Шпаргалки к экзаменам и зачётам

Гидромоторы роторно-поршневых, пластинчатых, шестерных и винтовых типов.

Гидромотором называется объемный гидравлический двигатель с вращательным движением выходного звена. Классификация гидромоторов приведена на рис. 5.8. Наибольшее распространение получили роторные гидромоторы. Их конструкции ничем принципиально не отличаются от конструкций одноименных роторных насосов. Некоторые конструктивные отличия обычно вызваны обратным направлением потока мощности через гидромотор (по сравнению с насосом). Применительно к гидромоторам необходимо учитывать, что мощность к гидродвигателю подводится с потоком жидкости. В гидромоторе она преобразуется во вращательное движение, а затем реализуется в виде крутящего момента на его выходном валу.

Широкое распространение получили шестеренные (рис. 5.9), пластинчатые и роторно-поршневые (рис. 5.10 и 5.11)

Рис. 5.8. Классификация гидромоторов

5.9 Шестерный гидромотор

Рис. 5.10. Радиально-поршневой гидромотор

Рис. 5.11. Аксиально-поршневой гидромотор

гидромоторы. Наиболее широко используются роторно- поршневые гидромоторы. При этом аксиально-поршневые применяются в случае необходимости получения на выходе высоких скоростей вращения, а радиально-поршневые гидромоторы – для получения низких скоростей вращения (в частности, используются в мотор-колесах самоходных машин).

Основной характеристикой геометрических размеров роторных гидромоторов, как и роторных насосов, является их рабочий объем W_o. Эта величина имеет тот же физический смысл и определяется так же, как и у насосов. Следует отметить, что гидромоторы и аналогичные им насосы могут быть с переменным рабочим объемом, т.е. регулируемыми.

Полные КПД роторных гидромоторов определяются произведением объемного и механического КПД. Гидравлические потери в этих гидромоторах малы, поэтому их гидравлические КПД принимают равными единице (η_г = 1). Численные значения объемных η_о и механических η_м КПД роторных гидромашин практически не отличаются от аналогичных величин для однотипных насосов.

При расчете гидромоторов используются две основные формулы. Они несколько отличаются от аналогичных формул для роторных насосов из-за противоположного направления потока мощности. Первая из этих формул связывает момент на валу гидромотора с перепадом давлений в напорном и сливном трубопроводах. Вторая формула связывает расход Q через гидромотор с частотой вращения его вала n.

Для обозначения гидромоторов на принципиальных гидравлических схемах используется та же система символов, что для обозначения роторных насосов. Но в отличие от насосов у гидромоторов стрелки (треугольники) внутри окружностей, указывающие направление движения жидкости, всегда направлены внутрь окружности. Символ регулируемых гидромоторов также перечеркивается тонкой стрелкой.

В заключение следует отметить, что выпускаются роторные гидромашины, которые могут работать как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора. Такие гидромашины принято называть насос-моторами

 

Расчет крутящего момента и мощности на валу гидромотора. Регулирование рабочего объема.

Мощность и крутящий момент на валу гидромотора. Фактическая мощность развиваемая гидромотором при данном перепаде давлений

N_{M факт} = ΔPq_Mn_Mη_M

где q_м - рабочий объем гидромотора; 
n_м - частота вращения гидромотора; 
η_м - общий КПД гидромотора.

Выразив крутящий момент через теоретическую мощность N_Т = ΔPqn и угловую скорость ω= 2πn, получим теоретическую величину крутящего момента для гидромашины:

Рабочий объем гидромашины в насосе - это объем жидкости вытесняемый в систему за один оборот вала насоса; в гидромоторе - объем жидкости, необходимый для получения одного оборота вала гидромотора. Гидромашины изготавливаются с постоянным и переменным рабочим объемом. В соответствии с этим с постоянным рабочим объемом называются нерегулируемые, а с переменным - регулируемые.

Гидролиния (магистраль) - как уже говорилось в лекции 2, это трубопровод, по которому транспортируется рабочая жидкость. Различают магистрали всасывающие, напорные, сливные и дренажные.

Производительность насоса (подача) - это отношение объема подаваемой жидкости ко времени.

Теоретическая производительность насоса Q_Т - это расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из его полости нагнетания.

Действительная производительность насоса Q_Д уменьшается на величину QН из-за обратного течения жидкости в насосе из полости нагнетания в полость всасывания и из-за утечки жидкости во внешнюю среду. Поэтому

Q_Д = Q_Т - Q_Н,

а отношение

где η_об.н. - объемный КПД насоса.

 

Направляющая гидроаппаратура.

Направляющие гидроаппараты изменяют направление потока масла путем полного открытия или полного закрытия рабочего проходного сечения. К этой группе аппаратов относятся гидрораспределители золотникового или кранового типа, обратные клапаны, а также некоторые гидроклапаны давления, которые могут работать в режиме направляющих гидроаппаратов.

Гидрораспределители предназначены для изменения направления или пуска и остановки потока масла в двух или более линиях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия. Они позволяют реверсировать движение рабочих органов в станках, останавливать рабочие органы (трехпозиционные распределители), а также выполнять другие операции в соответствии с гидросхемой распределителя. Распределители имеют запорно-регулирующий элемент, выполнен­ный в виде золотника, совершающего осевое движение, или крана, совершающего поворотное движение (рис. 1). В положении золотника распределителя ГР, показан- ном на рисунке, основной поток маслаQ из напорной линии Р по ,линии А поступает в одну из камер гидродвигателя ГД, а из противоположной камеры вытесняется через линию В и распределитель в сливную линию Т При переме­щении рукоятки управления в другую крайнюю позицию направление потока масла реверсируется (Р-ГР-В~ГД-А-ГР-Т), в результате чего изменяется направление движения гидродвигателя, а вместе с ним и рабочего органа станка. Трехпозиционные распределители имеют дополнительно среднюю (нейт­ральную) позицию, в которой возможна остановка гидродвигателя.

Направляющие аппараты гидросистем должны иметь малые утечки, незначи­тельные потери давления при протекании через их каналы потока масла, минимальные усилия для перемещения золотника (или крана), а также возможность получения безударного реверса движения рабочего органа при ограниченном времени переключения. Перемещение золотника в корпусе возможно лишь при наличии радиального зазора между этими деталями, по которому возможны утечки масла между полостями. Утечка (см³/мин) на каждом уплотняющем пояске

гдеD — диаметр золотника, мм (см. рис. 1); δ_р — радиальный зазор между золот­ником и отверстием в корпусе, мкм; ∆р — перепад давления на уплотняющем пояске, МПа; v - вязкость масла, сСт; l - длина уплотняющего пояска (вдоль оси золотника), мм.

Для уменьшения утечек необходимо уменьшать радиальный зазор, однако технологически обеспечить величину зазора менее 5 мкм трудно; кроме того, при малых зазорах снижается надежность работы аппарата, так как деформации корпуса могут вызывать заклинивание золотника. Для снижения утечек целесо­образно также уменьшать диаметр золотника и увеличивать длину уплотняющих поясков, что приводит к нежелательному увеличению потерь давления и хода золотника. Таким образом, конструктору обычно приходится выбирать разумный компромисс.

Для перемещения золотника в корпусе необходимо приложить к золотнику осевое усилие,которое зависит от рабочею давления, размеров золотника» а также правильности геометрической формы золотника и отверстия в корпусе. Трение в золотниковой паре зависит от времени пребывания золотника в покос под давлением. Исследования показали, что после выдержки распределителя с зо­лотником диаметром 25 мм, имеющим два уплотняющих пояска длиной 4 мм, иод давлением 20 МПа в течение I ч на стенде, защищенном от вибрации, усилие, необходимое для страгивания золотника с места, превышало 500 Н, причем после выдержки под давлением и отключения насоса усилие оставалось примерно таким же. Трение золотника при наличии рабочего давления создастся вследствие неравномерного распределения давления в зазоре. При зтом возникает неуравнове­шенное радиальное усилие, прижимающее золотник к одной стороне. Радиальное усилие действует лишь на те уплотняющие пояски золотника распределителя, по которым идет утечка масла, вызванная перепадом давления; пояски, имеющие одинаковое давление с обеих сторон, радиальным усилием не нагружаются. Одной из причин возникновения защемляющих усилий, остающихся после сброса давления, является засорение радиального зазора загрязняющими частицами, находящимися в масле. Наиболее простои способ снижения неуравновешенных радиальных сил давления жидкости на золотник состоит в прорезке на уплотняющих поясках кольцевых разгрузочных канавок шириной и глубиной 0,3-0,5 мм, выравнива­ющих давление в зазоре по окружности.

Кроме гидростатических на золотник действуют также осевые гидродинами­ческие силы (Н| потока масла

 

 

, где Q - расход масла через рабочую кромку золотника, л/мин; Ap_t - перепад давления на кромке. МПа.

Гидродинамические силы обычно стремятся переместить золотник в направлении закрытия щели. Для распределителей, применяемых в станкостроении, эти усилия сравнительно невелики, и специальных средств зашиты ог них, как правило, не предусматривается.

При переключении распределителей возможны гидравлические улары в систе­мах. Для устранения ударов на рабочих кромках золотника выполняются кони­ческие фаски или дросселирующие прорези, обеспечивающие достаточно плавное изменение давления в камерах гидродвигателя. Кроме того, в распределителях с гидравлическим и электрогилравлическим управлением предусматривается возможиость регулирования скорости перемещения золотника. Это позволяет при необходимости изменять время реверса в пределах 0,05 — 3 с. В гидроприводах, в которых требуется высокое быстродействие, могут применяться распределители с электроуправлением. Время срабатывания таких распределителей не превышает 0,01—0,02 с. Поскольку тяговое усилие и ход электромагнита ограничены, распре­делители с электроуправлением имеют обычно условный проход не более 10 мм; для больших типоразмеров применяется электрогидравлическое управление.

Обратные клапаны практически свободно пропускают поток масла в одном направлении; при движении масла в противоположном направлении клапаны запирают поток. Обратные клапаны должны быть герметичными в закрытом положении и обладать минимальным гидравлическим сопротивлением в открытом положении.

Гидроклапаны давления (см. гл. 5) пропускают через себя поток масла, когда достигаются заданные давление в линии подвода, разность давлений в линии управления и линии отвода или разность давлений в двух линиях управления.

 

 

Гидрораспределители.

Гидрораспределителемназывается гидроаппарат, предназначенный для изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от внешнего управляющего воздействия.

Гидрораспределители бывают направляющими и дросселирующими.

Направляющим гидрораспределителемназывается направляющий гидроаппарат, предназначенный для пуска, остановки или изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия.

Гидрораспределители делятся:

- по конструкции запорно-регулирующего элементана золотниковые (с цилиндрическим или плоским золотником), крановые и клапанные;

- по числу внешних гидролинийна двухлинейные, трехлинейные, четырехлинейные и т. д.;

- по числу фиксированных или характерных позицийзапорно-регулирующего элемента на двухпозиционные, трехпозиционные и т. д.;

- по виду управленияна распределители с ручным, механическим, электрическим, гидравлическим и другими видами управления;

- по числу запорно-регулирующих элементов на одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.

Крановые гидрораспределители применяются при небольших давлениях и расходах. Их запорно-регулирующие элементы выполняются в виде цилиндрического или конического крана. Чаще используют крановые распределители с коническим запорно-регулирующим элементом и ручным управлением. При переключении этого гидрораспределителя его запорно-регулирующий элемент поворачивается вокруг своей оси.показана конструкция трехпозиционного кранового гидрораспределителя с ручным управлением, Клапанные гидрораспределители по конструкции запорно-регулирующего элемента делятся на шариковые и конические, а по способу переключения – на распределители с ручным, электромагнитным и гидравлическим управлением.

Дросселирующие гидрораспределители

Дросселирующим гидрораспределителем называется регулирующий гидроаппарат, предназначенный для изменения величины расхода и направления движения потока рабочей жидкости в нескольких гидролиниях одновременно в соответствии с изменением величины внешнего управляющего воздействия. Чаще всего в качестве дросселирующих гидрораспределителей используются золотниковые гидрораспределители. Функции, близкие к тем, что решают золотниковые дросселирующие гидрораспределители, позволяют обеспечить струйные гидрораспределители и гидрораспределители типа «сопло-заслонка». Такие гидрораспределители часто используются как предварительная ступень гидравлического управления в гидрораспределителях с многоступенчатым управлением.

В отличие от направляющего гидрораспределителя, запорно-регулирующий элемент дросселирующего гидрораспределителя может занимать, кроме характерных, бесконечное множество промежуточных рабочих положений, образуя дросселирующие проходные сечения для потока рабочей жидкости. Обычно площадь рабочего проходного сечения находится в прямо пропорциональной зависимости от величины управляющего сигнала.

Струйные гидрораспределители

Примером струйного гидрораспределителя является гидрораспределитель типа «струйная трубка», принципиальная схема которого представлена на рис. 6.29,а.

К струйной трубке 1, имеющей возможность поворачиваться на некоторый угол, подводится поток жидкости. В сливной полости размещена плата 4 с приемными окнами, к которым подключены гидролинии 2 и 3, связанные с гидродвигателем.

В струйной трубке энергия давления потока жидкости преобразуется в кинетическую энергию струи, которая затем при попадании жидкости в расширяющееся приемное окно платы 4, расположенное напротив струйной трубки, преобразуется опять в энергию давления. При повороте струйной трубки происходит перераспределение энергии жидкости между приемными окнами. В них возникает некоторый перепад давления, который и обеспечивает движение ведомого звена гидродвигателя. Чем больше угол поворота струйной трубки, тем больше перепад давления и тем больше скорость движения ведомого звена гидродвигателя.

К достоинствам гидрораспределителя «струйная трубка» относятся:

малая чувствительность к загрязнению рабочей жидкости и незначительное влияние вязкости на его характеристики.

К недостаткам относятся: конструктивная и технологическая сложность подвода жидкости к поворачивающейся струйной трубке и возможность возникновения вибрации струйной трубки при некоторых значениях давления питания.

Гидрораспределитель типа «сопло-заслонка»

В гидрораспределителе типа «сопло-заслонка» распределение жидкости основано на принципах построения гидравлических делителей давления, в которых используются регулируемые и настраиваемые гидродроссели.

На практике широкое распространение получили одно- и двухдроссельные (по числу регулируемых гидродросселей) гидрораспределители типа «сопло-заслонка».

При уменьшении расстояния между соплом и заслонкой за счет поворота заслонки (увеличения сопротивления регулируемого гидродросселя «сопло-заслонка» потоку жидкости) давление p в междроссельной камере увеличивается. Под действием силы от этого давления поршень гидроцилиндра 5 смещается вправо, преодолевая сопротивление пружины. При увеличении расстояния между соплом и заслонкой давление p в междроссельной камере уменьшается. Поршень гидроцилиндра 5 при этом под действием пружины будет двигаться влево до тех пор, пока сила пружины не уравновесится силой давления жидкости в левой полости гидродвигателя.

Электрогидравлические усилители мощности управляющего сигнала

Часто в гидроприводах с электрическим управлением используются устройства предварительного усиления мощности входного управляющего сигнала. В этом случае применяют устройства, для которых входным является электрический сигнал, а выходным – некоторый поток рабочей жидкости с параметром (расходом или давлением) пропорциональным величине входного сигнала. Направление потока или знак перепада давления при этом соответствует знаку входного электрического сигнала. Такие устройства называются электрогидравлическими усилителями (ЭГУ).

ЭГУ состоит из электромеханического преобразователя (ЭМП), в котором электрический сигнал преобразуется в некоторое механическое перемещение (поворот вала или перемещение толкателя электромагнита), и гидравлического усилителя (ГУ) мощности, в качестве которого используется, как правило, дросселирующий гидрораспределитель.

Одной из проблем, возникающих при этом, является то, что мощности электрического сигнала не достаточно для обеспечения перемещения золотника дросселирующего гидрораспределителя. В этом случае применяют так называемые многокаскадные ЭГУ с двумя и более каскадами усиления входного сигнала.

 

 

Пневмораспределители.

Пневмораспределители предназначены для изменения направления потоков сжатого воздуха в двух или более внешних пневмолиниях в зависимости от внешнего управляющего воздействия. Под внешними пневмолиниями понимаются воздухопроводы и каналы для прохождения воздуха (в том числе и отверстия для связи с атмосферой), соединяемые в определенных сочетаниях при различных положениях распределительного органа.В зависимости от количества подводящих и отводящих магистралей (каналов) пневмораспределители делятся на двухканальные, трехканальные, четырехканальные, пятиканальные и т.д., по количеству его фиксированных положений – двухпозиционные, трехпозиционные.                                                                                               По способу управления пневмораспределители могут быть с электромеханическим, электропневматическим, механическим, пневматическим и ручным управлением.

При электромеханическом управлении электромагнит пневмораспределителя непосредственно перемещает распределительный элемент. Пневматическое управление осуществляется воздухом, поданным в управляющий канал пневмораспределителя. Механическое управление осуществляется концевыми выключателями. Электропневматическое управление (или пилотное управление) – электромагнитное поле катушки управляющего распределителя (пилота) воздействует на якорь, переключающий распределительный элемент основного распределителя. Для проведения наладочных работ в пневмосистемах в конструкциях электропневматических распределителей предусмотрено ручное дублирование управления, которое позволяет переключить распределитель без подачи электрического управляющего сигнала.

Управление пневмораспределителем может быть одностороннее или двухстороннее. При одностороннем управлении возврат распределительного элемента осуществляется с помощью механической пружины или пневматической пружины (подачей воздуха, автоматически отобранным по каналу распределителя из магистрали). При двустороннем управлении на пневмораспределитель подается два управляющих сигнала.

По виду распределительного элемента распределители могут быть клапанного или золотникового типа.

По способу монтажа распределители имеют стыковое, трубное, резьбовое исполнение.

К расходным характеристикам пневмораспределителей относят условный проход, пропускную способность, эффективную площадь проходного сечения, время срабатывания, а также мощность электромагнитной катушки для электромеханических и электропневматических распределителей.

Существуют понятия «нормально открытого» и «нормально закрытого» распределителя.

«Нормально открытый» распределитель – при отсутствии управляющего воздействия питание «открыто», т.е. сжатый воздух проходит к выходному каналу распределителя. «Нормально закрытый» распределитель – при отсутствии управляющего воздействия питание «закрыто».

 

Гидроклапаны.

Гидроклапан – это гидроаппарат, в котором величина открытия рабочего проходного сечения (положение запорно-регулирующего элемента) изменяется от воздействия потока рабочей жидкости, проходящего через гидроаппарат.

Существуют как регулирующие, так и направляющиегидроклапаны.

К регулирующим гидроклапанамотносятся гидроклапаны давления, а именно: гидроклапаны напорные и редукционные, а также гидроклапаны разностии соотношения давлений.

Гидроклапаном давленияназывается регулирующий гидроклапан, предназначенный для регулирования давления в потоке рабочей жидкости.

По характеру воздействия потока рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент клапана различают гидроклапаны давления прямогои непрямого действия.

В гидроклапанах прямого действияпроходное сечение изменяется в результате непосредственного воздействия контролируемого потока рабочей жидкости на запорно- регулирующий элемент клапана.

Гидроклапаны непрямого действияпредставляют собой совокупность, как правило, двух клапанов: основного и вспомогательного, причем величина открытия рабочего проходного сечения основного клапана изменяется в результате воздействия потока рабочей жидкости на запорно- регулирующий элемент вспомогательного клапана.

Напорным гидроклапаномназывается гидроклапан давления, предназначенный для ограничения давления в подводимом потоке рабочей жидкости.

К напорным гидроклапанам относятся предохранительный и переливнойгидроклапаны.

Предохранительным гидроклапаномназывается напорный гидроклапан, предназначенный для предохранения элементов гидросистемы от давления, превышающего допустимое. Предохранительные гидроклапаны используются во всех объемных гидроприводах и устанавливаются, как правило, в непосредственной близости у насоса, а также в местах, где по условиям работы гидросистемы возможно возникновение опасных по величине давлений. Как правило, для предохранительного гидроклапана характерен эпизодический режим работы.

Предохранительный клапан прямого действия

В данном случае используется конусный запорно- регулирующий элемент 2, прижимающийся к седлу в корпусе 1 пружиной 3. Давление срабатыванияпредохранительного гидроклапана p_к можно отрегулировать при помощи регулировочного винта 4 за счет изменения силы предварительного поджатия пружины 3.

Переливной– это напорный гидроклапан, предназначенный для поддержания заданного уровня давления на входе в клапан с заданной точностью путем непрерывного слива части потока рабочей жидкости.Переливные клапаны работают постоянно в неустановившемся режиме, поэтому в них для исключения ударов запорно-регулирующего элемента о седло, как правило, используются золотниковые запорно-регулирующие элементы. Возможность использования в конструкции переливного клапана золотникового запорно-регулирующего элемента обусловлена также и отсутствием жестких требований к их герметичности.На рис. 6.4 приведена конструктивная схема переливного клапана прямого действия с золотниковым запорно-регулирующим элементом.

Переливной клапан прямого действия

Основным требованием, предъявляемым к переливному гидроклапану, является поддержание заданного уровня контролируемого давления с заданной точностью в рабочем диапазоне изменения величины расхода жидкости, сливающейся через клапан.

Переливные гидроклапаны используются в гидроприводах с дроссельным регулированием. Они подключаются к напорной гидролинии на выходе насоса или устанавливаются в сливную гидролинию последовательно. В этих случаях они выполняют функцию подпорных гидроклапанов.

К основным параметрам напорных клапанов (ГОСТ 16517-82) относятся условный проход Dy; номинальное давление p_ном; диапазон регулирования давления; максимальные внутренние утечки жидкости (для предохранительных клапанов); масса (без рабочей жидкости); зависимость регулируемого давления от расхода, сливающегося через клапан.

Редукционным называется регулирующий гидроклапан, предназначенный для поддержания в отводимом потоке постоянного давления р₂ меньшего, чем давление р₁ в подводимом потоке. Он чаще всего применяется в гидросистемах, где от одного насоса работают несколько потребителей, требующие разные уровни давлений питания.

Редукционный клапан прямого действия состоит из запорно-регулирующего элемента 3, объединенного с уравновешивающим поршнем 1, и пружины 2, размещенных в гнезде корпуса 8, образующего седло 6 клапана. Для демпфирования возможных колебаний заклапанная полость 9 соединена с областью слива дросселем 10. В отличие от напорных гидроклапанов редукционный клапан нормально открыт, т.е. при выключенной гидросистеме запорно- регулирующий элемент клапана пружиной полностью открывается. Это обстоятельство отражено в условном обозначении редукционного клапана тем, что стрелка внутри квадрата соединяет входную и выходную гидролинии.прямого действия

Пружина стремится удержать клапан в открытом положении, ограниченном упором 4, а давление р₂ в полости 5 создает силу, которая стремится клапан закрыть. В полости 7 гидростатические силы от давления р₁, действующие на запорно-регулирующий элемент по кольцевой площади, взаимно уравновешиваются: одна сила действует на запирающий элемент 3 в сторону его открытия, а другая на уравновешивающий поршень 1 в противоположную сторону (эти силы имеют одну и ту же величину, так как получаются в результате действия одного давления на равные площади). Поэтому давление р₁ на работу клапана непосредственного влияния не оказывает.

При наличии жестких требований по точности поддержания величины редуцируемого давления рекомендуется использовать редукционный клапан непрямого действия

Гидроклапан разности (перепада) давлений– это гидроклапан давления, предназначенный для поддержания заданной разности давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости или в одном из этих потоков и постороннем потоке.

Схема гидроклапана разности давлений, предназначенного для поддержания заданной разности давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.

Гидроклапан разности (перепада) давлений

В его корпусе 1 размещены золотниковый запорно-регулирующий элемент 2 и пружина 3. Торцевые полости золотника соединены каналами с подводимым и отводимым потоками рабочей жидкости.

К основным параметрам клапанов разности давлений (ГОСТ 16517-82) относятся: условный проход Dy; максимальное рабочее давление p_ном; рабочий диапазон регулирования разности давлений; масса (без рабочей жидкости); зависимость разности давлений от расхода, рабочий диапазон расходов через клапан.

Гидроклапан соотношения давлений– это гидроклапан давления, предназначенный для поддержания заданного соотношения давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости или в одном из этих потоков и постороннем потоке.

гидроклапана соотношения давлений, предназначенного для поддержания заданного соотношения давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.

В обоих случаях он включает в себя золотниковый запорно-регулирующий элемент 2 с разной эффективной площадью сечения золотника. Последнее достигается разными способами: либо за счет использования ступенчатого золотника либо за счет установки дополнительного

плунжера-толкателя 1. С технологической точки зрения второй вариант считается предпочтительным. С помощью каналов, выполненных в корпусе 3, торцевые полости запорно-регулирующего элемента 2 соединены с подводимым и отводимым потоками рабочей жидкости.

Изменение давления в одном из потоков приводит к перемещению запорно-регулирующего элемента 2 и соотношение давлений восстанавливается. Соотношение давлений обратно пропорционально отношению эффективных площадей запорно-регулирующего элемента 2.

К основным параметрам клапанов соотношения давлений (ГОСТ 16517-82) относятся: условный проход Dy, максимальное рабочее давление p_ном, величина поддерживаемого соотношения давлений, масса (без рабочей жидкости), рабочий диапазон расходов через клапан

 

Гидравлические дроссели.

Гидродроссель – это регулирующий гидроаппарат, предназначенный для получения заданной величины расхода при данной величине перепада давления в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.

Гидродроссель представляет собой местное гидравлическое сопротивление, которое также может использоваться для снижения давления в отводимом потоке рабочей жидкости при данном расходе.

Важной особенностью гидродросселя является то, что проходное сечение в нем не изменяется под действием потока рабочей жидкости.

Применение гидродросселей в качестве регулирующих элементов объемных гидроприводов требует от них двух качеств:

- возможность получения характеристики гидродросселя желаемого вида;

- сохранение стабильности характеристики гидродросселя во время эксплуатации.

Под характеристикой гидродросселяпонимается зависимость потерь давления Δp_др в гидродросселе (перепада давления на гидродросселе) от расхода Q рабочей жидкости, проходящей через него.

По виду этой зависимости различают гидродроссели:

- линейные– имеют линейную характеристику

Δp_др = KQ;                                                                      (6.1)

- квадратичные– имеют квадратичную характеристику

Δp_др = KQ.                                                                       (6.2)

Линейность характеристики линейного гидродросселя на практике обеспечивается за счет наличия в его конструкции протяженного канала малого проходного сечения, внутри которого получают ламинарный режим течения жидкости (см. закон Пуазейля).

На рис. 6.1 приведена конструктивная схема линейного регулируемого гидродросселя, в котором дросселирующим каналом является винтовая линия прямоугольного сечения, нарезанная на поверхности цилиндрического плунжера 1, образующего прецизионную пару с поверхностью гильзы 2. Регулирование гидродросселя осуществляется изменением рабочей длины lк дросселирующего канала за счет вращения винтовой головки 3.

Основным недостатком линейных гидродросселей является нестабильность их характеристики, а именно: зависимость крутизны их характеристики от температуры рабочей жидкости (от ее вязкости). Из-за этой температурной нестабильности характеристики линейные гидродроссели в системах автоматического управления объемными гидроприводами (системах гидроавтоматики) практически не встречаются.

Квадратичные гидродроссели в отличие от линейных имеют стабильную характеристику, не зависящую от температуры жидкости. В связи с этим квадратичные гидродроссели получили наибольшее распространение в гидроприводах и системах гидроавтоматики.

Простейшим квадратичным нерегулируемым (настраиваемым) гидродросселемявляется жиклер, представляющий собой отверстие в тонкой стенке, из которого происходит истечение жидкости под уровень.

Расчетной формулой для такого гидродросселя является формула истечения

,                                                         (6.3)

 

 

 

Рис. 6.1. Типовые конструктивные схемы гидравлических дросселей

 

из которой получаем выражение, определяющее его характеристику:

,                                                     (6.4)

где μ – коэффициент расхода, для минеральных масел в области квадратичного сопротивления его можно принимать равнымμ = 0,65;

      S_o – площадь проходного сечения отверстия в гидродросселе.

Недостатком этого гидродросселя является то, что для получения на нем достаточно большого перепада давления для относительно малых по величине значений расхода в гидродросселе следует иметь отверстие очень малой площади. При этом даже если удастся изготовить такое отверстие, то во время эксплуатации высока вероятность его засорения. Как следствие – изменение характеристики гидродросселя, т.е. надежность работы такого гидродросселя будет низкой. Поэтому на практике при решении подобной задачи рекомендуется использовать пакетные гидродроссели(рис. 6.1).

Такой гидродроссель состоит из набора шайб. При проектировании пакетного гидродросселя необходимо предусмотреть взаимную фиксацию шайб с целью получения максимального разведения отверстий в соседних шайбах.

Регулируемымназывается гидродроссель, в котором площадь его проходного сечения можно изменять путем воздействия на его запорно-регулирующий элемент из вне.

К регулируемым относятся крановые, золотниковые, клапанные (игольчатые) гидродроссели, гидродроссель типа «сопло-заслонка» и др.

У кранового гидродросселя(см. рис. 6.1) недостатком является увеличение необходимого момента управления пробкой при значительном рабочем давлении питания. Поэтому крановые гидродроссели рекомендуется использовать в низконапорных гидросистемах.

У золотникового гидродросселязапорно- регулирующий элемент (золотник) совершает осевое перемещение в корпусе, изменяя при этом площадь проходного сечения гидродросселя за счет изменения величины кольцевого зазора между торцем золотника и проточкой в корпусе. Недостатком золотникового гидродросселя является зависимость усилия управления запорно-регулирующим элементом от рабочего давления питания.

В клапанном,или игольчатом, гидродросселе(рис. 6.1) изменение площади проходного сечения происходит за счет перемещения запорно-регулирующего элемента относительно седла, приближаясь или удаляясь от него. Недостатком этого гидродросселя является зависимость усилия, необходимого для управления его запорно-регулирующим элементом, от рабочего давления питания.

В гидродросселе типа «сопло-заслонка»запорно- регулирующий элемент (плоская заслонка) перемещается вдоль оси сопла, приближаясь или отдаляясь от него. Следствием этого является изменение расстояния заслонки от торца сопла, а значит, изменение сопротивления потоку жидкости, вытекающему из сопла. В этом гидродросселе усилие, необходимое для управления заслонкой, пропорционально величине потерь давления на гидродросселе. Эта особенность может использоваться при проектировании систем автоматического управления объемным гидроприводом.

Для увеличения расхода рабочей жидкости, протекающей через дроссель в обратном направлении, в нем иногда предусматривают установку обратного клапана (рис. 6.2). 

 

Рис. 6.2. Регулируемый дроссель с обратным клапаном

 

 

Гидробаки и гидроаккамуляторы насосных установок. Насосные установки гидроприводов.

Гидробак — в гидроприводе ёмкость для хранения рабочей жидкости.

Гидравлические баки выполняют следующие функции:

• Хранение рабочей жидкости. Гидросистема требует для своей работы некоторый запас рабочей жидкости.
• Отстой рабочей жидкости. Поскольку системы объёмного гидропривода очень чувствительны к загрязнению рабочей жидкости, то крайне важным является очистка рабочей жидкости. Помимо фильтров, функцию очистки выполняют и гидробаки, в которых жидкость отстаивается и значительная часть абразивных частиц оседает на дно. В связи с этим в конструкциях гидробаков часто предусматривают специальные перегородки, препятствующие перемешиванию жидкости.
• Охлаждение рабочей жидкости. Одним из недостатков гидропривода является зависимость его рабочих параметров от вязкости рабочей жидкости, а значит, от её температуры. В связи с этим важной является функция охлаждения рабочей жидкости в гидробаке. Площадь поверхности гидробака при проектировании часто специально увеличивают для увеличения теплоотдачи.

Для предотвращения попадания в рабочую жидкость пыли и твёрдых частиц гидробаки должны оборудоваться специальными воздушными фильтрами.

Объём гидробака обычно проектируют равным двум-трём величинам подачи насоса.

Гидробаки рекомендуется устанавливать выше уровня расположения насоса — для улучшения условий всасывания и предупреждения возникновения кавитации во всасывающей полости насоса.

Гидробак с наддувом — это такой гидробак, в котором газ над жидкостью находится под давлением выше атмосферного. Гидробаки с наддувом устанавливают в тех случаях, когда нужно улучшить условия всасывания насоса и предотвратить возникновениие кавитации.

Гидроаккумулятор — это сосуд, работающий под давлением, который позволяет накапливать гидравлическую энергию и возвращать её в систему в нужный момент.

Классификация гидроаккумуляторов по способу накопления энергии

1. Гидроаккумуляторы с механическим накопителем;

а) грузовые гидроаккумуляторы(накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счет потенциальной энергии находящегося на определённой высоте груза).

б) пружинные гидроаккумуляторы(накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт механической энергии сжатой пружины).

2. Гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем;

Преимущества и недостатки

Грузовой гидроаккумулятор	постоянное давление аккумулятора простота конструкции большой рабочий объём низкая стоимость	низкая энергоемкость высокая инерционность громоздкость конструкции низкое давление
Пружинный гидроаккумулятор	относительная простота конструкции невысокая стоимость	давление зависит от характеристики и линейной деформации пружины небольшой рабочий объём инерционность

Гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем

В пневмогидравлических аккумуляторах (пневмогидроаккумуляторах) накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт энергии сжатого газа. В пневмогидроаккумуляторах в качестве сжимаемой среды используется газ азот или сжатый воздух.

Преимущества и недостатки

Тип гидроаккумулятора	Преимущества	Недостатки
Пневмогидравлический аккумулятор	высокая энергоёмкость при малых размерах; различные исполнения по конструкции и назначению	давление аккумулятора изменяется в соответствии с политропным процессом сжатия и расширения газа

Ввиду ряда недостатков гидроаккумуляторы с механическим накоплением энергии не получили широкого распространения и имеют ограниченное применение. Наиболее широкое применение на практике во всём мире получили пневмогидравлические аккумуляторы.

Процесс сжатия и расширения газа в пневмогидроаккумуляторе является политропным процессом. Для модели идеального газа справедлива зависимость:

P₀V₀ⁿ = P₁*V₁ⁿ = P₂*V₂ⁿ.

Причём, интервал времени, за который происходит процесс, учитывает показатель политропы «n». Медленно протекающие процессы расширения и сжатия газа близки к изотермическому с показателем политропы n~1. Быстрому расширению и сжатию газа близок адиабатный процесс, поэтому показатель политропы принимается n~1,4. При давлении выше 200 бар поведение реального газа отличается от поведения модели идеального газа и, если его не учитывать, то при расчётах получается заниженное значение объёма гидроаккумулятора. В этом случае необходимо ввести корректирующий коэффициент, учитывающий это несоответствие. При практическом применении зависимость давления от объёма газа может быть снижена за счёт увеличения газовой полости путём присоединения дополнительного объёма.

При малом изменении давления в жидкостной полости гидроаккумулятора газ сжимается незначительно. В этом случае для поддержания давления в узком диапазоне изменяемый объём гидроаккумулятора может оказаться недостаточным для рабочего процесса. Для того, чтобы изменение объёма в меньшей степени влияло на изменение давления, газовую полость гидроаккумулятора увеличивают посредством подключения к ней дополнительного ресивера. В этом случае объём газовой полости складывается из объёма ресивера и изменяемого объёма гидроаккумулятора. Экономически целесообразно применять гидроаккумуляторы в системах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме. Установленная мощность гидропривода при этом может быть уменьшена в полтора-два раза, а потребление энергии такой системой можно снизить более, чем на 50 %.

Назначение пневмогидроаккумуляторов

Различные по конструкции (поршневые, баллонные, мембранные, сильфонные) и назначению пневмогидроаккумуляторы позволяют получить решения для многих задач, таких как:

• аккумулирование гидравлической энергии;
• питание системы в нештатных и аварийных ситуациях;
• уравновешивание сил и нагрузок;
• компенсация утечек;
• компенсация объёмов рабочей жидкости;
• демпфирование пульсации поршневых насосов;
• демпфирование пульсаций в напорных и всасывающих магистралях;
• демпфирование пульсации при работе топливных насосов высокого давления дизельных двигателей;
• гашение гидроударов;
• амортизационная подвеска мобильной техники и пр;
• увеличение срока службы насосов.

[править] Использование гидроаккумуляторов в быту и промышленности

Наибольшее распространение в быту и промышленности нашли пневмогидроаккумуляторы. Они представляют собой достаточной прочности для заданных давлений емкость (металлическую, композитную и т.п) с эластичной мембраной/баллоном внутри, служащей для поддержания давления рабочей жидкости в гидравлической системе или системе водоснабжения/отопления. В быту, в большинстве случаев гидроаккумуляторы используются для систем автономного обеспечения водой загородных домов, коттеджных поселков, небольших предприятий.

 

Гидроприводы поступательного движения.

Типовой пневмопривод изображен на рис. 1.1, Поршень 1перемещается в рабочем цилиндре 2 под воздействием сжатого воздуха, поступающего попеременно в обе полости цилиндра из магистрали через распределитель 3. В конце хода кулачок, укрепленный на штоке (не показан на чертеже), нажимает на рычаг одного из конечных выключателей 4 или 5. В положении, изображенном на чертеже,

поршень перемещается направо, переключая выключатель 4, и когда он займет положение, показанное штриховой линией,  конечный выключатель 5 переключится. Сигнал в виде давления сжатого воздуха передается от выключателя на вход распределителя 3, в  результате чего золотник перемещается в правое положение. Сжатый воздух из магистрали через этот же распределитель направляется в правую полость цилиндра 2 и перемещает поршень 1 влево, при этом распределитель выключается. В конце обратного хода кулачок на штоке нажимает на конечный выключатель 4, снова переключается золотник, и цикл повторяется. 

 

 

Гидроприводы вращательного движения.

На рис. 1.2 показан привод вращательного движения, изображенный в упрощенном виде без

воздухораспределителя. В корпусе 1 установлен ротор 2, ось вращения которого смещена относительно центра корпуса (эксцентриситет е). В пазы ротора помещены пластины 3, Сжатый воздух, подаваемый через окно 4 корпуса, воздействует на пластины. Так как площади этих пластин, в разной степени выдвинутых из пазов ротора, отличаются друг от друга, то создается момент от сил  давления сжатого воздуха, благодаря чему ротор вращается.

В период его вращения пластины под действием центробежной силы прижимаются к внутренней  поверхности корпуса. Чтобы обеспечить более надежное уплотнение, к пазам ротора иногда подводят сжатый воздух или в них помещают пружины: это способствует также и более быстрому выдвижению пластин из пазов, Отработанный воздух  выходит из привода через выхлопное окно 5 в атмосферу. Вращательное движение также может быть осуществлено посредством поршневых пневмоустройств и шарнирно-рычажных передаточных механизмов.(рис.1.3)Кроме поршневых пневмоустройств в приводах поступательного  движения используют также устройства с упругими элементами, в качестве которых могут служить мембраны, сильфоны, шланги и пр.

 

 

 

 

 

Гидропривод поворотного движения.

Гидропривод поворотного движения использует моментный гидроцилиндр, совершающий возвратно-поворотное движение. Схема циркуляции жидкости во многом определяет конструкцию и область применения гидропривода. Различают две схемы гидропривода: открытую (разомкнутую) и закрытую (замкнутую).Открытая схема гидропривода характеризуется тем, что рабочая жидкость от насоса к гидра двигателю размыкается баком значительной емкости, т. е. циркулирует по схеме насос — гидра двигатель — бак. Гидропривод, выполненный по этой схеме, имеет простую конструкцию, и кроме насоса и гидра двигателя требует также предохранительного клапана для защиты от перегрузки, крана для включения, выключения и реверсирования гидра двигателя, а также бака для жидкости. Сливная линия гидра двигателя, как и всасывающая линия насоса, непосредственно соединена с баком, сообщающимся с атмосферой, что обеспечивает свободный слив жидкости изгидра двигателя и питание насоса под атмосферным давлением. Достоинствами открытых схем гидропривода являются простота, возможность создания многодвигательных систем различных конструкций с одним насосом, хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Недостатки этой схемы: большие габариты, вакуум во всасывающей линии, что ограничивает применение быстроходных насосов из-за возможной кавитации, проникновение в систему воздуха, что нарушает плавность работы механизмов, а также трудность реверсирования в процессе работы тяжело нагруженного гидра двигателя. По открытой схеме циркуляции выполняется большая часть гидроприводов горных машин как вращательного, так и поступательного движения. Закрытая схема гидропривода требует предварительного заполнения жидкости, которая отделена от атмосферы и при работе гидропривода циркулирует по схеме.

когда в качестве гидродвигателя применён поворотный гидродвигатель, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360°.

Поворотный гидродвигатель (неполноповоротный гидромотор, поворотный гидроцилиндр) — гидравлическая машина, предназначенная для преобразования гидравлической энергии в механическую, и для сообщения рабочему органу возвратно-вращательного движения на угол, меньший 360°.

Рисунок 1 - Двухпластинчатый поворотный гидродвигатель: фиолетовым цветом показана полость высокого давления, зеленовато-голубоватым — полость низкого давления

Чем больше количество пластин, тем больший момент на валу, но тем меньший угол поворота гидродвигателя, и тем меньшая угловая скорость вращения.

Максимальный угол поворота гидродвигателя зависит от числа пластин следующим образом: для однопластинчатого он составляет порядка 270°, для двухпластинчатого — около 150°, для трёхпластинчатого — до 70° ^[1]. Гидродвигатели с числом пластин большим четырёх изготавливают редко ^[2].

Момент на валу пластинчатого поворотного гидродвигателя зависит от разности давлений в напорной и сливной гидролиниях, от разницы диаметров ротора и статора, от длины пластин и от числа пластин:

где:

b — длина пластины,

p₁ и p₂ — давления, соответственно, в полостях высокого и низкого давлений,

r₁ — радиус внутренней поверхности статора,

r₂ — радиус ротора,

z — число пластин.

Управление движением вала поворотного гидродвигателя осуществляется с помощью гидрораспределителя, либо с помощью средств регулирования гидропривода.

Поворотные гидродвигатели применяются, например, в механизмах поворота заслонок, во вращающихся упорах и др.

Вследствие того, что трудно обеспечить надёжное уплотнение пластин, пластинчатые поворотные гидродвигатели применяются только при низких давлениях рабочей жидкости ^[3].

Помимо пластинчатых поворотных гидродвигателей, применяются кривошипно-шатунные гидравлические поворотные механизмы, а также механизмы с зубчато-реечной передачей.

 

Гидроприводы с последовательным и параллельным включением дросселя.

Дроссельный способ регулирования скорости  гидроприводас нерегулируемым насосом основан на том, что часть жидкости, подаваемой насосом, отводится в сливную гидролинию и не совершает полезной работы. Простейшим регулятором скорости является регулируемый дроссель, который устанавливается в системе либо последовательно с гидродвигателем, либо в гидролинии управления параллельно гидродвигателю.

При параллельном включении дросселя (рис.9.2, а) рабочая жидкость, подаваемая насосом, разделяется на два потока. Один поток проходит через гидродвигатель, другой – через регулируемый дроссель. Скорость поршня для этой схемы определится выражением

где S – эффективная площадь поршня; QН – подача насоса; Sдр –

площадь проходного сечения дросселя;  – коэффициент

расхода; FН – нагрузка на шток поршня;  – плотность

жидкости.

В такой системе при постоянной внешней нагрузке FН = const, скорость движения будет изменяться от v min до v max при изменении Sдр от Sдр max до Sдр = 0. Поскольку в рассматриваемом гидроприводе давление на выходе насоса зависит от нагрузки PH = FH /S и не является постоянной величиной, такую систему называют системой с переменнымдавлением. Клапан, установленный в системе, является предохранительным. Эта система позволяет регулировать скорость только в том случае, если направление действия нагрузки противоположно направлению движения выходного звена гидропривода (отрицательная нагрузка).

Последовательное включение дросселя осуществляется на входе в гидродвигатель, на выходе гидродвигателя, на входе и выходе гидродвигателя. При этом во всех трех случаях система регулирования скорости строится на принципе поддержания постоянного значения давления PH на выходе нерегулируемого насоса за счет слива части рабочей жидкости через переливной клапан. Поэтому система дроссельного регулирования с последовательным включением дросселей получила название система с постоянным давлением. Гидропривод с дросселем на входе (рис.9.2, б) допускает регулирование скорости только при отрицательной нагрузке. При положительной нагрузке, направленной по движению поршня, может произойти разрыв сплошности потока рабочей жидкости, особенно при зарытом дросселе, когда поршень продолжает движение под действием сил инерции. Скорость движения поршня в таком гидроприводеопределяется выражением

Гидропривод с дросселем на выходе (рис.9.2, в) допускаетрегулирование скорости гидродвигателя при знакопеременной нагрузке, так как при любом направлении действия силы FН изменению скорости препятствует сопротивление дросселя, через который рабочая жидкость поступает из полости гидродвигателя на слив. Для такой схемы включения дросселя скорость движения выходного звена определится

При установке дросселя на выходе в случаях больших положительных нагрузок давление перед дросселем может превысить допустимый уровень. Поэтому для предохранения системы параллельно дросселю включают предохранительный клапан. Недостатком дроссельного регулирования является то, что при регулировании часть энергии тратится на преодоление сопротивления в дросселе и предохранительном клапане, вследствие чего повышается температура жидкости, а это отрицательно сказывается на работе гидросистемы. При дроссельном регулировании снижается КПД гидропривода, и отсутствует постоянство скорости движения выходного звена гидродвигателя при переменной нагрузке.

Гидропривод с регулируемым насосом и гидроприводом.

На рис.10.1 изображена типовая схема гидросистемы с регулируемым насосом 3, приводимым во вращение электродвигателем М, с трехпозиционным четырехходовым распределителем 2 с ручным управлением, с помощью которого осуществляется реверс поршня силового цилиндра 1. В среднем положении распределителя 2 все его каналы соединяются с баком 5, что соответствует холостому ходу (разгрузке) насоса и "плавающему" состоянию поршня цилиндра. Насос 3 снабжен фильтром 4, установленным на всасывающем трубопроводе, и предохранительным клапаном 6.

На рис.10.2 представлена схема гидросистемы с регулируемым дросселем, установленным в линии подачи (на входе). В схеме предусмотрено соединение полостей цилиндра, для обеспечения чего применен утапливаемый с помощью упоров 4 на штоке цилиндра четырехходовой переключатель 5.

Система включает нерегулируемый насос 9 с предохранительным клапаном 7, трехпозиционный четырехходовой распределитель 6 с ручным управлением, регулируемый дроссель 2 и двухпозиционный переключатель 5 с приводом от упора 4 движущегося штока силового цилиндра 3 и с установкой в исходное (верхнее) положение под действием пружины.

В среднем положении распределителя 6, представленного на рис.10.2 все его каналы соединены между собой и с баком, что соответствует разгрузке насоса и "плаванию" поршня цилиндра.

Рис.10.1. Схема типовой  гидросистемы с регулируемым насосом	Рис.10.2. Гидросистема с дроссельным  управлением

Положение распределителя в левой его позиции (жидкость поступает в перерывающиеся каналы правого поля распределителя) соответствует движению поршня силового цилиндра 3 вправо (жидкость от насоса поступает в левую полость), причем в этом положении распределителя 6 и утопленного переключателя 5 жидкость как от насоса, так и из нерабочей (правой) полости цилиндра 3 поступает в левую его полость (в этом случае рабочей площадью цилиндра является площадь сечения штока), что способствует ускоренному перемещению поршня вправо. После того, как нажатие упора 4 на переключатель 5 прекратится, он под действием пружины переместится вверх и отсечет левую полость цилиндра 3 от правой, соединив последнюю через распределитель с баком 8. В результате в левую полость цилиндра будет поступать лишь жидкость, проходящая через регулируемый дроссель 2, что соответствует регулируемому рабочему ходу поршня цилиндра 3.

При установке распределителя 6 в правое положение жидкость от насоса 9 поступает при неутопленном переключателе 5 в правую полость цилиндра 3, осуществляя обратный ход поршня. При этом жидкость, вытесняемая из левой полости цилиндра 3, поступает через дроссель 2 и обратный клапан 1 в бак.

При нажатии в этом случае на переключатель 5 канал насоса перекроется.

Рис.10.3. Гидросистема с цилиндром одностороннего действия

На рис.10.3, а представлена схема гидросистемы с силовым цилиндром 1 одностороннего действия и регулируемым насосом 4. Гидросистема упра-вляяется трехходовым двух-позиционным распределителем 2 с ручным приводом. Для предохранения от перегрузок система снабжена предохранительным клапаном 3.

В положении распределителя 2, представленном на рис.10.3, а, жидкость от насоса поступает в силовой цилиндр 1. Линия бака при этом перекрыта. При перемещении распределителя в противоположное положение выходной канал насоса 4 перекрывается, а цилиндр 1 соединяется с баком, в результате поршень цилиндра под действием веса приводимого узла опускается вниз. Скорость опускания регулируется с помощью дросселирования отводимой жидкости распределителем 2.

При применении в последней схеме трехходового трехпозиционного распределителя (рис.10.3, б) можно обеспечить в среднем его положении запирание жидкости в силовом цилиндре 1 (для удержания, например, груза в поднятом положении) при одновременном соединении насоса 4 с баком.

 

Гидропривод с регулируемым насосом и гидроприводом.

По характеру выполнения своих функцийвсе гидроаппараты делятся на регулирующиеи направляющие.

Регулирующимназывается гидроаппарат, в котором изменение соответствующего параметра потока рабочей жидкости происходит за счет частичного открытия или перекрытия проходного сечения в нем.

Направляющимназывается гидроаппарат, который изменяет направление потока рабочей жидкости путем полного открытия или полного перекрытия проходного сечения в нем. Под площадью проходного сечениягидроаппарата понимается минимальное значение площади живого сечения потока (выбранного нормально скорости жидкости) в нем. Эта площадь сечения определяет расход рабочей жидкости, проходящей через гидроаппарат.

Основным элементом гидроаппарата является запорно-регулирующий элемент– это деталь или группа деталей, при перемещении которых частично или полностью перекрывается проходное сечение гидроаппарата.

По конструкции запорно-регулирующего элемента гидроаппараты делятся на:

- золотниковые, в которых запорно-регулирующим элементом является цилиндрический или плоскийзолотник;

- крановые, в которых запорно-регулирующим элементом является плоский, цилиндрический, конический или сферическийкран;

- клапанные, в которых запорно-регулирующим элементом является шариковый, конусный, игольчатый или плоский(тарельчатый) клапан.

По способу перенастройки гидроаппараты делятсянарегулируемые и настраиваемые.

Регулируемымназывается гидроаппарат, в которомвеличина открытия проходного сечения или силовое воздействие на запорно-регулирующий элемент могут быть изменены по сигналу извне во время работы гидросистемы.

Настраиваемымназывается гидроаппарат, характеристики которого могут быть измененытолько в условиях выключенной гидросистемы. Часто при этом бывает необходима разборка гидроаппарата или гидросистемы.

По способу подключения гидроаппараты делятся на:

- гидроаппараты трубного присоединения– соединяются с другими гидравлическими устройствами при помощи трубопроводов и рукавов;

- гидроаппараты стыкового присоединения– соединяются с другими гидравлическими устройствами при помощи каналов, выведенных на наружную плоскость, по которой происходит стыковка с другими гидравлическими устройствами;

- гидроаппараты модульного исполнения– соединяются с другими гидравлическими устройствами при помощи вертикальных каналов, выведенных на две параллельные наружные плоскости с одинаковыми координатами присоединительных отверстий;

- встраиваемые– эти гидроаппараты, как правило, не имеют корпусов. Их монтируют в специальных монтажных гнездах гидравлических блоков, соединенных с соответствующими каналами.

Присоединительные отверстия на принципиальных и полуконструктивных схемах гидроаппаратов в соответствии с ГОСТ 24242-80обозначают прописными буквами латинского алфавита:

- Р– отверстие для подвода рабочей жидкости под давлением;

- А иВ– отверстия для присоединения к другим гидравлическим устройствам;

- Т – отверстие для отвода рабочей жидкости в гидробак;

- X и Y – отверстия для потоков управления;

- L – отверстие для дренажного отвода жидкости.

К основным параметрам гидроаппаратов(эти параметры, как правило, приводятся в каталогах и паспортах гидроаппаратов) относятся следующие.

Главным параметром всех гидроаппаратов является их условный проходDy, под которым понимается диаметр условного отверстия, площадь которого равна максимальному значению проходного сечения гидроаппарата.

Последовательность значений Dy регламентируетГОСТ 16516-80. Типоразмерные ряды всех гидроаппаратов строятся по их условным проходам.

К основным параметрам гидроаппаратов относятся также номинальное давление, номинальный расход рабочей жидкости, масса аппарата (без рабочей жидкости) и др.

Под номинальным давлением р_ном понимают наибольшее избыточное давление рабочей жидкости, поступающей на вход гидроаппарата, при котором он должен работать в течение установленного ресурса (срока службы) с сохранением параметров в пределах установленных норм. Ряды номинальных давлений для гидроприводов устанавливает ГОСТ 12445-80.

Под номинальным расходомжидкости Qном понимаютрасход жидкости с определенной вязкостью, проходящий через гидроаппарат, при котором он выполняет свое назначение с сохранением параметров в пределах установленных норм. Ряды номинальных расходов жидкости для гидроприводов устанавливает ГОСТ 13825-80.

Выбор конкретного гидроаппарата для определенной гидросистемы осуществляется по величине условного проходаDy, проверяя при этом соответствие расчетных величин максимального рабочего расхода жидкости через гидроаппарат и максимального рабочего давленияноминальным значениямQ_ном и р_ном, приведенным в паспорте гидроаппарата.

Все гидроаппараты, которые используются в объемных гидроприводах, можно разделить на три основные класса: гидродроссели, гидроклапаны и гидрораспределители.

Математические моделитиповых пневмогодроприводов. Статические и динамические характеристики. При составлении математической модели привода приняты следующие допущения: модуль упругости рабочей жидкости является постоянным; «сухое» (контактное) трение в двигателе и нагрузке мало и им можно пренебречь; крепление привода к основанию и механическая передача от двигателя к нагрузке являются достаточно жесткими и их влияние не учитывается. Нагрузочная характеристика СГТ      Для расчета ШГП на ЭВМ экспериментальную характеристику располагаемого расхода СГТ аппроксимируем двумя отрезками прямых (рисунок). Давление pт связано с давлением слива pсл и перепадом давлений в двигателе p выражением. Характеристики площадей рабочих окон ШГД      Математическая модель режима синхронизации. Для математического описания режима синхронизации в соответствии с алгоритмом обобщенной модели необходимо определить нелинейные характеристики связи ДНЖООС и ошибки и механическую (нагрузочную) характеристику непрерывного двигателя. В режиме синхронизации происходит дросселирование жидкости на слив из полостей двигателя через рабочие окна G1, G3 и G2,4 с суммарными проводимостями С1,3 и G2,4 и таким образом осуществляется стабилизация положения поршня. Амплитуда сигнала ошибки ε(y) замкнутого контура шагового гидродвигателя (ШГД) пропорциональна разности площадей эквивалентных рабочих окон Sэкв(y) обеих суммарных проводимостей (рисунок). Изменение рассогласовании ШГП      Разность S1,3экв – S2,4экв определяет амплитуду рассогласования е замкнутого контура ШГД. При отклонении поршня в положительном направлении (вправо) площадь проходного сечения эквивалентного дросселя S1,3 (y) увеличивается, a S2,4(y) - уменьшается. При этом в двигателе создается перепад давлений, действующий в противоположном направлении, т. е. в режиме синхронизации отклонение у поршня ШГП и возникающее при этом рассогласование е имеют разные знаки (рисунок). Характеристика связи ДНЖООС      Тогда амплитуда сигнала связи ДНЖООС yрс1 определяется из выражения (рисунок). Гидравлическая схема замещения двигателя      Гидравлическая схема замещения непрерывного двигателя в режиме синхронизации ШГП показана на рисунке. Роль источников питания играют два СГТ. Характеристики рабочих проводимостей ШГД с учетом предварительного открытия      Характеристики проводимостей G1,3 и G2,4 с учетом предварительного открытия в зависимости от рассогласования е показаны на рисунке и описываются уравнениями. Переходные процессы ШГП      В результате численного интегрирования уравнений рассчитаны переходные процессы ШГП. На рисунке показаны расчетный (сплошная линия) и экспериментальный (штриховая линия) переходные процессы ШГП, нагруженного массой нагрузки 25 кг. Переходный процесс имеет устойчивый колебательный характер, и амплитуда колебаний не выходит за пределы зоны динамической устойчивости (-yп; +yп). В этом случае при поступлении очередного импульса управления ШГП не выпадет из синхронизма. Области устойчивости ШГП      На рисунке изображены области устойчивости ШГП в зависимости от массы. С ростом инерции колебательность переходных процессов увеличивается и при критическом значении массы 35 кг в приводе устанавливаются автоколебания, амплитуда Ак и частота fк которых зависят от массы. Они обусловлены наличием в замкнутом контуре ШГД нелинейности типа насыщения по расходу и давлению. При m = mкр = 70 кг амплитуда автоколебаний равна ширине зоны динамической устойчивости, и область автоколебаний делится на две части: с сохранением синхронизма при обработке серии шагов и выпадением из него, которое в однофазном ШГП выражается в пропусках импульсов управления.