ГИДРОВИНТОВОЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД

Изобретение относится к гидроприводам, в частности к приводам линейных перемещений станков с числовым программным управлением и промышленных роботов.
Известен линейно-винтовой следящий привод, содержащий гидроцилиндр и дифференциальный поршень с каналами, постоянно сообщенными с подводом и отводом рабочей среды, и с внутренней полостью, в которой расположен управляющий винт, укрепленный в крышке гидроцилиндра, внутренняя полость поршня выполнена ступенчатой и сообщена с бесштоковой полостью через винтовую канавку управляющего винта [1].
Недостатком известного привода является нетехнологичность и сложность конструкции из-за выполнения на поверхности осевой расточки двух окон, требующих высокой точности расположения друг относительно Друга.
Известен также гидровинтовой следящий привод, содержащий цилиндрическую гильзу, поршень со штоком, образующий в гильзе поршневую и штоковую полости, управляющий винт, размещенный с возможностью вращения в осевой расточке поршня, выполненной со стороны поршневой полости, причем штоковая полость соединена с источником рабочей жидкости и через дроссель - с поршневой полостью, а последняя через канал, выполненный в штоке и имеющий окно, связанное с осевой расточкой, соединена со сливом, поршень выполнен в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону штока, и установлен в гильзе с гарантированным зазором, а дроссель выполнен в виде переменной по длине поршня щели, образованной между поверхностями поршня и гильзы [2].
Недостатком известного привода является отсутствие возможности фиксации штока и невозможность центрирования поршня в гильзе при
малой скорости течения рабочей жидкости по его конусной части, что может привести к его поломке и сокращению срока службы.
Задачей изобретения является обеспечение фиксации рабочего органа в промежуточных положениях и возможности центрирования поршня в гильзе.
Указанная задача достигается тем, что гидровинтовой следящий привод, содержащий цилиндрическую гильзу, поршень со штоком, образующий в гильзе поршневую и штоковую полости, управляющий винт, размещенный с возможностью вращения в осевой расточке поршня, выполненной со стороны поршневой полости, причем штоковая полость соединена с источником рабочей жидкости и через дроссель - с поршневой полостью, а последняя через канал, выполненный в штоке и имеющий окно, связанное с осевой расточкой, соединена со сливом, дополнительно снабжен устройством фиксации поршня, содержащим тонкостенный упругий элемент (ТУЭ), закрывающий круговую канавку, выполненную на наружной цилиндрической поверхности поршня, с образованием замкнутой камеры, соединенной с магистралью управления устройством фиксации через осевую расточку в штоке и радиальный канал в поршне, кроме того дроссель выполнен линейным и размещен в теле поршня, а на наружной поверхности поршня расположены канавки под уплотнительные элементы.
На чертеже показан описываемый гидровинтовой следящий привод.
Гидровинтовой следящий привод содержит гидроцилиндр 1 с расположенным в нем поршнем 2 со штоком 3, имеющим внутреннюю полость 4, в которой установлен с возможностью вращения управляющий винт 5, укрепленный в стакане 6 гидроцилиндра на опорах 7. В поршне и штоке выполнены осевые расточки 8 и 9, причем расточка 8 соединена со сливной магистралью, а расточка 9 - с магистралью управления устройством фиксации (на чертеже не показана) для периодической подачи рабочей жидкости. Также в поршне 2 выполнены линейный
дроссель 10, радиальный канал 11, образующий окно 12, и круговая канавка 13, выполненная на наружной поверхности поршня, закрытая тонкостенным упругим элементом (ТУЭ) 14. Причем ТУЭ и круговая канавка образуют замкнутую камеру. С помощью расточки 9 камера соединяется с магистралью управления устройством фиксации. Так как устройство фиксации работает периодически, для дополнительного уплотнения поршня выполнены две расточки под уплотнительные элементы (например, круглого сечения) 15.
В гидроцилиндре 1 поршнем 2 образованы штоковая полость 16, постоянно сообщенная с магистралью для подвода рабочей жидкости, и поршневая полость 17, через винтовую канавку управляющего винта 5 сообщаемая с магистралью отвода рабочей жидкости и подводом рабочей жидкости через дроссель 10.
Гидровинтовой следящий привод работает следующим образом. При неподвижном винте 5 поршень 2 находится в положении устойчивого равновесия, когда на поршень 2 как со стороны штоковой 16, так и поршневой 17 полостей, действуют равные силы, т.е. при
1
1
2
2
3
PF=P(F+F), где
1
P - давление рабочей жидкости в штоковой полости 16;
1
F - площадь поршня 2 со стороны штоковой полости 16;
2
P - давление рабочей жидкости в поршневой полости 17;
2
F - площадь поршня 2 со стороны поршневой полости 17;
3
F - площадь сечения задающего винта 5 по наружному диаметру.
2
Допустим, что винт 5 выполнен с правой нарезкой. Если его повернуть вправо на некоторый угол, то открывается окно 12 на некоторую величину, его проходное сечение увеличивается. Давление Р уменьшается и поршень 2 под действием перепада давлений начинает перемещаться вправо. При движении поршня 2 окно 12 перекрывается, а проходное сечение последнего уменьшается до исходной величины, в результате чего возрастает давление в полости 17 до первоначального
2
значения Р. Поршень 2 останавливается при выравнивании действующих на него усилий, т.е. обеспечивается фиксация поршня 2 после отработки входного воздействия.
2
Если винт 5 повернуть влево, то проходное сечение окна 12 уменьшается, а давление Р увеличивается. Поршень 2 перемещается влево до нового положения устойчивого равновесия, соответствующего уравнению (1).
При непрерывном вращении винта 5 поршень 2 «догоняет» уходящую кромку винтовой поверхности винта 5 со скоростью, равной скорости поступательного перемещения витков винтовой поверхности винта 5.
Поршень 2, в отличие от прототипа, выполнен цилиндрическим, что обеспечивает его центрирование в гильзе 1 при малом расходе рабочей жидкости. В качестве регулирующего элемента используется линейный дроссель 10, с помощью которого можно регулировать характеристики привода в нужном диапазоне.
Управление вращением управляющего винта 5 осуществляется от внешнего источника (на чертеже не показан), например шагового электродвигателя.
Перемещение поршня является функцией угла поворота управляющего винта, а скорость перемещения - функцией угловой скорости (числа оборотов) управляющего винта.
При достижении штоком заданного положения для его фиксации в этом положении, используется устройство фиксации поршня 2. Устройство фиксации работает следующим образом: рабочая среда, например жидкость, под требуемым давлением через осевую расточку 9 подается в замкнутую полость, образованную круговой канавкой 13 и ТУЭ 14, происходит деформация уплотнительного элемента 14, что обеспечивает фиксацию поршня за счет сил трения между внутренней поверхностью гидроцилиндра 1 и ТУЭ 14, при этом возникающие силы трения зависят от величины давления и площади контакта.
Таким образом, заявляемая конструкция обеспечивает фиксацию рабочего органа в промежуточных положениях и возможность центрирования поршня в гидроцилиндре, кроме этого, обеспечивается жесткость механизма привода, следствием чего является повышение точности позиционирования, и в конечном итоге снижение уровня брака при обработке деталей.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Авторское свидетельство СССР №568753, кл. F 15 В 9/02, 1970.
2. Авторское свидетельство СССР №981711, кл. F 15 В 9/02, 1981 - прототип.