1.3. Лабораторная работа № 3. Исследование объемного гидропривода с дроссельным регулированием

Цель работы - изучение способов дроссельного регулирования объемных гидравлических приводов и поведения их рабочих характеристик при изменении внешней нагрузки.

Содержание работы - ознакомление с типовыми схемами дроссельного регулирования объемных гидроприводов, методикой определения параметров гидропривода с гидравлическим двигателем возвратно-поступательного действия и регистрацией его рабочих характеристик при изменении внешней нагрузки.

1.3.1. Теоретические основы

Объемные гидроприводы представляют собой устройства, передающие посредством потенциальной энергии давления жидкости механическую энергию. Гидропривод включает в себя гидропередачу (силовую часть гидропривода: насос, гидродвигатель, магистральная линия), устройства управления (распределительную и регулирующую аппаратуру: клапаны, золотники, дроссели и т.п.), вспомогательные устройства (масляные баки, фильтры, аккумуляторы и т.д.) и вспомогательные линии. Изменения скорости движения выходного звена гидропривода (гидродвигателя) обычно достигают путем объемного, дроссельного или комбинированного регулирования. При объемном регулировании подвергают изменению рабочий объем либо насоса, либо гидродвигателя. Дроссельное регулирование осуществляют путем изменения проходного сечения дросселя с трансформацией части передаваемой мощности в тепло, что приводит к нагреву рабочей жидкости и изменению ее физических свойств (вязкости, смазывающих свойств и т.п.). Поэтому дроссельное регулирование, как правило, применяют в гидроприводах с мощностью до 4 кВт. Несмотря на упомянутые недостатки гидропривод с дроссельным регулированием получил большое распространение из-за малой стоимости устройств, простоты монтажа и эксплуатации.

Расход жидкости, протекающей через дроссель, находят из выражения

, (1.7)

где - коэффициент расхода малого отверстия, зависящий от числа Рейнольдса Re (при больших числах Re для минеральных масел можно принимать );

- площадь проходного сечения дросселя;

- давление перед дросселем;

- давление за дросселем;

- плотность рабочей жидкости.

Полученное по формуле (1.7) значение расхода в дальнейшем используют при расчете режимов дроссельного регулирования гидроприводов.

Дроссельное регулирование объемного гидропривода осуществляют по трем схемам включения дросселя в систему гидропривода: на входе (дроссель располагают последовательно за насосом в напорной линии), на выходе (дроссель устанавливают последовательно за гидродвигателем в сливной линии) и в ответвлении (дроссель расположен в линии, параллельной гидродвигателю).

Гидропривод с дросселем на входе допускает регулирование скорости гидродвигателя путем изменения проходного сечения дросселя только в случае, когда направление действия нагрузки не совпадает с направлением движения выходного звена. При этом, давление перед дросселем определяется только площадью проходного сечения дросселя и настройкой предохранительного клапана и на протяжении цикла остается практически неизменным. Давление за дросселем напрямую зависит от внешней нагрузки и сопротивления сливной магистрали. С изменением внешней нагрузки меняется величина давления в магистрали за дросселем, а, следовательно, и перепад давления на дросселе, что приводит к изменению скорости движения выходного звена. Поэтому такой способ регулирования применяется только в системах с постоянной нагрузкой.

При установке дросселя на выходе, т.е. в сливной магистрали за гидродвигателем, появляется возможность регулирования скорости выходного звена, нагруженного знакопеременной внешней нагрузкой. В этом случае давление перед дросселем будет определяться площадью проходного сечения дросселя, величиной и направлением действия внешней нагрузки и давлением в напорном трубопроводе, зависящем от настройки предохранительного клапана. В системе с дросселем на выходе тепло, выделяющееся при прохождении жидкости через дроссель, отводится в бак, не нагревая гидродвигатель.

При установке дросселя в ответвлении, т.е. параллельно гидродвигателю, поток жидкости, поступающей от насоса, разделяется по двум направлениям: к дросселю и к гидродвигателю. Расход жидкости через дроссель зависит от площади проходного сечения и перепада давления на дросселе, который , в свою очередь, определяется величиной и направлением действия внешней нагрузки. Поэтому скорость выходного звена гидропривода полностью определяется величиной расхода жидкости через дроссель и при закрытом дросселе будет иметь максимальное значение.

Дроссельное регулирование скорости выходного звена гидропривода без дополнительных устройств не обеспечивает ее стабильности при изменении внешней нагрузки, поэтому для исключения указанного недостатка в практике в комплекте с дросселем устанавливают дополнительно регулятор давления, который автоматически поддерживает постоянный перепад давления на дросселе. Такие узлы получили название регуляторов скорости. Так же как и дроссель, регуляторы скорости устанавливают на входе, выходе и в ответвлении к гидродвигателю.

В качестве гидродвигателей в системах гидроприводов используют гидромоторы с непрерывным вращением выходного звена, силовые гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением выходного звена и моментные гидроцилиндры с ограниченным углом поворота вала. В силовых гидроцилиндрах подвижное звено (шток-поршень) совершает возвратно - поступательное перемещение со скоростью, которая при установившемся движении рабочей жидкости определяется по уравнениям

и ,

где - подача насоса;

- площади сечения поршня и штока, соответственно.

Усилие F, развиваемое гидроцилиндром, находят из уравнения равновесия сил, действующих на шток-поршень в процессе движения, и определяют по формуле

, (1.8)

где - давление жидкости в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра, соответственно;

T - силы трения в уплотнениях поршня и штока.

При использовании U - образных манжетных уплотнений силы трения могут быть оценены в соответствии с выражением

, (1.9)

где - коэффициент трения эластичного уплотнения (для резины ; для кожи );

- давление жидкости в соответствующей полости гидроцилиндра;

- уплотняемый диаметр;

- высота манжеты;

n - количество уплотнений.

К основным параметрам объемного гидропривода с дроссельным регулированием выходного звена в виде силового гидроцилиндра относят: скорость V возвратно-поступательного движения шток-поршня, усилие F и мощность N, развиваемые гидроцилиндром, а также коэффициент полезного действия гидропривода. Взаимосвязь между указанными параметрами определяется рабочими характеристиками гидропривода, в число которых входят зависимости: V = f (F), N = f (F) и = f (F).