Гидроприводы с дрюссельным управлением

Общие сведения. Гидроприводом с дроссельным управлением называется гидропривод, в котором управление параметром движения выходного звена гидродвигателя осуществляется при помощи регулируемого дросселя или регулятора расхода, дросселирующего распределителя или гидроусилителя.

По источнику подачи рабочей жидкости гидроприводы с дроссельным управлением могут быть насосными, аккумуляторными и магистральными. В насосных гидроприводах применяют обычно нерегулируемые насосы. При этом подача насоса должна превышать максимальный расход гидродвигателя. По циркуляции рабочей жидкости гидроприводы с дроссельным управлением являются гидроприводами с разомкнутым потоком. Они могут быть поступательного, поворотного и вращательного движения.

В зависимости от схемы гидроприводы с дроссельным управлением разделяют на гидроприводы с постоянным и переменным давлением. Для гидроприводов с постоянным давлением характерно наличие переливного клапана, который поддерживает в напорной линии постоянное давление путем непрерывного слива рабочей жидкости. В гидроприводе с переменным давлением в напорной линии давление изменяется в зависимости от нагрузок гидродвигателя. В таких гидроприводах дроссель устанавливают параллельно гидродвигателю.

Изменение скорости движения выходных звеньев гидродвигателей осуществляется изменением расхода рабочей жидкости путем дросселирования. При этом лишняя часть потока рабочей жидкости непроизводительно сливается в бак либо через переливной клапан, либо через регулируемый дроссель (при его параллельном включении в гидроприводах с переменным давлением).

В гидроприводе с дроссельным управлением в каждый момент времени соблюдаются следующие равенства (без учета потерь):

_н = Q_гд + Q_п.к; Q_н = Q_гд + Q_др, (1)

где Q_н -подача нерегулируемого насоса; Q_гд - расход жидкости, поступающей в гидродвигатель; Q_п.к, Q_др - расход жидкости, проходящей через переливной клапан, дроссель.

В гидроприводах с регулируемыми дросселями и регуляторами расхода изменение направления движения выходных звеньев гидродвигателей (реверсирование) осуществляется при помощи направляющих распределителей.

Основными преимуществами гидроприводов с дроссельным управлением являются высокая чувствительность и большое быстродействие, простота конструкции гидроустройств и невысокая их стоимость; возможность автономного управления гидродвигателями, работающими от одного насоса. К недостаткам относятся: сложность обеспечения дистанционного управления гидроприводом или объемной гидропередачей, в состав которых входят регулируемые дроссели и регуляторы расхода; более низкий по сравнению с гидроприводом с машинным управлением КПД, обусловленный самим принципом дросселирования рабочей жидкости. Поэтому гидроприводы и объемные гидропередачи с дроссельным управлением обычно применяют при мощности не более 5 кВт.

Гидроприводы с постоянным давлением. В таких гидроприводах регулируемые дроссели устанавливают либо в напорной линии перед направляющим распределителем (дроссель на входе), либо в сливной линии после направляющего распределителя (дроссель на выходе).

На рис. 5, а показана гидравлическая принципиальная схема гидропривода с дросселем, установленным на входе гидродвигателя (гидроцилиндра). Гидропривод состоит из нерегулируемого насоса Н с приводящим электродвигателем ЭД, бака Б, переливного клапана К, регулируемого дросселя ДР, направляющего распределителя РН и поршневого гидроцилиндра Ц.

На рис. 5, б показаны механические характеристики гидроприводов с регулируемым дросселем на входе с постоянным давлением -зависимости скорости движения штока цилиндра от нагрузки.

Гидроприводы и объемные гидропередачи с дросселями, установленными на входе гидродвигателей, нельзя использовать для работы с отрицательной нагрузкой, т.е. с нагрузкой, направление действия которой совпадает с направлением движения штока цилиндра. Под действием отрицательной нагрузки скорость штока может увеличиться настолько, что произойдет разрыв сплошности потока в рабочей полости цилиндра, и движение поршня цилиндра станет неуправляемым, так как в сливной линии отсутствуют тормозные или демпфирующие устройства.

Рисунок 5 - Гидропривод с дросселем на входе а - гидравлическая принципиальная схема; б - характеристика

Расход Q_ц жидкости, подводимой к цилиндру, равен расходу жидкости через дроссель Q_др:

, (2)

где - коэффициент расхода; μ = 0,6 ... 0,7; S_др - площадь рабочего проходного сечения, м²; Δр - перепад давлений, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м³.

Излишек жидкости, равный Q_н - Q_др, сливается в бак через переливной клапан, который поддерживает давление р₁ постоянным. Давление р₂ в линии после дросселя, зависящее от нагрузки, определяют из условия равновесия цилиндра (без учета сил трения и инерции)

, (3)

где - рабочая площадь поршня цилиндра, м²; F - нагрузка на штоке цилиндра, Н; р_с - давление жидкости в сливной линии, Па.

Средняя скорость штока цилиндра:

, (4)

Скорость движения штока цилиндра

, (5)

Преимущества рассматриваемого гидропривода: возможность управления скоростью движения выходных звеньев гидродвигателей при знакопеременной нагрузке, быстрое торможение выходного звена гидродвигателя; отвод теплоты, выделяющейся при дросселировании рабочей жидкости, в бак, минуя гидродвигатель, К недостаткам относятся зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от нагрузки, а также меньшая экономичность по сравнению со схемой гидродвигателя с дросселем на входе (часть мощности гидродвигателя затрачивается на преодоление гидравлического сопротивления в сливной линии).

Такой гидропривод получил широкое применение в следящих гидроприводах с автоматическим управлением. Для этой схемы характерны быстродействие и точность отработки управляющих сигналов. К недостаткам можно отнести зависимость скорости движения выходных звеньев гидродвигателя от нагрузки, а также нагрев жидкости в результате двойного дросселирования потока жидкости.[4]