на рис.5.2. Сжатый воздух подается в цилиндр 1, шток которого яв­ляется поршнем гидроцилиндра 2. Масло из цилиндра 2 поступает по трубопроводу 3 в гидроцилиндр 4, шток которого создает силу F. Об­ратный ход поршней цилиндров 1 и 4 происходит за счет усилий пру­жин 5 и 6. Если рабочий ход поршней велик, то обратный ход может осуществляться сжатым воздухом. Резервуар 7 предназначен для по­полнения утечек масла в системе. Конструктивно вся схема может быть реализована либо в виде единого бло­ка, либо с отдельно вынесенным гидроцилиндром 4. Во втором случае компактный цилиндр 4 устанавливают вместе с исполнительным органом, а блок цилиндров 1 и 2 располагают вне рабочей зоны оборудования.

В пневмогидравлических систе­мах применяют пневмогидравличес­кие преобразователи (мультипликато­ры - усилители давления), нагнетающие масло в гидросистему при поступле­нии сжатого воздуха в пневматичес­кую полость усилителя, и пневмогид­равлические насосы, беспрерывно наг при прямом, так и при обратном ходе пневматического поршня. Пневмогидравлические преобразователи бывают прямого (одинарного) и последовательного (двойного) дейст­вия. Пневмогидравлические преобразователи прямого действия, как наиболее простые по конструкции, получили наиболее широкое расп­ространение. Такие преобразователи состоят из пневматического и гидравлического цилиндров. Шток поршня пневматического цилинд­ра является одновременно плунжером гидравлического цилиндра. Уп­равление усилителем осуществляется пневматическим распредели­тельным краном.

Рис.5.2. Принципиальная схема пневмогидравлического привода       

Пневмогидравлический преобразователь давления прямого действия (рис.5.3) состоит из пневматического цилиндра, в котором перемеща­ется поршень 2, и гидравлического цилиндра 4 со шток-плунжером 3, связанным с поршнем 2. Под действием давления сжатого воздуха пор­шень вместе со шток-плунжером движется вправо, создавая при этом высокое давление масла во всей гидравлической системе.

Рис.5.З. Схема пневмогидравличеекого давления прямого действия

Так как система поршень-шток в рабочем состоянии находится в равновесии, усилие, с которым сжатый воздух действует на поршень, равно усилию, с которым масло воздействует на шток-плунжер, т.е. F1 = F2,где F1 - усилие, приложенное к поршню; F2 - усилие, прило­женное к шток-плунжеру; или p1S1 = p₂S₂, где p1 - давление воздуха в пневмоцилиндре; p₂ - давление масла в гидроцилиндре; S1 - площадь поршня пневмоцилиндра; S₂ - площадь шток-плунжера. Откуда p₂=p1(S1/S₂).

Поэтому давление масла, создаваемое в гидравлическом цилиндре преобразователя давления, во столько раз больше давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре, во сколько раз площадь воздушного порш­ня больше площади шток-плунжера.

Давление масла в преобразователе увеличивается по сравнению с давлением воздуха в пневмосистеме прямо пропорционально отноше­нию квадратов их диаметров.

Принимая во внимание потери на трение в уплотнениях поршня и штока, составляющие примерно 10-15%, т.е. учитывая коэффициент полезного действия передачи ,равный примерно 0,9-0,85.

Как видно из приведенных соотношений, пневмогидравлические преобразователи при соответствующем выборе диаметров поршня и штока позволяют получить очень большое увеличение давления.

Практически давление масла, создаваемое пневмогидравлическими преобразователями, колеблется в пределах 6-15 МПа.

Дальнейшее увеличение давления в приводе связано со значитель­ным увеличением габаритов преобразователя, повышенным требова­нием к качеству обработки подвижных соединений, надежности уплот­нений, а также герметичности соединений.

Существенным недостатком привода, представленного на рис.5.3 является сравнительно небольшой ход поршня пневмоцилиндра 1, не­обходимый для получения относительно небольших перемещений штока цилиндра 4. Для устранения этого недостатка разработан ряд конструкций, позволяющих осуществить предварительный быстрый подвод штока, а давление жидкости увеличивать только в конце хода штока гидроцилиндра (рис.5.4). Поршень 3 в цилиндре 2 под давлени­ем сжатого воздуха, поступающего через штуцер 1, перемещается вправо, создавая в полости 16 гидроцилиндра 2, заполненной маслом, небольшое давление. Последнее создается за счет сжатия пружины 7 подвижной шайбой 6. Масло через окно 15 и канал 14 в штоке 4 вытес­няется в полость 13 гидроцилиндра 9. При этом поршень 8 перемещает­ся быстро вправо до контакта штока 11с заготовкой 12. Увеличение давления масла в гидроцилиндре 9 достигается в конце хода поршня 3, когда окно 15 штока 4 полностью войдет во втулку 5. Обратный ход привода происходит за счет подачи сжатого воздуха в цилиндр 9 через штуцер 10. При равенстве диаметров пневмо- и гидроцилиндров такая конструкция обеспечивает на штоке гидроцилиндра силу, в 200-250 раз большую, чем на штоке пневмоцилиндра.

Рис.5.4. Пневмогидравличеекий привод

На рис.5.5 показан стационарный преобразователь давления пря­мого действия, который состоит из пневматического цилиндра 9 и прифланцованного к нему гидравлического цилиндра 5. В них соот­ветственно перемещаются поршень 7 и шток-плунжер 6. Преобразова­тель монтируется в вертикальном положении на нижнюю крышку. Пневматический трехходовой кран управления 2 и манометр 3 закреплены на кронштейне. Кожух защищает трубопроводы от повреждения. Преобразователь работает по прямому циклу: зажим заготовки и раз­жим готовой детали. При повороте рукоятки крана управленияв поло­жение зажима сжатый воздух по трубопроводу 8 поступает через отверстия в нижней крышке в полость A пневматического цилиндра. При этом поршень 7 перемещается вверх. Полость Б цилиндра в это время через трубопровод 4 и кран соединяется с атмосферой. Масло, под дав­лением во столько раз большим давления воздуха, во сколько площадь поршня больше площади штока, вытесняется шток-плунжером из по­лости В через распределительную гидропанель 1 в рабочую полость гид­роцилиндров 10. В результате этого осуществляется зажим заготовки.

При повороте рукоятки крана в положение разжима сжатый воз­дух по трубопроводу 4 подается в полость Б пневмоцилиндра, переме­щая поршень и шток-плунжер вниз. Полость А при этом соединяется с атмосферой. Поршни рабочих цилиндров перемещаются в исходное положение под действием возвратных пружин.

Преобразователь монтируется на столе станка и соединяется с ра­бочими цилиндрами приспособления посредством жестких трубопро­водов. При стационарном соединении преобразователя соединение осуществляется посредством гидропанели. При поочередном соедине­нии с несколькими приспособлениями, расположенными на столе станка, преобразователь соединяется с цилиндрами с помощью полу­муфты, позволяющей производить быстрое соединение и разъедине­ние преобразователя с приспособлениями.

Рис.5.5. Преобразователь давления прямого действия

На рис.5.6 показана схема приспособления со встроенным пневмо-гидравлическим преобразователем давления прямого действия. К кор­пусу приспособления 2 присоединен пневматический цилиндр 1. Под действием давления сжатого воздуха поршень 3 перемещается вправо. Шток-плунжер 4, связанный с поршнем, перемещается в ту же сторону, создавая в масляном цилиндре давление масла.

Давление масла передается одновременно четырем рабочим плун­жерам 5. Они, в свою очередь, передают усилие зажимным элементам приспособления.

Рис.5.6. Схема пневмогидравлического приспособления со встроенным преобразователем прямого действия

Усилие на рабочем плунжере возрастает по сравнению с усилием на штоке прямо пропорционально отношению квадратов их диаметров.

Гидравлическая система пневмогидравлического приспособления представляет собой замкнутую масляную систему, состоящую из гид­равлического цилиндра, выполненного в виде расточки в корпусе. Пробка 6 служит для заполнения маслом гидросистемы. В верхней час­ти приспособления имеется выфрезерованное углубление 7, служащее масляным резервуаром для пополнения утечек в масляном цилиндре. Обратный ход поршня со шток-плунжером происходит при переклю­чении рукоятки распределительного крана, обусловливающего пос­тупление сжатого воздуха в противоположную полость. Рабочие плунжеры перемещаются в исходное положение пружинами зажимных элементов.

Преобразователи давления прямого действия, непосредственно передающие высокое давление масла рабочим плунжерам или сило­вым гидроцилиндрам приспособления, наиболее просты по конструк­ции. Стоимость их изготовления также более низкая. Работа таких преобразователей сводится к простейшему циклу: зажим и разжим из­делия. Однако применение преобразователей прямого действия огра­ничивается только случаями, когда требуется небольшой ход рабочих плунжеров, а также когда количество рабочих плунжеров невелико. В противном случае резко возрастают габариты преобразователя.

Действительно, так как рабочая жидкость—масло практически несжимаема, объем масла, вытесняемый шток-плунжером, будет равен объему, потребному на перемещение рабочего плунжера: V1 = V2, где V1– объем масла, вытесняемого шток-плунжером; V2- объем масла, не­обходимый для перемещения плунжера.

Так как увеличение усилия на рабочем плунжере по сравнению со шток-плунжером пропорционально отношению квадратов их диамет­ров, а перемещение рабочего плунжера обратно пропорционально этому отношению, следовательно, во сколько раз выигрывают в силе, во столько же раз проигрывают в расстоянии.

Перемещение шток-плунжера пневмогидравлического преобразо­вателя увеличивается с перемещением рабочих плунжеров обратно пропорционально отношению квадратов их диаметров и количеству рабочих плунжеров.

Например, если диаметр шток-плунжера равен 40 мм, число рабо­чих плунжеров диаметром 60 мм равно 6, ход плунжера 20 мм, то необ­ходимое перемещение шток-плунжера равно L = 270 мм.

Преобразователи давления последовательного действия обеспечи­вают высокое давление масла и большие по величине перемещения ра­бочих плунжеров (или поршней рабочих цилиндров) приспособления при малых перемещениях поршня пневмоцилиндра.

Основным отличием преобразователя этого типа от преобразова­теля прямого действия является наличие дополнительной полости низ­кого давления масла, которая является в то же время масляным резер­вуаром.

Перемещение поршней рабочих цилиндров осуществляется за счет потока масла низкого давления. Полость для масла низкого давления благодаря большому диаметру имеет небольшую длину.

Так как в противоположность преобразователям прямого дейст­вия знаменатель дроби гораздо больше, чем числитель, то ход поршня значительно меньше хода рабочего плунжера. Объем полости для мас­ла низкого давления преобразователя незначителен. Это обусловлено тем, что расход масла высокого давления необходим лишь для попол­нения объема гибкого шланга, расширяющегося при высоком давле­нии, пополнения утечек масла в системе, сжатия воздушных мешков при наличии их в гидросистеме. Таким образом, в преобразователях давления последовательного действия ход шток-плунжера сокращен до минимума. Это значительно уменьшает габаритные размеры преоб­разователя.

Эти преобразователи обеспечивают предварительный зажим об­рабатываемых заготовок с небольшим усилием, что дает возможность корректирования вручную погрешности установки заготовки.

Работа преобразователя осуществляется по следующему последо­вательному замкнутому циклу.

1. Подвод обрабатываемой заготовки к установочным элементам приспособления и предварительный зажим ее при низком давлении масла с небольшими усилиями.
2. Окончательный ее зажим при высоком давлении масла.
3. Разжим детали. При этом происходит слив масла из рабочих ци­линдров в полости низкого и высокого давления преобразователя.

На рис.5.7 дана схема пневмогидравлического преобразователя последовательного действия. Воздушная сеть питания преобразовате­ля состоит из следующей предохранительной, контрольно-регулирую­щей аппаратуры и аппаратуры управления, которая гарантирует нор­мальную работу преобразователя, а также обеспечивает безопасность работы приспособления путем блокирования преобразователя с элект­роприводом станка:

Рис.5.7. Схема пневмогидравлического преобразователя последовательного действия

1. соединительная муфта 1, обеспечивающая посредством накид­ной гайки быстрое присоединение преобразователя к сети подачи сжа­того воздуха;
2. проходной кран 2, служащий для включения и отключения пре­образователя от воздушной сети;
3. водоотделитель 3, обеспечивающий конденсацию и улавлива­ние влаги и очистки сжатого воздуха от частиц грязи и пыли;
4. масленка 4, служащая для смазывания подвижных частей аппа­ратуры и преобразователя;
5. реле давления 5, встроенное для предотвращения аварий путем отключения электродвигателей станка в случае падения давления воз­духа в сети ниже допускаемого;
6. регулятор давления 6, служащий для уменьшения давления сжа­того воздуха, поступающего из воздушной сети, и поддержания посто­янного давления на требуемом уровне;
7. обратные клапаны 7, предназначенные для предотвращения мгновенного выхода сжатого воздуха из рабочей камеры преобразова­теля. В промежутке между ними образуется зона повышенного давле­ния в случае падения давления в сети. Это обеспечивает закрепление обрабатываемой заготовки до тех пор, пока станок, отключенный с помощью реле давления, полностью не остановится;
8. распределительный четырехходовой кран 8, служащий для уп­равления преобразователем давления.

Преобразователь давления последовательного действия работает следующим образом (рис.5.7.). При повороте рукоятки распределительного крана в положение, соответствующее предварительному зажиму обрабатываемой заготов­ки, сжатый воздух по трубопроводу I подается в полость А. При этом поршень 11, перемещаясь вправо, вытесняет масло из полости Б по трубопроводу II в разделительный клапан 12 под давлением, равным давлению подводимого к преобразователю воздуха, и, затем, через гибкий шланг III и соединительную муфту 13 в гидросистему приспо­собления. При этом прихваты под действием поршней рабочих цилин­дров 14 прижимают обрабатываемую заготовку с усилиями, соот­ветствующими низкому давлению масла.

При повороте рукоятки крана в положение, которое соответству­ет окончательному зажиму заготовки, сжатый воздух по трубопрово­ду IV поступает в полость В. При этом поршень 9 вместе с плунже­ром 10 перемещается вправо. Масло под высоким давлением из полости Г поступает под плунжер разделительного клапана, который перемещаясь перекрывает кони­ческое отверстие. Таким образом, перекрывается сообщение между по­лостями Б и Г . Благодаря наличию кольцевой выточки на плунжере клапана, полость Г сообщается с гидросистемой приспособления.

Преобразователи давления последовательного действия могут поо­чередно обслуживать несколько приспособлений. Для этой цели преоб­разователь соединяют с гидросистемой приспособления специальной муфтой 13, которая позволяет быстро соединять и отсоединять гидро­систему приспособления от преобразователя. Конструкция муфты не дает возможность маслу вытекать из гидросистемы приспособления и преобразователя. Поэтому отпадает необходимость заполнения маслом гидросистем при повторных присоединениях приспособления. Так как управление пневмогидравлическим преобразователем происходит в пневматической системе, а масляная система преобразователя и приспо­собления является замкнутой, преобразователь давления может обслуживать одновременно только одно приспособление.

Рис.5.8. Преобразователь давления диафрагменного типа

Преобразователь давления диафрагменного типа (рис.5.8) состоит из воздушного цилиндра и двух камер низкого и высокого давления. Камера низкого давления, которая является одновременно масляным резервуаром, образована кольцевыми расточками в корпусе 6 и крыш­ке 8 цилиндра, соединенных винтами 17. Воздушная и масляная каме­ры низкого давления разделены диафрагмой 9 из маслостойкой твердой резины. Камерой высокого давления является гидроцилиндр, состоящий из стальной втулки 5 и крышки 10. Воздушный цилиндр об­разован трубой 4, зажатой между корпусом и задней крышкой 13, стянутыхчетырьмя шпильками 15 и гайками 12. Воздушный поршень 3 перемещается в пневматическом цилиндре. Шток-плунжер 16 связан с поршнем съемной шайбой 14 и перемещается в гидроцилиндре высо­кого давления. Для амортизации удара поршня о крышку при обрат­ном ходе использован резиновый буфер 1.

Камеры высокого и низкого давления разделены посредством кла­пана, который ввернут в крышку цилиндра высокого давления. В кор­пусе 27 этого клапана выполнено центральное отверстие с конусом. Плунжер 23 притерт к отверстию и конусу корпуса. Он поджат пру­жинкой 22, заставляющей плунжер прижиматься торцом к крышке 20. В плунжере сделаны кольцевая канавка и четыре радиальных паза.

Перпендикулярно центральному отверстию в корпусе выполнено отверстие, в котором установлен обратный шариковый клапан, состо­ящий из шарика 25, поджатого пружиной 24. При предварительном за­жиме обрабатываемой заготовки сжатый воздух, поступающий через штуцер 18, действует на диафрагму. В результате этого масло из каме­ры низкого давления по трубопроводу 26 поступает в разделительный клапан. Плунжер последнего под действием пружины открывает дос­туп маслу в гидросистему приспособления, атакже через обратный ша­риковый клапан в гидроцилиндр высокого давления, пополняя утечки.

При окончательном зажиме заготовки сжатый воздух поступает через штуцер 11 под поршень пневмоцилиндра, заставляя шток-плун­жер двигаться вправо. Масло изцилиндра высокого давления поступа­ет в разделительный клапан и далее через отверстия в клапане под плунжер. Плунжер, снимая пружинку, переместится вниз, плотно вхо­дя в коническое отверстие во втулке, перекрывая доступ масла в каме­ру низкого давления. Через кольцевую втулку в плунжере под высоким давлением подается в гидросистему приспособления. Заполнение мас­лом резервуара осуществляется через отверстие, закрытое пробкой 7. Контроль давления воздуха и масла выполняется манометрами 2 и 21 низкого и высокого давления.

Обратный ход поршня происходит засчет подачи сжатого воздуха через штуцер 19 во внештоковую полость пневмоцилиндра. Воздух из рабочей полости и из-под диафрагмы уходит в атмосферу через расп­ределительный кран. Возврат поршней рабочих гидроцилиндров в на­чальное положение происходит под действием пружин, создающих давление в гидросистеме не менее 0,2 МПа, или же под действием сжа­того воздуха, поступающего в нерабочую полость рабочих гидроци­линдров. Слив масла из цилиндра в полость низкого давления осущес­твляется через разделительный клапан, плунжер которого перемеща­ется под действием пружины, в камеру низкого и высокого давления.

Отношение площадей поршня и шток-плунжера преобразователя выполнено 16:1. Поэтому давление масла в гидросистеме, создаваемое преобразователем, без учета тренияв 16раз больше давления воздуха в пневмосети.

Пневмогидравлические преобразователи изготавливаются трех ти­поразмеров с расходом масла низкого давления 400, 900 и 2000 см¹ при соответствующем расходе масла низкого давления 50, 100 и 200 см³.

Диаметры поршней и плунжера для трех типоразмеров преобразо­вателей соответственно: 120,160,200; 30,40, 50 мм. Габаритные разме­ры преобразователей (длина и высота) в мм соответственно равны 270x250; 285x288; 370x333.

Рис.5.9. Согласующий клапан

Диафрагменный преобразователь давления может действовать и без предварительного зажима обрабатываемых заготовок. При этом управление работой преобразователя осуществляется 3-ходовым воз­душным распределительным краном, рукоятка которого при работе устанавливается в положении зажима, минуя положение предвари­тельного зажима. Последовательность работы камеры низкого и высо­кого давления масла реализуется введением в схему согласующего кла­пана, в котором время отставания работы полостей низкого и высокого давления регулируется дросселем. На рис.5.9 показан согла­сующий клапан, который присоединяется к задней крышке преобразо­вателя с помощью штуцера 15. Клапан состоит из двух свинченных корпусов 1 и 10. Штуцер 14 присоединяется к выходному отверстию разделительного клапана. Правый штуцер состыкован с воздухопро­водом, который подведен к камере низкого давления. При повороте рукоятки крана в положение зажима сжатый воздух поступает под ди­афрагму и вытесняет масло через разделительный клапан в гидросисте­му приспособления. В то же время масло поступает через левый штуцер в согласующий клапан.

За счет настройки дросселя 5 устанавливается требуемое отстава­ние работы поршня 6. Он срабатывает лишь после того, как обрабаты­ваемая заготовка будет доведена до установочных баз и предваритель­но зажата под действием масла низкого давления. После настройки дроссель контрится гайкой 4 и закрывается колпачком 3 с уплотнени­ем 2. После поступления масла под поршень 6 последний переместится вправо, сжимая пружину 9. Плунжер 8, нажимая на шарик 12, сжимает пружину 13, открывая доступ воздуха под пневматический поршень преобразователя. Происходит окончательный зажим заготовки. Поршень и плунжер уплотнены резиновыми кольцами 7 и 11. При раз­жиме детали плунжер 8 под действием пружины вытесняет масло через обратный клапан 16 и левый штуцер в масляные камеры преобразова­теля. Воздух из пневмоцилиндра преобразователя через шарик 12 и штуцер 14 уходит в атмосферу.

Пневмогидравлический диафрагменный преобразователь давления к вертикально-фрезерным станкам (рис.5.10.) имеет малые размеры, удобство в управлении, хорошую компоновку устройства со станком.

Пневмогидравлический преобразователь представляет собой (рис.5.11) систему из двух блоков, каждый из которых состоит из пнев­матического и гидравлического цилиндров. Конструкция блока низко­го давления выполнена так, что сжатый воздух действует на жидкость через диафрагму. Все ступени цикла выполняются последовательно путем ручного переключения трехпозиционного распределительного крана. На случай, когда в работу вступает большое число гидроцилинд­ров приспособления и может оказаться, что масла в системе будет недос­таточно, в системе предусмотрен дополнительный гидроцилиндр.

Преобразователь работает по следующему замкнутому циклу.

1. Предварительный зажим (рис.5.11а). Воздух из сети под давле­нием 0,4 МПа поступает по трубопроводу в верхнюю полость гидро­цилиндра 1, воздействует на диафрагму, и масло по трубопроводу из нижней полости гидроцилиндра поступает в полость А рабочего ци­линдра 2, а из него уже к приспособлению на предварительный зажим.
2. Окончательный зажим (рис.5.11б). Воздух из системы поступает в верхнюю часть полости Б рабочего цилиндра 2, воздействуетна верх­ний поршень и в то же время по каналу в штоке 3 поступает в верхнюю часть полости В и давит на второй (нижний) поршень. Два поршня на общем штоке обеспечивают при рабочем ходе в 1,9 раза большее уси­лие на штоке, чем при обычном цилиндре такого же диаметра с одним поршнем. Шток, перемещаясь вниз, перекрывает отверстие, соединяю­щее цилиндр 2 с гидроцилиндром 1, и масло уже под высоким давлени­ем подается в приспособление. Теперь происходит окончательный за­жим под давлением масла 10 МПа.

Рис.5.10. Пневмогидравлический усилитель к фрезерным станкам: 1 - корпус, 2 - масляный бак; 3 - трубопровод; 4 - шланг, 5 - болт, 6 - пневмоцилиндр, 7- нижняя крышка; 8, 10, 11 - штуцера; 9 - маслопровод; 12 - манометр

Рис.5.11. Схема пневмогидравличеекого усилителя

3. Раскрепление детали (рис.5.11в). Сжатый воздух из пневмосис-темы подается в нижнюю часть полости В и в нижнюю часть полости Б пневмоцилиндра 2. Шток перемещается вверх, открывает отверстие, соединяющее пневмоцилиндр 2 с гидроцилиндром 1. Масло по этому каналу и трубопроводу из приспособления поступает в гидроцилиндр. Сжатый воздух одновременно поступает в нижнюю полость рабочего цилиндра приспособления. При этом происходит раскрепление детали.

На рис.5.12. показана общая схема монтажа пневмогидравлического преобразователя на вертикально-фрезерном станке. При включе­нии крана управления 4 сжатый воздух по трубопроводам 1 и 2 под давлением 0,4-0,5 МПа из магистрали подается в пневмогидравлический преобразователь давления 3, откуда масло по маслопроводу 5 подается в рабочие цилиндры приспособления.

Рис.5.12. Схема монтажа пневмогидравличеекого усилителя на вертикально-фрезерном станке

Пневмогидравлический преобразователь давления последова­тельного действия с двумя резиновыми диафрагмами по принципу работы и конструкции аналогичен преобразователю с одной диафраг­мой. Отличие заключается в том, что обратный ход рабочих цилинд­ров (рис.5.13) осуществляется не пружинами рабочих цилиндров и не сжатым воздухом, как в преобразователях с одной диафрагмой, а мас­лом низкого давления. Полость А масла низкого давления, которая об­разована второй диафрагмой, является резервуаром масла, расходуе­мого на обратный ход рабочих цилиндров. При разжиме сжатый воз­дух поступает под диафрагму 1 и вытесняет масло из полости А через отверстие 2 в штоковую полость рабочих цилиндров. В результате это­го происходит обратный ход поршней. Недостатком конструкции яв­ляется отсутствие разделительного клапана. Роль разделительного клапана выполняет плунжер 3, перекрывающий при окончательном зажиме обрабатываемой заготовки во время перемещения вправо от­верстие, соединяющее полость низкого давления масла Б и полость вы­сокого давления В. Так как при разделении этих полостей отсутствуют уплотнительные кольца, нужно чтобы плунжер и втулка 4 были тща­тельно притерты для избежания утечек.

Преобразователи давления диафрагменного типа при положитель­ных качествах (малые габариты, простота конструкции) имеют недоста­ток, который заключается в быстром выходе из строя резиновой диаф­рагмы, работающей со знакопеременной нагрузкой. Для долговечной службы преобразователя необходимо качественное изготовление диафрагмы при соответствующих химическом составе и механических характеристиках.

Рис.5.13. Преобразователь последовательного действия с двумя диафрагмами

При отсутствии масла в полости низкого давления нельзя вклю­чать рукоятку в положение зажима. Это обусловлено тем, что под дав­лением воздуха диафрагма плотно прилегает к крышке преобразовате­ля, после чего невозможно без разборки преобразователя заполнить полость маслом.

Бездиафрагменный пневмогидравлический преобразователь (рис.5.14.) состоит из корпуса 1, к которому присоединен болтами ци­линдр 2 с помощью крышки 3. Его габариты 180x260x420 мм Пор­шень 11 перемещается в цилиндре, а связанный с ним шток-плунжер 12 - в расточке корпуса, которая является гидроцилиндром высокого дав­ления. При повороте рукоятки крана 4 в положение предварительного зажима сжатый воздух по трубопроводу 5 подается в полость масла низкого давления. Под действием сжатого воздуха масло под давлени­ем 0,4-0,5 МПа поступает через три отверстия 6 в полость А и оттуда через втулку 7 и трубопровод 8 в гидросистему рабочих цилиндров 9 приспособления. Поршень 10 передает усилие предварительного зажи­ма элементам приспособления.

При повороте рукоятки крана в положение окончательного зажи­ма сжатый воздух подается под поршень пневмоцилиндра, перемещая его и соединенный с ним шток-плунжер вправо. Масло из полости А через три отверстия 6 течет в полость масла низкого давления до тех пор, пока плунжер, перемещаясь вправо, не перекроет отверстия. Пос­ле этого давление в полости А и гидросистеме приспособления увели­чивается и достигает 5-6 МПа. Происходит окончательный зажим за­готовки.

Рис.5.14. Бездиафрагменный пневмогидравлический преобразователь

Чашеобразный латунный манжет 17 толщиной 0,5 мм и с накло­ном стенок 1°30' обеспечивает уплотнение цилиндра. Уплотнение меж­ду полостью низкого давления и воздушным цилиндром осуществлено двумя резиновыми кольцами 9, между которыми выполнено дренаж­ное отверстие 16.

Внутренняя поверхность чугунного корпуса 1 пропитана бакели­товым лаком. Крышка 15 закрывает полость масла низкого давления. При повороте рукоятки крана в положение разжима сжатый воздух по­дается по трубопроводу 13 в противоположную полость пневмоцилин-дра и по трубке 14 в обратную полость рабочих гидроцилиндров прис­пособления. При этом поршень 11 со шток-плунжером движется влево, и масло из рабочих цилиндров поступает через полость А и три отверс­тия 6 в полость низкого давления масла.

Конструкция такого преобразователя более проста из-за отсутст­вия диафрагмы и разделительного клапана.

Преобразователь давления бездиафрагменного типа показан на рис.5.15а. Преобразователь состоит из воздушного цилиндра и двух гидроцилиндров низкого и высокого давления. Воздушный ци­линдр 14 и гидроцилиндр низкого давления 11 соединены посредством фланца 12. В нижнем фланце воздушного цилиндра 15 имеются четыре отверстия для закрепления преобразователя. Внутри гидроцилинд­ра 11 расположен цилиндр высокого давления 6. Он состоит из сталь­ной втулки, прикрепленной четырьмя винтами 4 к промежуточному фланцу. Поршень 1 пневмоцилиндра связан шайбой 2 со шток-плунже­ром гидроцилиндра давления 3. В торце цилиндра 6 смонтирован раз­делительный клапан 7. Маслоуказатель 9 служит для контроля уровня масла в цилиндре низкого давления.

Рис.5.15. Преобразователь давления бездиафрагменного типа

При предварительном зажиме обрабатываемой заготовки сжатый воздух поступает в штуцер 19, ввернутый в промежуточный фланец 12, и далее через взаимно перпендикулярные отверстия во фланце и труб­ку 10, в верхнюю полость гидроцилиндра низкого давления 11.

Под давлением сжатого воздуха масло через трубки 5 и 17 посту­пает в разделительный клапан и далее в гидросистему приспособления. Давление масла контролируется манометром 8. При окончательном зажиме сжатый воздух через штуцер 16 отверстия во фланце поступает под поршень воздушного цилиндра. При этом масло из цилиндра вы­сокого давления под действием шток-плунжера поступает через разде­лительный клапан в гидросистему приспособления, осуществляя окон­чательный зажим заготовки. Обратный ход поршня происходит за счет поступления сжатого воздуха через штуцер 13 в верхнюю полость пневмоцилиндра, а из нижней полости пневмоцилиндра и верхней по­лости гидроцилиндра уходит через распределительный кран в атмос­феру. Слив масла в гидроцилиндр низкого давления 11 осуществляется через разделительный клапан пружинами рабочих гидроцилиндров или под действием сжатого воздуха, подводимого к цилиндрам. Для транспортирования преобразователя служат два крюка 18.

Отношение диаметров поршня и шток-плунжера 25:1, следова­тельно, преобразователь создает без учета трения давление масла, уве­личенное в 25 раз по сравнению с давлением воздуха. Диаметр поршня 200 мм, диаметр шток-плунжера 40 мм. Расход масла низкого давления 3000 см³ . Расход масла высокого давления 175 см³.

На рис.5.15б показаны два варианта пневмогидравлических схем: первый вариант с обратным ходом поршней рабочих цилиндров под действием возвратных пружин для приспособлений с цилиндрами дву­стороннего действия, второй вариант с обратным ходом поршней ци­линдров под действием сжатого воздуха для приспособлений с цилинд­рами одностороннего действия.

Пневмогидравлический преобразователь давления поршневого типа (рис.5.16). В отличие от преобразователей диафрагменного типа пред­варительный зажим обрабатываемых заготовок осуществляется давле­нием воздуха не на резиновую диафрагму, а на поршень, вытесняющий масло из полости низкого давления в гидросистему зажимных приспо­соблений. Воздушная и масляная среда в полости низкого давления масла разделены поршнем. Это способствует отсутствию в масляной полости воздушных мешков, загрязнения масла и адсорбции воздуха в масляную среду. Преобразователь состоит из воздушной полости окончательного зажима А, воздушной полости предварительного за­жима Б, полости низкого давления масла - предварительного зажи­ма В, полости высокого давления масла Г. При повороте рукоятки в положение предварительного зажима сжатый воздух поступает через отверстие 1 в нижнюю часть воздушной полости предварительного за­жима Б. Двухступенчатый поршень 2 движется вверх, создавая в по­лости В давление в 2 раза большее, чем давление воздуха, благодаря разности площадей ступеней поршня. Масло из полости Б через разде­лительный клапан поступает в рабочие цилиндры приспособления. Та­ким образом, усилие предварительного зажима увеличивается, что га­рантирует точную установку заготовки в приспособлении при предва­рительном зажиме.

Рис.5.16. Схема пневмогидравлического преобразователя давления поршневого типа

При повороте рукоятки крана в положение окончательного зажи­ма сжатый воздух через отверстие 3 подается в нижнюю часть воздуш­ной полости А. При этом поршень 4 и соединенный с ним шток-плун­жер 5 перемещаются вверх, вытесняя масло из полости Г через раздели­тельный клапан в гидросистему приспособления, окончательно зажи­мая заготовку.

Обратный ход воздушных поршней 2 и 4 происходит под давлени­ем сжатого воздуха. Такая конструкция преобразователя гарантирует отвод поршня 2 в исходное положение независимо от возвратных пру­жин рабочих цилиндров. При переключении рукоятки крана управле­ния в положение разжима сжатый воздух поступает одновременно че­рез отверстие 7 в верхнюю часть полости Б и отверстие 6 в верхнюю часть полости А. При этом оба поршня перемещаются вниз в исходное положение. Резиновые буферы 8 и 9 служат для предотвращения уда­ров поршней о фланцы.

Малогабаритный пневмогидравлический преобразователь давления предназначен для питания пневмогидравлических приспособлений, в которых обрабатываются заготовки малогабаритных деталей (рис.5.17.)

Объем масла низкого давления, расходуемый на заполнение рабо­чих цилиндров при подводе зажимных элементов к заготовке и предва­рительный зажим, составляет 250 см³. Объем масла высокого давления для окончательного зажима - 20 см³.

Преобразователь давления выполнен в виде двух цилиндров. Пневматический цилиндр 4 и цилиндр низкого давления 2 соединены с помощью фланца 3, цилиндрическая часть последнего является цилин­дром высокого давления. В крышке 7 преобразователя установлен раз­делительный клапан и манометр для контроля высокого давления мас­ла. В правой крышке 11 расположен согласующий клапан. При пово­роте рукоятки трехходового воздушного распределительного крана в положение зажима сжатый воздух подается под цилиндрическую рези­новую диафрагму 8. Плунжер 5 согласующего клапана под действием пружины вместе с поршнем 10 движется вправо. При этом перекрыва­ется доступ воздуха в рабочую полость пневматического цилиндра. Нерабочая полость его через распределительный кран сообщается с атмосферой.

Под давлением сжатого воздуха на диафрагму масло из гидроци­линдра низкого давления через распределительный клапан, плунжер 1 которого под действием пружин находится в верхнем положении, и штуцер 6 поступает в рабочие гидроцилиндры приспособления. При этом масло поступает также в гидроцилиндр высокого давления. Как только давление в масляной системе достигает 0,4–0,5 МПа шток-п­лунжер 9 и соединенный с ним поршень 10, сжимая пружину плунже­ра 5, движется вправо, открывая доступ воздуха в правую полость ци­линдра через штуцер 12. Под действием сжатого воздуха поршень с плунжером движется влево, создавая давление масла в гидроцилиндре высокого давления соответственно 6,8–8,5 МПа. При этом происходит окончательный зажим заготовки.

Рис.5.17. Малогабаритный пневмогидравлический преобразователь

Плунжер 5 согласующего клапана под давлением сжатого воздуха все время находится в правом положении. При повороте рукоятки рас­пределительного крана в положение разжима сжатый воздух подается в левую полость пневмоцилиндра, перемещая поршень вправо, а из правой полости через согласующий клапан, штуцер 12 и распредели­тельный кран уходит в атмосферу. В то же время воздух из-под диаф­рагмы также уходит в атмосферу.

Возврат поршней рабочих цилиндров в исходное положение про­исходит за счет пружин цилиндров.

Малогабаритные преобразователи давления монтируются непос­редственно на приспособлении или на столе станка.

Преобразователь давления с самотормозящим звеном. Недостаток всех рассмотренных выше преобразователей состоит в том, что в слу­чае падения давления в рабочем пневмоцилиндре или чрезмерного уве­личения сил резания может произойти ослабление зажима заготовки.

Самотормозящийся пневмогидравлический преобразователь, схе­ма работы которого показана на рис.5.18, устраняет этот недостаток. Преобразователь состоит из сборного корпуса, внутри которого пере­мещается сдвоенный поршень 1. Через него и крышки корпуса прохо­дит цилиндр 5. Внутри последнего смонтирован плунжер 2 с роликом на конце. К задней крышке корпуса прикреплен самотормозящийся усилитель. Шток поршня 4 соединен с подвижным клином 3, в кото­рый упирается ролик плунжера 2.

По трубопроводу I сжатый воздух подается в полость А и, переме­щая поршень 1, вытесняет жидкость из полости Б через клапанную ко­робку в рабочие цилиндры и в полость В. При этом разность размеров поршней обеспечивает увеличение давления предварительного зажима по сравнению с давлением воздуха в сети примерно в 2 раза. После вы­полнения предварительного зажатия заготовки переключением крана сжатый воздух направляется по трубопроводу II в полость Д и, подни­мая поршень с клином 3вверх, перемещает плунжер 2, создающий высо­кое давление жидкости в полости В. Это давление передается в рабочие цилиндры для окончательного зажима заготовки. Открепление детали осуществляется при подаче сжатого воздуха через трубопровод III в воздушные полости Г и Е. Наличие самотормозящегося устройства, состоящегоиз деталей 2 и 3, делает систему жесткой, надежно противос­тоящей действию сил, стремящихся ослабить крепление заготовки в приспособлении.

Рис.5.18. Схема самотормозящего пневмогидравличеекого усилителя

Самотормозящиеся пневмогидравлические преобразователи для удобства эксплуатации выполняются в виде отдельного агрегата, смонтированного в металлическом шкафу, который может быть уста­новлен вне станка и связан с приспособлением гибким шлангом. Эти установки позволяют получить давление жидкости 5–8 МПа при дав­лении в воздушной сети 0,4–0,5 МПа. Компоновка пневмогидравли-ческих преобразователей показана на рис.5.19.

При отсутствии воздушных мешков в гидросистеме приспособле­ния и преобразователя и утечек масла преобразователь давления будет самотормозящим, т.е. при увеличении усилий резания, а, следователь­но, и увеличении усилий на прихваты, благодаря несжимаемости мас­ла, усилия будут восприниматься через плунжер самотормозящим кли­ном. Наличие же воздушных мешков в гидросистеме вызовет отход прихватовот заготовки из-за сжимаемости воздуха. Для полной гаран­тии безопасности работы приспособлений в пневматическую сеть пре­образователя нужно включать предохранительную аппаратуру: реле давления и обратный клапан, обеспечивающие отключение электрод­вигателей станка при падении давления в сети, так как наличие воз­душных мешков и утечек масла в гидросистеме неизбежны.

Рис.5.19. Общий вид пневмогидравлического усилителя: 1 - пневмогидравлический преобразователь; 2 - водоотделитель; 3 - масленка; 4 - кран проходной; 5-кран четырехходовой; б-воздушный клапан; 7-регулятор давления

Пневмогидравлические преобразователи широко используются в конструкциях универсальных переналаживаемых приспособлений. Универсальное переналаживаемое наладочное приспособление плун­жерного типа (рис.5.20) со встроенным пневмогидравлическим уси­лителем прямого действия предназначено для установки и закрепле­ния заготовок (размером до 250x300 мм), требующих поджима к го­ризонтальной базовой плоскости при обработке на фрезерных стан­ках с шириной стола не менее 300 мм Базовая часть приспособления представляет собой стол 8 (размером в плане 380x5500 мм) с Т-образ­ными поперечными и продольными пазами.

Рис.5.20. Универсальное переналаживаемое наладочное приспособление плун­жерного типа

На периферии стола установлены десять встроенных гидравличес­ких цилиндров, шток-плунжеры 12 которых передают усилие зажим­ным элементам, закрепленным в Т-образных пазах стола. Установоч­ные базовые элементы располагают в пазах стола и закрепляют болта­ми, вставляемыми в Т-образные пазы.

Сила зажима создается сжатым воздухом, который подается через штуцер 14. Переключением рукоятки крана управления 19 закрепляют и раскрепляют обрабатываемые изделия, устанавливаемые на сменные установочные базовые наладки. Сжатый воздух, поступая в полость 10 и воздействуя на поршень 9 встроенного пневматического цилиндра, шток 5 которого является плунжером масляного цилиндра, создает вы­сокое давление масла в гидросистеме. Рабочие полости всех гидроци­линдров сообщаются с гидроцилиндром плунжера пневмогидравли-ческого цилиндра. Следовательно, движение последнего вызывает пе­ремещение рабочих плунжеров, передающих силу зажима прихватам, закрепляющим обрабатываемые заготовки. Сила зажима определяет­ся по таблице 16 (расположенной на столе) в зависимости от давления воздуха, определяемого по манометру 17. Диапазон сил составляет 2942-11760 Н. Давление воздуха настраивают регулятором давле­ния 15. Давление масла контролирует манометр 18. Максимальный ход рабочих плунжеров составляет 8-10 мм при работе одного из них. При одновременной работе нескольких плунжеров ход каждого соот­ветственно уменьшается. Во избежание перемещения нерабочих плун­жеров наружную гайку 11 цилиндра завинчивают до упора в плунжер. При работе одного или двух плунжеров, ход которых будет соответст­венно 8-10 или 4-5 мм, зажим заготовок может осуществляться непос­редственно пневмогидравлическим приводом. При одновременной ра­боте большего количества плунжеров в результате уменьшения их хода возникает необходимость предварительного зажима. Для этого используют механогидравлический привод.

Рукояткой 13 привода вращают коническую пару 1 и 2 шестерен, перемещающих гайкой плунжер 3 гидроцилиндра, полость 4 которого сообщается с рабочими гидроцилиндрами. Давление масла передается рабочим плунжерам. В результате этого происходит предварительный зажим обрабатываемых заготовок. Окончательно заготовку зажима­ют пневмогидравлическим приводом, включая кран управления. Раск­репляют детали переключением рукоятки крана управления, через ко­торый сжатый воздух выходит в атмосферу. При этом шток-плунжер гидроцилиндра, так же как рабочие плунжеры, под действием пружи­ны поршня перемещается в исходное положение. Когда используют предварительный зажим, то раскрепляют детали рукояткой, которую вращают в обратную сторону. Пробки 6 и 7 закрывают отверстия для заполнения маслом гидросистемы.

Устанавливают и закрепляют обрабатываемые заготовки посред­ством сменных наладок, которые компонуют из нормализованных ус­тановочных и крепежных узлов (рис.5.21).

Базовым агрегатным узлом переналаживаемого механизирован­ного приспособления (рис.5.22) к фрезерным станкам является выпол­ненный из стальной поковки стол с пятнадцатью встроенными гидро­цилиндрами 2. На верхней установочной плоскости стола выполнена координатная сетка Т-образных пазов. Цилиндры расположены в сту­пенчатых отверстиях плиты, оси которых проходят через пазы плиты или их перекрытия. Источником давления масла гидроцилиндров является двухступенчатый пневмогидравлический усилитель,  уста­навливаемый на станине станка или около него.

Рис.5.21. Сменные наладки: а - прихват; б—г - прихваты отодвижные; д - прихват для горизонтального крепления; е - угольник; ж - упорная планка: з - опоры; и, к- горизонтальные упоры; л - опорная планка.

Рис.5.22. Универсальное переналаживаемого механизирован­ного приспособление.

От усилителя масло через штуцеры 4 и 5 и каналы в корпусе 1 подается в поршневую или штоковую полости цилиндров. Пробки 3 заглушают отверстия, служащие для выпуска воздуха из гидросисте­мы. Сила, развиваемая гидроцилиндром, составляет 1470 Н при давле­нии масла 1 МПа и 14700Н при давлении 10 МПа. Давление масла кон­тролируют по манометру. На лицевой стенке усилителя имеется шкала для перевода давления масла в силу, развиваемую гидроцилиндром. Ход поршня гидроцилиндра 10 мм. Для выключения неработающих гидроцилиндров шток поворачивают на 90°. При этом прямоугольный выступ штока устанавливается перпендикулярно прямоугольному пазу корпуса цилиндра. Для фиксации положения поршня в его ниж­ний торец запрессован штифт, входящий в радиальный паз крышки цилиндра. При включении цилиндра резьбовое отверстие штока заглу­шают пробкой. Заготовки устанавливают с помощью сменных унифи­цированных наладок планок, угольников и т.д. (рис.5.23).

Рис.5.23. Сменные наладки: а—д — зажимные регулируемые наладки; е - дополнительный ручной прижим для крепления нежестких деталей; ж - большая неподвижная губка; з - малые неподвижные губки; и - унифицированные регулируемые установочные наладки; к - самоустанавливающаяся опора; л, м - упоры со шпоночными выступами для ориентации в пазах стола

Подвижная губка наладки тисочного типа показана на рис.5.24. При поступлении масла от пневмогидравлического усилителя в порш­невую или штоковую полость гидроцилиндра поршень последнего пе­ремещается вверх или вниз. В результате этого ввинченная в шток тяга 8 поворачивает рычаг по или против часовой стрелке, перемещая через гайку 4 и винт 5 губку 3 вправо или влево, раскрепляя или закреп­ляя обрабатываемую заготовку.

Номенклатура унифицированных установочных и зажимных на­ладок, а также наличие 15 гидроцилиндров позволяет выполнять зна­чительное количество различных компоновок. Это обеспечивает обра­ботку большой группы заготовок, не снимая приспособление со стан­ка. Для быстрой переналадки приспособления на зеркале стола прос­тавлены номера гидроцилиндров. В карте наладки указывают требуе­мые установочные и зажимные наладки и номера цилиндров, к кото­рым присоединяются зажимные наладки.

Рис.5.24. Подвижная губка: 1 - наладка; 2 - шпонка; 3 - корпус; 4 - гайка фасонная; 5 - винт; 6 - ось; 7 - рычаг; 8 - тяга; 9 - основание губки; 10 - винт крепления наладки

Для более эффективного использования приспособлений такого типа целесообразно применять агрегатированные пневмогидравли-ческие усилители, закрепляемые на задней боковой стороне базовой плиты приспособления. Два малогабаритных двухступенчатых пневмогидравлических усилителя (рис.5.25) монтируют на задней боковой стороне плиты. Обоими усилителями управляют от одного пневмати­ческого распределительного крана. Пневмогидравлический усили­тель 3 включает в свой состав гидравлический цилиндр низкого давле­ния с полостями Д и Е, пневматический цилиндр с полостями А, Б, В, и Г и гидравлический цилиндр высокого давления с полостью Ж.

Рис.5.25. Малогабаритный агрегатный пневмогидравличеекий усилитель

При повороте рукоятки распределительного крана в положение предварительного зажима сжатый воздух, давление которого контро­лируют манометром, подается в полость Д. Под давлением сжатого воздуха поршень 9 движется вправо, вытесняя масло из полости Е под давлением, равным давлению сжатого воздуха, в полость Ж и далее в полости И рабочих гидроцилиндров 5. Поршни 7 рабочих цилиндров 5 перемещаются вверх, передвигая зажимные элементы в Т-образных па­зах стола станка к обрабатываемой заготовке и предварительно зак­репляя ее.

При повороте рукоятки четырехходового распределительного крана в положение окончательного зажима сжатый воздух поступает в полость А пневмоцилиндра и через отверстие в штоке поршня 1 - в по­лость В. Полость Б соединяется в это время с атмосферой. Полость Г постоянно соединена с атмосферой через отверстие в корпусе. Под дав­лением сжатого воздуха поршни 1 и 2 перемещаются вправо до тех пор, пока шток-поршень 2 не перекроет отверстие, соединяющее полости Ж и Е. После того как отверстие будет перекрыто, в рабочих цилиндрах создается давление масла 10 МПа, при котором обрабатываемые заго­товки окончательно закрепляются. Сила зажима регулируется посред­ством   регулятора   давления.  Величина хода   поршней   рабочих цилиндров увеличивается при уменьшении количества работающих цилиндров. Цилиндры, не принимающие участия в работе, выключа­ются при завинчивании гайки 6 до упора, после чего отверстия закры­вают пробками.

Детали разжимают переключением рукоятки крана в положение разжима. При этом сжатый воздух поступает в полость Б цилиндра, а полости А, В и Д соединяются с атмосферой. Под давлением сжатого воздуха поршни 1 и 2 движутся влево. Поршень 9 перемещается влево под действием пружины 10, а поршень 7 – пружины 8. При этом масло сливается в полости Ж и Е усилителя, которые сообщаются между со­бой. Пробка4 служит для заполнения маслом системы и выпускаиз нее воздуха. Давление масла контролируют манометром.

Компоновка усилителя на базовой плите приспособления обеспе­чивает быстрое отсоединение пневмосистемы усилителя при смене приспособлений на станке, сокращая подготовительно-заключитель­ное время и связанные с ним простои станка. Кроме того, такая компо­новка усилителя позволяет также при наличии приспособлений-дублеров менять заготовки вне станка, поскольку при наличии быст-роразъемной муфты время, затрачиваемое на присоединение пневмосети к усилителю, незначительно.

Для соединения и рассоединения быстродействующей соедини­тельной муфты (рис.5.26) затрачивается всего несколько секунд. В кор­пусе 12 муфты расположены два седла 13 и 11, между которыми распо­ложена сферическая пробка1 со сквозным отверстием и пазом. Пружи­на4 обеспечивает плотное прилегание пробки к седлам 13 и 11.В левый торец корпуса ввинчен штуцер 14 с конусным отверстием для концево­го присоединения шланга. С правой стороны на корпусе подвижно смонтирована втулка 7, отжимаемая пружиной 4. В радиальных отвер­стиях втулки установлены шарики 3. На втулке 7 установлена подвиж­ная гильза 10. Штуцер 6 концевого присоединения к распределитель­ному крану пневмогидравлического усилителя пневмосистемы в поло­жении, показанном на рис.5.26а, удерживается в муфте шариками 5.

Для отсоединения муфты вначале гильзу 10 перемещают влево (рис.5.26б). При этом последняя поворачивает штифтом 2 пробку 1. В результате этого воздух из пневмогидравлического усилителя плавно выходит через паз последнейв атмосферу. Затем смещают втулку 7вле­во (рис.5.26в). При этом шарики 3 выжимаются из лунок корпуса, пре­дохраняя гильзу 13 от перемещения вправо.

В этом положении штуцер 6 легко вынимается из гнезда муфты, поскольку удерживающие его шарики 5 вытесняются при перемеще­нии штуцера в проточку втулки 7. При этом пружина 4, упирающаяся в кольцо 8, сжимает пробку 1 между седлами 13 и 11. После удаления штуцера 6 из гнезда муфты пружина 9 возвращает втулку 7 в исходное положение. Для присоединения штуцера к муфте необходимо сместить влево втулку 7 (рис.5.26в). При этом штуцер свободно входит в гнездо муфты, сжимая через кольцо 8 пружину 4. Втулка под действием пру­жины 9 возвращается в исходное положение, и шарики 5 фиксируют штуцер 6 в гнезде муфты. Затем перемещением гильзы 10 вправо пово­рачивают пробку 1 в положение 1.

Рис.5.26. Быстродействующая соединительная муфта

В этом положении сжатый воздух от пневмосети подается к крану пневмогидравлического усилителя через муфту. Причем проходное се­чение во всех деталях муфты будет одинаковым с проходным сечением штуцера 6 и штуцера концевого присоединения шланга пневмосистемы. Так как отсоединение муфты осуществляется последовательным смещением гильзы 10 и втулки 7, почти полностью исключена возмож­ность случайного рассоединения муфты.

Монтаж пневмогидравлических преобразователей и установка их в цехе. Если станок применяют только для выполнения одной операции, т.е. когда приспособление стационарно закреплено за данным стан­ком, преобразователи давления со всей аппаратурой удобно монтиро­вать непосредственно на столе станка. Соединение преобразователя с гидросистемой приспособления осуществляется жесткой связью. Пре­образователь давленияиаппаратурадолжныбыть надежнозащищены кожухом от попадания стружки и возможности механических повреж­дений. В случае, когда за одним станком закрепляется несколько крупногабаритных приспособлений, поочередно устанавливаемых на столе станка, преобразователь давления монтируется около станка в удобном месте. Соединение преобразователя с гидросистемой приспо­собления производится гибкой связью, так как преобразователь неподвижен, а приспособление перемещается вместе со столом станка. Преобразователь давления вместе со всей аппаратурой может монти­роваться на сварной подставке и должен быть надежно защищен кожу­хом. На рис.5.27 показан монтаж преобразователя с аппаратурой на литой колонке (кожух не показан). Наиболее удобным монтажом пре­образователя является монтаж в сварном шкафу. Последний выполня­ется изуглового профильного железа и обшивается листовым железом. Всю аппаратуру и преобразователь давления размещают внутри шка­фа. Наружу выносят только рукоятку крана управления, манометры для контроля давления и маслоуказатель для наблюдения уровня мас­ла в резервуаре, а также розетку для присоединения реле давления к пускателям электродвигателей станка.

Рис.5.27. Установка пневмогидравлического преобразователя на литой колонке

Шкаф с преобразователем давления и аппаратурой должен уста­навливаться так, чтобы кран управления находился в безопасном и удобном для управления месте, исключая возможность случайного выключения. Воздушная струя крана при отключении должна быть направлена в сторону от рабочего. Рекомендуется для уменьшения шума ставить на выходе воздуха глушитель, представляющий трубку с мелкими отверстиями с запаянным дном.

Применение пневмогидравлических приводов в технологическом обо­рудовании. На рис.5.28 показана схема пневмогидравлического приво­да с поршневым реечно-шестеренным поворотным механизмом. Этот узел, установленный на пиноль сверлильного станка (рис.5.28б), позво­ляет автоматизировать рабочий цикл этого станка.

На рис.5.29 пневмогидравлический узел, установленный в качест­ве привода рабочих органов токарных и фрезерных станков, автомати­зирует цикл обработки и превращает универсальные металлорежущие станки в полуавтоматы.

Рис.5.28. Пневмогидравлический узел подачи в сверлильном станке (а, б)

Рис.5.29. Применение пневмогидравлического узла подачи на токарном (а), фрезерном (б-г) и агрегатном станках (д)

В конструкциях автоматических линий для изготовления деталей различного служебного назначения используются агрегатные станки. Главным элементом агрегатного станка является силовой привод, со­общающий инструментам основное движение. К силовым приводам относятся силовые головки. Силовая головка представляет собой агрегат, сочетающий в себе привод главного движения (вращения) ин­струмента и подачи (поступательное движение). В ряде конструкций головок используется пневмогидравлический привод. В пневмогид-равлических головках движение подачи обеспечивается посредством сжатого воздуха. Но, если для этой цели взять обычный пневмоци-линдр, скорость подачи не будет постоянной. При впуске воздуха в ци­линдр шток сначала пойдет медленно, затем все быстрее ик концу хода приобретает максимальную скорость. Чем длиннее ход штока, тем не­равномерность движения больше. Поэтому пневматический привод дополняют гидравлической системой регулирования. Принцип ее дей­ствия таков. Поршень, движущийся под действием сжатого воздуха, вытесняет масло из полости гидроцилиндра через отверстие малого се­чения. Так как скорость протекания жидкости сохраняется примерно постоянной, обеспечивается соответствующее постоянство скорости движения поршня. Изменяя сечение отверстия, можно регулировать скорость подачи.

Принцип действия пневмогидравлической силовой головки пояс­няется схемой на рис.5.30.

В положении, показанном на рис.5.30, сжатый воздух из сети пода­ется в правую воздушную полость рабочего цилиндра 2. Поршень (пиноль) головки 1 перемещается вместе со шпинделем влево, вытесняя масло из левой масляной полости цилиндра. Масло по трубопроводам проходит через редукционный клапан и дроссель 8 и клапан ускоренно­го хода 7 в правую полость 4 кольцевой диафрагменной камеры. Из ле­вой полости 3 камеры имеющийся воздух уходит в окружающую среду.

Рис.5.30. Кинематическая схема пневмогидравлической силовой головки

Клапан ускоренного хода 7 открывает дополнительный подход маслу из цилиндра 2 в камеру 4. Для открытия клапана к тяге 5, движу­щейся вместе с пинолью головки, в нужном месте прикреплена линей­ка 6. Эта же тяга служит для переключения головки на обратный ход. На ней установлен упор 11, замыкающий контакты электромагнита 10. Электромагнит перемещает управляющий золотник 9 вверх, и направ­ление движения воздуха изменяется. Сжатый воздух из сети подается в левую полость диафрагменной камеры. Резиновая диафрагма проги­бается вправо, вытесняя масло из камеры в цилиндр. Пиноль идет вправо, а воздух из правой полости цилиндра уходит в окружающую среду. Для регулирования скорости подачи использован редукцион­ный клапан Р и дроссель 8. Обеспечить большое усилие при ограничен­ном диаметре рабочего цилиндра невозможно, так как давление в нем в несколько раз меньше, чем в цилиндрах гидравлических силовых го­ловок. К тому же полезная площадь поршня цилиндра уменьшается из-за необходимости прохода через него шпинделя головки. В этом недос­таток пневмогидравлических головок, ограничивающих возможности их применения.

Но конструкцию пневмогидравлической головки можно сделать более простой, чем гидравлической, для нее не нужны сложные, доро­гие в изготовлении масляные насосы высокого давления. По техничес­ким возможностям пневмогидравлические силовые головки близки к гидравлическим, так как позволяют получать сложные рабочие циклы.

Пневмогидравлический привод применяется в конструкциях обо­рудования с числовым программным управлением.

Рис.5.31. Пневматический привод числового программного управления

Схема пневмогидравлического привода числового программного управления приведена на рис.5.31а. Программа работы привода, запи­санная на перфорированной ленте 1, считывается пневматическим бес­контактным устройством 2 и вводится в блок сравнения БС. Одновре­менно в блок сравнения поступает информация от датчика обратной связи 3 о фактическом положении исполнительного органа 4 привода. БС сравнивает заданную информацию с фактической и выдает сигна­лы рассогласования, которые усиливаются и поступают в рабочие кол­лекторы пневмопреобразователя 5.

Шток преобразователя приводит в движение заслонку 6. Заслонка поворачивается, например, по часовой стрелке, прикрывает левое соп­ло и увеличивает проходное сечение правого сопла. Давление перед ле­вым соплом увеличивается, а перед правым - уменьшается. В результа­те возрастает давление в канале после дросселя 7 и в левой полости уп­равления распределителя 9. Одновременно давление в канале за дрос­селем 8 и правой полости управления распределителя 9 уменьшается. Равновесие сил, действующих на торцы распределителя, нарушается, и распределитель перемещается вправо, соединяя напорную линию с ли­нией а. При этом линия б соединяется со сливной линией. В рабочих полостях гидродвигателя 10 возникает перепад давления, который приводит во вращение ротор и связанный с ним через редуктор 11 хо­довой винт 12. Ходовой винт перемещает, например, стол станка.

Фактическое перемещение контролируется датчиком положе­ния 3. Некоторому перемещению рабочего органа соответствует один импульс датчика положения. Перемещение, соответствующее одному импульсу, называют разрешающей способностью датчика. Разрешаю­щая способность может составлять несколько десятков микрометров. Как только число импульсов, поданных датчиком, будет соответство­вать числу, заданному программой, сигналы x и y, выходящие из блока сравнения, станут одинаковыми. Мембрана преобразователя 5 устано­вится в нейтральном (среднем) положении, заслонка 6 также устано­вится в среднем положении, давления в торцовых полостях управления распределителя 9 сравняются. Под действием центрирующих пружин распределитель устанавливается в среднем положении и перекрывает линии а и б. Гидродвигатель остановится. Если в результате инерции движущихся частей произойдет перебег, то блок сравнения выдаст сиг­налы на возврат и гидродвигатель вернет исполнительный орган 4 в за­данное положение.

Недостатком пневмогидравлических приводов является их отно­сительно низкий КПД.

Расчет пневмогидравлического преобразователя (усилителя) давле­ния прямого действия. При зажиме детали поршень преобразователя (усилителя) будет находиться в равновесии (при отсутствии утечек мас­ла) под действием силы, приложенной к поршню 1, с одной стороны, и сопротивлением возвратной пружины 2, силы трения и давления масла на шток-плунжер 3, с другой стороны (рис.5.32).

Рис.5.32. Схема к расчету пневмогидравлического преобразователя