Финкельштейн З.Л.,Чебан В.Г. Гидравлика и гидропривод (краткий курс)

Подождите немного. Документ загружается.

151

Гидромуфта (рис.16.2, б) состоит из насосного колеса 1, закрепленного

на ведущем валу, турбинного колеса 2, закрепленного на ведомом валу, и

корпуса 3 с уплотнением. Как правило, корпус жестко связан с насосным

колесом. Из-за отсутствия реактора потери напора в гидромуфте значительно

меньше, чем в гидротрансформаторе, а КПД выше: при номинальном моменте

он составляет 0.95-0.97 (против 0.87-0.9 в гидротрансформаторе).

Гидродинамические передачи обладают рядом преимуществ:

возможность преобразования моментной характеристики приводного двигателя

в соответствии с требованиями нагрузки; простота и надежность

предохранения приводного двигателя от перегрузки; сравнительно высокая

компактность при значительной передаваемой мощности; возможность

бесступенчатого регулирования скорости выходного звена.

В гидродинамических передачах менее жесткая связь между валами, чем

в объемных, что способствует сглаживанию пиковых нагрузок и колебаний при

вращении. Гидродинамические передачи конструктивно проще объемных, и

поэтому надежнее в эксплуатации. Они менее требовательны к чистоте рабочей

жидкости и ее смазочным свойствам. Кроме того, давление жидкости в них

меньше, чем в объемных передачах.

К недостаткам относятся: нагрев рабочей жидкости в процессе

эксплуатации; интенсивное уменьшение КПД при перегрузках; утечки

жидкости, особенно в аварийных случаях.

16.2 Характеристики гидромуфт

Характеристики предназначены для оценки энергетических и

эксплуатационных качеств гидромуфт. Различают внешние, универсальные и

приведенные характеристики.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость момента,

мощности и КПД от частоты вращения турбины или от передаточного

152

отношения при постоянных значениях частоты вращения насосного колеса и

вязкости жидкости (рис.16.3, а).

При s = 0 (i = 1) M = 0. С ростом значения скольжения момент

увеличивается и достигает своего максимума при s = 1 (i = 0). Для полностью

заполненных гидромуфт в зависимости от их конструкции

⋅

)75(

max

НОМ

(100%)(n

)

1 i

Т.НОМ

i (η)

η=0.9

η=0.5

η=0.2

вба

Рисунок 16.3 – Характеристики гидромуфт:

а – внешняя; б – универсальная; в - приведенная

Универсальная характеристика в отличие от внешней представляет

собой зависимости момента, мощности и КПД от i,

n или s при разных

частотах вращения ведущего вала

n (рис.16.3, б). На эту характеристику

наносят линии равных КПД.

Приведенная характеристика представляет собой зависимости

коэффициентов мощности

и момента

от передаточного отношения или

КПД (рис.16.3, в). Обычно она строится на основании внешних характеристик с

использованием формул перерасчета:

DnN

⋅⋅⋅= ρλ

DnM

⋅⋅⋅= ρλ

16.3 Регулирование гидромуфт

Регулирование скорости вращения ведомого вала при постоянной

скорости вращения ведущего можно получить двумя способами: изменением

153

степени заполнения рабочей полости жидкостью или воздействием на поток в

рабочей полости (путем изменения угла установки лопаток рабочих колес,

дросселирование потока шибером, изменением осевого зазора между колесами.

V=0.25

1 (i)

0 (s)

V=0.5

V=0.75

V=1

Рисунок 16.4 – Моментные характеристики гидромуфты

Первый, наиболее распространенный способ, основан на том, что при

уменьшении заполнения рабочей полости жидкостью при всех прочих равных

условиях уменьшается расход, следовательно, с ростом скольжения снижается

значение передаваемого момента.

При работе гидромуфты с какой либо машиной, нагрузочная

характеристика которой )(ifM

, можно получить режимы, определяемые

точками 1-3 (рис.16.4).

Во втором способе, при регулировании увеличиваются потери напора в

проточной части, уменьшается расход, увеличивается скольжение и снижается

передаваемый гидромуфтой момент примерно так же, как при уменьшении

заполнения рабочей полости.

17 Следящие гидроприводы (гидроусилители)

Следящим называется регулируемый гидропривод, в котором скорость

движения выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости

от задающего воздействия на звено управления. Выходное звено – это обычно

154

шток гидроцилиндра или вал гидромотора, а звено управления – устройство, на

которое подается управляющий сигнал.

Управляемый

объект

Проме-

жуточное

устройство

Обратная

связь

Датчик

рассогла-

сования

Задающее

устройство

Рисунок 17.1 – Блок-схема следящей системы с обратной связью

В большинстве случаев использования следящего гидропривода к

функциям слежения добавляются также функции усиления управляющего

сигнала по мощности, поэтому следящий гидропривод часто называют

гидроусилителем. Следящий гидропривод применяют в тех случаях, когда

непосредственное ручное управление той или иной машиной является для

человека непосильным.

Степень усиления выходной мощности гидроусилителя по сравнению с

мощностью входного сигнала практически неограничен. Так, например, в

рулевых гидроусилительных устройствах крупных морских судов

обеспечивается усиление до 100000 раз, а в некоторых конструкциях до

10000000 раз (электрогидравлические системы).

По способу управления гидроусилители можно поделить на два

основных типа: без обратной связи и с обратной связью (рис.17.1).

В гидросистемах машин в основном применяют гидроусилители с

жесткой обратной связью выхода с входом, которые обладают высокой

точностью слежения и устойчивостью против колебаний, малой зависимостью

своих характеристик от качества изготовления управляющих элементов,

вязкости жидкости и прочих факторов.

155

Гидроусилитель с рычажной связью (с золотниковым распределением).

В нем выходному звену, штоку 6 (рис.17.2), сообщаются движения,

согласованные с определенной точностью с перемещением звена управления,

тяги 2, при требуемом усилии входной мощности.

Рисунок 17.2 – Схема гидроусилителя с золотником

Для обеспечения слежения выходного звена 6 за перемещением звена

управления 2 применяют отрицательную обратную связь, передающую

движения выходного звена на звено управления для уменьшения управляющего

сигнала. Действие этой связи сводится к тому, что движение звена управления в

сторону открытия расходных окон распределителя 5 вызывает движение

выходного звена, направленное на их закрытие.

Обратная связь в данной схеме осуществляется посредством диф. рычага

7, охватывающего распределитель (звено управления) 5 и поршень

гидродвигателя 3 со штоком 6 (выходное звено). При перемещении тяги 2,

связанной с ручкой управления, перемещается точка1 дифференциального

рычага 7, с которым связаны штоки силового гидроцилиндра 4 и

распределителя 5. Так как силы, противодействующие смещению золотника

распределителя, несравненно меньше соответствующих сил, действующих в

системе силового поршня 3, точку 8 штока можно рассматривать в начале

движения тяги 2 как неподвижную, ввиду чего перемещение тяги вызовет через

156

рычаг 7 смещение золотника распределителя 5. В результате при смещении его

из нейтрального положения на величину, превышающую перекрытие, жидкость

поступит в соответствующую полость цилиндра 4, что вызовет перемещение

поршня 3 (а следовательно, и движение точки 8 выходного звена 6) на

некоторое расстояние, пропорциональное перемещению тяги 2.

Если движение тяги 2 прекратится, продолжающийся перемещаться

поршень 3 сообщит через рычаг 7 золотнику распределителя 5 перемещение,

противоположное тому, которое он получал до этого при смещении тяги 2. При

этом расходные окна распределителя будут в результате обратного движения

его плунжера постепенно прикрываться, скорость поршня 3 будет уменьшаться

до тех пор, пока золотник не придет в положение, при котором окна

распределителя полностью перекроются и движение поршня прекратится. При

смещении золотника распределителя в противоположную сторону движение

всех элементов регулирующего устройства происходит в обратном

направлении.

вход 3

выход

Рисунок 17.3 - Схема гидроусилителя с золотником, расположенным в корпусе

силового цилиндра

Гидроусилитель с золотником, расположенным в корпусе силового

цилиндра состоит из плунжера 1, цилиндра 2 с поршнем 3. Длина

дифференциального рычага обратной связи в этой схеме равна нулю.

157

Гидроусилитель типа сопло-заслонка состоит из сопел 1 и 4 (рис.17.4),

которые вместе с подвижной заслонкой 2 образуют два регулируемых щелевых

дросселя, и нерегулируемых дросселей 5 и 12, установленных на пути подвода

жидкости из точки 6, куда она подается от насоса. Исполнительным

механизмом гидроусилителя служит гидроцилиндр 9.

4 1

Рисунок 17.4 – Схема гидроусилителя типа сопло-заслонка

Вся система нужна для того, чтобы на входе мог быть использован

маломощный электрический командный сигнал от задающей электронной

аппаратуры. Этот сигнал подается на обмотки миниатюрного

электромеханического преобразователя 3 в результате чего происходит

отклонение заслонки 2. До ее отклонения обе дросселирующие ветви А и В

имели одинаковые сопротивления и пропускали одинаковые расходы. После

отклонения сопротивление сопла, к которому приблизилась заслонка,

увеличивается и расход через него уменьшается. Расход в другой ветви

возрастает. При этом возникает неравенство давлений в точках А и В. Эта

158

разница давлений вызывает смещение золотника 8 центрируемого пружинами 7

и 11, что в конечном итоге приводит в действие гидроцилиндр.

Если в такой системе на выходе исполнительного механизма,

предусмотрен датчик обратной связи 10, то она будет представлять

электрогидравлическую следящую систему.

Основные конструктивные размеры сопла и заслонки:

диаметр сопла 1

≤

d мм;

длина цилиндрического участка сопла

cЗ

⋅

)43( ;

диаметр заслонки

⋅

)21( .

Гидроусилитель типа струйная трубка. Он состоит из поворотной

трубки 1 (рис.17.5), к которой через шарнир «а» подведена жидкость от

источника питания. Струя из сопла «в» направлена на распределитель «с» с

двумя отверстиями, соединенными с полостями управляемого элемента –

золотника 2 второго каскада гидроусилителя. Последний служит для

управления исполнительным гидродвигателем. Среднему положению трубки 1

соответствует среднее положение золотника 2. Поворот трубки вызывает его

смещение и далее ведет к смещению гидродвигателя. Легкость поворота и

малая инерция трубки позволяет управлять ее движением при помощи

маломощных электродвигателей (электромагнитов) с большим

быстродействием.

Достоинства:

1. простота изготовления;

2. низкая стоимость;

3. способность работать в разнообразных средах;

4. высокое быстродействие;

5. нечувствительность к загрязнениям жидкости;

6. малая инерция;

7. малое трение механических частей.

159

К гидродвигателю

От источника

питания

Рисунок 17.5 – Схема гидроусилителя типа струйная трубка

Основные размеры и параметры:

диаметр приемных отверстий 5.22

−

d мм;

расстояние между приемными отверстиями

−

мм;

диаметр сопла

−

мм;

длина сопла

170

150

−

мм;

скорость истечения жидкости

−

м/с.

Работает при давлениях р = 0.6-0.8МПа, но иногда и до 15МПа.

Применяется в системах автоматики и в системах гидравлического

управления. Может работать в затопленном состоянии.

160

ЛИТЕРАТУРА

1. Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод:

Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1991. – 331с.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для

машиностроительных вузов / Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и

др,. - 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1982. – 423с.

3. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. - М.: Машиностроение,

1971. – 672с.

4. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. – 2-е изд., перераб. и

доп. – М.: Стройиздат, 1972. - 648с.

5. Финкельштейн З.Л. Применение и очистка рабочих жидкостей для

горных машин. – М.: Недра, 1986. – 232с.