ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ РЕГУЛЯТОР УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ШПИНДЕЛЯ СТАНКА ДЛЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ МОТОРОМ ПРИВОДА ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к оборудованию машиностроительных производств и может быть использована в системах автоматического управления гидравлическими моторами приводов вращения шпинделей станков.
Известен центробежный регулятор угловой скорости (регулятор Уатта), содержащий вращающийся центробежный механизм, образованный шарнирно соединенными рычагами с грузами, и подпружиненную подвижную муфту, связанную рычагом с заслонкой, регулирующей расход рабочей среды, подводимой к двигателю [1].
Недостатками такого регулятора являются: низкая точность регулирования угловой скорости двигателя, а также ограниченные технические возможности, обусловленные силами трения в подвижных соединениях деталей, отсутствием регулировки на разные режимы работы, возможностью установки центробежного механизма только на конце вала или необходимостью использования дополнительных механических передач, жесткой рычажной связью подвижной муфты с заслонкой.
Известен гидромеханический датчик угловой скорости вала, содержащий центробежные грузики и распределитель, выполненный в виде грибкового клапана, свободно взвешенного в потоке и расположенного на опорной игле [2]. Устройство служит для автоматического регулирования подачи топлива к двигателю и стабилизации его угловой скорости.
Недостатками данного устройства являются: низкая точность регулирования угловой скорости из-за использования в конструкции нерегулируемых элементов, сложность конструкции, ограниченные технические возможности, обусловленные использованием полумостовой схемы формирователя типа сопло-заслонка со слабым выходным сигналом, ограниченный диапазон изменения угловой скорости, возможность установки датчика только на конце вала контролируемого объекта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь угловой скорости, который содержит центробежные грузы и формирователь выходного сигнала типа сопло-заслонка. Грузы закреплены на упругих элементах, соединяющих неподвижную и подвижную втулки, размещенные на ступице. Положение неподвижной втулки и предварительную деформацию упругих элементов можно регулировать. Подвижная втулка имеет фланец. Формирователь выходного сигнала расположен в неподвижном кронштейне, имеет два соосных сопла и два постоянных дросселя. Сопла направлены навстречу друг другу и образуют с фланцем зазоры для прохода рабочей жидкости, которые можно регулировать. Постоянные дроссели и сопла гидравлического усилителя соединены по мостовой схеме, а междроссельные камеры сопл сообщаются с полостями управления исполнительного механизма, включенного в диагональ моста [3].
Недостатками прототипа являются: сложность конструкции, невысокая надежность работы и точность измерения угловой скорости, ограниченные технические возможности и диапазон измерения угловой скорости. Для использования в качестве автоматического регулятора необходимо подключение дополнительного золотникового распределителя рабочей среды.
Технической задачей полезной модели является повышение точности регулирования угловой скорости шпинделя станка, а также надежности работы, упрощение конструкции и расширение технических возможностей регулятора.
Решение указанной задачи достигается тем, что формирователь выходного гидравлического сигнала выполнен в виде переменного дросселя золотникового типа, образованного поверхностями кольцевой цилиндрической проточки на подвижной втулке и кольцевой цилиндрической выточки в осевом отверстии кронштейна, с возможностью регулирования его проходного сечения, и включен в сливную линию гидравлического мотора привода вращения шпинделя.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новыми деталями являются: подвижная втулка с кольцевой цилиндрической проточкой; кронштейн с кольцевой цилиндрической выточкой в осевом отверстии; формирователь выходного гидравлического сигнала, выполненный в виде переменного дросселя золотникового типа, включенного в сливную линию гидравлического мотора привода вращения шпинделя.
Новые функциональные связи.
Подвижная втулка с кольцевой цилиндрической проточкой и кронштейн с кольцевой цилиндрической выточкой в осевом отверстии образуют простой по конструкции и надежный формирователь выходного гидравлического сигнала регулятора угловой скорости.
Формирователь выходного гидравлического сигнала, выполненный в виде переменного дросселя золотникового типа, включенный в сливную линию гидравлического мотора привода вращения шпинделя, обеспечивает повышение точности регулирования угловой скорости шпинделя в широком диапазоне.
Регулировка сечения переменного дросселя для прохода рабочей жидкости обеспечивает точную настройку регулятора на заданный диапазон изменения угловой скорости шпинделя и расширяет технические возможности преобразователя.
Конструктивная схема центробежного регулятора угловой скорости шпинделя станка для системы автоматического управления гидравлическим мотором привода вращения шпинделя показана на фиг. 1.
Центробежный регулятор 1 угловой скорости шпинделя 2 станка для системы автоматического управления гидравлическим мотором 3 привода вращения шпинделя содержит формирователь выходного гидравлического сигнала, расположенный в неподвижном кронштейне 4, и ступицу 5, выполненную с возможностью установки на шпинделе. На ступице размещены неподвижная 6 и подвижная 7 втулки, соединенные упругими элементами 8 и 9с закрепленными на них центробежными грузами 10 и 11. Неподвижная втулка установлена с возможностью регулирования ее положения вдоль оси ступицы.
Формирователь выходного гидравлического сигнала выполнен в виде переменного дросселя золотникового типа, образованного поверхностями кольцевой цилиндрической проточки 12 на подвижной втулке и кольцевой цилиндрической выточки 13 в осевом отверстии кронштейна, с возможностью регулирования его проходного сечения, и включен в сливную линию 14 гидравлического мотора привода вращения шпинделя.
Центробежный регулятор угловой скорости шпинделя станка для системы автоматического управления гидравлическим мотором привода вращения шпинделя работает следующим образом.
Предварительную настройку центробежного регулятора 1 на заданную угловую скорость шпинделя 2 станка производят путем установки необходимого проходного сечения переменного дросселя формирователя выходного гидравлического сигнала за счет установки неподвижной втулки 6 в заданное положение на ступице 5, используя для этого резьбовое соединение.
При этом положение подвижной втулки 7 относительно кронштейна 4 определяется деформацией упругих элементов 8 и 9 под действием центробежных сил, пропорциональных массам грузов 10 и 11 и квадрату угловой скорости шпинделя станка.
Момент сопротивления вращению шпинделя при работе станка приводит к уменьшению угловой скорости шпинделя. При этом уменьшается и деформация упругих элементов, что приводит к соответствующему по величине перемещению вправо подвижной втулки. Проходное сечение переменного дросселя, образованного поверхностями кольцевой цилиндрической проточки 12 на подвижной втулке и кольцевой цилиндрической выточки 13 в осевом отверстии кронштейна увеличивается, и расход жидкости в сливной линии 14 гидравлического мотора 3привода вращения шпинделя станка возрастает, что приводит к увеличению угловой скорости шпинделя до заданной величины.
Источники информации, принятые во внимание
1. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. - Изд-е 3-е, испр. - М.: Наука, 1975. - С. 19, рис. 1.16.
2. Авторское свидетельство СССР №451068, М. Кл. G 05 D 13/10, G01P 13/00, приор. 18.12.1972, опубл. 25.11.1974, Бюл. №43.
3. Патент РФ на полезную модель №196237, кл. G 01 P 3/20, G 05 D 13/00, приор 07.05.2019, опубл. 21.02.2020, Бюл. №6 (прототип).