АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ИЗБЫТОЧНОГО ОБЪЕМА МАСЛА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ГИДРОПРЕССОВОЙ СБОРКИ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам для поддержания давления жидкости и может применяться для регулирования объема масла при гидропрессовой сборке соединений с натягом.
Из уровня техники известен гидравлический домкрат, содержащий высокопрочный корпус с установленным в нем поршнем (регулирующим элементом), взаимодействующим с исполнительным механизмом (нагнетающий насос), изменяющим положение поршня, при этом в качестве исполнительного механизма может быть использован ручной или электрический привод [1].
К недостаткам домкрата при использовании его в качестве силового агрегата при осуществлении операций гидропрессовой сборки деталей следует отнести отсутствие в его конструкции штатных датчиков отрицательной обратной связи, что делает сложным процесс регулирования усилия запрессовки.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа признан регулятор избыточного объема масла (RU 134677U1, МПК G05D 16/10, опубл. 20.11.2013), содержащий высокопрочный корпус с установленным в нем регулирующим элементом, представляющим собой уплотненный или неуплотненный поршень. При этом поршень состоит из корпуса и плунжера, который взаимодействует с исполнительным механизмом, изменяющим положение плунжера, а регулирующий элемент представляет собой уплотненный или неуплотненный поршень, обеспечивающий герметичность при высоком давлении. В качестве исполнительного механизма регулятора применен электро-, пневмо-, гидропривод или рычажный механизм [2].
Недостатком известного технического решения является то, что регулятор выполнен механическим, при этом в его конструкции отсутствует датчик отрицательной обратной связи, что не дает возможности количественно измерять величину давления масла и снижает качество регулирования.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является повышение качества регулирования избыточного объема масла в устройстве для осуществления гидропрессовой сборки деталей.
Указанная задача решена тем, что автоматический регулятор содержит раму, состоящую из нижнего и верхнего оснований, жестко связанных между собой стойками, на которых установлена подвижная в вертикальном направлении траверса. При этом на нижнем основании закреплен механический ромбовидный домкрат с возможностью механического воздействия на упомянутую траверсу, а на верхнем основании установлен гидроаккумулятор, снабженный обратным и регулировочным клапаном; на регулировочном клапане установлен цифровой манометр с индикатором, а на траверсе закреплен упор, снабженный тензометрическим датчиком, верхний торец которого совмещен с плунжером гидроаккумулятора. Измерительный выход тензометрического датчика подключен с помощью электрического кабеля к измерительному входу блока управления, а силовой выход последнего, снабженный драйвером электродвигателя, с помощью электрического кабеля подключен к электродвигателю постоянного тока, вал которого посредством первой муфты соединен с входным валом редуктора, выходной вал которого посредством второй муфты соединен с винтовой передачей ромбовидного домкрата.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью конструктивных признаков регулятора, является повышение качества регулирования давления масла в гидроаккумуляторе, за счет применения исполнительного механизма, выполненного в виде управляемого электродвигателем домкрата и чувствительного элемента - тензометрического датчика, позволяющего измерять величину прилагаемого к плунжеру гидроаккумулятора усилия и, соответственно, давления в гидросистеме. При этом блок управления играет роль как задающего устройства, обеспечивая формирование управляющего сигнала для работы электродвигателя, так и элемента главной обратной связи, выполняя опрос тензометрического датчика и вычисляя ошибку регулирования. Цифровой манометр при этом выполняет дополнительную контролирующую функцию, обеспечивая индикацию текущего давления в гидросистеме.
Конструкция автоматического регулятора избыточного объема масла поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан его внешний вид, на фиг. 2 - его кинематическая схема, на фиг. 3 - структурная схема блока управления, на фиг. 4 - блок-схема алгоритма регулирования, а на фиг. 5 - график переходного процесса.
Автоматический регулятор избыточного объема масла для осуществления гидропрессовой сборки деталей устроен следующим образом.
Его основой является рама 1, состоящая из нижнего и верхнего оснований 2 и 3, жестко связанных между собой стойками 4, на которых установлена подвижная в вертикальном направлении траверса 5. При этом на нижнем основании закреплен механический ромбовидный домкрат 6 с возможностью механического воздействия на упомянутую траверсу 5, а на верхнем основании установлен гидроаккумулятор 7, снабженный обратным и регулировочным клапаном 8 и 9; на регулировочном клапане установлен цифровой манометр с индикатором 10, а на траверсе закреплен упор 11, снабженный тензометрическим датчиком 12, верхний торец которого совмещен с плунжером 13 гидроаккумулятора 7. Измерительный выход тензометрического датчика 12 подключен с помощью электрического кабеля к измерительному входу блока управления 14, а его силовой выход 15, снабженный драйвером электродвигателя, с помощью электрического кабеля подключен к электродвигателю постоянного тока 16, вал которого посредством первой муфты 17 соединен с входным валом редуктора 18, выходной вал которого посредством второй муфты 19 соединен с винтовой передачей 20 ромбовидного домкрата 6.
Автоматический регулятор избыточного объема масла для осуществления гидропрессовой сборки деталей работает следующим образом.
Избыточное масло из технологического блока во время запрессовки поступает в полость корпуса гидроаккумулятора 7. Затем, по мере заполнения полости корпуса маслом, плунжер, к которому приложена противодействующая сила F, создаваемая электродвигателем постоянного тока 16 и усиливаемая редуктором 18 и домкратом 6, под давлением Р масла начинает вертикально перемещаться, освобождая пространство для подаваемого масла. Регулирование давления осуществляется перемещением силового механизма для обеспечения требуемой силы давления на плунжер 13 гидроаккумулятора 7, измеряемой с помощью тензометрического датчика 12. Давление масла рассчитывается по формуле (1):
2
где Р - давление масла, МПа; F - противодействующая сила, создаваемая силовым механизмом, Н; S - площадь сечения плунжера, мм.
При этом площадь сечения плунжера S зависит от его диаметра D и может быть рассчитана по известной формуле (2):
где D - диаметр плунжера.
Блок управления 14 выполняет вычисление значения давления масла и, в случае если оно отличается на величину ошибки, предварительно записанную с помощью органов управления (например, кнопочной клавиатуры) в его постоянную память, блок управления активирует силовой выход 15 и электродвигатель постоянного тока 16, который через домкрат 6 воздействует на гидроаккумулятор 7 и корректирует давление в нем (фиг. 4). Одновременно с протеканием процесса автоматического регулирования оператор устройства имеет возможность визуально контролировать его работу с помощью цифрового манометра 10 и, при необходимости, вручную корректировать ее.
Для оценки качества работы предлагаемого регулятора избыточного объема масла проведены тестовые испытания. В качестве основного элемента гидроаккумулятора использована плунжерная пара дизельной аппаратуры автомобиля КАМАЗ, выдерживающая давление до 300 МПа.
От гидростанции через обратный клапан в рабочую полость гидроцилиндра подавалось масло под давлением 120 МПа. Регулировочным клапаном экспериментально подбирался расход масла, идентичный по величине условиям гидропрессовой сборки. Величина давления масла выбиралась из диапазона 100-г140 МПа, достаточного для обеспечения жидкостного режима трения для широкого спектра стандартных натягов.
Из графика (фиг. 5) следует, что регулятор обеспечивает надежное поддержание давление масла в заданных пределах, составляющих 100±3 МПа. Падение давления на первом (I) участке обусловлено утечками масла в системе, градиент роста давления на втором участке (II) связан с быстродействием исполнительного силового механизма, падение давления на третьем участке (III) аналогично по характеру первому участку, что свидетельствует о стабильной работе регулятора.
Полученные результаты тестовых экспериментов удовлетворяют требованиям гидропрессовой сборки: система автоматического управления с П-регулятором обеспечивает поддержание давления в заданном диапазоне ±3 МПа, а статическая ошибка не превышает 7%, что обеспечивает поддержание режим жидкостного трения и отсутствия пластических деформаций в образцах при автоматизированной гидропрессовой сборке.
Список использованных источников
1. Домкраты гидравлические // Домкраты. URL: http://stella-sklad.ru/domkraty (дата обращения: 01.03.2018).
2. RU 134677U1, МПК G05D 16/10. Регулятор избыточного объема масла / Абрамов А.И. (RU), Абрамов И.В. (RU), Петров А.В. (RU), Романов А.В. (RU), Степанов А.Н. (RU); заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова». №2013105434/28; заявл. 08.02.2013; опубл. 20.11.2013. Бюл. №32.1 с.; ил.