Классификация гидропривода

В зависимости от конструкции, типа, способа циркуляции рабочей жидкости и других факторов гидропривод можно классифицировать следующим образом:

1) По характеру движения выходного звена гидродвигателя гидроприводы бывают:

- вращательного движения (ведомое звено совершает неограниченное вращательное движение);

- поступательного движения (в качестве гидродвигателя - гидроцилиндр с возвратно- поступательным движением ведомого звена: например, перемещение штока поршня или плунжера или корпуса гидроцилиндра);

- поворотного движения (используется поворотный гидроцилиндр, поворот на угол меньше 30º).

2) По возможности регулирования гидропривод делится на:

- регулируемый (скорость выходного звена регулируется по требуемому закону). Регулирование бывает: объёмное, дроссельное, с ручным или автоматическим регулированием

- нерегулируемый (скорость выходного звена не регулируется).

3) По схеме циркуляции рабочей жидкости гидроприводы бывают:

- с замкнутой схемой циркуляции (рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую линию насоса). Они компактны, имеют высокую частоту вращения ротора насоса, однако, имеют плохие условия для охлаждения жидкости, неудобны в ремонте, так как требуют слива всей рабочей жидкости.

- с разомкнутой системой циркуляции (рабочая жидкость сообщается с гидробаком или атмосферой). Хорошие условия для охлаждения и очистки, однако, имеют большую массу и громоздки, ограничена частота вращения ротора насоса скоростями движения жидкости во всасывающем трубопроводе.

4) По источнику подачи рабочей жидкости гидроприводы бывают:

- насосные, имеющие объёмный насос, подающий рабочую жидкость в объёмный гидродвигатель;

- безнасосные, приводятся в действие механическим способом и работает по схеме сообщающихся сосудов;

-аккумуляторные, работающие от предварительно заряженных аккумуляторов;

- магистральные, приводится в действие от гидролинии, не являющейся составной частью гидропривода.

5) По типу приводящего двигателя (электродвигатель, турбо-дизель и т.п.).

Принцип работы объёмного гидропривода основан на законе Паскаля: всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости передаётся во все её точки без изменений.

Рассмотрим две принципиальные схемы гидропривода

1) Нерегулируемый гидропривод (рис.4.2)

Работа гидропривода осуществляется следующим образом. Насосом 1 рабочая жидкость подаётся в напорную гидролинию 2 и далее через гидрораспределитель 3 к гидродвигателю 4, который в одном направлении осуществляет рабочий ход, а в другом – холостой. В валу плунжера имеются отверстия для отвода рабочей жидкости. Из гидродвигателя жидкость через гидрораспределитель поступает в сливную линию 5 и далее через фильтр 6 в гидробак 7. В гидробаке жидкость охлаждается и вновь поступает в систему. В напорной линии для защиты гидропривода от чрезмерного повышения давления установлен напорный клапан 8. Если по какой-либо причине возрастёт нагрузка на гидродвигатель, то включается напорный клапан и весь поток рабочей жидкости идёт через него в гидробак минуя гидродвигатель. В данной схеме напорный клапан выполняет функцию предохранительного клапана.

Нерегулируемый гидропривод используется в тех случаях, когда в процессе эксплуатации не требуется изменение скорости выходного звена.

Рис. 4.2

1-насос; 2-напорная линия; 3-гидрораспределитель; 4-гидродвигатель; 5-сливная линия; 6-фильтр грубой очистки; 7-гидробак; 8-напорный клапан; 9-манометр.

2) гидропривод с машинным (объёмным) управлением (рис.4.3)

Рис.4.3

1- насос; 2 - напорная линия; 3 - гидрораспределитель; 4- гидродвигатель; 5 - сливная линия; 6 - фильтр грубой очистки; 7- гидробак; 8 - напорный клапан; 9 - манометр; 10 - обратный клапан (блокирует поток рабочей жидкости в одном направлении и пропускает в другом).

В данной схеме осуществляется регулирование скорости выходного звена гидродвигателя. Для этого применено машинное управление насоса 1, которым можно изменять и расход нерегулируемого гидромотора. Движение рабочей жидкости осуществляется по замкнутой системе циркуляции.

Машинное управление является наиболее экономичным, хотя стоимость регулируемых насосов и гидромоторов выше, а конструкция и эксплуатация сложнее.

Насосы

Насос – это объёмная гидромашина, применяемая для перекачки (перемещения) различных жидкостей.

По характеру движения рабочих органов насосы подразделяются на: крыльчатые, возвратно- поступательные и роторные.

В свою очередь возвратно-поступательные насосы делятся на: поршневые и диафрагменные, а роторные на: роторно-вращательные, роторно-поворотные и роторно-поступательные.

При работе насоса происходит преобразование механической энергии приводящего двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости.

Название объёмной гидромашины насосы получили вследствие того, что жидкая среда перемещается в них путём периодического изменения объёма занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Большинство объёмных гидравлических машин обратимы, т.е. могут работать и в качестве насоса и в качестве гидродвигателя. Такие машины называются насосом-мотором.

В процессе эксплуатации насосы могут изменять направление движения жидкости или выходного звена. Такие насосы называются реверсивными.

Простой поршневой насос

Поршневым называется насос, работающий по принципу «вытеснения» жидкости. Давление в рабочей камере поршневого насоса создаётся при помощи поршня или плунжера, совершающего возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.

Рассмотрим схему простого поршневого приводного насоса (рис.4.4)

Предположим, что поршень 1 занимает крайнее левое положение и насос не работает. Для работы насоса всасывающая труба 6 и рабочая камера 8 должны быть заполнены жидкостью, с этой целью в схеме насоса установлены обратные клапаны 7 и 10.

Рис. 4.4

1-поршень; 2-шток; 3- цилиндр; 4-шатун; 5-кривошип; 6-всасывающая труба; 7-всасывающий клапан; 8-рабочая камера; 9-нагнетательная труба; 10-нагнетательный клапан; 11-фильтр.

При включении двигателя, т.е. при вращении кривошипа поршень начнёт перемещаться право. При этом в рабочей камере начнётся понижение давления по сравнению с атмосферным.

Под действием атмосферного давления жидкость придёт в движение во всасывающей трубке, поднимет всасывающий клапан и начнёт заполнять рабочую камеру. Эта часть рабочего цикла называется процессом всасывания жидкости. Всасывание будет происходить до тех пор, пока поршень не займёт своего крайнего положения. При этом он совершит путь S = 2r, называемый ходом поршня. Здесь r-радиус кривошипа.

При дальнейшем движении кривошипа поршень начнёт перемещаться влево и вызовет повышение давления в рабочей камере. Произойдёт закрытие всасывающего клапана 7 и откроется нагнетательный клапан 10. Жидкость начнёт вытесняться из рабочей камеры в нагнетательную трубу.

Эта часть процесса называется процессом нагнетания жидкости. После достижения поршнем крайнего левого положения цикл работы насоса повторяется.

Недостатком поршневого насоса простого действия является то, что подача жидкости в нагнетательную линию будет неравномерной.

Для устранения этого недостатка используют насосы с большим числом рабочих камер, например: двойного, тройного, четверного действия и дифференциальные насосы.

Насос двойного действия имеет две рабочие камеры, соединённые между собой цилиндром. Каждая камера в отдельности работает как насос простого действия. В силу асинхронности действия камер обеспечивается достаточно равномерная подача жидкости.

Насос тройного действия представляет собой агрегат, состоящий из 3-х насосов простого действия, кривошипы которых смещены на угол относительно друг друга.

Насос четверного действия состоит из двух насосов двойного действия, кривошипы которых смещены на угол .

Дифференциальный насос имеет две камеры, соединённых между собой цилиндрами, в которых ходит дифференциальный плунжер (рис.4.5)

Рис.4.5

Дифференциальный насос, имея только два клапана (в чём заключается его преимущество), обеспечивает подачу жидкости при обоих ходах плунжера с

равномерностью, соответствующей насосам двойного действия.

Одной из основных характеристик насоса является его производительность или подача. Если через обозначить площадь цилиндра, S – ход его поршня, тогда теоретическая подача будет равна

, (4.1)

где n – число оборотов кривошипа в минуту.

Производительность насоса двойного действия определяется следующим образом: обозначим – площадь поршня; – площадь штока, тогда за один оборот кривошипа теоретический объём жидкости составит

. (4.2)

Теоретическая производительность

(4.3)

Итак, теоретическая подача:

насоса простого действия ;

насоса двойного действия ;

насоса тройного действия ; (4.4)

насоса четверного действия ; (4.5)

дифференциального насоса . (4.6)

Для определения фактической производительности каждое из уравнений (4.2) – (4.3) умножается на , где – объёмный КПД насоса. Его значения колеблются в следующих пределах:

1) для малых насосов

2) для средних

3) для крупных

Если рассмотреть схему действия кривошипного механизма насоса, то увидим, что подача насоса изменяется по синусоиде, имея максимум при (здесь – угловая скорость вращения кривошипа, – угол поворота кривошипа), т.е. подача осуществляется неравномерно.

Рис.4.6

Для оценки степени неравномерности подачи служит отношение максимальной подачи к её среднему значению .

. (4.7)

Для простого поршневого насоса для поршневого двух- стороннего действия – 1.57, трёхпоршневого – 1.047, двухпоршневого трёх- стороннего действия – 1.11;

При работе поршневых насосов в них возникают большие инерционные силы движения жидкости. Во избежание этих сил насосы снабжают воздушными колпаками, которые устанавливаются на всасывающий и нагнетающий коллекторы. Во время работы насоса объём воздуха должен составлять 2/3 полного объёма колпака.