Работа 2. 5. ИСПЫТАНИЯ ГИДРОПРИВОДА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ДРОССЕЛЬНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
Дроссельное регулирование осуществляется путем изменения гидравлического сопротивления гидросети дросселем, в результате чего только часть жидкости, подаваемой насосом, поступает к гидродвигателю. Этот способ регулирования позволяет иметь простые нерегулируемые насос и гидродвигатель, однако является неэкономичным, поскольку имеет низкий КПД (0, 3¸ 0, 4) и, кроме того, создает трудности при отводе значительного количества тепла, выделяющегося при дросселировании. В связи с этим дроссельное регулирование применяется при небольших мощностях, при кратковременном режиме работы, или, когда другой способ регулирования практически невозможен. Например, если в гидроприводе один насос или несколько параллельно работающих гидродвигателей с различными нагрузками. Дроссельный способ регулирования может быть: а) с постоянным давлением насоса (независимо от нагрузки), равным давлению настройки переливного клапана рн=рн∙ к=const; б) с переменным давлением насоса, зависящим от нагрузки. В первом случае дроссель устанавливается последовательно гидродвигателю (на входе или на выходе из него), во втором—параллельно ему. При рассмотрении дроссельного регулирования примем потери напора по длине и местные (за исключением потерь в дросселе), равными нулю. Гидроприводы с дроссельным регулированием обычно являются гидроприводами с разомкнутой циркуляцией жидкости. В состав гидропривода с дроссельным регулированием, кроме гидропередачи (нерегулируемые насос и гидродвигатель, гидролинии) могут входить: предохранительный (переливной) клапан, дроссель, регулятор потока, распределитель и т. д., которые являются специфическими элементами, влияющими на характеристики гидропривода. Для лучшего уяснения их роли рассмотрим их работу и свойства. Клапан — устройство, в котором величина открытия проходного сечения изменяется под воздействием проходящего через него потока рабочей жидкости. У клапана прямого действия величина открытия проходного сечения изменяется в результате непосредственного воздействия потока рабочей жидкости на клапан, а у клапана непрямого действия—в результате воздействия потока рабочей жидкости на вспомогательный клапан. Предохранительный клапан применяется для защиты гидропривода от превышения давления над установленным. Включается он в напорную гидролинию и находится в закрытом положении; в случае превышения установленного давления клапан открывается для слива части жидкости, а при восстановлении давления—закрывается. Принципиальная схема предохранительного клапана прямого действия шарикового типа показана на рис. 2.20 а, а его условное изображение—на рис. 2. 20 в. Шариковый клапан обеспечивает надежную работу до давления 5 МПа, для более высоких давлений применяются конусные или плунжерные клапаны, которые обладают лучшими уплотняющими свойствами. На рис. 2.20 б приведена характеристика клапана — зависимость расхода через клапан Qкл от давления т. е. Qкл= f(р). Из характеристики следует, что при увеличении расхода через клапан давление за ним увеличивается за счет поджатия Рис. 2. 20. Схемы клапанов и их характеристики. пружины, необходимого для пропуска большего количества жидкости. Клапан непрямого действия (см. рис. 2. 62 г) состоит из двух клапанов— основного 3 и вспомогательного 8. В закрытом состоянии плунжер 7 гидравлически уравновешен и опущен вниз силой пружины 2. Вспомогательный клапан 8 настраивается на открытие при: заданном давлении Рн∙ к и пропускает малый расход q. Поскольку в дросселе 4 теряется часть давления, за клапаном оно становится ниже, что и заставляет основной клапан подняться и пропустить жидкость. Можно подобрать размеры дросселя и вспомогательного клапана такими, которые обеспечат практически постоянное давление за клапаном (рис. 2.62 д).
Рис.2.21. Клапан непрямого действия На рис. 2.21 приведен клапан непрямого действия типа Г52—1 (клапан предохранительный с переливным золотником), который состоит из основного клапана 5 с пружиной 4 и вспомогательного 2 с пружиной 1, настроенной на необходимое давление рнк. В качестве дросселя служит отверстие В. Принцип действия клапана аналогичен принципу для схемы на рис. 2.20 г. Наличие предохранительного клапана в напорной гидролинии ломает (изменяет) напорную характеристику объемного насоса (см. рис. 2.7). Переливной клапан предназначен для поддержания заданного давления путем непрерывного слива части рабочей жидкости во время работы.
Рис. 2.22. Схема редукционного клапана. Редукционный клапан предназначен для поддержания давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости более низкого, чем давление в подводимом потоке. На рис. 2.22 приведены схема и условное обозначение редукционного клапана. Рабочим элементом клапана служит плунжер 3 с дросселирующей головкой 5 и поршеньком 2, помещенным в корпусе 1. Плунжер под. действием пружины 7 постоянно удерживается в открытом положении, обеспечивая движение жидкости из полости 4 с давлением рн в полость 6 с давлением pред < pн. Клапан будет закрыт, если сила пружины Fпр будет меньше силы давления pред ∙ fп , т. е.Fпр> pред∙ fп. открыт, если Fпр> pред ∙ fп . Дроссель —это регулирующее устройство, предназначенное для ограничения подачи жидкости к исполнительному органу (гидроцилиндру, гидромотору) с целью регулирования скорости его движения. Дроссели бывают с линейной и нелинейной характеристиками расхода. В линейных дросселях потери давления пропорциональны расходу в первой степени, а в нелинейных—во второй.
Рис. 2.23. Схемы дросселей.
На рис. 2.23 а…г показаны дроссели: линейный (см. рис. 2.23 а), нелинейные (см. рис. 2.65 б, в, г). Расход через дроссель Одр определяется по формуле: где μ др—коэффициент расхода дросселя (0, 6—0, 7); fдр—площадь проходного сечения дросселя; Δ pдр—перепад давления на дросселе; p—плотность жидкости. Из выражения (2.44) видно, что расход жидкости через дроссель зависит от перепада давления Δ pдр и, поскольку в процессе работы величина Δ pдр изменяется с изменением нагрузки на исполнительном. органе, изменяется и расход жидкости. Следовательно дроссель не обеспечивает постоянства расхода. Регулятор потока —это регулирующее устройство, предназначенное для поддержания заданной величины расхода вне зависимости от величины перепада давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости (рис.2.24). Регулятор потока состоит из дросселя 2 и редукционного клапана 1, помещенных в одном корпусе. Необходимый расход обеспечивается дросселем, а постоянство перепада давления Δ pдр—редукционным клапаном.
Рис 2.24 Регулятор потока Распределитель —это устройство, предназначенное для направления потока рабочей жидкости в ту или иную гидролинию с целью изменения направления движения исполнительного органа. По числу фиксированных позиций рабочего органа различают двух-, трех-, и многопозиционные, а по числу внешних линий—двух-, трех-, четырех- я многолинейные распределители. При изображении распределителей на схемах число позиций изображается квадратами, каналы—линиями со стрелками, показывающими направление потоков в каждой позиции, места соединений отмечены точкой, а перекрытие канала—знаком «Т». На рис. 2.25 а, б, в, г даны условные изображения: четырехлинейного трехпозиционного распределителя (а—исходная позиция; б—в левой рабочей позиции; в—в правой рабочей позиции); г—распределителя непрерывного действия (дросселирующего распределителя).
Рис. 2.25. Схемы распределителей. По конструктивному исполнению распределители делятся на золотниковые, крановые и клапанные. Наибольшее распространение получили цилиндрические золотниковые распределители, схема работы одного из них (четырехлинейного трехпозиционного) приведена Рис.2.26. Золотниковый распределитель с ручным управлением.
на рис.2.25 е. Рабочим элементом является цилиндрический золотник 1 с кольцевыми выточками, перемещающийся в корпусе 2. Показанный на рисунке золотник смещается с исходной позиции в правую рабочую позицию на величину щели X; при этом жидкость поступает в штоковую полость гндроцилиндра 7 по каналам 4 и 8 и вытесняется из поршневой полости по каналам 6 и 5. При перемещении золотника в левую рабочую позицию жидкость в цилиндр будет поступать по каналам 4 и 6 и вытесняться из него по 8 и 3. Управление распределителем может быть: ручным, электрическим, гидравлическим и электрогидравлическим. На рис. 2.26 показана конструкция золотникового распределителя с ручным управлением.
Расход жидкости Qдр через золотниковый дросселирующий распределитель (см. рис. 2.25 г) можно определить по формуле: где μ др—коэффициент расхода дросселпрующсго распределителя;, х—величина открытия щели: Δ pдр—перепад давлений на распределителе; Д—диаметр золотника. Золотниковые распределители просты в изготовлении, надежны в работе, легко управляемы, однако в процессе эксплуатации происходит износ поверхности трущейся пары (золотник и корпус), что приводит к увеличению утечек. Значительно большей герметичностью обладают клапанные распределители. Гидропривод поступательного движения с постоянным давлением насоса (с дросселем на входе в гидроцилиндр)—рис. 2.27 а, включает в себя: нерегулируемый насос 1, гидроцилиндр 6, гидролинию 4, систему управления, состоящую из распределителя 5, регулируемого дросселя 3, предохранительных клапанов 2 и 8, а также фильтр 7 и гидробак 9. Такой гидропривод применяют, когда направление действия нагрузки не совпадает с направлением движения выходного звена (в днном
случае штока). Среднюю скорость штока (поршня) v определяют по формуле:
где Qдр—расход через дроссель, равный расходу гидроцилиндра;
pнк—давление настройки предохранительного (переливного) клапана; Р — нагрузка на шток гидроцилиндра; Fn—площадь поршня; uдр= fдр/fдрmах -параметр дросселирования. Здесь fдр, fдрmax —площади проходного сечения дросселя (текущая и максимальная).
Рис. 2.27. Схемы гидропривода с дроссельным регулированием. Если гидропривод вращательного движения, вместо средней скорости
v определяют частоту вращения гидромотора nм по формуле:
где qм—рабочий объем гидромотора; Δ pдр= рн∙ к –(M / kм ), М—момент на гидромоторе; kм=1/2π ∙ qм - коэффициент момента. Гидропривод поступательного движения с постоянным давлением насоса (с дросселем на выходе из гидроцилиндра) допускает регулирование скорости гидродвигателя при знакопеременной нагрузке, так как при любом направлении действия силы Р изменению скорости препятствует сопротивление дросселя, через который рабочая жидкость поступает из штоковой полости гидроцилиндра на слив. Скорость штока в этом случае определяется по формуле (2. 46), где Δ рдр=рш∙ n- рсл (здесь рсл —давление в сливной гидролинии). Давление в штоковой полости рш.n. определяется из условия равновесия поршня рн∙ к∙ Fn=Р+рш∙ n ∙ Fш∙ n и равно Рш∙ n=pн. к Fn -P / Fш. n (при рсл=0). В случае двухштокового гидроцилиндра ∆ рдр определяется по формуле (2.47).В случае применения дросселирующего распределителя (см. рис. 2.67г) скорость штока определяется по выражению:
где fдр max= π DXmax; uдр= X / Xmax; D, X, Хmах- диаметр, ход и макси-мальный ход плунжера дросселирующего распределителя. Дросселирующий распределитель можно рассматривать как два дросселя, установленных на входе и выходе. Зависимость от нагрузки в этом случае меньше, чем в рассмотренных выше случаях. Мощность N, потребляемая насосом, во всех рассмотренных случаях остается постоянной и не зависит от нагрузки, поскольку давление и подача насоса остаются постоянными (рн= pн.к= соnst; Q= const). В случае гидропривода поступательного движения с переменным давлением насоса (при параллельном включении дросселя), рис. 2.27 в, рабочая жидкость, подаваемая насосом, распределяется на два потока. Один поток проходит к гидродвигателю 6, Другой — через дроссель 3 на слив. При этом скорость штока равна:
где Q—подача насоса;
Если гидропривод вращательного движения, вместо V определяют частоту вращения гидромотора по формуле:
Для рассматриваемого случая мощность, потребляемая насосом, уже зависит от нагрузки гидродвигателя, поэтому способ дроссельного регулирования с переменным давлением насоса более экономичный, чем с постоянным давлением, однако применять его можно только при несовпадении направлений действия нагрузки и движения выходного звена. Все рассмотренные случаи дроссельного регулирования не обеспечивают постоянства скорости выходного звена гидропривода при изменении нагрузки, поэтому применяются только в гидроприводах при мало изменяющейся нагрузке. Для обеспечения постоянства скорости (независимо от нагрузки) применяют регулятор потока (рис. 2.27 б), состоящий из регулируемого дросселя 3 и редукционного клапана 7. Необходимый расход обеспечивается дросселем, а его постоянство — редукционным клапаном, поддерживающим неизменный перепад давления на дросселе (Δ рдр=соnst). Основным достоинством дроссельного регулирования является простота конструкции и надежность в работе; основным недостатком—низкий КПД, обусловленный самим принципом дроссельного регулирования. Характеристиками гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием называют зависимости скорости выходного звена, КПД и мощности гидропривода от приложенной к нему нагрузки, т. е. зависимости: v= f(P); η = f(P); N= f(P) или nм= f(M); η = f(M); N= f(M) при постоянном расходе. На рис. 2.28 а, б приведены типичные формы кривых v= f(P) или nм= f(M) для гидропривода с дроссельным регулированием при постоянном (а) и переменном (б) давлении насоса. Эти кривые называют механическими характеристиками гидропривода.
Рис. 2.28. Механические характеристики гидропривода. Цель работы: 1. Изучить принцип действия и работу гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием.
Рис. 2.29. Схема установки для испытания гидропривода с дроссельным регулированием. 2. Освоить методику испытания гидропривода. 3. Получить характеристики гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием при постоянном и переменном давлении насоса. Описание установки. Установка (рис. 2.29) включает в себя гидропривод поступательного движения с дроссельным регулированием, устройство для создания нагрузки и контрольно-измерительную аппаратуру. Гидропривод поступательного движения с разомкнутой циркуляцией жидкости состоит из насоса 11, который может быть регулируемым и нерегулируемым, гидроцилиндра 1, всасывающей 15, напорной 8 и сливной 23 гидролиний, предохранительного (переливного) клапана 20, трехпозиционного распределителя золотникового типа с ручным управлением 6, дросселей: 4 (ДР. 1), 5 (ДР. 2), 22 (ДР. 3), фильтра 21, охладителя 19 и бака 16. Устройство для создания нагрузки 29, которое включает в себя гидроцилиндр нагрузки 28, дроссель 25 (ДР. Н), обратный клапан 26 и гидролинию 18. Контрольно-измерительная аппаратура: расходомер 24 (для замера подачи); манометры 10 и 9 (для измерения давления на входе рвх и выходе рвых из насоса 11); манометры 2 и 36 (для измерения давления на входе рц и выходе р из гидроцилиндра 1); манометры 3 и 2 (для измерения перепада давления на дросселе Др. 1); манометр 27 (для измерения давления нагрузки рнаг в гидроцилиндре 28); устройство 33, состоящее из включателя секундомера 31, секундомера 32, рычага 34 для приведения в действие включателя (для измерения скорости движения поршня 37 гидроцилиндра 1); балансирный электродвигатель 12 с рычагом 14, весы и тахометр 13 (для измерения мощности насоса); устройство 7 (для измерения перемещений плунжера распределителя 6); термометр 17 для измерения температуры рабочей жидкости. Работа установки. 1. Постоянное давление насоса рн=рн∙ к независимо от нагрузки. Дроссели Др. 1 и Др. 2 установлены последовательно гидроцилиндру, причем Др. 1 расположен на входе в гидроцилиндр. А. Дроссель Др. 2 открыт максимально, дроссель Др.3 закрыт. Работа установки зависит от положения трехпозиционного распределителя 6. Если распределитель находится в исходной позиции, как показано на рис. 2.25 а, то при включенном насосе жидкость будет поступать через предохранительный клапан на слив. Давление насоса рн равно давлению настройки предохранительного клапана рн=рн∙ к; подача насоса— максимальная. При смещении распределителя в левую рабочую позицию (рис. 2.25 б) и частичном открытии дросселя Др.1 (uдр> 0) жидкость по напорной линии 8 (через распределитель 6 и дроссель Др.1) поступает в гидроцилиндр 1 и перемещает поршень 37 влево. Из штоковой полости жидкость вытесняется в сливную гидролинию 23 через открытый дроссель Др. 2, распредитель 6, расходомер 24, фильтр 21, охладитель 19 в бак 16. Перемещение поршня 37 влево вызывает перемещение штока 35 и связанного с ним штока 30 и поршня нагрузочного гидроцилиндра 28, который вытесняет жидкость, находящуюся в поршневой полости. Изменением сопротивления дросселя нагрузки Др. н можно изменять давление на нем, а следовательно и нагрузку на поршень нагрузочного цилиндра 28 Pнаг=pнаг ∙ Fнаг, где рнаг—давление нагрузки, показываемое манометром 27. Для возвращения поршня 37 в исходное положение распредитель следует сместить в правую рабочую позицию (рис. 2.67 в). Жидкость от насоса по напорной гидролинии поступит к распределителю 6, затем через дроссель Др.2—в штоковую полость гидроцилиндра перемещает поршень вправо, который вытесняет жидкость из поршневой полости через дроссель Др. 1, распредитель 6, расходомер 24, фильтр и охладитель в бак. При этом поршень нагрузочного гидроцилиндра 28 перемещается вправо, вытеснив жидкость из штоковой полости в гидросеть, через обратный клапан 26 в поршневую полость. Недостающий объем жидкости в поршневой полости компенсируется поступлением её из бака под атмосферным давлением. Б. Дроссель Др. 1 открыт максимально, а дроссель Др. 3 закрыт. Работа установки аналогична предыдущей. 11. Переменное давление насоса рн=рд≠ соnst, зависящее от нагрузки. Дроссель Др. 3 установлен параллельно гидроцилиндру 1 (Дроссели Др. 1 и Др.2 открыты максимально). В этом случае жидкость после насоса разделяется на два потока. Один поток через распределитель поступает в гидроцилиндр 1 (полностью, если дроссель Др.3 закрыт, uдр=0 или, что то же, Qдр=0 или частично (Q-Qдр), Другой поток (Qдр) через дроссель Др. 3 и охладитель идет на слив, не выполнив никакой работы. Работа устройства 33 для замера скорости движения поршня заключается в следующем. Перемещаясь влево вместе со штоком 35, рычаг с роликом 34 набегает на планку включателя 31 и включает секундомер 32, а после схода ролика с планки — выключает его. За это время Т поршень пройдет путь 1, который заранее известен. Порядок выполнения работы: Для получения характеристик гидропривода необходимо: 1. Подготовить установку к работе, для чего установить: дроссель Др последовательно или параллельно гидроцилиндру, распределитель в исходную (нейтральную) позицию и максимальную площадь проходного сечения нагрузочного дросселя Др. н. 2. Включить установку и обеспечить температурный режим. 3. Установить заданное положение дросселя Uдр 4. Поставить секундомер в исходное положение, а нагрузочный дросель Др. н.— в положение, обеспечивающее нагрузку. 5. Установить распределитель в рабочую позицию, обеспечивающую поступление жидкости в поршневую полость. 6. Снять показания: манометра 27—рнаг; секундомера 32—Т; весов 14- G; тахометра 13 — nн; термометра 17 — t°C. Полученные данные записать в табл. 2.8. 7. Перевести распределитель в позицию, обеспечивающую возвращение поршня в исходное для работы положение. 8. Не изменяя положения дросселя Др. (α =Const), выполнить еще шесть — восемь опытов, изменяя в каждом нагрузку гидроцилиндра ступенями до максимального значения. 9. При необходимости получить характеристики при других значениях α повторить опыты, как указано в пунктах 3—8. 10. Выключить установку. 11. Вычислить следующие параметры, необходимые для построения характеристики гидропривода:
параметр регулирования где α, α mах — текущее и максимальное значения деления на шкале дросселя;
нагрузку на гидроцилиндр
где рнаг — давление нагрузки; Fнаг — площадь поршня нагрузочного гидроцилиндра; скорость поршня где l — путь поршня во время которого автоматически включен секундометр; Т—время прохождения поршнем расстояния l;
полезная мо щность гидропривода мощность гидропривода
КПД гидропривода
12. Результаты вычислений записать в табл. 2.8. Т а б л и ц а 2. 8
13. Построить по данным табл. 2.8 механические v= f(P) и энергетические η = f(P), N= f(P) характеристики гидропривода. Типичная форма характеристик для гидропривода поступательного движения с дросселем, установленным на входе в гидроцилиндр, приведена на рис. 2.30.
Рис. 2.30. Типичная форма характеристик гидропривода с дроссельным регулированием при постоянном давлении насоса. Основные контрольные вопросы 1. В чем заключается сущность дроссельного способа регулирования скорости выходного звена гидропривода? 2. Что входит в состав гидропривода с дроссельным регулирова- нием? 3. Для чего служат предохранительный и редукционный клапаны? 4. Что такое дроссель, чему равен расход через него? 5. Что такое регулятор потока и для чего он предназначен? 6. Для чего предназначен распределитель непрерывного действия, его условное обозначение на схемах, расход через него? 7. Как определить скорость выходного звена гидропривода с дроссельным регулированием при расположении дросселя последовательно и параллельно гидроцилиндру? 8. Назовите достоинства и недостатки гидропривода с дроссельным регулированием. 9. Что называется характеристикой гидропривода с дроссельным регулированием? Типичные формы характеристик. 10. Назовите и укажите на схеме установки основные ее узлы и объясните их назначение. 11. Как определить нагрузку на поршень и его скорость при испытаниях? 12. Как определить полезную мощность, мощность и КПД гидропривода? Литература к работе 2.5: 8, 9, 16, 22, 27, 37, 38, 41.
|
