Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Теоретические сведения





 

Гидропривод, в котором скорость движения выходного звена можно изменить по заданному закону, является регулируемым.

Применяются следующие два способа регулирования: объемное регулирование; дроссельное регулирование.

При объемном регулировании скорость движения выходного звена изменяется путем изменения рабочего объема насоса или гидродви-гателя или того и другого. Регулирование изменением объема насоса возможно лишь в гидроприводах, содержащих роторные насосы с переменным рабочим объемом, например, пластинчатые, роторно-поршневые, аксиально-поршневые насосы. Регулирование изменением объема гидродвигателя возможно лишь в гидроприводах вращатель-ного движения, содержащих гидромотор с переменным объемом рабочих камер.

Дроссельный способ регулирования скорости движения выходного звена применяется в гидроприводах с нерегулируемыми гидромашинами. При этом изменение скорости выходного звена возможно за счет изменения расхода жидкости Q , поступающей в гидродвигатель. Поэтому в таких гидроприводах при подаче насоса Qн часть жидкости отводится в бак, минуя гидродвигатель. Основным управляющим элементом таких приводов является регулируемый гидродроссель. В зависимости от места установки регулируемого гидродросселя по отношению к гидродвигателю различают гидроприводы с параллельным и последовательным включением гидродросселя.

На рисунке 11.1а приведена принципиальная схема гидропривода, в котором регулирование скорости движения выходного звена (штока гидроцилиндра 4) обеспечивается за счет изменения площади проходного сечения Sдр регулируемого дросселя 5, включенного параллельно. Кроме отмеченных элементов, схема включает насос 1, клапан 2, гидрораспределитель 3 и бак 6.

При расходе жидкости Qдр через гидродроссель 5 расход жидкости, поступающей в гидроцилиндр 4, рассчитывается по формуле

(11.1)

где Qнподача насоса,м3/с.

Расход Qдр при коэффициенте расхода μ определяется по формуле:

. (11.2)

Так как перепад давления на дросселе Δpдр равен перепаду давления на гидроцилиндре Δpг, найдем его при известной нагрузке на штоке F и площади поршня Sn.

Следовательно, скорость движения поршня (штока) гидроцилиндра

(11.3)

 

Из полученной формулы видно, что скорость движения выходного звена в таком гидроприводе будет меняться при изменении площади проходного сечения регулируемого гидродросселя Sдр.

Регулировочная характеристика, представляющая собой графическую зависимость регулируемой величины υ от параметра регулирования Sдр, т.е. υ=f(Sдр), приведена на рисунке 11.1б (построена по формуле (11.3)). На графике видно, что вторым фактором, оказывающим существенное влияние на скорость поршня гидроцилиндра, является нагрузка F.

1 – насос; 2предохранительный клапан; 3гидрораспределитель;

4 – гидроцилиндр; 5 – гидродроссель; 6бак

 

Рисунок 11.1 – Схема гидропривода с параллельным включением

дросселя (а); регулировочная (б) и нагрузочная (в) характеристики

 

Графическая зависимость скорости от нагрузки υ=f(F), которая называется механической, или нагрузочной характеристикойгидропривода, приведена на рисунке 11.1в. Она построена в соответствии с формулой (11.3) для двух значений Sдр в диапазоне изменения нагрузки от нуля до максимальной FТ.

В рассматриваемом гидроприводе давление рн на выходе насоса 1 зависит от нагрузки F и не является постоянным, поэтому такую систему регулирования называют системой с переменным давлением питания. Клапан 2, установленный в гидросистеме, является предохранительным. Гидрораспределитель 3 служит для измснсния направления движения штока гидроцилиндра 4.

Одним из недостатков таких гидроприводов является то, что в них скорость регулируется только в том случае, если нагрузка создает сопротивление движению выходного звена. При помогающей нагрузке может произойти отрыв поршня от рабочей жидкости в гидроцилиндре.

Дроссельное регулирование осуществляется дросселированием (сужением) потока рабочей жидкости в дросселе (местном сопротив-лении, величина гидропотерь в котором может быть изменена) или отводом части потока через клапан обратно в гидробак.

На рисунке 11.2а представлена принципиальная схема гидропривода с дроссельным регулированием скорости припоследовательном включении гидродросселя 5 (на входе в гидроцилиндр 4). Кроме отмеченных элементов, схема включает насос 1, клапан 2, гидрораспределитель 3 и бак 6.

Так как гидродроссель 5 и гидроцилиндр 4 включены последовательно, то расход жидкости Qг, поступающей в гидроцилиндр 4, равен расходу жидкости, проходящей через регулируемый гидродроссель 5:

(11.4)

где – перепад давления на гидродросселе 5.

С учетом принятых допущений

В данном гидроприводе давление на выходе насоса рн поддерживается постоянным при помощи переливного клапана 2. Тогда скорость поршня

. (11.5)

Анализ полученной формулы показывает, что скорость движения поршня гидроцилиндра 4, как и в гидроприводе с параллельным включением гидродросселя, является функцией двух переменных: площади проходного сечения регулируемого гидродросселя Sдр и преодолеваемой нагрузки на штоке гидроцилиндра F.

На рисунках 11.2б, в приведены регулировочная и нагрузочная характеристики, построенные в соответствии с формулой (11.5).

1 – насос; 2 – переливной клапан; 3 – гидрораспределитель;

4 – гидроцилиндр; 5 – гидродроссель; 6 – бак

 

Рисунок 11.2 – Схема гидропривода с последовательным включением дросселя (а); регулировочная (б) и нагрузочная (в) характеристики

 

Следует отметить, что гидропривод с гидродросселем 5 на входе в гидроцилиндр 4 (см. рисунок 11.2а), как и гидропривод с параллельным включением гидродросселя, допускает регулирование скорости выходного звена только при нагрузке, направленной против движения. При помогающей нагрузке может произойти отрыв поршня от рабочей жидкости в гидроцилиндре. Поэтому в гидроприводах, работающих в условиях знакопеременной нагрузки, для обеспечения надежного регулирования скорости выходного звена рекомендуется установка гидродросселя на выходе из гидродвигателя. В этом случае уравнение (11.4) также справедливо.

Кроме того, регулирование гидропривода может осуществляться изменением скорости вращения вала электродвигателя (или иного двигателя), приводящего в действие насос.

 

В любом случае при регулировании гидропривода реализуется его основная функция – изменение скорости движения выходного звена гидродвигателя, а стало быть, и рабочего органа какой-либо машины, какого-либо механизма.

Гидродвигателем называется гидромашина, преобразующая энергию потока жидкости в механическую энергию движения выход-ного звена (рабочего органа). Гидродвигатель, преобразующий энергию жидкости в механическую энергию возвратно-поступатель-ного движения выходного звена, называется силовым гидроцилиндром. На рисунках 11.3 и 11.4 приведены схемы простейших конструктивных форм силовых гидроцилиндров двух типов: двустороннего и одностороннего действия.

 

а – с односторонним штоком, б – с двусторонним;

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток

 

Рисунок 11.3 – Схемы гидроцилиндров двустороннего действия:

 

1 – плунжер; 2 – пружина

 

Рисунок 11.4 – Схема силового гидроцилиндра

одностороннего действия

 

Конструкции цилиндров, показанные на рисунке 11.3, включен-ные в гидросистему по схеме а), обеспечивают большое усилие при рабочем ходе (слева направо) и высокую скорость движения поршня и штока при обратном ходе (справа налево). Рабочий ход совершается при подаче жидкости от источника в левую полость цилиндра. При этом жидкость вытесняется поршнем из правой полости в приемный резервуар (гидробак). При обратном ходе жидкость с тем же расходом подается в правую полость и вытесняется поршнем из левой. Изменение направления движения поршня (реверс гидроцилиндра) осуществляется поворотом рабочего органа распределительного устройства из одного крайнего положения в другое.

Если необходимо получить при той же схеме включения цилиндра одинаковые усилия при постоянном давлении или одинаковую скорость при постоянном расходе жидкости, то применяются гидроцилиндры с ложным (двойным) штоком (см. рисунок 11.3б).

Поршень гидроцилиндра (см. рисунок 11.3а) одностороннего действия, выполненный в виде штока, совершает обратный ход посредством пружины или внешней нагрузки. Основным достоинством таких цилиндров является простота изготовления, так как отпадает необходимость в обработке внутренней поверхности цилиндра. Такие цилиндры применяются, когда необходимо реализовать небольшое усилие рабочего и обратного хода при небольшой его величине и сравнительно больших скоростях перемещения штока.

Основными параметрами цилиндров являются:

D – диаметр поршня (внутренний диаметр цилиндра), м;

S – рабочая площадь поршня, м2;

V – объем цилиндра, м3;

F – усилие, развиваемое поршнем, Н;

– скорость перемещения поршня, м/с;

L – ход поршня, штока, м.

Диаметр поршня без учета трения равен:

 

(11.6)

где – давление жидкости, т.е. разность давлений перед и за поршнем, другими словами – падение давления в гидроцилиндре, как в полезном местном сопротивлении, Па;

S – рабочая площадь поршня, м2 .

Рабочая площадь поршня равна:

– для цилиндра, показанного на рисунке 11.3а, при подаче жидкости в полость, противоположную штоку,

(11.7)

– для цилиндра, изображенного на рисунке 11.1.б

; (11.8)

– для цилиндра одностороннего действия (см. рисунок 11.3а)

. (11.9)

Скорость перемещения поршня без учета утечек жидкости через зазоры между поршнем, штоком и цилиндром равна

, (11.10)

где Q – расход жидкости в рабочую полость цилиндра, м3/с.

Максимально возможная величина усилия, развиваемого гидроцилиндром, равна

, (11.11)

где hм – механический КПД силового гидроцилиндра;

– усилие, развиваемое цилиндром без учета трения поршня и штока в цилиндре.

Величина hМ зависит от ряда факторов (материал, чистота обработки и состояние поверхностей трения штока, поршня, цилиндра, вид уплотнений зазоров и др.).

Фактическая скорость движения поршня и штока несколько ниже расчетной из-за утечек жидкости через зазоры и равна

, (11.12)

где h0 – объемный КПД гидроцилиндра.

Величина h0 зависит от перепада давлений жидкости, ее текучести, типа уплотнений и пр. Для современных конструкций гидроцилиндров значения механического и объемного КПД обычно равны: hМ = 0,85...0,97, hо = 0,98...0,99 [1].

Гидродвигатели, преобразующие энергию жидкости в механичес-кую энергию возвратно-поворотного движения выходного звена, называются моментными гидроцилиндрами.

На рисунке 11.5 приведены схемы основных конструктивных форм моментных гидроцилиндров двух типов: однопластинчатого (рисунок 11.5а) и двухпластинчатого (рисунок 11.5б). Моментные гидроцилиндры - практически безинерционные поворотные гидро-двигатели, обеспечивающие большие крутящие моменты силового звена (вала).

 

а – однопластинчатый, б – двухпластинчатый;

1 – корпус; 2 – ротор (вал); 3 – подвижная пластина; 4 –уплотнение;

5, 5/ – рабочие полости; 6 – каналы

 

Рисунок 11.5 – Схемы моментных гидроцилиндров

 

Например, трехпластинчатые цилиндры при давлении до 200 кгс/см2 обеспечивают крутящие моменты до 40 тс×м [1]. Угол поворота вала зависит от числа пластин. Наибольшие углы поворота (от 270 до 280°) обеспечивают однопластинчатые цилиндры. С увеличением числа пластин угол поворота уменьшается, а крутящий момент увели-чивается. Так как с увеличением числа пластин сокращается возмож-ный угол поворота вала, то цилиндры с числом пластин более трех применяются редко. Основной недостаток моментных гидроцилиндров заключается в трудности обеспечения герметичности рабочих полостей (камер), т.е. уплотнения зазоров между торцами пластин и внутренней поверхностью цилиндра.

Крутящий момент М, развиваемый цилиндром, угол поворота и угловая скорость поворота w вала являются основными параметрами моментных гидроцилиндров.

 

Величина крутящего момента и угловая скорость поворота без учета потерь на трение пластин и вала и утечек жидкости в цилиндре равны:

, (11.13)

, (11.14)

где b – ширина пластин, м;

z – число пластин;

D – внутренний диаметр цилиндра, м;

Dв – диаметр вала, м;

Dpд – разность давлений жидкости перед и за пластиной, другими словами – падение (перепад) давлений в гидроцилиндре как в полезном местном сопротивлении.

Максимально возможная величина крутящего момента, развивае-мого цилиндром, равна

, (11.15)

где hМ – механический КПД моментного гидроцилиндра.

Величина hМ зависит от материала и состояния поверхностей трения (торцов пластин, поверхности вала и цилиндра), вида уплотнений зазоров и др.

Фактическая скорость поворота вала несколько ниже расчетной из-за утечек жидкости через зазоры и равна:

, (11.16)

где h0 – объемный КПД моментного гидроцилиндра.

Величина h0 зависит от перепада давлений жидкости, ее текучести и типа уплотнений.

 






Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 566. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.094 сек.) русская версия | украинская версия