материалы по дисциплине РиПрГМиГПА / РиП ГМиГПАлекция 2м

Лекция № 2м.

Регулирование скорости движения силового органа и реверсирование в гидроприводах.

Гидроаппаратура и способы разгрузки от давления.

В гидроприводах существует два способа регулирования скорости силового органа: объёмное и дроссельное.

Гидропривод, в котором регулирование скорости движения выходного звена гидродвигателя производится регулирующим гидроаппаратом, называют гидроприводом с дроссельным регулированием.

В гидроприводах с дроссельным регулированием применяют преимущественно нерегулируемые насосы постоянной производительности. Дроссельное регулирование на входе в гидродвигатель осуществляется путем изменения проходного сечения дросселя или неполным включением золотников гидрораспределителя. Регулирование на выходе из гидродвигателя осуществляется при помощи дросселя, устанавливаемого на стороне противодавления. Кроме регулируемых и нерегулируемых дросселей применяют регуляторы потока, дросселирующие распределители и гидроусилители мощности.

При дроссельном регулировании применяется, как правило, шестеренный или пластинчатый насос (в зависимости от давления). При этом дроссель, установленный на выходе из гидродвигателя, обеспечивает более равномерную скорость движения силового органа, чем дроссель, установленный на входе.

Рис.1. Установка дросселей в гидропередаче на входе (а), выходе (б) и на ответвлении (в):

1 – насос; 2 – регулируемый дроссель; 3 – гидрораспределитель; 4 – гидромотор; 5 – предохранительный клапан.

При дроссельном регулировании в мобильных машинах (например, кранах) используют три способа установки дросселя в гидросистеме: на входе, выходе и ответвлении (рис.1). Включение дросселей в гидросистему может быть последовательным или параллельным гидродвигателю. В результате исследований установлено, что при последовательной установке дросселя и гидромотора полный КПД гидросистемы с нелинейным дросселем _н.д. = 0,385G (где G – проводимость дросселя), а с линейным дросселем – _л.д. = 0,25G.

В гидросистемах машин с дросселем, установленным параллельно гидродвигателю, регулирование скорости должно производиться без перелива части потока через предохранительный клапан. Установлено, что гидросистема с параллельным включением дросселя при одинаковых глубине регулирования и нагрузках всегда имеет более высокий КПД.

По схеме работы нерегулируемых насосов гидроприводы с дроссельным регулированием можно подразделить на две группы: гидроприводы с постоянным и переменным давлением. Для гидроприводов с постоянным давлением характерно наличие переливного клапана, который поддерживает в напорной линии постоянное давление путем непрерывного слива рабочей жидкости. В гидроприводе с переменным давлением в напорной линии давление изменяется в зависимости от нагрузки гидродвигателя. Выбор схемы гидропривода с дроссельным регулированием зависит от многих факторов. Основные из них: вид нагрузки гидродвигателя, точность и быстродействие отработки команды, КПД гидропривода, надежность гидравлических устройств и всего привода, а также факторы экономической эффективности.

Гидроприводы с дроссельным регулированием являются гидроприводами с разомкнутой циркуляцией. Они могут быть поступательного, поворотного и вращательного движения. Наибольшее распространение получили гидроприводы поступательного движения. Несколько гидроприводов с дроссельным регулированием могут работать независимо друг от друга от одного насоса.

Гидроприводом с объёмным регулированием называют регулируемый гидропривод, в котором регулирование скорости движения выходного звена гидродвигателя осуществляется регулируемым насосом или регулируемым гидромотором или обеими регулируемыми гидромашинами (насосом и гидромоторм).Следовательно регулировать частоту вращения гидромотора в гидроприводах с машинным регулированием возможно тремя способами: изменяя рабочий объем насоса или гидромотора, или одновременно изменяя и рабочие объемы насоса и гидромотора. Первый способ изменения рабочего объема насоса применяют в гидроприводах поступательного, поворотного и вращательного движения, второй и третий – только в гидроприводах вращательного движения.

Рис. 1.8. Принципиальная схема гидропривода с объемным (машинным) регулированием и системой подпитки

Объёмное регулирование скорости осуществляется изменением подачи насоса или гидромотора в зависимости от рабочего объема. Рабочий объем может изменяться автоматически с помощью регулятора мощности или других управляющих устройств.

Объёмное регулирование более экономично, чем дроссельное, т.к. при дроссельном регулировании часть энергии бесполезно теряется – уносится вместе с жидкостью через переливной клапан в бак, не производя никакой полезной работы. Однако дроссельное регулирование обеспечивает большую равномерность хода силового органа, т.к. в этом случае объемные потери в насосе компенсируются избыточной производительностью насоса. Объемное регулирование скорости происходит без потерь на дросселирование потока, поэтому является наиболее эффективным и широко используется в гидроприводах с замкнутой циркуляцией и с реверсивными регулируемыми насосами, оснащенными регуляторами мощности. Однако гидравлические схемы с дроссельным регулированием проще и дешевле, поэтому для привода небольшой мощности или редко включаемого привода применяют дроссельное регулирование.

Реверсированием в гидроприводах называется изменение направления движения исполнительного органа гидродвигателя на обратное. Для осуществления реверсирования: в гидроприводе дроссельного регулирования применяются, в основном, дросселирующие позиционные распределители с электромагнитным управлением; в гидроприводе объемного регулирования – регулируемые реверсивные гидромашины.

Преимущества гидропривода с замкнутой циркуляцией по сравнению с гидроприводом с разомкнутой циркуляцией:

– уменьшение объема рабочей жидкости в гидросистеме и в некоторых случаях отсутствие бака, рассчитанного на подачу основного насоса;

– уменьшение габаритных размеров гидрооборудования, т.к. избыточное давление позволяет увеличить частоту вращения насоса и соответственно мощность гидропривода. При этом для достижения необходимой подачи возможно применение насоса меньшего типоразмера;

– расширение температурного диапазона применения объемного гидропривода, в том числе для эксплуатации в условиях низкой температуры, когда вязкость рабочей жидкости значительно повышается;

– изменение направления вращения гидромоторов путем изменения направления потока рабочей жидкости реверсивного насоса (напорная гидролиния становится всасывающей, а всасывающая – напорной) без направляющих гидрораспределителей.

Недостатки гидропривода с замкнутой циркуляцией:

– необходимость использования теплообменных аппаратов для охлаждения рабочей жидкости;

– применение в качестве электродвигателей гидромоторов или гидроцилиндров с двухсторонним штоком равной площади вследствие большой разности объемов поршневой и штоковой полостей в гидроцилиндрах с односторонним штоком.

Образующийся при этом значительный избыток рабочей жидкости сливается в бак подпиточного насоса через переливной клапан, а недостаток рабочей жидкости во всасывающей гидролинии насоса должен компенсироваться дополнительной подачей насоса подпитки.

Гидропривод поступательного движения обычно выполняют с разомкнутой циркуляцией, а гидропривод вращательного движения – как с разомкнутой, так и с замкнутой циркуляцией с насосами постоянной и переменной подач.

Гидроаппаратура

Гидравлическим аппаратом называют устройство гидропривода, которое выполняет хотя бы одну из следующих функций управления: изменяет или ограничивает направление потока рабочей жидкости, открывает или перекрывает поток рабочей жидкости, изменяет параметры потока (расход или давление) рабочей жидкости или поддерживает их заданное значение. Термин гидроаппаратура является собирательным названием гидроаппаратов.

Гидроаппараты в соответствии с ГОСТ 17757-72 подразделяют по следующим признакам:

– по конструкции запорно-регулирующего элемента – золотниковые, крановые и клапанные;

– по принципу воздействия на запорно-регулирующий элемент – клапаны и гидроаппараты неклапанного действия;

– по возможности регулирования – регулируемые и нерегулируемые;

– по характеру открытия рабочего проходного сечения – регулирующие и направляющие;

– по назначению – клапаны давления, дроссели, распределители и т.д.

Рис. 2. Конструкция запорно-регулирующего элемента

Для конструкции любого гидроаппарата характерно наличие запорно-регулирующего элемента (рис.2.), которым является подвижная деталь 1 (клапан, золотник, кран), при перемещении частично и полностью перекрывающая рабочее проходное сечение гидроаппарата. Рабочее проходное сечение А создается в клапанах между кромками седла 2 и клапана 1 (площадь рабочего сечения изменится при осевом смещении клапана 1).

Клапаном называют гидроаппарат, в котором величина открытия рабочего проходного сечения (рабочего окна) изменится под воздействием потока рабочей жидкости, проходящей через гидроаппарат. Исходя из определения, клапан является автоматическим гидроаппаратом, не требующим во время работы какого-либо внешнего воздействия на его запорно-регулирующий элемент.

Основным способом разгрузки от давления в объемных гидроприводах является применение в них предохранительных клапанов.

Предохранительные клапаны предназначены для предохранения гидроприводов от давлений рабочей жидкости, превышающих установленные. Предохранительные клапаны относятся к клапанам эпизодического действия, т.е. при нормальных нагрузках гидроприводов они закрыты и открываются лишь при давлении рабочей жидкости в гидросистеме, превышающем установленное. Основные технические требования к предохранительным клапанам: высокая герметичность сопряжения седло-клапан и стабильность давления настройки клапана (5%).