2. Гидравлический и пневматический приводы.

2.1 Основные положения.

Гидравлическим (пневматическим) приводом называется система по производству, распределению и потреблению энергии жидкости.

Энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию выходного звена. Это - перемещение штока цилиндра, поворот вала и другие виды движения.

Привод представляет собой систему, предназначенную для приведения в движение механизмов машин с помощью энергии рабочей жидкости.

Привод состоит из следующих основных частей: гидродвига­теля, устройства управления, источника питания, гидро(пневмо)-аппаратуры, кондиционеров рабочей жидкости, гидроемкостей и гидро(пневмо)линий.

Гидравлическими (пневматическими) машинами называются машины, которые либо сообщают протекающей через них жидко­сти механическую энергию (насос), либо получают от жидкости часть энергии и передают ее рабочему органу для полезного ис­пользования (гидравлический или пневматический двигатель).

Гидроаппаратура (пневмоаппаратура) представляет собой устройство для регулирования давления и расхода жидкости. К этим устройствам относятся:

- клапаны давления (предохранительные, редукционные и др.);

- клапаны соотношения расходов (сумматоры и делители потока, обратные клапаны, дроссели и др.).

Кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, влагоотделите-ли, теплообменники, маслораспылители и пр.) предназначены для получения необходимых характеристик рабочей жидкости.

2.2 Общие вопросы устройства и принцип действия привода.

По принципу действия гидравлические (пневматические) приводы разделяются на объемные и гидродинамические. В гид­родинамических приводах используется энергия скоростного напора жидкости. Принцип действия объемных гидроприводов основан на преимущественном использовании энергии давления жидкости.

Будем в дальнейшем рассматривать только конструкцию объемного привода.

Основными элементами объемного привода являются объем­ные насосы и объемные двигатели, в которых преобразование энергии сопровождается вытеснением жидкости или наполнением жидкостью рабочих камер при движении вытеснителей, например поршней.

Поток жидкости в объемном гидравлическом (пневматиче­ском) приводе характеризуется двумя основными параметрами : расходом и давлением (Q, Р).

Принцип действия объемного гидравлического (пневма­тического) привода легко проследить на простейшей его модели, состоящей из насоса и последовательно соединенного с ним ци­линдра (рис. 2.1)

F - сила сопротивления (нагрузка), действующая на поршень гидродвигателя;

- рабочая площадь двигателя.

Можно определить основные положения принципа действия такого привода:

1) Насос должен быть рассчитан и подобран так, чтобы он мог обеспечить максимальное рабочее давление и необходимую мощность потока жидкости.

2) Скорость движения "выходного" звена гидравлического (пневматического) привода определяется величиной расхода жид­кости, поступающей в двигатель. Чтобы обеспечить максималь­ную требуемую линейную скорость выходного звена двигателя с параметром, необходимо обеспечить расход насоса .

3) Регулирование скорости в гидравлических и пневматиче­ских приводах объемного типа достигается изменением расхода жидкости, поступающей в двигатель. В зависимости от способа изменения расхода жидкости различают гидравлические приводы с дроссельным и объемным регулированием скорости.

Приводы с дроссельным регулированием разделяются на приводы с последовательно-дроссельным регулированием и па­раллельно-дроссельным. Кроме того, гидропривод может иметь комбинированное объемно-дроссельное регулирование.

2.3 Схема привода с дроссельным регулированием

В данной схеме регулирование основано на изменении рас­хода жидкости с помощью золотникового распределителя. Уст­ройство по своему функциональному назначению в регулируемом приводе является как распределителем, так и усилителем мощно­сти и состоит из системы управляемых дросселей (рис. 2.2, индек­сы 1, 2, 3, 4). Величина сопротивления этих дросселей изменяется при перемещении золотника, т.е. изменяется площадь проходных сечений.

Принцип работы золотникового распределителя в качестве усилителя заключается в следующем. Для линейного перемещения золотника необходимо приложить некоторое усилие. Данное уси­лие обеспечивает электромагнитное устройство, преобразующее электрический сигнал управления (в несколько ватт) в линейное перемещение механической тяги. Мощность же потока жидкости, которому разрешен проток через открытые окна золотника, может достигать несколько тысяч ватт.

С помощью четырехкромочного золотника можно регулиро­вать как величину скорости гидродвигателя, так и направление его движения.

Отличная особенность гидропривода с дроссельным регули­рованием, имеющего перепускной клапан и насос постоянной производительности, заключается в том, что насос на всех режи­мах потребления работает на полную мощность. В результате столь нерационального использовании энергии насоса коэффици­ент полезного действия дроссельного гидропривода обычно не превышает 25%.

В силу большого нагрева жидкости в конструкции такого привода требуется установка теплообменников и больших по объ­ему и весу баков.

К достоинству привода следует отнести высокое быстродей­ствие, надежность в работе и простату управления распредели­тельным золотником, возможности работы нескольких исполни­тельных двигателей от единого (общего) насоса.

2.4 Схема объемно-дроссельного гидропривода.

Для улучшения энергетических характеристик и увеличения коэффициента полезного действия гидропривода нужно, чтобы источник питания имел поток мощности, соответствующей полез­ной мощности привода. Для этого при больших нагрузках и малых скоростях давление жидкости на входе в золотниковый распреде­литель должно быть высоким, а расход небольшим. При малых на­грузках и на холостом ходу давление должно снижаться и расход увеличиваться.

Наиболее удачно регулирование мощности (давления и рас­хода) потока жидкости на входе золотникового распределителя обеспечивается в гидроприводе с объемно-дроссельным регулиро­ванием при помощи насоса переменной производительности с об­ратной связью по давлению. Схема привода изображена на рис. 2.3

Закон изменения производительности насоса от давления оп­ределяется его регулировочной характеристикой (рис. 2.4).

За счет уменьшения гидравлических потерь в золотниковом распределителе и устранения перетока жидкости через перепуск­ной канал КПД автономного дроссельного привода с насосом пе­ременной производительности можно увеличить в 2-2,5 раза.