Глава 24. объемный гидропривод (общие сведения)

Глава 24. ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД (общие сведения)

3.29. Основные понятия и определения    %

Объемным гидроприводом называется совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенная для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

К числу гидромашин относятся насосы и гидродвигатели, которых может быть несколько. Гидроаппаратура — это устройства управления гидроприводом, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и низких давлений яшдкости. К гидроаппаратуре относятся дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители — устройства для изменения направления потока жидкости. Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ео качество и состояние. Это различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы.

Перечисленные элементы связаны между собой гвдролиииямв, по которым движется рабочая жидкость.

Принцип дейсзвия объемного гидропривода основан на малой сжимаемости капельных жидкостей я передаче давления в них по закону Паскаля. Рассмотрим простейший гидропривод (рис. 3.90). Два цилиндра 1 а 2 заполнены жидкостью и соединены между собой трубопроводом. Поршень цплиидра 1 под действием силы F, перемещается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. Поршень цилиндра 2 при этом перемещается вверх и преодолевает нагрузку (силу) F₂.

Если пренебрегать потерями давлении в системе, то по закону Паскаля давление в цилиндрах 1 я 2 будет одинаковым и равным p = F₁/S_l=F₂/S_i,

где ^ я5,— площади норшвей цилиндров 1 и 2.

Считая жидкость практически несжимаемой, можпо записать: h^S_i = h._iS_i или i’,6*! = j>₂S$.

Мощность, затрачиваемая, на перемещение поршня в 'цшшндре 1, выражается соотношением N = FjV_x = p₂S₁v₁• Так как величина S_L[>i является расходом жидкости Q, то условие передачи энергии можно (при отсутствии сил трения) представить в виде F-j}} = рQ = где pQ — мощность потока жидкости;    —

Рис. 3.90. Схема простевшего гидропривода

мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2, т. е. работа выходного звена системы, отнесенная к едапице времени.

Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии, т. е. жидкости под давлением. По виду источника звергви гидроприводы разделяют на три типа.

1. Насосный гидропривод — гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в тмдродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода. Он применяется наиболее широко. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют ва гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает во всасывающую гидролинию насоса) и гидроприводы с разомкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак).

Термин насосный гидропривод включает понятие объемная гидропередача. Это часть насосного гидропривода, состоящая из насоса, гидродвигателя (одного пли нескольких) и связывающих их гидро-линий. Гидропередачи, таким образом, это силовая часть гидропривода, через которую протекает основной поток энергии.

Для привода иасоса в насосном гидроприводе могут быть использованы различные двигатели. В связи с этим, если в понятие насосного гидропривода включают также приводящий двигатель, то в зависимости от типа этого двигателя различают алектрогидропривод, турбо гидро привод, дизельгидропривод, мотогидропривод и т. п.

2.    Аккумуляторный гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидро-аккумуллтора. Такие гидроприводы используют в системах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов.

3.    Магистральный гидропривод, в котором рабочая жидкость поступает в гидродаигат<=ль из гидромагшироак. Напор рабочей жидкости в гидре/магистрали создается насосной станцией, состоящей из одного иди нескольких насосов и питающей несколько гидроприводов (централизованная система питабия).

По характеру движения выходного звена различают объемные гидроприводы: поступательного движения — с возвратно-поступа-тольвым движенцем выходного звена а с гидродвигателнми в виде гидроцылштдров; поворотного движения — с возвратно-поворотным движением выходного звеца на угол меиее 360° в с поворотными гидродвпга гелями; вращательного движения — с вращательным движением выходною звена и с гид ро двигателями в виде гидромоторов.

Если в объемном гидроприводо отсутствует устройство для изменения скорости выходного звена, то такой гидропривод является нерегулируемым. Гидропривод, в котором скорость выходного звена можно изменять по заданному закону является регулируемым.

Применяются следующие два способа регулирования скорости выходного звена объемных гидроприводов:

1)    дроссельное регулирование, т. е. регулирование скорости дросселированием потока рабочей жидкости и отводом части потока через дроссель или клапан, минуя гидродвигатель;

2)    объемпоо регулирование, т. е. регулирование скорости изменением рабочего объема насоса или гидродвигателя идя того и другого.

Если в объемаом гидроприводе скорость регулируется одновременно двумя рассмотренными способами, ю такое регулирование называется объемно-дросеельпым.

В некоторых случаях в насосном гидроприводо .скорость выходного звена регулируется изменением скорости приводного двигателя (электродвигателя, дизеля и т. и.). Такое регулироравие называется регулированием приводящим двигателем.

Регулирование гидропривода может быть ручвым, автоматическим и программным.

Если в гидроприводе скорость выходного звена поддерживается постоянной при изменении внешних воздействий, a-о такой гидропривод называют стабилизированным.

Следящим гидроприводом называют такой регулируемый гидропривод, в котором выходное звено повторяет движения звена управления.

¦ Регулируемые гидроприводы широко используются в качестве приводов сталков, прокатных станов, прессового и литейного оборудования, дорожных и строительных машин, транспортных и сельскохозяйственных машин и т. п. Такое широкое их применение объясняется рядом преимуществ (по сравпепию с механическими и электрическими передачами), к который относятся:

бесступенчатое регулирование передаточного числа в широком диапазоне и возможность создания больших передаточных отношений;

малая удельная масса, т. е. масса гидропривода, отнесенная к передаваемой мощности (0,2—0,3 кг на 1 кВт)-,

возможность простого я надежного предохранения приводящего двигателя от перегрузок;

малая инерционность вращающихся частей, обеспечивающая быструю смену режимов работы (пуск, разгон, реверс, остановка);

простота преобразования вратцательпого движения в возвратно-поЛупательное;

возможность расположения гидро двигателя па удаденва от «уточника энергии и свобода компоновки.

Необходимо также считаться с недостатками гидропривода, а именно:

КПД объемного гидропривода несколько ниже, чем КПД механических и электрических передач, и, кроме того, он снижается в процессе регулирования;

условия эксплуатации гидропривода (температуры) влияют на его характеристики;

КПД гидропривода несколько снижается по мере выработки его ресурса из-за увеличения зазоров и возрастания утечек жидкости (падение объемного КПД);

чувствительность к загрязнению рабочей жидкости и необходимость достаточно высокой культуры обслуживания.

3.30. Принципиальные схемы гидроприводов

На рис. 3.91 приведены тря принципиальные схемы, соответствующие трем классам гидроприводов, которые различаются характером движения выходного звена. На схемах применены следующие обозначения: 1 — регулируемый насос, 2 — гидродвигатель (на схеме а им является гидроцилиндр, на схеме б — поворотный гидродвигатель а на схем? в — гндромотор), 3 — гидрораспредели-тель (па схеме а — двухпозицнонный с управлением от кулачка и с пружинным возвратом, на схеме б — трех позиционный с управлением от электромагнитов и на схеме в — трехпозиционный с ручным управлением)) 4 — предохранительный клапан, 5 — бак.

Насос засасывает жидкость из бака к нагнетает ее в гидродвигатель через распределитель. Из гидродзигателя жидкость движется через другой канал распределителя и сливается в бак. Предохранительный клапан отрегулирован на предельно допустимое давление я предохраняет систему гидропривода с приводящим двигателем от перегрузок.

Для улучшения условий всасывания жидкости из бака и предотвращения кавитации в насосе в гидроприводе вращательного движения (рис. 3.91, в) применен бак с наддувом, т. е. с давлением газа над поверхностью жидкости выше атмосферного.

Изменение направления движения выходного звена глдродвига-теля (реЕерсировавве) осуществляется изменением позиции распределителя, а регулирование скорости этого движения — увеличением или уменьшением рабочего объема насоса.

Рис. 3.S1. Схема гидропривода:

п — поступательного движения; С — поворотного движения; в — вра*

На рис. 3.91 показаны принципиальные схемы гидроприводов с разомкнутой циркуляцией жидкости. Разрыв циркуляции происходит в баке, при этом исключается возможность реверсирования птдродвигателей путей изменения направления подачи васоса (реверса подачи). Для этой цели обязательно применение распредели-    ^я

3.92. Схема гидропривода замкнутой циркуляцией жвдкосги

тедеГт.

На рис. 3.92 показана схема гидропривода вращательного движения с замкнутой ьиркуляциен яшдкости. Иа схеме изображены регулируемый насос 1 с реверсом содачп; регулируемый гидромотор 2 с реверсом вращения; предохранительные клапаны 3, защищающие гидролинии а и b от чрезмерно высоких давлений (каждая из кнх мон:от сказаться напорной); система подпитки, состоящая из вспомогательного насоса 4, переливного клапана 5 п двух обратных клапанов 6’ и предохраняющая гидролинии а и Ь от чрезмерно низких давлений (в целях избежания кавтттащш в пасосе).

На рис. 3.91 и 3-92 изображены схемы гидроприводов раздельного исполнения, т. е. такие, в которых гидродспгатели расположены па расстоянии от насоса и соединены с ним трубопроводом. Это расстояние может измеряться метрами и даже десятками метров. Часто, особенно в самоходных машинах (тракторы, строительные, дорожные, сельскохозяйственные машины и др.), применяют гидроприводы в нераздельном исполнении. В них насос, гидромоторы и гидроаппаратура расположены в общем корпусе и образуют компактную гядро-трапемиссию, способную бесступенчато изменять частоту вращения ведомого вала и удобпую для автоматизации управления приводимой машины. В таких трапсмиссиях, заменяющих ступенчатые коробки передач, как правило используются регулируемые аксиально-поршвевые гидромашины.

3.31. КПД нерегулируемого гидропривода

КПД нерегулируемого гидропривода определяется потерями энергии и насосе, гидромоторе, а также в соединяющих их трубопроводах и гидроаппаратах, через которые движется жидкость от насоса к гидродвигателю и обратно.

Рассмотрим объемный КПД гидропривода и основные кинематические соотношения. Величины, относящиеся к пасосу, обозначим 'индексом «н», к гидродвигатслю — индексом «го.

При закрытых предохранительных и обратных клапанах, а также при отсутствии циркуляции жидкости в целях охлаждения подача пасоса равна расходу жидкости через гидромотор, т. е.

Q_B=Q_t~Q,

тдо Он^ооЗДо.н.

В гидроприводе поступательного движения скорость поршня гидроцнлипдра

v_a=*

(3.78)

В гидроприводе вращательного движения частота вращения вала гидромотора

(3.79)

где г)о — объемный КПД гидропривода, равны» произведению объемных КПД насоса и гидродппгателя: rj₀ = Ло.н'По.г-

В обоих случаях угечкз в насосе и гидродвигателе снижают скорость движения выходного звена, т. е. вызывают потери могц-но сти.

Полезная мощность гидропривода поступательного движения

N_a__r = F_rv_п,

гидропривода вращательного движения

iv_n. _г = Л/_Г01_Г,

где — нагрузка {сила вдоль штока); Мг — момент на валу гпдромогора.

Эту же мощность можно выразить через перепад давления в гидродвигателе р_г, расход Q и КПД гидродвигателя т)_г:

Л'».г-1?гРгЧг, где    _г%.,_г.

Полезная мощность пасоса, выраженная через подачу и давление насоса р_н,

Л'л. н = QuPiu

а потребляемая насосом мощность Л^Гп = Л'/п®н=⁼«?11/’и/11ц-

КПД гидропривода т)_г._П = Л^г_п.г/Л’_п, или для поступательного движения еыходною звена

Рио. 3.93. Хлрактераетика нерегулируемого гидропривода

QrPr ' QhJu

для вращательного движения

Так как Q_u =¦- Q_r, то r]r.n = %VlTp.    (3.80)

где г|_Тр — гидравлический КПД гидропривода, равный т|_Гр = PrlPu м учитывающий суммарные гидравлические потери давления в трубопро*

Перепад давления на гидролюторе меньше давления насоса на величину этих потерь, т. е.    V

Рн — Рс^Хртр-    (3.81)

Формулу (3.80) можно представить в виде

*)г.п = VHtp-

где Tio и г)м — объемный и ме'саптес’лии КПД гидропривода.

КПД нерегулируемого гидропривода гак же, как и КПД объем-пых гидромалгап, зависит от давления в системе, которое определяется нагрузкой на выходном звене, частоты вращения роторов (скорости поршни), вязкости жидкости.

На рис. 3.93 приведена экспериментальная характорпстика ак-сиалыю-поршвевого гидропривода.

Как и для отдельной роторной гидромашины, КПД гидропривода круто падает при умепыпепии мощности (давлепия), и постепенно уменьшается при отклопепни от оптимальной мощности в сто-ропу ее увеличения.

Глава 25. регулирование объемного гидропривода  »

Библиотека »