Тема 7. расчет объемного гидропривода

Объемным гидроприводом называют совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, п р е д н а з н а ч е н н ы х для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

К числу гидромашин относятся насосы и гидродвигатели, которых может быть несколько. Гидроаппаратура – это устройства управления гидроприводом, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и низких давлений жидкости. К гидроаппаратуре относятся дроссели, клапаны различного назначения и гидрораспределители – устройства для изменения направления потока жидкости. Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ее качество и состояние: различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы. Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется рабочая жидкость.

Принцип действия объемного гидропривода основан на малой сжимаемости капельных жидкостей и передаче давления в них по закону Паскаля.

Силовой частью объемного гидропривода является гидропередача, состоящая из насоса, гидродвигателя (одного или нескольких) и связывающих их гидролиний.

Основные признаки классификации гидроприводов:

· по характеру движения выходного звена – поступательного движения – с возвратно-поступательным движением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидроцилиндров; поворотного движения – с возвратно-поворотным движением выходного звена на угол менее 360º и с поворотными гидродвигателями; вращательного движения – с вращательным движением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидромоторов;

· по способу управления гидроприводом: машинный и дроссельный. При этом способе возможны два варианта включения дросселя:

- последовательно с гидродвигателем (рис. 7.1, а, б);

- параллельно гидродвигателю (рис. 7.1, в).

а б в

а, б – последовательное включение дросселя с гидродвигателем, соответственно

на выходе и выходе; в – схема с параллельно включенным дросселем

1 – насос; 2 – гидродвигатель; 3 – распределитель; 4 – клапан предохранительный;

5 – дроссель

Рисунок 7.1 – Принципиальные схемы объемного гидропривода

с дроссельным регулированием

Расшифровка условных символов гидравлических элементов объемного гидропривода, использованных в схемах рис. 7.1, представлена в Приложении 12 .

Для гидропривода поступательного движения с последовательным включением дросселя скорость выходного звена определяется уравнением:

(7.1)

где – коэффициент расхода через дроссель;

S_др – площадь проходного сечения дросселя, м²;

S_п – площадь поршня со стороны нагнетания, м²;

F – нагрузка на выходном звене, Н;

– плотность рабочей жидкости (РЖ), кг/м³;

– давление на выходе из насоса, Па.

При параллельном включении дросселя:

(7.2)

где подача насоса, м³/с.

Машинное (объемное) управление осуществляется за счет изменения рабочего объема насоса (рис. 7.2, а) или гидродвигателя (рис. 7.2, б) либо того и другого вместе (рис. 7.2, в).

Рисунок 7.2 – Варианты объемного регулирования гидропривода

При выборе способов регулирования гидропривода следует обращать внимание на следующие три показателя:

· нагрузочные характеристики;

· коэффициент полезного действия (КПД);

· стоимость применяемых гидромашин и аппаратуры.

На рис. 7.3 показаны нагрузочные кривые, то есть зависимости скорости выходного звена от нагрузки на нем, при различных способах регулирования.

1 – объемный способ регулирования; 2 – дроссельный с последовательным включением дросселя; 3 – дроссельный с параллельным включением дросселя; – относительная скорость выходного звена привода; – относительная нагрузка   Рисунок 7.3 – Сравнение гидроприводов по нагрузочным характеристикам

Наибольшей стабильностью обладает гидропривод с объемным регулированием (кривая 1, рис. 7.3). Значительно хуже – дроссельное регулирования с последовательным включением дросселя (кривая 2, рис. 7.3) и еще хуже дроссельное регулирование с параллельным включением дросселя (кривая 3, рис. 7.3).

Сравнение способов регулирования по КПД процесса управления представлено на рис. 7.4.

	1 – объемный способ регулирования; 2 – дроссельный с последовательным включением дросселя; 3 – дроссельный с параллельным включением дросселя; – относительная скорость выходного звена; – КПД процесса управления, равный где – соответственно мощности потока в гидродвигателе и насосе.
Рисунок 7.4 – Сравнение способов регулирования по КПД процесса управления

Из рис. 7.4 видно, что наиболее высокий КПД гидропривода получается при объемном регулировании, ниже – при дроссельном с параллельным включением дросселя и еще ниже – при дроссельном с последовательным включением дросселя, который не может быть больше 0,385.

Следовательно, по двум важнейшим показателям – нагрузочным характеристикам и КПД – лучшие качества имеет гидропривод с объемным регулированием. Однако необходимо также учитывать еще экономические показатели.

Дело в том, что регулируемые гидромашины – насосы и гидромоторы – более дорогостоящие, чем нерегулируемые, то есть требуют более значительных капитальных затрат. Однако при более высоком КПД эти гидроприводы имеют экономию эксплуатационных расходов, в том числе, в энергозатратах. Поэтому объемный способ регулирования гидропривода обычно применяют для гидроприводов большой мощности и с длительными режимами их работы. Гидроприводы в маломощных системах и кратковременных режимах их работы, как правило, используют с дроссельным регулированием.

Особо следует отметить, что схема с дросселем на входе в гидроцилиндр (рис. 7.1, а) применяется только тогда, когда направление действия нагрузки противоположно направлению движения выходного звена гидродвигателя. В противном случае возможен разрыв потока в магистрали перед поршнем. Схема с дросселем на выходе (рис. 7.1, б), где дроссель установлен в сливной магистрали гидроцилиндра, может работать при любом направлении нагрузки, так как разрыв потока рабочей жидкости исключен. Сопротивление дросселя регулируется открытием проходного сечения. Закрыв отверстие, можно полностью прекратить движение поршня. Кроме того, теплота, выделившаяся при прохождении рабочей жидкости через дроссель, отводится в бак не нагревая гидродвигатель. Схема с параллельным включением дросселя (7.1, в) может быть применена только при направлении нагрузки, не совпадающим с направлением движения поршня (в противном случае также возможен разрыв потока жидкости). Применяемые на принципиальных гидравлических схемах, подобных рис. 7.1, обозначения отражают способы работы устройств, но не показывают фактическую конструкцию устройств.