ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

 

 

По дисциплине: Гидропривод.

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Определение механической характеристики гидропривода при регулировании дросселем, установленным последовательно

 

Выполнил: студент гр. ГМ 09-1 ______________ / Губейдулин С.А /

^{(подпись)} / Коваленко В.А. /

^(Ф.И.О.)

 

 

ОЦЕНКА: _____________

 

Дата: __________________

 

ПРОВЕРИЛ:

 

Руководитель: ассистент ____________ / Авксентьев С.Ю. /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

 

 

 

Санкт-Петербург

2012 год.

Цель работы: ознакомиться с работой объемного гидромотора при различных фиксированных положениях дросселя, параллельно установленных в магистрали гидропривода. Построить его механическую характеристику.

 

Краткие теоретические сведения:Механической характеристикой называют зависимость угловой скорости , или скорости вращения вала от момента, приложенного к валу двигателя.

Механическая характеристика двигателя зависит от постоянного параметра: подводимой к нему энергии. Поскольку параметры механической характеристики гидромотора зависят от давления и расхода, при опытном определении одного из параметров другой оставляют постоянным.

В системах гидропривода обычно предусматриваются различные системы, обеспечивающие регулирование потока жидкости, подаваемой в гидромотор. Одним из таких устройств является регулируемый дроссель, который устанавливается в магистрали между насосом и гидромотором. При этом возможно три варианта установки дросселя:

1) Последовательное на напорной магистрали между насосом и гидромотором

2) Последовательное на сливной магистрали гидромотора

3) Параллельное на обводной линии, соединяющей напорную и сливную линию гидропривода.

В первых двух вариантах установки эффект достигается лишь при наличии в напорной магистрали переливного клапана, обеспечивающего сброс излишков рабочей жидкости в бак. Сброс происходит при давлении в магистрали, равном давлению его настройки p_0.

 

Сводная таблица результатов эксперимента

Положение дросселя	qM	U(B)	I(A)	Nэ	M		MВ		PН.О Па	Mmax	Nc
					1,9	7,23	9,21
					1,96	7,23	9,20
					1,31	7,21	8,52
					6,39	7,36	13,75
					6,21	7,36	13,58
					5,11	7,32	12,43
					10,81	7,53	18,35
					10,82	7,53	18,36
					8,16	7,43	15,59

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Любой гидропривод в общем случае включает в себя следую­щие элементы: источник гидравлической энергии (насос); преоб­разователь энергии давления жидкости в механическую работу (гидродвигатель); направляющую и регулирующую аппаратуру; контролирующие устройства, предназначенные для измерения параметров работы звеньев системы и рабочей жидкости; вспо­могательные устройства.

В лабораторной работе рассматриваются некоторые наиболее важные элементы гидроприводов, входящие в группу регули­рующей и направляющей аппаратуры.

 

1. РЕГУЛИРУЮЩАЯ ГИДРОАППАРАТУРА

2.

Регулирующая гидроаппаратура изменяет давление или расход потока жидкости путем частичного или полного открытия рабо­чего проходного сечения. К таким аппаратам относятся различные клапаны давления, ограничивающие, поддерживающие или регулирующие давление в гидросистеме, дроссели и регуляторы потока, а также дросселирующие распределители.

1.1. ГИДРОКЛАПАНЫ ДАВЛЕНИЯ

По характеру регулирования клапаны давления подразделя­ются на напорные, редукционные и клапаны разности давления.

По воздействию потока на запорно-регулирующий элемент гидроклапаны бывают прямого действия и непрямого действия (рис.1).

 

а) б)

 

……………….

……………….

 

в)

Рис. 1. Принципиальные схемы напорных гидроклапанов прямого и непрямого действия и их условное обозначение на схемах.

По функциям, которые напорные клапаны выполняют в гидросистеме, они могут обеспечивать 3 режима работы (см. рис.2):

- предохранение системы от перегрузки (рис.2а);

- поддержание постоянного давления в системе (рис.2б);

- дистанционное управление работой клапана, и как следствие, давлением в системе (2в).

		v
		F
		v

 

R

R

Pсл≈0

Pсл≈0

QКЛ

PН=const

QН

Qдр

 

Qдр

 

Рис.2.Примеры схем, иллюстрирующих работу напорных клапанов в различных режимах.

1.1.1. Напорные гидроклапаны прямого действия. Схема напорного клапана прямого действия, подключённого в варианте его установки на входе в гидросистему, показана на рис.1,а. Дав­ление масла Р_н на входе в напорный клапан подводится под ниж­ний горец золотника 1 через демпферное отверстие 2. Сверху на золотник 1 действует усилие R_пр пружины 3, которое можно ре­гулировать винтом 4.

В режиме предохранения от перегрузки золотник 1 находится в нижнем положении и перекрывает щель Х_зoл. Давление Р_н в на­порной линии устанавливается в соответствии с нагрузкой на гидродвигателе и гидравлическими потерями в гидросистеме. Если давление возрастает, например в аварийной ситуации, и достигает значения, на которое настроен аппарат, золотник, пре­одолевая предварительно настроенное усилие пружины, поднимается, приоткрывает щель и пропускает масло на слив, ограничивая дальнейшее возрастание давления.

В режиме поддержания постоянного давления (переливном) золотник всегда находится в равновесном состоянии под дейст­вием пружины сверху и давления снизу, а щель открыта на неко­торую величину, зависящую от проходящего через нее расхода. Такая ситуация (рис.2б) возникает при подключении в систему дросселя, когда весь расход насоса пройти через дроссель не может, давление до дросселя повышается, открывает щель напорного клапана и «лишний» расход сливается через неё в бак. Если давление Р _н стремится уменьшиться или увеличиться, то золотник перемещается, соот­ветственно уменьшая или увеличивая величину щели.

Давление Р _н в установившемся режиме работы при постоян­ном расходе через клапан может быть определено из условия равновесия золотника.

 

Р_{н *} f _зол = R _пр или Р _н = ^_________ (1)

 

 

где R _пр - усилие пружины; f _зол - площадь нижнего торца золот­ника.

Различную величину давления в напорной линии P_н можно настраивать, изменяя усилие пружины R_пр. регулирующим винтом.

Если же расход через клапан изменится, то стремящееся измениться давление сместит золотник и он займет новое равновесное состояние. Усилие пружины при этом изменится на некоторую величину ∆R _пр.

Изменение давления, на которое клапан был настроен при первоначальном расходе, равно

, (2)

где с- жесткость пружины; ∆Xзол - величина изменения щели от первоначального положения.

 

 

Таким образом, напорный клапан прямого действия в пере­ливном режиме при изменении расхода поддерживает заданное давление с некоторой погрешностью, пропорциональной жестко­сти пружины.

В режиме дистанционного управления внутренняя линия с демпферным отверстием 2 (рис.1,а) может быть отключена, а давление под нижний торец золотника подаётся по внешней линии дистанционного управления. Например (рис.2,в), если в гидросистеме нужно открывать или перекрывать какую-либо линию, то давление под нижний торец может быть подано (линия открыта) или снято (линия закрыта).

Для машиностроения специализирован­ными отечественными заводами выпускаются напорные клапаны прямого действия моделей Г54 (напорные золотники) и Г66 (на­порные золотники с обратными клапанами) различных конструк­тивных исполнений по присоединению, расходу (условному про­ходу) и давлению. Различные исполнения аппаратов по давлению отличаются размерами (жесткостью) пружин, а по расходу - диа­метрами условных проходов Д _у (проходных сечений) и диамет­рами золотников.

 

 

1.1.2. Напорные гидроклапаны непрямого действия. Такие аппараты выполняют те же функции, что и предыдущие, однако являются значительно более сложными по конструкции и применяются, когда необходимо обеспечить более точную стабилизацию давления в переливном режиме (рис.2,б).

Аппа­рат (рис. 1, б) состоит из двух клапанов: шарикового 1 и золотни­кового 4. Шариковый является вспомогательным, а золотниковый - основным.

В режиме предохранения от перегрузки, когда давление в напорной линии системы Р _н не достигло заданного (как правило, аварийного) значения, шари­ковый клапан закрыт, давление в полостях А, B и C одинаково и равно давлению Р _н. Так как сумма нижних площадей золотника в полостях а и в равна верхней площади в полости С, то золотник 4 под действием пружины 3 находится в нижнем положении и пе­рекрывает щель Х _зол. Когда давление достигает настроенной ве­личины, шариковый клапан открывается и масло через него не­большим потоком пропускается на слив. При появлении потока через дроссель 5 (рис.1,б) давление в полости С уменьшается и далее остаётся постоянным с большой степенью точности, так как деформации пружины 2 малы, усилие её меняется незначительно и это практически не влияет на изменение давления Р _с. Золотник под действием давления Р _н в полостях А и В перемещается вверх, щель Х _зол приоткрывается и жидкость из напорной линии пропускается на слив. Таким образом, давление не превышает заданное и клапан предохраняет систему от перегрузки.

В переливном режиме через шариковый клапан постоянно проходит поток масла, щель Х _зол устанавливается на определен­ном уровне и меняется в зависимости от изменения потока. Как и в клапанах прямого действия, золотник, занимая различные рав­новесные положения, изменяет сопротивление дросселирующей щели и поддерживает давление Р_н постоянным.

Давление Р _н может быть определенно из условия равновесия золотника

 

Р_н (f_a + f_b) = P_c f_c + R_пр.зол., откуда

 

(3)

Различную величину давления Р _н можно настраивать, изменяя давление Р _с, путем регулирования усилия пружины 2.

Так как усилие пружины 2 меняется незначительно и давление Р _с с большой степенью точности можно считать посто­янным, таким образом, изменение настроенного давления при изменении расхода через клапан будет зависеть от изменения усилия пружины 3 и площади золотника и определяется, как и для напорного клапана прямого действия, по формуле (1). Пружина меньшей жесткости позволяет клапану непрямого действия стабилизировать давление значительно более точно по сравне­нию с клапаном прямого действия.

В режиме дистанционного управления (на рис.2 этот пример не показан)линия управления подаётся в полость С с целью принудительного изменения давления Р _с и, соответственно, давления Р _н. Например, если принудительно соединить полость С со сливом, то золотник 4 поднимется в крайнее верхнее положение и весь расход насоса будет уходить на слив, снижая давление Р _н практически до нуля. В гидроприводе такая процедура называется разгрузкой системы от давления и часто применяется для остановки гидродвигателя без отключения насоса.

В машиностроении применяется два типа напорных клапанов не­прямого действия: Г52 и клапан по ГОСТ 21148-75 разных типо­размеров.

 

1.1.3. Редукционные гидроклапаны непрямого действия. Основное назначение редукционных клапанов в машиностроении заключается в понижении основного (высокого) давления до более низкого, которое требуется для питания какого-либо участка гидросистемы. В машиностроительном гидроприводе применяются редукционные клапаны типа Г57 и клапаны по ГОСТ 21129-75, которые в значительной степени подобны по конструкции описанным выше напорным гидроклапанам непрямого действия.

Рис. 3. Принципиальная схема редукционного клапана

В нерабочем состоянии шариковый клапан 2 (рис.3) закрыт, давление в полостях A, B, C одинаково, а золотник 4 под действием пружины 3 находится в крайнем нижнем положении. Так как при этом щель X_зол полностью открыта, то давление Р₁ на входе и Р₂ на выходе клапана равны между собой.

При достижении давления Р₂ требуемого значения, шариковый клапан 2 приоткрывается т по линии Р₂ через дроссель 5, полость С, шариковый клапан 2 и слив появляется поток жидкости. При этом на дросселе 5 падает давление, Р_с уменьшается и под действием более высокого давления в полостях А и B золотник 4 приподнимается, образуя дросселирующую щель X_зол и приводя клапан в рабочее состояние.

В рабочем состоянии золотник 4 находится в равно­весии и дросселирует поток жидкости, проходящий через клапан, вследствие чего давление на выходе Р₂ всегда ниже давления на входе P₁. Жидкость в небольшом количестве постоянно поступает из полости с через шариковый вспомогательный клапан 2 в линию слива. При этом давление в полости с поддерживается постоян­ным и будет ниже давления Р₂ в полостях А и B из-за потерь давления на дросселе 5. Разность этих давлений определяется усилием пружины 3 (см. описание работы клапана в переливном режиме в п.1.1.2).

Изменение редуцированного давления Р₂ вызывает осевое перемещение золотника в направлении уменьшения ошибки. Так, при повышении Р₂ золотник 4 поднимается вверх, уменьшая дросселирующую щель. При понижении Р₂ золотник под действием пружины 3 опускается вниз - дросселирование потока уменьшается. Изменение давления Р₂ будет пропорционально изменению усилия пружины 3 и, таким образом, клапан автома­тически поддерживает редуцированное давление практически постоянным.

Требуемая величина редуцированного давления настраивает­ся изменением усилия пружины 1.

 

1.2. ГИДРОДРОССЕЛИ

 

Гидродроссель - это аппарат управления расходом путем соз­дания сопротивления потоку

рабочей жидкости.

Различают регулируемые дроссели, у которых площадь про- ходного сечения может изменяться, и нерегулируемые дроссели с постоянной площадью проходного сечения.

Нерегулируемые дроссели чаще всего выполняются в виде трубки или отверстия малого сечения и обычно применяются в качестве демпфера, гасящего колебания давления.

Среди регулируемых дросселей наибольшее распространение в технологических машинах получили дроссели щелевого типа (рис. 4,а), с винтовой канавкой (рис. 4,б) и с фасонным отвер­стием (рис. 4, в).

Основной характеристикой дросселя является зависимость расхода через него от площади проходного сечения и перепада давления

 

] , (4)

.

где Q - расход через дроссель; μ - коэффициент расхода, завися­щий от формы проходного сечения; f_др - площадь проходного сечения дросселя; g - ускорение свободного падения; у - удель­ный вес жидкости; Р₁, Р₂ - давление, соответственно до и после дросселя.

Применяемые в машиностроении дроссели типа Г77 имеют различные исполнения по диаметру условного прохода (расходу), номинальному давлению и присоединению.

 

Рис. 4. Схемы дросселей различного типа

 

 

2. НАПРАВЛЯЮЩАЯ ГИДРОАППАРАТУРА

Направляющие гидроаппараты изменяют направление потока жидкости путем полного открытия или закрытия рабочего про­ходного сечения. К этой группе аппаратов относятся гидро­распределители и обратные клапаны.

Обратные клапаны практически свободно пропускают поток жидкости в одном направлении и запирают его в противополож­ном направлении.

Гидрораспределители предназначены для изменения направ­ления или пуска и остановки потока рабочей жидкости в двух или более линиях в зависимости от наличия внешнего направляюще­го воздействия.

Распределители классифицируются по следующим признакам:

• по типу запорно-регулирующего элемента - золотниковые (с осевым движением) и крановые (с поворотным движением);

• по числу фиксированных положений - двух- и трехпозиционные;

• по числу гидролиний (каналов) - двух-, трех-, четырех- и пятилинейные;

• по типу управления - с ручным, механическим, электро­магнитным, гидравлическим, электрогидравлическим и пневма­тическим управлением;

• по гидросхемам - с различным соединением гидролиний в рабочих позициях или в момент переключения;

• по виду присоединения - резьбового и стыкового испол­нения;

• по диаметру условного прохода (номинальному расходу) и номинальному давлению;

Распределители различных типоразмеров выпускаются серий­но специализированными заводами. В обозначении каждого ти­поразмера зашифрованы указанные выше признаки. Описание конструкции, основные параметры и схемы расшифровки обо­значений распределителей приводятся в соответствующих руко­водящих материалах и справочной литературе [3].

Наибольшее применение в машиностроительном гидроприводе получили золотниковые распределители (рис. 5). В левом положении зо­лотника, показанном на рис. 5, поток жидкости Q из напорной линии Р по линии А поступает в штоковую полость цилиндра, а из поршневой полости вытесняется через линию В и распредели­тель в сливную линию Т. При перемещении золотника в правую позицию поток жидкости и движение поршня реверсируются. Трехпозиционные распределители имеют дополнительно средние (нейтральные) позиции, которые отличаются различным соеди­нением линии Р, Т, А и В. Вариант соединений линий зашифро­вывается номером гидросхемы в обозначении распределителя.

 

 

Рис. 5. Схема золотникового распределителя

 

Условные графические обозначения распределителей по ГОСТ 2.781-68 строятся из прямоугольников, разбитых на квад­раты, число которых равно числу позиций распределителя. На­правление потоков жидкости по каналам распределителя в каж­дой позиции показывается стрелками. Внешние гидролинии под­водят в исходной позиции. Для того чтобы представить действие распределителя в другой рабочей позиции, необходимо мысленно передвинуть соответствующий квадрат на место исходной пози­ции, оставив на месте исходные линии.

На рис.6 приведены условные графические обозначе­ния некоторых типов распределителей.

 

Рис. 6. Условные графические обозначения распределителей: а - четырехлинейный (четырехходовый) трехпозиционный с ручным управлением и с соединением нагнетательной линии и обоих отводов на слив при среднем положении золотника; б - четырехлинейный двухпозиционный с управлением от электромагнита и пружинным возвратом; в - пятилинейный двухпозиционный с гидравлическим управле­нием, с дроссельным регулированием времени срабатывания, с запертыми линиями в момент переключения; г - трехлинейный двухпозиционный с механическим управлением от кулачка и пружинным возвратом; д - четырехлинейный трехпозиционный с управлени­ем от двух электромагнитов, с соединением нагнетательной и сливной линии и запертыми отводами при среднем положении золотника; е - четырехлинейный трехпозиционный с управлением от одного вспомогательного распределителя, управляемого основным пото­ком, с регулированием времени срабатывания, с запертыми отводами, нагнетательной линией и сливом при среднем положении золотника

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией каж­дого аппарата.

2. Снять необходимые для выполнения расчетов и эскизов размеры.

3. Для напорных клапанов рассчитать изменение давления настройки /\Р_н по формуле (I). Величину изменения щели золотника ∆Хзол принять равной 3мм (0,3 см), что, несмотря на учебный характер расчёта, часто соответствует работе клапанов в реальных условиях. Жесткость пружины клапана прямого действия с= 6 _*10⁴ Н/м, непрямого дей­ствия - с= 5*10³ Н/м.

4. Для редукционного клапана выполнить рабочий эскиз зо­лотника в разрезе.

5. Для дросселя рассчитать расход через него по формуле (4), приняв:

μ = 0,65; g = 9,81 м/с²; γ = 9_*10³ н/м³; ∆Р_др = Р₁ - Р₂ (зада­ется преподавателем); , где d - диаметр втулки дрос­селя (рис. 4,а); b - ширина кольцевой щели; φ - угол поворота втулки (задается преподавателем).

6. Для распределителя выполнить конструктивный разрез пары «корпус-золотник» (по типу рис.5) и определить тип распределителя по числу гидролиний и позиций.

7. Для всех аппаратов выполнить условное графическое обозначение по ГОСТ 2.781-68.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

 

1. Назначение и принцип работы изучаемых аппаратов.

2. Почему напорный клапан непрямого действия поддержи­вает настроенное давление с большей точностью, чем клапан прямого действия?

3. Будет ли изменяться редуцируемое давление при измене­нии давления Р₁ на входе редукционного клапана и почему?

4. От каких параметров зависит расход через дроссель?

5. Классификация гидрораспределителей.

 

Литература:[ 1, 3, 4 ].