Системы уравновешивания

Многооперационные станки имеют, как правило, массивные узлы, перемещающиеся вертикально посредством одного или нескольких приводов подач, причем вес узла в 2—5 и более раз превышает полезную нагрузку привода, обусловленную резанием. Для разгрузки привода от веса вертикально перемещаемых узлов применяют различные системы уравновешивания, позволяющие резко снизить нагрузки, а следовательно, изнашивание и деформации элементов привода, уменьшить его габаритные размеры, потребляемую мощность, повысить точность поддержания скорости и позиционирования узла. В соответствии с функциональным назначением уравновешивающие устройства всех видов представляют собой системы стабилизации или регулирования силы, приложенной к уравновешиваемому узлу, при наличии возмущающих воздействий в виде изменений скорости и вертикальной координаты узла, перемещаемого приводом подач.

Точность поддержания или регулирования уравновешивающей силы является, таким образом, основным критерием сравнения и выбора системы уравновешивания. К числу наиболее важных критериев относятся также экономичность, надежность, массогабаритные характеристики, возможность регулировки и дистанционного управления, удобство эксплуатации.

Экономичность системы уравновешивания определяется стоимостью ее элементов и средней потребляемой мощностью, поскольку система является, как правило, одной из самых мощных в многооперационном станке. Надежность системы уравновешивания имеет особое значение для обеспечения безопасности труда оператора, а также предотвращения аварии, так как отказ этой системы может привести к падению уравновешиваемого узла.

Все известные системы уравновешивания можно разделить на три группы: механические, включающие противовесы; гидравлические (ГСУ) и пневматические; комбинированные, в которых компенсация веса уравновешиваемого узла достигается за счет использования противовесов, а гидравлическими средствами компенсируется момент силы веса, изменяющийся при горизонтальном смещении центра масс узла.

В механических системах уравновешивания (рис. 2.5, а) используют потенциальную энергию противовеса, соединенного с уравновешиваемым узлом тросовой или цепной подвеской через систему блоков. Они не требуют внешнего источника энергии, если не учитывать маломощных средств контроля и защиты от падения узла. Их надежность определяется в основном надежностью подвески, при обрыве которой возможно падение узла и противовеса.

Рис. 2.5. Механическая (а) и комбинированная (б) системы уравновешивания с противовесами:

1 — уравновешиваемый узел;
2 — гидроклапан;
3 — тормозная муфта;
4 — привод вертикальной подачи;
5 — противовесы;
6 — компенсационный гидроцилиндр;
7 — ползун;
8 — поперечина

В зависимости от компоновки станка размещение противовесов и их число могут быть различными. Траверса портального станка обычно уравновешивается двумя противовесами, установленными на направляющих стоек и соединенными тросами с концами траверсы. В станках с тяжелой горизонтально перемещающейся шпиндельной бабкой, установленной   на   поперечине   с   вертикальным ходом, применяют раздельное уравновешивание этих узлов, позволяющее разгрузить направляющие шпиндельной бабки от ее веса. При этом трос, соединяющий шпиндельную бабку с противовесом, переброшен через блок, установленный на поворотной консоли, закрепленной на верхнем торце стойки. Для уменьшения массы и размеров противовеса используют два троса, закрепленных на двухступенчатом барабане, концы тросов закреплены соответственно на узле и противовесе. Ступень барабана, на которую наматывают трос, соединяющий барабан с противовесом, имеет больший радиус, чем ступень, на которую наматывают другой трос. Таким образом, уменьшение массы противовеса достигается за счет увеличения его хода по сравнению с ходом узла и может быть реализовано лишь при относительно малых ходах узла.

В комбинированных системах уравновешивания, как правило, тросовая подвеска имеет две ветви, закрепленные в передней и задней частях уравновешиваемого узла и связанные с одним или двумя противовесами. При горизонтальном перемещении центра масс узла деформация и, следовательно, длина одной из ветвей увеличиваются, а другой — уменьшаются из-за перераспределения нагрузки, вследствие чего может произойти нежелательная переориентация узла. Для устранения этого явления используют различные компенсирующие гидравлические устройства [7, 23].