Материал: Гидропневмопривод специальных технических систем. Учебное пособие. Бородкин В.В., Болдырев А.И

6.3. Объемное регулирование гидропривода.

В качестве регулируемых насосов и гидромоторов получили распространение роторно - поршневые и пластинчатые гидромашины. Введем в рассмотрение безразмерный параметр е регулирования гидромашины, равный отношению текущего значения рабочего объема V’_о к максимальному его значению V₀, т.е. .

Регулирование изменением рабочего объема насоса (рис. 6.1) заключается в плавном изменении спорости движения выходного звена гидродвигателя путем изменения параметра е_н. Минимальное его значение соответствует минимальному рабочему объему V'_он насоса и, следовательно, минимальной скорости выходного звена. Максимальная скорость последнего получается при е_н = 1, т.е. при . При закрытом предохранительном клапане скорость выходного звена гидропривода определяется размерами машин, их объемными КПД и изменяется пропорционально параметру регулирования е_н. При постоянном е_н и увеличении нагрузки на выходном звене гидродвигателя скорость этого звена несколько убывает из-за влияния утечек в насосе и гидродвигателе. Однако ввиду того что объемные КПД современных гидромашин достаточно высоки, это уменьшение скорости выходного звена невелико.

Мощность, развиваемая гидроприводом при постоянном давлении в системе возрастает при регулировании (увеличении рабочего объема) насоса. Скорость выходного звена при этом возрастает, а усилие на штоке гидроцилиндра или момент на валу гидромотора остаются постоянными (рис. 6.3, а).

Регулирование изменением рабочего объема гидромотора возможно лишь в гидроприводах вращательного движения. Если насос работает при постоянных частоте вращения и давлении, то регулирование гидропривода осуществляется при постоянной мощности насоса (рис. 6.3, б). Допускать слишком малые значения рабочего объема гидромотора при регулировании нельзя, так как при этом возникает сначала неустойчивая работа, а затем и самоторможение гидромотора. Чаще всего регулирование с помощью гидромотора применяется в системах, где регулируемым также является и насос.

а - регулирование насоса; б - регулирование гидромотора;

в - регулирование насоса и гидромотора

Рис. 6.3. Варианты объемного регулирования гидропривода

Регулирование изменением рабочих объёмов насоса и гидромотора (рис. 6.3, в) осуществляется с целью расширения диапазона регулирования гидропривода. Регулирование выполняется последовательно. Если требуется постепенно увеличить скорость вращения вала гидромотора n_гmax (например, при трогании с места и разгоне транспортного средства), то регулирование выполняется в следующем порядке:

1) насос устанавливают в положение нулевого рабочего объёма, а гидромотор - в положение максимального, приводящий двигатель выводят на заданную постоянную частоту вращения;

2) рабочий объём насоса постепенно увеличивают до максимума, вследствие чего скорость выходного звена возрастает до значения, соответствующего номинальной мощности привода;

3) увеличивают скорость выходного звена уменьшением рабочего объёма гидромотора до минимального значения, определяемого началом неустойчивой работы.

Первый этап разгона происходит при постоянном моменте М_г и возрастающей мощности привода. Для второго характерно уменьшение крутящего момента и постоянная мощность.

6.4. Дроссельное регулирование гидропривода.

Принцип дроссельного регулирования заключается в том, что часть подачи нерегулируемого насоса отводится через дроссель или клапан на слив, минуя гидродвигатель.

При дроссельном регулировании возможны два принципиально разных способа включения регулирующего дросселя: последовательно с гидродвигателем и параллельно гидродвигателю.

Последовательное включение регулирующего дросселя может быть осуществлено в трёх вариантах: дроссель включён на входе в гидродвигатель, на выходе из него и на входе и выходе одновременно (рис. 6.4).

а- дроссель на входе; б- дроссель на выходе;

в- дросселирование в распределителе на входе и выходе

Рис.6.4. Схема гидропривода с дроссельным регулированием

В схемах на рис. 6.4 насос 1 нерегулируемый, гидродвигатель-гидроцилиндр 2 с двусторонним штоком, распределитель 3 двухпозиционный на рис.6.4, а и б и трёхпозиционный на рис. 6.4, в. Клапан 4 в данном случае является переливным. Дросселем 5 (или дросселирующим распределителем на рис.6.4, в) можно регулировать скорость перемещения поршня.

При полном открытии дросселя скорость поршня получается максимальной. При уменьшении открытия давление перед дросселем повышается, клапан приоткрывается и пропускает часть подачи насоса. Скорость v_п поршня при этом уменьшается. При полном закрытии дросселя вся подача насоса направляется через клапан на слив в бак, а скорость поршня равна нулю. При постоянном открытии дросселя и увеличении преодолеваемой нагрузки, т.е. силы F, давление насоса возрастает, расход через клапан увеличивается, а скорость поршня уменьшается.

Нагрузочная характеристика гидропривода v_п = f (F) при одновременном дросселировании на входе и выходе такая же, как и при одном дросселе на входе или выходе. В отношении потерь давления и КПД, при регулировании последовательно включённым дросселем, безразлично, где производится дросселирование потока: на входе в гидродвигатель, на выходе или на входе и выходе одновременно. Однако дросселирование потока на выходе имеет свои преимущества. При этом гидродвигатель работает более устойчиво, особенно при знакопеременной нагрузке. Имеется возможность регулирования гидропривода при отрицательных нагрузках, т.е. при направлении преодолеваемой силы F в сторону перемещения поршня. Кроме того, при установке дросселя в сливной гидролинии тепло, выделяющееся при дросселировании потока жидкости, отводится в бак без нагрева гидродвигателя, как это имеет место в схеме с дросселем на входе. В результате гидродвигатель работает в более благоприятных условиях.

При дроссельном регулировании и любом случае включения дросселя полный КПД гидропривода определяется как потерями энергии в насосе и гидродвигателе, так и потерями, обусловленными процессом управления.

Схема дроссельного регулирования гидропривода при параллельном включении дросселя приведена на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Схема гидропривода с дроссельным регулированием

при параллельном включении дросселя

В точке М поток рабочей жидкости разветвляется: один поток через распределитель 2 направляется в гидроцилиндр 1, а другой - в регулирующий дроссель 3. Клапан 4 в данном случае является предохранительным. Он открывается лишь при чрезмерном повышении давления в системе. Скорость v_п выходного звена - штока гидроцилиндра - регулируется изменением степени открытия дросселя. Чем она меньше , тем большая доля подачи насоса направляется в гидроцилиндр и тем больше скорость v_п. При полном закрытии дросселя скорость v_п наибольшая. При полном открытии дросселя скорость поршня уменьшается до нуля или до минимального значения в зависимости от нагрузки F. При параллельном включении исключается возможность регулирования при направлении преодолеваемой силы вдоль штока в сторону его перемещения. КПД гидропривода при параллельном включении дросселя определяется так же, как и при последовательном включении.

6.5. Сравнение способов регулирования гидроприводов.

Сравнение различных способов регулирования гидропривода, рассмотренных выше: двух вариантов дроссельного и объёмного, целесообразно провести по трём показателям: по нагрузочным характеристикам, КПД и стоимости применяемых гидромашин и аппаратуры. На рис. 6.6 показаны нагрузочные кривые, т.е. зависимости скорости выходного звена от нагрузки на нём, построенные при постоянных значениях рабочих объёмов гидромашин при объёмном регулировании и неизменных степенях открытия регулирующих дросселей при дроссельном регулировании, а также при одинаковых значениях максимальной скорости и тормозящей нагрузки.

Рис. 6.6. Нагрузочные характеристики гидропривода

при регулировании

Наибольшей стабильностью обладает гидропривод с объёмным регулированием (кривая 1). Значительно хуже в этом отношении дроссельное регулирование с последовательным включением дросселя (кривая 2) и ещё хуже дроссельное регулирование с параллельным включением дросселя (кривая 3).

Наиболее высокий КПД гидропривода получается при объемном регулировании, ниже - при дроссельном с параллельным включением дросселя и еще ниже при дроссельном с последовательным включением дросселя.

Следовательно, по двум важнейшим показателям - нагрузочным характеристикам и КПД - лучшие качества имеет гидропривод с объемным регулированием. Однако при выборе способа регулирования гидропривода необходимо учитывать еще экономические показатели. Регулируемые гидромашины - насосы и гидромоторы - более дорогостоящие, чем нерегулируемые. Поэтому используя регулируемый гидропривод идут на значительные капитальные затраты, но зато благодаря более высокому КПД получают экономию в эксплуатационных расходах, т.е. в стоимости энергозатрат. Ввиду этого, объемное регулирование гидропривода обычно применяют, когда существенными являются энергетические показатели, например, для гидроприводов большой мощности и с длительными режимами их работы. Гидроприводы с дроссельным регулированием и дешевыми, например, шестеренными насосами используют обычно в маломощных системах, а также, когда режимы работы гидропривода кратковременные.

6.6. Стабилизация и синхронизация движения выходных звеньев.

Очень часто в гидроприводах металлорежущих станков и других машин применяют дроссельное регулирование устройством для стабилизации скорости выходного звена, т.е. для улучшения нагрузочных характеристик. Таким устройством служит регулятор потока, обеспечивающий стабильность установленной скорости независимо от изменения нагрузки.

На рис. 6.7 показана схема гидропривода поступательного движения с регулятором потока, установленным последовательно на выходе из гидроцилиндра. Регулятор 1 состоит из регулируемого дросселя 2 и редукционного клапана 3. Последний поддерживает постоянное давление при входе в дроссель.

Рис. 6.7. Схема гидропривода с регулятором потока

На выходе из дросселя при малом сопротивлении отводящей гидролинии давление можно считать постоянным и равным атмосферному. Поэтому и расход жидкости через дроссель будет постоянным. Подача жидкости в гидродвигатель при неизменной подаче насоса постоянна и не зависит от нагрузки, поэтому постоянной будет и скорость выходного звена. В действительности скорость с увеличением нагрузки несколько уменьшается из-за влияния утечек в насосе, возрастающих с увеличением давления, а также из-за неточности работы редукционного клапана. Нагрузочная характеристика гидропривода с регулятором потока имеет примерно такой же вид, как и с объемным регулированием.

Гидропривод с постоянной выходной частотой вращения при переменной частоте вращения вала насоса и переменной нагрузке на валу гидромотора называют стабилизированным. Стабилизация выходной частоты вращения обычно осуществляется по сигналу центробежного или электрогидравлического регулятора, воздействующего через усилительное звено на механизм изменения рабочего объема насоса. Гидромотор в такой схеме обычно нерегулируемый.

Схема простейшего гидропривода для стабилизации частоты вращения электрогенератора переменного тока стабильной частоты с центробежным регулятором скорости приведена на рис. 6.8. Гидропривод состоит из насоса 5, соединенного с приводящим двигателем, и гидромотора 6, вал 7 которого соединен с электрогенератором и приводит во вращение центробежный регулятор 1, который перемещает при изменении частоты вращения гидромотора 6 золотник 2 распределителя системы управления. Последний, подавая жидкость в гидроцилиндр 3 механизма регулирования (угла наклона диска 4) насоса 5, восстанавливает рассогласование, поддерживая выходную частоту вращения гидромотора постоянной.

Рис. 6.8. Схема гидропривода с постоянной частотой вращения

Когда от одного насоса приводится в действие два или более гидродвигателей, бывает необходимо обеспечить одинаковые скорости их выходных звеньев, несмотря на некоторое различие нагрузок. Такая потребность, например, возникает в гидроприводе грузоподъемной машины, в которой груз должен подниматься несколькими параллельно соединенными гидроцилиндрами без перекосов.

Синхронизация движения гидродвигателей осуществляется с помощью так называемого делителя потока (рис. 6.9), принцип действия которого основан на дросселировании.

Рис. 6.9. Схема делителя потока

В точке М поток разветвляется на два, каждый из которых проходит через постоянный дроссель 1, а затем подводится к гильзе 2 с плавающим поршнем 3. Последний играет роль клапана, перемещаясь в ту или другую сторону в зависимости от действующей на него разности давлений. Разность давлений возникает, когда вследствие разных нагрузок расход жидкости в одной ветви отличен от расхода в другой и, следовательно, потеря давления в одном дросселе больше, чем в другом. Перемещаясь в сторону меньшего давления например, вправо, поршень 3 уменьшает площадь отверстия 5 и увеличивает площадь отверстия 4. Поршень остановится тогда, когда давления в правой и левой полостях гильзы, а следовательно, и расходы через эти полости будут одинаковыми.

Литература

1. Металлорежущие системы машиностроительных производств: Учеб. пособие для студентов технических вузов / О.В. Таратынов, Г.Г. Земсков, И.М. Баранчукова и др.; Под ред. Г.Г. Земскова, О.В. Таратынова. - М.: Высш. шк., 1988. 464 с.

2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1982. 464 с.

3. Пневматические устройства и системы в машиностроении./ Справочник.Под ред.Е.В.Герц. М.:Машиностроение, 1981.- 408 с.

4. Столбов Л.С. и др. Основы гидравлики и гидропривод станков. - М.: Машиностроение, 1988. 256 с.

5. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1984. - Т.1 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984. 592 с.

6. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1984. - Т.2 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В. Данилевского, 1984. 656 с.

7. Болотин Х.Л., Костромин Ф.П. Станочные приспособления. - М.: Машиностроение, 1973. 344 с.

8. Технология электрических методов обработки: Учеб. пособие / В.П. Смоленцев, А.И. Кузовкин, А.И. Болдырев, В.И. Гунин. - Воронеж: ВГУ, 2001. 310 с.

9. Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей. - М.: Машиностроение, 1978. 176 с.

10. Чижов М.И., Смоленцев В.П. Гальваномеханическое хромирование деталей машин. - Воронеж: ВГТУ, 1998. 162 с.

11. Жачкин С.Ю. Холодное гальваноконтактное восстановление деталей. - Воронеж: ВГТУ, 2002. 138 с.

12. Гидродинамический режим электрохимической обработки: Учеб. пособие / А.П. Сергеев, А.И. Болдырев, В.И. Гунин, В.П. Смоленцев. - Воронеж: ВГТУ, 2001. 120 с.

13. Фроман Б. и др. ГПС в механической обработке. - М.: Машиностроение, 1988. 120 с.

14. Петруха П.Г., Каленов В.Н., Ивкин Е.И. Металлорежущие станки с числовым программным управлением: Учеб. пособие. - М.: МАИ, 1984. 88 с.

15. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учеб. для машиностроительных вузов / Т.М. Башта и др. - М.: Машиностроение, 1982. 423 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Учебное издание

Бородкин Владимир Васильевич

Болдырев Александр Иванович

Бородкин Константин Владимирович