5.3.3. Схемы устройства и регулирования гидроприводов

Гидроприводы возвратно-поступательного движения. В гидроприводах возвратно-поступательного движения гидродвигателем является силовой цилиндр (поршневая гидромашина). Конструкции силовых цилиндров многообразны, но все они могут быть разделены на цилиндры одностороннего и двухстороннего действия. Недостатком силовых цилиндров двухстороннего действия являются увеличенные габариты, так как шток выходит по обе стороны цилиндра (в этом заключается главное отличие силового цилиндра двухстороннего действия от поршневого насоса двухстороннего действия, изображенного на рис. 4.27).

С целью уменьшения габаритных размеров применяют силовые цилиндры одностороннего действия, скорость движения поршня которых одинакова в обоих направлениях. Каково в этом случае должно быть соотношение диаметров поршня D и штока d (рис. 5.7)? При движении поршня вправо со скоростью W ₀ и штоковой полости цилиндра вытесняется ежесекундно объем жидкости, равный . Если подача насоса равна Q, то в поршневую полость цилиндра ежесекундно поступает объём жидкости .

После подстановки в данное выражение значения Q ₁ получаем скорость поршня при его движении вправо

. (5.2)

При движении поршня влево насос подает ежесекундно объ- ем Q жидкости в штоковую полость цилиндра. По закону сплошности потока скорость будет

. (5.3)

Сопоставление формул (5.2) и (5.3) показывает, что скорости поршня влево и вправо одинаковы при условии , или

,

т. е. когда площадь поршня вдвое больше площади поперечного сечения штока.

Из формул (5.2) и (5.3) также следует, что скорость поршня находится по закону сплошности потока , где S – рабочая площадь поршня. Значит, изменять скорость перемещения рабочего органа гидропривода можно только за счет изменения расходов рабочей жидкости через гидродвигатель. На этом основаны два способа бесступенчатого регулирования скорости: объемное регулирование за (счет изменения производительности насоса) и дроссельное регулирование (за счет изменения расхода жидкости через гидродвигатель путем установки в гидросистеме дросселя при неизменной подаче насоса).

Объемный способ регулирования обычно применяется в гидроприводах с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости, и осуществляется путем изменения рабочего объема (производительности) насоса, или изменения рабочего объема (расхода) гидродвигателя, или изменения рабочих объемов и насоса, и гидродвигателя. На рис. 5.8 изображена схема регулирования гидропривода за счет изменения производительности насоса, включающая регулируемый реверсивный насос 1, силовой цилиндр 2, предохранительные клапаны 3, обратные клапаны 4, насос подпитки 5, бак 6, напорную (сливную) линию 7, сливную (напорную) линию 8.

В данной схеме, отсутствует распределительное устройство, так как его роль выполняет реверсивный насос, который подает рабочую жидкость в силовой цилиндр. В результате поршень силового цилиндра перемещается и совершает полезную работу. Если при работе давление в напорной линии превысит допустимое значение, то сработает предохранительный клапан, и жидкость из напорной линии будет сливаться в бак до тех пор, пока давление не снизится до допустимой величины. Насос подпитки предназначен для компенсации утечек рабочей жидкости из элементов гидропривода.

При дроссельном регулировании гидропривода в зависимости от заданных условий дроссель может быть установлен на входе (дроссель установлен перед гидродвигателем на напорной линии), на выходе (дроссель установлен на сливной линии после гидродвигателя), на ответвлении (дроссель расположен на напорной линии параллельно гидродвигателю). На рис. 5.9 показана схема регулирования гидропривода с дросселем на выходе. Данная гидросистема состоит из силового цилиндра 1, распределителя 2, нерегулируемого нереверсивного насоса 3, дросселя 4, предохранительного клапана 5, бака 6. Скорость движения поршня регулируется путем изменения проходного сечения дросселя. При полностью открытом дросселе вся рабочая жидкость, подаваемая насосом, поступает в гидродвигатель; при этом скорость движения поршня максимальна. При полностью закрытом дросселе движение рабочего органа гидродвигателя прекращается, а слив жидкости в бак происходит через предохранительный клапан. Схема регулирования с дросселем на выходе наиболее предпочтительна, так как при этом поршень силового цилиндра может быть нагружен с обеих сторон, и его движение является плавным даже при переменной нагрузке.

1

2

4

5

6

3

6

6

Рис. 5.9

При объемном регулировании подача насоса равна расходу жидкости через гидродвигатель, в то время как при дроссельном регулировании подача насоса больше расхода жидкости через гидродвигатель. Другими словами, при дроссельном регулировании часть рабочей жидкости, подаваемой насосом, сливается в бак, минуя гидродвигатель и не совершая полезной работы. Ввиду этого дроссельное регулирование неэкономично и применяется в гидроприводах небольшой мощности.

Гидроприводы вращательного движения. В гидроприводах с вращательным движением рабочего органа гидродвигателями являются шестеренчатые, шиберные, винтовые и роторно-поршневые гидромашины. Насос и гидродвигатель предпочитают соединять замкнутым контуром циркуляции: из гидродвигателя жидкость поступает во всасывающую линию насоса, минуя бак. Преимущество данной схемы перед открытой схемой, при которой жидкость из гидродвигателя сливается в бак, а затем поступает в насос, заключается в том, что она допускает реверсирование гидродвигателя и обеспечивает работу насоса и гидродвигателя при высокой частоте их вращения благодаря возможности создания в системе внешнего давления специальным вспомогательным насосом небольшой мощности.

Установим некоторые характеристики гидропривода вращательного движения. Момент на валу гидромашины может быть определен в виде

, (5.4)

где – постоянный коэффициент момента, зависящий от размеров и конструкции гидромашины; р – давление рабочей жидкости. Теоретическое значение мощности на валу гидромашины составляет , где – угловая скорость вращения вала; – теоретическая производительность (расход) гидромашины. Отсюда следует, что момент равен

, (5.5)

где n – частота вращения вала гидромашины. Введем понятие удельной теоретической производительности (расхода) за один оборот вала гидромашины

. (5.6)

С учетом формулы (5.6) выражение (5.5) принимает вид

. (5.7)

Сравнение выражений (5.5) и (5.7) показывает, что коэффициент момента равен

.

Передаточным отношением называется отношение частот вращения вала гидродвигателя и насоса: . По зависимости (5.6) получается и . Без учета перетечек жидкости можно считать, что теоретическая производительность насоса равна теоретическому расходу гидродвигателя: . Тогда передаточное отношение равно

, (5.8)

 т.е. величина i равна отношению удельной теоретической производительности насоса и удельного теоретического расхода гидродвигателя.

Коэффициентом трансформации крутящего момента называется соотношение крутящих моментов на валах гидродвигателя и на-соса

.

Из формулы (5.7) следует и . При отсутствии гидравлических потерь давление в гидродвигателе и насосе одинаково: . Поэтому коэффициент трансформации крутящего момента составляет

. (5.9)

Из зависимостей (5.8) и (5.9) видно, что . Выражения (5.8) и (5.9) устанавливают теоретические значения передаточного отношения и коэффициента трансформации крутящего момента. В действительности i и К_т должны быть определены с учетом перетечек жидкости и механических потерь. Тогда действительное передаточное отношение равно

, (5.10)

где – общий объёмный КПД гидропривода, равный произведению объемных КПД насоса и гидродвигателя. Величина коэффициента трансформации с учетом механических потерь составляет

(5.11)

где – общий механический КПД гидропривода, равный произведению механического КПД насоса на механический КПД гидродвигателя.

В гидроприводах вращательного движения, также как и в гидроприводах возвратно-поступательного движения, применяют объемное и дроссельное регулирование скорости вращения рабочего органа гидродвигателя. На рис. 5.10 представлена схема объемного регулирования, состоящая из нерегулируемого насоса 1, регулируемого реверсивного гидродвигателя 2, предохранительного клапана 3, обратных клапанов 4, насоса подпитки 5, бака 6.

Рис. 5.10

Схема дроссельного регулирования с дросселем на входе показана на рис. 5.11.

Схема включает в себя регулируемый реверсивный гидродвигатель 1, распределительное устройство 2, дроссель 3, предохранительный клапан 4, нерегулируемый нереверсивный насос 5, бак 6. Принцип действия данных схем тот же, что и для схем гидроприводов, изображенных на рис. 5.8 и 5.9.

1

2

3

4

5

6

6

Рис. 5.11