metodakr

10

На поведение системы оказывают существенное влияние значения диаметров d1 и D. По закону Паскаля P1 = P3, но F1 ≠ F2:

F1 = π4d12 P1 ; F2 = πD4 2 P3 ,

следовательно:

F	=	F		F	=	d2
1		2	;	1		1	.
d2		D2		F		D2
1				2

При этом, если D > d1, то F2 > F1.

Для совершения работы необходимо перемещать поршень исполнительного органа с диаметром D. Это достигается подачей в гидроцилиндр некоторого объема жидкости источником гидравлической энергии, который перемещает поршень. Совершаемая им работа будет равна:

A = F2 l η,

где l – перемещение поршня.

η – кпд исполнительного органа.

Секундная работа может быть определена из выражения:

N = F2 υ3 η.

Следовательно:

N = πD4 2 P3υ3η.

При этом, так как:

πD4 2 υ3 = Q ,

где Q – объем поступившей жидкости (секундный расход),

11

следовательно:

N = QP3η.

Так	как Р3 = const и	η = const	для установившегося режима, то
N = f(Q),	то есть передача	энергии	совершается изменением объема

жидкости в исполнительном органе. Поэтому приводы этого типа были названы «объемными».

1.3Основные элементы объемного гидропривода

Всостав объемного гидропривода входят: приводящий двигатель (источник энергии), объемный гидродвигатель (исполнительный механизм), устройства управления (контрольно-регулирующая аппаратура)

ивспомогательные устройства (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Структурная схема гидропривода

Объемная гидропередача, являющаяся основой каждого гидропривода, состоит из объемного насоса (преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости) и объемного гидродвигателя – преобразователя энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена (силового органа).

Устройства управления предназначены для управления потоком, то есть для поддержания заданного давления и расхода в гидросистеме, а

12

также изменения направления движения потока рабочей жидкости. К устройствам управления относятся:

−гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей, реверсирования движения их выходных звеньев и т.д.;

−регуляторы давления, предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости в гидросистеме;

−регуляторы расхода (делители и сумматоры потоков, дроссели, направляющие клапаны), с помощью которых управляют потоком рабочей жидкости;

−гидравлические усилители, необходимые для управления работой насосов, гидродвигателей и предназначенные для усиления мощности сигнала управления.

Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех элементов гидропривода. К ним относятся: фильтры, уплотнители, гидравлические реле давления, демпферные устройства, гидробаки, гидроаккумуляторы.

Гидролинии предназначены для прохождения по ним рабочей жидкости в процессе работы гидропривода (трубы, рукава, каналы и соединения).

На рисунке 1.6 представлена принципиальная схема объемного гидропривода возвратно-поступательного движения, а на рисунке 1.7 – принципиальная схема гидропривода вращательного движения.

Рисунок 1.6 – Гидропривод поступательного движения:

1 – гидробак; 2 –всасывающая гидролиния; 3 – насос; 4 – гидрораспределитель; 5 – напорная гидролиния;6 – гидроцилиндр; 7 – сливная гидролиния; 8 – фильтр; 9 – предохранительный клапан

13

Система работает следующим образом. Рабочая жидкость из гидробака 1 по всасывающему трубопроводу 2 под действием разряжения, создаваемого насосом 3, всасывается в него и подается через гидрораспределитель 4 по напорной магистрали 5 в штоковую полость гидроцилиндра 6.

Под действием увеличивающегося объема жидкости поршень гидроцилиндра перемещается влево, увлекая шток и звенья связанного с ним механизма, и совершает работу. Рабочая жидкость из бесштоковой полости выжимается в сливную магистраль 7 и через фильтр 8 перетекает в бак. При наличии внешнего сопротивления в напорной магистрали и полости цилиндра в системе возникает давление. Для создания этого давления насосом «отсекается» часть жидкости и подается в напорную магистраль. При этом в системе возникает давление, которое носит пульсирующий характер при последовательной непрерывной подаче рабочей жидкости в систему. Для предохранения системы от перегрузок устанавливаются предохранительные клапаны 9.

На схеме (рисунок 1.6) показан распределитель в позиции a; в данном случае шток гидроцилиндра выдвигается. В позиции 0 – гидролинии заперты; шток гидроцилиндра неподвижен. В позиции b – шток гидроцилиндра втягивается.

Рисунок 1.7 – Гидропривод вращательного движения:

1 – гидробак; 2 –всасывающая гидролиния; 3 – насос; 4 – гидрораспределитель; 5 – напорная гидролиния;6 – гидромотор; 7 – сливная гидролиния; 8 – фильтр; 9 – предохранительный клапан

14

Представленный на рисунке 1.7 гидропривод вращательного движения отличается от схемы рисунок 1.6 лишь тем, что гидроцилиндр 6 заменен гидромотором, обеспечивающим вращательное движение силового органа.

1.4Классификация гидравлических приводов

Взависимости от характера движения выходного звена гидродвигателя, возможности регулирования, способа циркуляции рабочей жидкости и т.п. гидроприводы можно классифицировать несколькими способами.

1. По характеру движения выходного звена различают гидроприводы:

− поступательного движения – с поступательным движением выходного звена гидродвигателя;

− поворотного движения – с поворотным движением выходного звена гидродвигателя на угол менее 360°;

− вращательного движения – с вращательным движением выходного звена гидродвигателя.

2. По возможности регулирования различают регулируемый и нерегулируемый гидроприводы. В регулируемом гидроприводе скорость выходного звена гидродвигателя может изменяться по заданному закону.

По способу регулирования скорости гидроприводы делят на следующие два типа:

−с дроссельным регулированием, в которых регулирование скорости осуществляется путем дросселирования потока рабочей жидкости и отвода, минуя гидродвигатель;

−с объемным регулированием, в которых регулирование скорости осуществляется за счет изменения рабочих объемов насоса или гидродвигателя либо обеих машин одновременно.

Если регулирование скорости осуществляется одновременно двумя способами, то такой гидропривод называется гидроприводом с объемнодроссельным регулированием.

Регулирование скорости может осуществляться вручную – гидропривод с ручным регулированием; автоматически – гидропривод с автоматическим регулированием; по заданной программе – программный гидропривод.

15

Особое место среди регулируемых гидроприводов занимает следящий гидропривод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия, величина и характер которого заранее неизвестны.

Если в объемном гидроприводе отсутствуют устройства для изменения скорости выходного звена гидродвигателя, то такие гидроприводы являются нерегулируемыми.

3. По схеме циркуляции рабочей жидкости различают:

−гидропривод с замкнутой схемой циркуляции, в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса;

−гидропривод с разомкнутой схемой циркуляции, в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком.

4.По типу приводящего двигателя различают: электрогидропривод, турбогидропривод, дизель-гидропривод, мотогидропривод и т.п.

5.По виду источника подачи рабочей жидкости в гидросхему гидроприводы делят на три группы:

−насосный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого привода. Насосный гидропривод наиболее широко используется во всех отраслях машиностроения;

−аккумуляторный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие гидроприводы используются в системах с кратковременным циклом;

−магистральный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от гидромагистрали. Поток рабочей жидкости в гидромагистрали создается насосной станцией, питающей несколько гидроприводов (централизованная система питания ).

1.5Реальные схемы объемного гидропривода. Основные элементы

Простейшая (элементарная) схема объемного гидропривода состоит из основных элементов, представленных на рисунке 1.8.

16

Рисунок 1.8 – Простейшая (элементарная) схема объемного гидропривода:

1– плунжерный насос; 2 – обратные клапаны; 3 – предохранительный клапан; 4 – гидроцилиндр; 5 – кран; 6 – бак; 7 – рабочая жидкость; 8 – трубопровод

Схема, представленная на рисунке 1.8, работает следующим образом. Источник гидравлической энергии – плунжерный насос приводится в движение рычагом под действием мускульной энергии. При движении плунжера вверх в цилиндре создается разрежение. Под действием избыточного давления жидкость из бака открывает обратный клапан и заполняет цилиндр насоса. Достигнув крайней верхней точки, плунжер двигается вниз, и обратный клапан закрывается. Жидкость в цилиндре оказывается в замкнутом объеме, так как выпускающий обратный клапан закрыт под действием давления в рабочем цилиндре, возникающем под действием внешней нагрузки F2. При дальнейшем движении плунжера насоса вниз давление в замкнутом объеме достигает давления в рабочем цилиндре, и выпускающий обратный клапан открывается, пропуская жидкость в гидроцилиндр, которая увеличивает объем жидкости в нем и поднимает поршень гидроцилиндра. Для опускания поршня гидроцилиндра предусмотрен кран ручного управления. Для предохранения системы от перегрузки устанавливается также предохранительный клапан, который открывается, когда давление в системе превышает допустимое и жидкость из замкнутого объема сливается в бак.

Элементарная схема характерна тем, что содержит минимальное количество элементов и при отсутствии любого из них становится неработоспособной. Такие схемы используются в гидродомкратах, простейших прессах для запрессовки деталей. В высокопроизводительных насосах используются системы отсечки без клапанов.

17

1.6Типы схем объемного гидропривода

При разработке и изображении электрических, гидравлических или иных систем применяют три типа схем:

−функциональные;

−принципиальные;

−монтажные.

Функциональные схемы – представляют собой блок-схемы, воспроизводящие структуру системы.

Принципиальные схемы – используются для представления принципа работы системы. Этот тип схем является основным при разработке системы. Для изображения системы используются условные обозначения определенные государственным стандартом ГОСТ 2.782-68.

Принципиальные схемы отображают структуру взаимодействия всех элементов системы.

Монтажные схемы – схемы расположения гидроаппаратуры и трубопроводов на базовой машине и технологическом оборудовании. Эти схемы предназначены рабочим, монтирующим гидрооборудование на реальной машине, и являются, в отличие от «проектной документации», рабочими чертежами.

1.7Достоинства и недостатки гидравлических приводов

Гидравлические приводы (гидроприводы) получают все большее распространение в самых различных отраслях народного хозяйства. Широкое применение гидравлических систем обусловлено целым рядом преимуществ по отношению к другим приводам.

Основными достоинствами гидроприводов являются:

−относительно малый вес и сравнительно небольшие габариты, приходящиеся на единицу мощности;

−высокая позиционная точность, высокая степень надежности;

−возможность создания больших передаточных чисел и бесступенчатого регулирования скорости и усилий в широком диапазоне;

−малая инерционность, обеспечивающая быструю смену режимов работы (пуск, реверс). Большое отношение вращающего момента гидромотора к моменту инерции его подвижных частей дает возможность получать ничтожно малое время реверса, составляющее 0,03 – 0,05 с. Частота реверсирования для гидромоторов вращательного движения может быть доведена до 500 и более в минуту, а для возвратно-

18

поступательного движения с относительно небольшой массой и ходом достигает 1000 в минуту;

−возможность простого и надежного предохранения гидропривода

имашины от перегрузок;

−простота реверсирования без необходимости изменения вращения приводного двигателя;

−независимость расположения гидравлических устройств в пространстве создают удобства в общей компоновке машин.

Важным преимуществом гидроприводов является срок их службы. Для многих типов насосов и гидромоторов он доведен до 20000 часов и более.

К недостаткам гидроприводов можно отнести следующие факторы:

−транспортировка энергии связана с потерями, значительно превышающими потери в электропередачах;

−влияние эксплуатационных условий (температуры) на характеристики привода;

−снижение КПД за счет внутренних и наружных утечек рабочей жидкости, которые увеличиваются по мере выработки технического ресурса.

1.8Общие сведения о порядке проектирования и расчета объемного гидропривода

Исходными данными для расчета гидропривода, выбора оптимальных размеров и типа гидравлических устройств являются:

−техническая характеристика и схема машины, для которой проектируется гидропривод (гидропривод может проектироваться также для одного или нескольких звеньев машины);

−усилия (полезная нагрузка) или момент, которые должны обеспечиваться гидроприводом;

−допускаемые скорости перемещения рабочего органа (вместо скорости могут быть заданы ход поршня и время прямого и обратного хода поршня);

−условия работы гидросистемы.

Процесс проектирования гидропривода состоит из следующих этапов:

−определение вида и последовательности движений в соответствии с характером технологического процесса работы машины;

−подбор гидроаппаратуры и определение ее основных параметров;

19

− составление гидравлической схемы.

Параметры гидравлических машин и устройств определяются сначала путем приближенного расчета. После определения потерь напора и утечек жидкости принятые на основе приближенных расчетов параметры элементов гидропривода уточняются.

При разработке гидравлической схемы рекомендуется применять нормализованную гидроаппаратуру. Отступление от нормальных элементов допускается лишь в тех случаях, когда иначе выполнить техническое задание не представляется возможным.

Расчет элементов и параметров гидропривода производится в такой последовательности:

−по известной исходной полезной нагрузке устанавливается рабочее давление жидкости;

−определяются предварительные параметры силового гидроцилиндра. Параметры гидроцилиндра уточняются после определения всех действующих нагрузок и сопротивлений, возникающих в процессе работы гидропривода;

−определяются предварительные параметры насосного агрегата - производительность насоса и развиваемое насосом давление;

−для заданных условий работы и эксплуатации гидропривода производится выбор рабочей жидкости;

−производится подбор всасывающего и напорного трубопроводов, подбор агрегатов управления, предохранительных и вспомогательных элементов гидропривода;

−после выбора и подбора названных агрегатов и элементов гидропривода определяются потери напора и утечки жидкости, и по величине этих потерь оценивается возможность использования всех принятых элементов гидропривода.

При выборе, расчете и проектировании гидроприводов необходимо руководствоваться действующими стандартами.