Финкельштейн З.Л., Яхно О.М., Чебан В.Г. Курсовое проектирование по дисциплине Гидравлика и гидропривод

Подождите немного. Документ загружается.

Если в объемном гидроприводе отсутствуют устройства для

изменения скорости выходного звена гидродвигателя, то такие

гидроприводы являются неуправляемыми.

Гидроприводы, в которых скорость выходного звена

гидродвигателя может изменяться по заданному закону, называются

управляемыми. По способу регулирования скорости гидроприводы

делятся на следующие два типа:

1) с дроссельным управлением – регулирование скорости

осуществляется путем дросселирования потока рабочей жидкости

или отвода части потока, минуя гидродвигатель;

2) с объемным управлением – регулирование скорости

происходит за счет изменения рабочих объемов насоса или

гидродвигателя или обеих гидромашин одновременно.

Если в гидроприводе регулирование скорости осуществляется

одновременно двумя рассмотренными способами, то он называется

гидроприводом с объемно-дроссельным управлением.

В некоторых случаях в насосном гидроприводе регулирование

производится за счет изменения скорости приводного двигателя.

Такой гидропривод называется гидроприводом с управлением

приводящим двигателем.

Регулирование скорости может осуществляться вручную –

гидропривод с ручным управлением; автоматически – гидропривод

с автоматическим управлением; по заданной программе –

программный гидропривод.

Управляемые гидроприводы в настоящее время широко

применяются в горной и металлургической промышленности.

Достоинства гидропривода:

а) возможность создания больших передаточных чисел и

бесступенчатого регулирования скорости и усилий в широком

диапазоне;

б) высокая удельная мощность – малая масса, приходящаяся

на единицу передаваемой мощности, составляющая не более

1,2÷2 кг на 1 кВт;

в) малая инерционность, обеспечивающая быструю смену

режимов работы (пуск, реверс, останов); момент инерции

подвижных частей гидродвигателей в 5÷6 раз меньше момента

инерции подвижных частей электромашин той же мощности;

г) возможность простого и надежного предохранения

гидропривода и машины от перегрузок при условии заданного

силового режима работы;

д) упрощение кинематических цепей, т.е. возможность

передачи усилия или крутящего момента в любую точку машины и

получения движения рабочих органов в нужном направлении без

применения коробок передач, валов, тросов и других элементов

трансмиссии;

е) простота преобразования вращательного движения в

поступательное и наоборот;

ж) легкость управления.

Недостатки гидропривода:

а) транспортировка энергии связана с потерями, значительно

превышающими потери в электропередачах;

б) влияние загрязненности рабочей жидкости на надежность и

долговечность работы гидропривода;

в) влияние эксплутационных условий (температуры) на

характеристики гидропривода;

г) снижение КПД за счет внутренних и наружных утечек

рабочей жидкости, которые увеличиваются по мере выработки

технического ресурса.

д) повышенная пожароопасность при применении горючих

рабочих жидкостей.

3 Объемные гидромашины.

Общие сведения

Объемной называется гидромашина, рабочий процесс которой

основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и

вытеснении ее из рабочей камеры.

Основными элементами объемных гидромашин являются

рабочая камера, подвижный элемент (вытеснитель) и

распределитель.

Под рабочей камерой понимается ограниченное пространство

внутри машины, периодически изменяющее свой объем и

попеременно сообщающееся с местами входа и выхода жидкости.

Рабочая камера состоит из основного (полезного), изменяющегося

во время работы, объема и неизменного (вредного), который

обусловлен необходимыми конструктивными зазорами между

камерой и подвижным элементом. Вредный объем практически не

влияет на рабочий процесс объемной машины при малосжимаемых

жидкостях, и, наоборот, при сжимаемых жидкостях его влияние

существенно.

Если рабочая камера гидромашины за один оборот вала

только один раз заполняется жидкостью и освобождается от нее, то

такая машина называется машиной однократного действия, если

происходит несколько циклов, то она называется машиной

многократного действия.

Характерный технический показатель объемной

гидромашины – ее рабочий объем.

Рабочий объем равен сумме изменений объемов рабочих

камер гидромашины за один ее оборот. Он представляет собой

объем несжимаемой жидкости, выдаваемой насосом или

расходуемый гидромотором за один оборот при отсутствии в них

утечек.

Гидромашины с изменяемым рабочим объемом называются

регулируемыми, а с неизменяемым – нерегулируемыми.

Подвижный элемент (вытеснитель) изменяет объем рабочей

камеры, а распределитель попеременно сообщает ее с местами

входа и выхода жидкости.

По числу рабочих камер гидромашины делятся на одно- и

многокамерные, а по конструктивному исполнению подвижных

элементов – на поршневые, шестеренные, пластинчатые и винтовые.

В соответствии с тем, создают гидромашины поток жидкости

или используют его, их разделяют на объемные насосы и

гидродвигатели.

В принципе, насосы и гидродвигатели взаимообратимы,

однако непосредственное использование насоса в качестве

гидродвигателя, и наоборот, возможно только в некоторых

машинах.

3.1 Объемные насосы

Объемным насосом называется объемная машина,

предназначенная для создания напорного потока жидкой среды.

По принципу действия, точнее, по характеру процесса

вытеснения жидкости, объемные насосы разделяют на поршневые и

роторные.

В поршневом насосе жидкость вытесняется из неподвижных

камер в результате лишь возвратно-поступательного движения

вытеснителей (поршней, плунжеров, диафрагм).

В роторном насосе жидкость вытесняется из перемещаемых

рабочих камер в результате вращательного или вращательно-

поступательного движения вытеснителей (шестерен, винтов,

пластин, поршней).

Распределение жидкости в насосах может быть

автоматическим – клапанным, или принудительным – программным

(бесклапанным).

При бесклапанном распределении возможно запирание

жидкости в замкнутом переменном объеме, а, следовательно, и

резкое изменение давления жидкости в этом объеме. При

повышении давления в замкнутом объеме может произойти

заклинивание роторов.

3.2 Объемные гидродвигатели

3.2.1 Классификация гидродвигателей

Объемным гидродвигателем называется объемная

гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока

рабочей жидкости в энергию движения выходного (ведомого) звена

(вала, штока). В зависимости от характера движения выходного

звена гидродвигатели делятся на три класса:

1) гидроцилиндры – объемные гидродвигатели с

поступательным движением выходного звена;

2) поворотные гидродвигатели – объемные гидродвигатели с

ограниченным углом поворота выходного звена;

3) гидромоторы – объемные гидродвигатели с вращательным

движением выходного звена.

3.2.2 Гидроцилиндры

Гидроцилиндры являются простейшими гидродвигателями,

которые применяются в качестве исполнительных механизмов

гидроприводов различных машин и механизмов с поступательным

движением выходного звена. По принципу действия и конструкции

гидроцилиндры весьма разнообразны, и применение того или иного

типа гидроцилиндра диктуется конкретными условиями работы,

назначением и конструкцией той машины, в которой он

используется. Ниже рассмотрены основные типы гидроцилиндров,

применяемых в машиностроении.

В гидроцилиндрах одностороннего действия движение

выходного звена под действием потока рабочей жидкости

осуществляется только в одном направлении. Движение в обратном

направлении происходит под действием внешних сил, например под

действием веса груза, поднимаемого гидроцилиндром, или усилием

сжатой пружины. По конструкции гидроцилиндры одностороннего

действия бывают:

а) поршневые (рис.3.1, а), где выходным звеном является

поршень 4 со штоком 3, перемещающиеся относительно корпуса 2.

Рабочая камера образована внутренней поверхностью корпуса и

поршнем. Герметичность обеспечивается уплотнением 1. Одним из

разновидностей поршневых гидроцилиндров являются плунжерные

(рис.3.1, б). В них в качестве выходного звена используется

плунжер 1;

Рисунок 3.1 – Гидроцилиндры:

а, б – поршневые; в – телескопические

2 1

а)

б)

в)

б) телескопические (рис.3.1, в), в них выходным звеном

являются несколько концентрически расположенных поршней,

перемещающихся друг относительно друга. Общий ход выходного

звена равен сумме ходов каждого поршня относительно соседнего.

Выдвижение начинается с поршня 1 большего диаметра. Затем,

когда поршень 1 доходит до упора, относительно него начинает

перемещаться поршень 2.

В гидроцилиндрах двустороннего действия движение

выходного звена в обоих направлениях осуществляется под

действием потока рабочей жидкости. Они выполняются в двух

вариантах:

1) поршневой гидроцилиндр с односторонним штоком, когда

шток находится только с одной стороны поршня;

2) поршневой гидроцилиндр с двусторонним штоком – шток

расположен по обе стороны поршня.

Рисунок 3.2 – Гидроцилиндр с двусторонним штоком

Гидроцилиндры с двусторонним равным штоком (рис.3.2)

применяются в тех случаях, когда необходимо в обычной схеме

подключения гидролинии получить одинаковые усилия и

одинаковые скорости при движении штока в обоих направлениях.

4 Выбор номинального давления и способа

регулирования гидропривода

Выходная мощность гидроцилиндра:

max.гцmax.гцвых.гц

uРN

⋅

, Вт (4.1)

где Р

гц.max

– максимальное усилие на штоке гидроцилиндра, Н;

гц.max

– максимальная скорость движения штока, м/с.

Выходная мощность гидромотора:

max.дmax.двых.д

nМN

⋅

2 , Вт (4.2)

где М

д.max

– макс. крутящий момент на валу гидромотора, Н⋅м;

д.max

– максимальная частота вращения выходного вала

гидромотора, об/с.

Выходная мощность гидропривода:

∑∑

выхд

выхгцвых

NNN

, Вт (4.3)

где n и m − число одновременно работающих гидроцилиндров и

гидромоторов соответственно.

Выбор значения номиналь

ного рабочего давления

(см. приложение 4) производится в зависимости от выходной

мощности гидропривода. В горных машинах, в связи со

стремлением максимально уменьшить габариты самой машины или

отдельных ее узлов, величину номинального рабочего давления

несколько завышают.

Выбор способа регулирования производится в зависимости от

выходной мощности гидропривода. При N

вых

< 3 кВт принимается

дроссельное регулирование скорости выходного звена

гидропривода, при N

вых

> 3 кВт принимается объемное

регулирование. Как исключение, вследствие простоты конструкции

и надежности в работе, дроссельное регулирование может

применяться в системах, где вопросы экономики не играют

решающей роли.

Пример расчета

Исходные данные к расчету объемного гидропривода

Рисунок 4.1 − Гидравлическая схема объемного гидропривода

III