КУРСОВОЙ РАБОТЫ .................................................................................................... 164

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Учебное пособие «Основы проектирования объемного гидропривода» подготовлено в соответствии с требованием государственного образовательного стандарта по направлению подготовки

«Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» по дисциплине «Гидравлика, гидро- и пневмопривод». Курс

«Гидравлика, гидро- и пневмопривод» общим объемом 180 часов изучается в течение 4 семестра.

Предусмотренная рабочим учебным планом курсовая работа

является замыкающим звеном учебного процесса по дисциплине

«Гидравлика, гидро- и пневмопривод», состоящего из лекционного курса, лабораторных и практических занятий и курсовой работы, объединённых в учебно-методический комплекс. Значительная часть учебного времени (примерно 40 – 50%) отводится на самостоятельную работу студентов, частью которой является курсовая работа.

Цель настоящего пособия – обеспечить методическое руководство по выполнению курсовой работы. Суть же самой работы заключается в

подготовке студента к будущей практической инженерной деятельности на производстве.

Данное пособие может быть также рекомендовано для студентов очного и заочного отделений специальности 150405 «Машины и оборудование лесного комплекса», изучающих дисциплину «Гидравлика».

 

 

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИЧЕСКОМ ПРИВОДЕ

 

Гидравлическим приводом называется совокупность устройств – гидромашин и гидроаппаратуры, предназначенных для передачи механической энергии и приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости.

Основные свойства жидкостей, используемые в гидравлических приводах:

а) текучесть;

б) несжимаемость;

в) равномерное распределение по объему внешнего давления (закон Паскаля).

В силу первых двух свойств жидкости не могут накапливать

потенциальную (внутреннюю) энергию упругой деформации (как твердые тела или газы) или повышения температуры (газы). В связи с этим каждый конкретно выделенный объем жидкости может обладать только двумя видами механической энергии:

- кинетической, когда жидкость находится в движении;

- потенциальной, вследствие воздействия сил гравитации (гравитационного поля), когда жидкость поднята на некоторую высоту над поверхностью земли; действия центробежных сил, когда жидкость

находится в движении по криволинейной траектории; или при воздействии других полей взаимодействующих с жидкостью, например магнитных полей.

Различают два типа гидроприводов, отличающихся по физическому

эффекту преобразования гидравлической энергии в работу:

- динамические гидроприводы;

- объемные гидроприводы.

Гидроприводы по определению состоят из двух основных элементов: источника гидравлической энергии и исполнительных органов –

гидропередачи. Исполнительные органы могут быть двух видов: циклического действия (поступательные и поворотные гидроцилиндры) и непрерывного действия (вращательные органы – гидромоторы).

Источники гидравлической энергии делятся на два типа:

- с превращением в гидравлическую энергию потенциальной энергии жидкости, то есть с превращением статической жидкости в движущийся поток;

- с превращением механической энергии (энергии движущихся элементов устройства) в гидравлическую энергию, то есть в движущийся поток. Устройства этого типа получили название насосов.

 

На рисунках 1.1 и 1.2 представлены схемы источников гидравлической энергии.

 

 

 

Рисунок 1.1 – Статический источник гидравлической энергии

 

 

 

Рисунок 1.2 – Механические источники гидравлической энергии:

а – центробежный насос; б – шестеренный насос

 

 

1.1 Динамические гидроприводы

 

На рисунке 1.3 представлены схемы динамических приводов с различными источниками гидравлической энергии.

 

 

 

Рисунок 1.3 – Схемы динамических гидроприводов: а – с источником энергии статического типа; б – с насосом в качестве источника энергии

 

По принципу действия «динамические» исполнительные органы не отличаются от центробежных насосов, в которых действует обратный поток, и таким образом происходит обратное превращение гидравлической энергии в механическую. Устройства этого типа называются «турбинами».

Принимая условие неразрывности потока, кинетическую энергию, превратившуюся в механическую работу можно выразить в следующем виде (рисунок 1.3):

 

m(υ 2 - υ 2)

W = 1

2 × η, (1.1)

 

где m – расход массы жидкости в секунду;

υ 1– скорость жидкости до входа в турбину;

υ 2– скорость жидкости на выходе из турбины;

h – кпд турбины.

 

Так как секундный расход массы жидкости равен:

 

π d2

m =

ρ υ 1,

 

то выражение (1.1) примет следующий вид:

 

W= π d

× ρ υ (υ 2 - υ 2)η, (1.2)

8 1 1 2

 

где W – секундный расход энергии; d – диаметр трубопровода;

r – плотность жидкости;

υ 1– скорость жидкости в трубопроводе.

 

Секундный расход энергии – это мощность, следовательно:

 

W = N = M× n= Mω -1η,

 

где N – мощность турбины;

M – развиваемый турбиной момент; n – количество оборотов в минуту; ω -1– частота вращения.

 

Как видно из выражения (1.2), передаваемая энергия привода зависит только от скоростей u1и u2, поэтому приводы этого типа получили название «динамических».

 

1.2 Объемные гидроприводы

 

На рисунке 1.4 представлены схемы объемных гидроприводов, отличающихся тем, что некоторый объем жидкости, передающий работу от источника энергии заключен в замкнутый объем.

 

 

 

Рисунок 1.4 – Схемы объемного гидропривода: а – с плунжерным насосом в качестве источника гидравлической энергии; б – с шестеренным насосом в качестве источника гидравлической энергии

 

Если система нагружена внешней силой F2 (рисунок 1.4), но находится в покое, то можно записать:

 

P1= P2= P3,

 

где P1, Р2, Р3 – давление жидкости.

 

На поведение системы оказывают существенное влияние значения диаметров d1 и D. По закону Паскаля P1 = P3, но F1 ≠ F2:

 

F1 =

π d

1

× P1;

F2=

π D2

4

× P3,

 

следовательно:

 

=

F1 F2

d

D

2 2;

F1 = 1.

d

F2 D

 

При этом, если D > d1, то F2 > F1.

 

Для совершения работы необходимо перемещать поршень исполнительного органа с диаметром D. Это достигается подачей в гидроцилиндр некоторого объема жидкости источником гидравлической энергии, который перемещает поршень. Совершаемая им работа будет равна:

 

A= F2× Δ l× η,

 

где Δ l – перемещение поршня.

η – кпд исполнительного органа.

 

Секундная работа может быть определена из выражения:

 

N = F2× υ 3× η.

 

Следовательно:

 

N= π D

 

P υ η

4 3 3.

 

При этом, так как:

 

π D2

4

υ 3

= Q,

 

где Q – объем поступившей жидкости (секундный расход),

 

следовательно:

 

N = QP3η.

 

Так как Р3 = const и η = const для установившегося режима, то N = f(Q), то есть передача энергии совершается изменением объема жидкости в исполнительном органе. Поэтому приводы этого типа были названы «объемными».

 

1.3 Основные элементы объемного гидропривода

 

В состав объемного гидропривода входят: приводящий двигатель (источник энергии), объемный гидродвигатель (исполнительный механизм), устройства управления (контрольно-регулирующая аппаратура) и вспомогательные устройства (рисунок 1.5).

 

 

 

Рисунок 1.5 – Структурная схема гидропривода

 

Объемная гидропередача, являющаяся основой каждого гидропривода, состоит из объемного насоса (преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости) и объемного гидродвигателя – преобразователя энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена (силового органа).

Устройства управления предназначены для управления потоком, то есть для поддержания заданного давления и расхода в гидросистеме, а

 

также изменения направления движения потока рабочей жидкости. К устройствам управления относятся:

- гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей, реверсирования

движения их выходных звеньев и т.д.;

- регуляторы давления, предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости в гидросистеме;

- регуляторы расхода (делители и сумматоры потоков, дроссели, направляющие клапаны), с помощью которых управляют потоком рабочей

жидкости;

- гидравлические усилители, необходимые для управления работой насосов, гидродвигателей и предназначенные для усиления мощности сигнала управления.

Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех элементов гидропривода. К ним относятся: фильтры, уплотнители, гидравлические реле давления, демпферные устройства, гидробаки,

гидроаккумуляторы.

Гидролинии предназначены для прохождения по ним рабочей жидкости в процессе работы гидропривода (трубы, рукава, каналы и соединения).

На рисунке 1.6 представлена принципиальная схема объемного гидропривода возвратно-поступательного движения, а на рисунке 1.7 –

принципиальная схема гидропривода вращательного движения.

 

 

Рисунок 1.6 – Гидропривод поступательного движения:

1 – гидробак; 2 –всасывающая гидролиния; 3 – насос; 4 – гидрораспределитель; 5 – напорная гидролиния; 6 – гидроцилиндр; 7 – сливная гидролиния; 8 – фильтр; 9 – предохранительный клапан

 

Система работает следующим образом. Рабочая жидкость из гидробака 1 по всасывающему трубопроводу 2 под действием разряжения, создаваемого насосом 3, всасывается в него и подается через гидрораспределитель 4 по напорной магистрали 5 в штоковую полость гидроцилиндра 6.

Под действием увеличивающегося объема жидкости поршень гидроцилиндра перемещается влево, увлекая шток и звенья связанного с

ним механизма, и совершает работу. Рабочая жидкость из бесштоковой полости выжимается в сливную магистраль 7 и через фильтр 8 перетекает в бак. При наличии внешнего сопротивления в напорной магистрали и

полости цилиндра в системе возникает давление. Для создания этого давления насосом «отсекается» часть жидкости и подается в напорную магистраль. При этом в системе возникает давление, которое носит

пульсирующий характер при последовательной непрерывной подаче рабочей жидкости в систему. Для предохранения системы от перегрузок устанавливаются предохранительные клапаны 9.

На схеме (рисунок 1.6) показан распределитель в позиции a; в

данном случае шток гидроцилиндра выдвигается. В позиции 0 – гидролинии заперты; шток гидроцилиндра неподвижен. В позиции b – шток гидроцилиндра втягивается.

 

 

 

Рисунок 1.7 – Гидропривод вращательного движения:

1 – гидробак; 2 –всасывающая гидролиния; 3 – насос; 4 – гидрораспределитель; 5 – напорная гидролиния; 6 – гидромотор; 7 – сливная гидролиния; 8 – фильтр; 9 – предохранительный клапан

 

Представленный на рисунке 1.7 гидропривод вращательного движения отличается от схемы рисунок 1.6 лишь тем, что гидроцилиндр 6 заменен гидромотором, обеспечивающим вращательное движение силового органа.

 

1.4 Классификация гидравлических приводов

 

В зависимости от характера движения выходного звена гидродвигателя, возможности регулирования, способа циркуляции рабочей жидкости и т.п. гидроприводы можно классифицировать несколькими способами.

 

1. По характеру движения выходного звена различают гидроприводы:

- поступательного движения – с поступательным движением выходного звена гидродвигателя;

- поворотного движения – с поворотным движением выходного звена гидродвигателя на угол менее 360°;

- вращательного движения – с вращательным движением выходного звена гидродвигателя.

 

2. По возможности регулирования различают регулируемый и нерегулируемый гидроприводы. В регулируемом гидроприводе скорость выходного звена гидродвигателя может изменяться по заданному закону.

По способу регулирования скорости гидроприводы делят на следующие два типа:

- с дроссельным регулированием, в которых регулирование скорости осуществляется путем дросселирования потока рабочей жидкости и отвода, минуя гидродвигатель;

- с объемным регулированием, в которых регулирование скорости осуществляется за счет изменения рабочих объемов насоса или гидродвигателя либо обеих машин одновременно.

Если регулирование скорости осуществляется одновременно двумя

способами, то такой гидропривод называется гидроприводом с объемно- дроссельным регулированием.

Регулирование скорости может осуществляться вручную –

гидропривод с ручным регулированием; автоматически – гидропривод с автоматическим регулированием; по заданной программе – программный гидропривод.

 

Особое место среди регулируемых гидроприводов занимает следящий гидропривод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия, величина и характер которого заранее неизвестны.

Если в объемном гидроприводе отсутствуют устройства для изменения скорости выходного звена гидродвигателя, то такие гидроприводы являются нерегулируемыми.

 

3. По схеме циркуляции рабочей жидкости различают:

- гидропривод с замкнутой схемой циркуляции, в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса;

- гидропривод с разомкнутой схемой циркуляции, в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком.

 

4. По типу приводящего двигателя различают: электрогидропривод, турбогидропривод, дизель-гидропривод, мотогидропривод и т.п.

 

5. По виду источника подачи рабочей жидкости в гидросхему гидроприводы делят на три группы:

- насосный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в

состав этого привода. Насосный гидропривод наиболее широко используется во всех отраслях машиностроения;

- аккумуляторный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного

гидроаккумулятора. Такие гидроприводы используются в системах с кратковременным циклом;

- магистральный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от гидромагистрали. Поток рабочей

жидкости в гидромагистрали создается насосной станцией, питающей несколько гидроприводов (централизованная система питания).

 

1.5 Реальные схемы объемного гидропривода.