41

1.8 Способы регулирования скорости гидропривода

1.8.1 Дроссельное регулирование скорости гидропривода

Дроссельное регулирование, как правило, используется в системах гидропривода с нерегулируемыми гидромашинами. Скорость двигателя в этом случае регулируется за счет схем изменения расхода жидкости, протекающей через двигатель, что достигается двумя способами:

-в схеме с параллельным включением дросселя (рисунок 1.16,а), -в схеме с последовательным включением дросселя (рисунок 1.16,б).

Рисунок 1.16 - Схемы дроссельного регулирования скорости гидропривода

42

1.8.1.1 Регулирование с параллельным включением дросселя

Уравнения статических гидромеханических и механических характеристик гидромашин вращательного движения (1.36) и (1.37), включенных по схеме (рисунок 1.15,а), с учетом расхода через параллельно включенный дроссель примут вид:

Q

K

p Q

(1.55)

ут

др

;

w

w

Q

K утM Qдрw

;

(1.56)

w2

w

где Q

др

А

2 pдр

- расход жидкости через дроссель;

др

др

μдр, Адр – коэффициент расхода и площадь проходного сечения дросселя.

Падение давления на дросселе pдр равно падению давления на двигателе

p . При записи уравнений по аналогии с двигателями постоянного тока уравнения (1.55), (1.56) можно представить в следующем виде:

					K
	Q		K	ут		p		(1.57)
						ут.др	;
	w				w
					K			(1.58)
	Q		K	ут		М
						ут.др	;
	w				w2

В выражениях (1.57), (1.58) коэффициент утечки через дроссель K ут.др

является переменной, зависящей от падения давления на двигателе p . Для K ут.др, исходя из равенства Qдр K ут.др p , запишется:

43
K ут.др дрАдр	2
	р .	(1.59)

С учетом (1.59) уравнение (1.57) примет вид:

								2
							А			(1.60)
	Q		K	ут		др			p
							др	р		.
	w						w

Рассуждая подобным образом и опираясь на выражение для развиваемого гидродвигателем момента ( М р w ), уравнение механической характеристики (1.58) запишется:

								2w
			K	ут		др	А		М
	Q										(1.61)
							др	М		.
	w						w2

Аналогичным образом для гидроцилиндра выражения (1.38), (1.39) примут

вид:

	Q		( Кут.ц Кут.др ) p			(1.62)
						;
	A		A
	П		П			(1.63)
	Q		( Кут.ц Кут.др )F
				;
	AП		АП2

где K	ут.др		др	А	2		др	А	2АП	.
					р
				др				др	F

Вид гидромеханических и механических характеристик гидромашин с вращательным и вовзратно-поступательным движением исполнительного органа

44

при дроссельном регулировании с параллельным соединением дросселя приведен на рисунке 1.17.

ω, υ

1

2

p

M,F

Рисунок 1.17 - Статические гидромеханические и механические характеристики гидродвигателей при дроссельном регулировании: 1 – естественная; 2 – при параллельном включении дросселя.

1.8.1.2Регулирование с последовательным включением дросселя

Всхеме с последовательным включением дросселя (рис.1.16,б) имеет место равенство расходов жидкости через дроссель и гидродвигатель, определяемое выражением:

	Q Q	G	др	p	др		др	А	2 pдр	,	(1.64)
	др							др

где Gдр- гидравлическая проводимость дросселя,

Gдр дрАдр 2 ,

падение давления на дросселе

pдр pпит p ,

где pпит – давление в питающей сети;

p - падение давления на двигателе.

45

Здесь Q является переменной величиной, зависящей от падения давления на двигателе и соответственно уравнения статических гидромеханических характеристик примут вид:

Q

K ут p

w

;

(1.65)

w

Q

K

уц

p

(1.66)

;

А

А

П

П

где Q G

др

р

пит

p - расход двигателя, зависящий от Gдр и нагрузки.

Уравнения механических характеристик запишутся в виде:

Q

K утM

Gдр

p

пит

M

K утМ

;

(1.67)

w

w2

w

w

w2

Q

K уцF

Gдр

p

F

K уцF

пит

;

(1.68)

AП

AП2

AП

AП

AП2

Вид гидромеханических (1.65), (1.66) и механических (1.67), (1.68) характеристик приведен на рисунке 1.18. В данном случае, при изменении сечения дросселирующего окна, в отличие от случая параллельного включения дросселя изменяется скорость идеального холостого хода согласно выражениям:

о

Gдр

pпит

;

o

Gдр

pпит

.

(1.69)

w

АП

		46
υ,ω
ωoе
					1
ω01
ω02
				2
ω03		3
		4
					рпит
5								р

М,F

Рисунок 1.18 - Статические гидромеханические и механические характеристики: естественная (1), при последовательном включении дросселя (2,3,4), динамическое торможение при закрытых напорной и сливной магистралях гидроцилиндра (5).

Возможность регулирования скорости идеального холостого хода, при сравнительно высокой жесткости механических характеристик в сочетании с простотой технических средств реализации, обеспечили широкое использование схем с последовательным соединением дросселя в системах регулируемого гидропривода.

Пример 1.1

Рассчитать и построить естественную и искусственную механические характеристики гидродвигателя вращательного движения при дроссельном регулировании с параллельным включением дросселя (рисунок 1.15,а).

Искусственная характеристика должна соответствовать Адр =0,2Адр.max при

плотности рабочей жидкости ρ=850 кг/м3. Данные для расчета:

1.Гидродвигатель: рабочий объем V0=40см3;

номинальный расход QН=38.4 л/мин;

47

номинальный перепад давления pн.д=6,3 МПа;

номинальная скорость вращения nн.д=910 об/мин;

коэффициент полезного действия ηд=0,8;

объёмный коэффициент полезного действия ηод=0,92. 2.Дроссель:

номинальный расход Qн.др=35 л/мин;

расчетный перепад давления pдр.рас=0,3 МПа;

коэффициент расхода μдр.=0,72;

удельный объём гидродвигателя w=V0/2π= 4 10 5 6,37 10 6 м3 . 2

Значения Qн.ди Qн.др в системе СИ

Qн.д= 38,4 10 3 6,4 10 4 м3 / с;

60

Qн.др= 3560103 5,83 10 4 м3 / с.

Площадь рабочего окна полностью открытого дросселя Адр max на

основании (1.64) по заданному Qн.др и расчетному										pдр.рас составит
А		Qн.др						5,83 10 4		850	3,05 10 5	м2
					2 p			0,72	2	3 105
др.max			др			др.рас

Скорость идеального холостого хода гидродвигателя на естественной характеристике

		ое		Qн.д		6,4 10 4	100,5 1/с .
				w		6,37 10 6

				48
Коэффициент утечек гидродвигателя
К	ут		Qн.д (1 од		6,4 10 4 (1 0,92) 8,1 10 12 м3 / Нс.
			pн.д.		6,3 106

Расчет естественной механической характеристики производится по уравнению:

oe

K

утМ

ое

8,1 10 12

М

ое

0,2M ;

w2

( 6,37

10 6 )2

Выражение для расчета искусственной характеристики получится после преобразования уравнения (1.62) к удобному для расчета в данном примере виду:

		oe		K утМ		0,2 дрАдр	2M		ое	0,2M 13,26 M ;
				w2		w	w

Механические характеристики гидродвигателя приведены на рисунке 1.19. Номинальная скорость вращения гидродвигателя

H nн.д 3,14 910 95 1/с . 30 30

Номинальный крутящий момент гидродвигателя

Мн=Qн.д pн.д/ ω н=6,4 . 10-4 . 6,3 . 106/95=42,5 Нм .

Номинальный момент на валу гидродвигателя

M н.в Мн.к д 42,5 0,8 34Нм .

Номинальная мощность гидродвигателя

Рн Мн н 34 95 3,2кВт .

49

Рисунок 1.19 - Механические характеристики гидродвигателя, естественная (1) и искусственная (2) при Адр=0,2Адр.max при параллельном включении дросселя.

Пример 1.2

Рассчитать параметры дросселя и искусственные механические характеристики гидродвигателя, обеспечивающие получение уровней скорости

идеального холостого хода ω01=0,6ωoе и ω02=0,4ωoе при последовательном

включении дросселя (рисунок 1.16,б). Технические данные для расчета приведены в примере 1.1.

Расчетные значения скоростей ω01, ω02

	ω		=0,6 ω =0,6 . 100,5=60,3 1/с; ω	02	=0,4. 102=40,2 1/с .
		01	ое
Требуемые значения Адр.1 и Адр.2 составят согласно						А			оw
										2 p
						др			др		пит
А			60,3 6,37 10 6 850 4,38 10 6	м2 ; А		2,92 10 6				м2 .
др.1			0,72 2 6,3 106		др.2

Искусственные механические характеристики гидродвигателя рассчитываются по уравнению:

								50
						дрАдр			2( pпит М / w )					K	ут	М
																	,
						w									w2
для Адр.1:
	0,72 4,38		10 6	2(	6,3 106 М / 6,37 10					6 )	0,2М					3632 90,5М 0,2М ;
	6,37	10 6						850
для Адр.2:									1614 40,2M 0,2M .

Естественные и искусственные характеристики приведены на рисунке 1.20.

Рисунок 1.20 - Механические характеристики гидродвигателя: естественная (1);

искусственные: при Адр.1(2), Адр.2(3) и последовательном включении дросселя; динамического торможения (4), при закрытых напорной и сливной магистралях.

Пример 1.3

Рассчитать и построить механические характеристики гидродвигателя при

динамическом торможении, соответствующие Адр=0,2Адр.max; Адр=0,4Адр.max.

Технические данные гидродвигателя и дросселя приведены в примере 1.1.

51

В соответствии с (1.45) уравнение для расчета механической характеристики

имеет вид:
K		ут	М			др	А
							др.max	2M
		w2					w
								w

при Адр=0,2Адр.max:

	( 0,2М	0,72 0,2 3,05 10 5		2М	),
		6,37	10 6	850 6,37 10 6

( 0,2M 13,3 M );

при Адр=0,4Адр.max:

( 0,2M 26,5 M )

Механические характеристики динамического торможения приведены на рисунке 1.21

ω,с-1

			160
			120
			80
			40
-30	-20	-10	10	20	30	М, н.м
		-40				1
		-80
		-120				2
		-160

Рисунок 1.21 - Механические характеристики гидродвигателя в режиме динамического торможения:1 - при закрытых сливной и напорной линиях

гидромашины; 2 - при Адр=0,2Адр,max ; 3 - при Адр=0,4Адр.max .