Пташкина-Гирина О.С.; Щирый В.Д. Гидравлика. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

151

Рис. 13.8

При этом мощность, потребляемая насосом:

нас

⋅

Если нагрузка вдоль штока Р не меняется по ходу поршня,

то делением объема цилиндра на расход можно определить время

совершения операции или время, потребное для перемещения

поршня из одного крайнего положения в другое. Зная при этом

перемещение поршня, легко определить скорость его перемеще-

ния V. Тогда полезная мощность гидропривода и его к.п.д. опре-

деляются из выражения

;

нас

=η

13.8. Объемный гидропривод вращательного движения

Объемный гидропривод вращательного движения представ-

ляет собой соединение насоса и гидродвигателя объемно-

роторного типа, называемого гидромотором. Гидромотор по сво-

ей конструкции является таким же насосом, но обращенным в

двигатель. Все объемные роторные насосы, как указывалось вы-

ше, обладают свойством обратимости, т.е. могут быть использо-

ваны как насос, так и гидромотор.

Представим упрощенную схему (рис.13.9) такого привода

замкнутого типа, оставив только по сравнению со схемой (см.

рис.13.3) насос и гидромотор.

152

Рис. 13.9

Рассмотрим основные соотношения для такого гидроприво-

да, причем величины, относящиеся к насосу, обозначим индексом

«1», относящиеся к гидромотору – индексом «2».

Действительная подача насоса равна действительному рас-

ходу через гидромотор: Q

= Q

Перейдем от действительных параметров к теоретическим.

Действительная подача насоса меньше теоретической:

011Т

⋅

Действительный расход через гидромотор больше теорети-

ческого, так как утечки в гидромоторе направлены в ту же сторо-

ну, что и основной расход:

где η

, η

– объемные к.п.д. соответственно насоса и гидромото-

ра.

Отсюда объемный к.п.д. всего гидропривода

0201

.ппо

ззз

⋅ .

Благодаря наличию гидравлических потерь в трубопроводах,

соединяющих насос и гидромотор, давление, создаваемое насо-

сом р

, будет больше давления, используемого гидромотором р

Отношение последнего к первому называется гидравлическим

к.п.д. гидропривода, который имеет вид

пр

где

вых

вх

−

;

вых

вх

−

153

(

)

(

)

тр

вх

вых

вх

вых

−

т.е. разность между давлением, создаваемым насосом, и давлени-

ем, используемым гидромотором, равна суммарной потере дав-

ления в трубопроводах (Σр

тр

Запишем теперь энергетические уравнения для насоса и гид-

ромотора, т.е. выразим мощность, затрачиваемую на вращение

насоса N

, и мощность, развиваемую гидромотором N

. Учиты-

вая, что N=МΩ, для насоса получим

=Ω=

;

для гидромотора

Ω

где М – крутящий момент; Ω – угловые скорости; η – к.п.д.

Делением второго уравнения на первое найдем значение пол-

ного к.п.д. всего гидропривода, который, с одной стороны:

пр

⋅=

Ω

==η

где К – коэффициент трансформации момента;

с другой стороны, в результате того же деления:

122

пр

η⋅η⋅η=

⋅

=η

т.е. полный к.п.д. гидропривода равен произведению гидравличе-

ского к.п.д. на полные к.п.д. насоса и гидромотора.

Значение полного к.п.д. объемных гидроприводов враща-

тельного движения колеблется в пределах 0,70…0,85.

13.9. Регулирование скорости гидропривода

При эксплуатации гидрофицированных машин, станков и

механизмов возникает естественная необходимость в регулиро-

вании скорости выходного звена гидропривода. Известно, что эта

скорость (угловая – вала гидромотора или линейная - штока гид-

роцилиндра) зависит от расхода подаваемой в гидродвигатель ра-

бочей жидкости.

154

В зависимости от способа изменения этого расхода разли-

чают объемное и дроссельное регулирование. Тот и другой спо-

собы регулирования не зависят от кинематического признака

гидропривода, но зависят от других факторов, в частности, от ха-

рактера изменения нагрузки, выходной скорости гидродвигателя;

определяются они и экономическими соображениями.

Рассмотрим объемный способ регулирования применитель-

но к гидроприводу вращательного движения, а дроссельный –

применительно к гидроприводу возвратно–поступательного дви-

жения.

13.9.1. Объемное регулирование

Расчетную частоту вращения вала гидромотора n

опреде-

ляют из условий равенства подачи насоса Q

и расхода жидкости

гидромотора Q

, т.е. Q

или W

·n

, откуда

⋅

где W

, W

– рабочие объемы соответственно насоса и гидромо-

тора.

Частота вращения вала насоса n

постоянна для гидроприво-

дов с объемным регулированием, т.к. эта частота номинальна для

приводящего двигателя, при которой к.п.д. двигателя будет мак-

симальным.

Следовательно, регулирование частоты вращения гидромо-

тора возможно тремя способами: изменением рабочего объема

насоса (рис.13.10), гидромотора (рис. 13.11) или одновременно

насоса и гидромотора (рис.13.12).

Рис.13.10 Рис.13.11 Рис.13.12

155

Первый способ применяют в гидроприводах поступательно-

го, поворотного и вращательного движения, второй и третий –

только в гидроприводах вращательного движения.

Гидропривод с регулируемым насосом и нерегулируе-

мым гидромотором является самым распространенным видом

объемного регулирования (рис.13.10). Принцип работы гидро-

привода заключается в следующем. При включении приводящего

двигателя насос 1 нагнетает рабочую жидкость по напорной ли-

нии в гидромотор 2, вал которого под действием крутящего мо-

мента вращается в определенном направлении. Из гидромотора 2

рабочая жидкость по сливной линии снова поступает в насос.

Давление в гидросистеме р

зависит от нагрузки гидромотора:

тр

=+=

где М

– крутящий момент гидромотора, Н·м; W

– рабочий объ-

ем гидромотора, м

; р

тр

– потери давления в гидролиниях, Па.

Частоту вращения гидромотора регулируют, изменяя рабо-

чий объем насоса, а направление вращения вала гидромотора из-

меняют благодаря реверсированию потока рабочей жидкости,

создаваемого насосом. При этом сначала подачу насоса умень-

шают до нуля, а затем увеличивают, но в противоположном на-

правлении. В результате функции гидролиний меняются: сливная

становится напорной, напорная – сливной.

Рис. 13.13

На рис.13.13 показаны характеристики такого гидропривода

с учетом следующих условий: n

=const; W

=const; P

=const. Ос-

156

новные параметры гидропривода определяют по следующим

формулам:

const

M const;

N ;

n =⋅=≠⋅===

Гидропривод с регулируемым гидромотором и нерегули-

руемым насосом (рис.13.11) применяют значительно реже по

сравнению с гидроприводами, которые имеют регулируемые на-

сосы. На рис.13.14 показаны характеристики такого гидроприво-

да с учетом следующих условий: n

=const; W

=const; р

= const.

Основные параметры гидропривода определяют по формулам

.const

M const;

N ;

n ≠⋅==⋅==

Рис. 13.14

Частота вращения гидромотора изменяется в рассматривае-

мом гидроприводе обратно пропорционально рабочему объему

гидромотора. Например, чтобы увеличить частоту вращения гид-

ромотора, необходимо уменьшить его рабочий объем (при этом

уменьшается его крутящий момент). Теоретическая мощность

привода (без учета потерь) в данном гидроприводе является по-

стоянной. К недостаткам такого привода следует отнести слож-

ность управления гидромоторами в случае их значительного уда-

ления от операторов и ограничение минимального рабочего объ-

ема гидромотора, при котором момент, развиваемый гидромото-

ром, становится равным или меньше момента внутреннего трения

(самоторможение).

Гидропривод с регулируемым насосом и гидромотором.

Для такого привода (рис.13.12) характерен больший диапазон ре-

157

гулирования частоты вращения и момента, развиваемого гидро-

мотором. Обеспечение характеристики М

=f(n

), как показано на

рис. 13.15, дает возможность использовать этот гидропривод в

транспортных средствах, где необходимо осуществлять трогание

машины с моментом M

max

при очень малой скорости (n

≈0). По

мере разгона момент должен снижаться, а частота вращения уве-

личиваться. Это достигается уменьшением (регулированием) ра-

бочего объема гидромотора. Применение регулируемого насоса

увеличивает диапазон регулируемого привода, но из-за сложно-

сти двойного регулирования такой гидропривод пока не нашел

широкого применения.

Рис.13.15

13.9.2. Дроссельное регулирование

Дросселем называют гидравлическое сопротивление, кото-

рое устанавливают для регулирования потока жидкости, следова-

тельно, и скорости выходного звена гидропривода. Конструкции

дросселей будут рассмотрены ниже.

Скорость перемещения поршня в цилиндре или частоту

вращения вала гидромотора можно регулировать, изменяя сопро-

тивление дросселя.

В зависимости от места установки дросселя в схеме гидро-

привода по отношению к гидродвигателю различают три способа

дроссельного регулирования:

- дроссель «на входе» (рис.13.16);

- дроссель «на выходе» (рис.13.17);

- дроссель «на ответвлении» (рис.13.18).

158

Рис.13.16 Рис.13.17 Рис. 13.18

Дроссельные устройства. По конструкции дроссели под-

разделяются на нерегулируемые (обозначение ) и регулируемые

(обозначение ), а по виду гидравлических потерь в дросселях

- на линейные и нелинейные.

В линейных дросселях движению жидкости препятствует

сопротивление трения жидкости о стенки канала. Для получения

больших сопротивлений сечение канала уменьшают, а длину уве-

личивают. В дросселях такого типа устанавливается ламинарный

режим движения жидкости, при котором перепад давления прямо

пропорционален первой степени скорости или расхода и может

быть вычислен по формуле

128

Q =

где d – диаметр, например, капилляра;

- коэффициент динами-

ческой вязкости; l - длина;

∆

- перепад давления на дросселе.

Примером линейного нерегулируемого дросселя может слу-

жить, капилляр. встроенный в основной трубопровод (рис.13.19).

Для увеличения расхода устанавливают пакет капилляров

(рис.13.20).

Рис.13.19

159

Рис.13.20

Примером линейного регулируемого дросселя может слу-

жить пробка с винтовой нарезкой, помещенной в хорошо при-

гнанный по наружному диаметру корпус (рис.13.21). Длину на-

резки можно менять, следовательно, будет меняться и расход че-

рез дроссель.

Рис.13.21

Следует отметить нестабильность работы системы с линей-

ным дросселем, так как его сопротивление зависит от вязкости

жидкости, которая изменяется с изменением температуры.

В нелинейных дросселях широко используют местные со-

противления в виде диафрагм и насадков. В дросселях такого ти-

па устанавливается турбулентный режим движения жидкости,

при котором перепад давлений пропорционален второй степени

скорости или расхода; последний может быть вычислен по фор-

муле

∆

µω=

где

- коэффициент расхода;

- площадь отверстия дросселя;

∆

- перепад давления на дросселе.

Примером нелинейного нерегулируемого дросселя является

калиброванное отверстие (диафрагма) 1, установленное в основ-

ной поток жидкости (рис.13.22), или пакет пластичных дроссе-

лей.

160

Рис.13.22

Примерами нелинейных нерегулируемых дросселей могут

быть золотники и краны различных конструкций (рис.13.23).

Рис.13.23

Так как в нелинейном дросселе потери энергии связаны с

отрывом потока и вихреобразованиями, а потери от трения ми-

нимальны, то гидравлическое сопротивление такого дросселя

практически не зависит от вязкости жидкости и изменения тем-

пературы. Нелинейные дроссели обеспечивают стабильность ха-

рактеристики Q=f(∆p) в большом диапазоне чисел Re.

Анализ работы гидропривода с дроссельным регулиро-

ванием. В системах дроссельного регулирования характерным

условием является неравенство

макс

а применительно к гидроприводу поступательного движения

max

⋅

(13.2)

где Q

– подача насоса;

- эффективная площадь гидроцилинд-

ра; V

max

- максимальная скорость штока гидроцилиндра.

При таком условии избыточная часть жидкости от насоса

отводится через переливной клапан в гидроемкость не выполнив

никакой работы.