ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В. И. ГОЛУБЕВ СИЛОВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ГИДРОПРИВОД В ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИИ Москва 1989 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В. И. ГОЛУБЕВ Утверждено учебным управлением МЭИ в качестве учебного пособия для студентов УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ по курсу ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД СИЛОВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ГИДРОПРИВОД В ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИИ Редактор Г. М. Моргунов Москва 1989 1 620.9 Г 621 УДК: 620.9.002: 621.22-82(075.8) Силовой регулируемый гидропривод в энергомашиностроении. Голубев В. И. /Под ред. Г. М. Моргунова. — М.: Моск. энерг. ин-т. 1989 г. — 107 с. В учебном пособии рассмотрен широкий круг вопросов, связанных со свойствами рабочих жидкостей, устройством, принципом действия и статическими характеристиками регулируемых гидроприводов с дроссельным, машинным и машинно-дроссельным управлением. Описываются гидравлические схемы, устройство и принцип действия типовых насосных установок, используемых в гидроприводах. Кроме основного материала в пособие включены вопросы, предназначенные для самостоятельного изучения по рекомендуемой литературе. Учебное пособие построено на базе курса лекций, читаемого автором, и научных работ, выполненных в Московском энергетическом институте. Оно предназначено для студентов МЭИ, специализирующихся в области гидропривода и гидроавтоматики, а также студентов других специальностей, предусматривающих изучение этой дисциплины. Рецензенты: докт. техн. наук проф. Лещенко В. А., канд. техн. наук доц. Москвин В. Г. Московский энергетический институт, 1989 г. ВВЕДЕНИЕ Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986—1990 гг. и на период до 2000 года предусматривается коренная реконструкция и опережающее развитие машиностроительного комплекса. Наряду с увеличением выпуска продукции машиностроения ставится задача создания новых поколений высокоэффективной техники с широким применением автоматического управления. Для управления машинами применяются различные виды силовых регулируемых приводов: механические, электрические, гидравлические, пневматические. Важное место среди них занимает силовой гидропривод. Область целесообразного применения гидропривода достаточно четко определилась в последние годы. Обладая большой энергоемкостью по сравнению с другими видами приводов, он нашел применение в машинах, исполнительные устройства которых развивают высокие мощности: до десятков, сотен и более киловатт. 2 Роль гидропривода в таких машинах заключается в следующем. Гидродвигатели, входящие в состав гидропривода, обеспечивают перемещение рабочих органов, преодолевая действующие на них нагрузки. С помощью гидравлических устройств осуществляется управление направление скорость и параметрами движения этих перемещений. отдельных Могут гидродвигателей, изменяться обеспечиваться последовательность и синхронность движений нескольких гидродвигателей и т.п. Гидроприводы могут входить в состав более крупных систем автоматического управления, исполняя роль усилителей сигналов и исполнительных устройств и осуществляя перемещение рабочих органов машин по заданной программе или поддерживая постоянными заданные параметры движения. В таких системах широкое применение нашел комбинированный вид привода — электрогидравлический, в котором используются быстродействующие электрические управляющие команды, а силовую функцию выполняет гидропривод. Масштабы применения гидроприводов постоянно растут. Энергомашиностроение является одним из его потребителей. Так, гидропривод используется в системах управления гидравлических, паровых и газовых турбин, тепловозов, судов, самолетов, двигателей внутреннего сгорания, барабанов котельных установок и т. д. Гидропривод легко стыкуется с электронными, в том числе и микропроцессорными, системами автоматического управления, что расширяет области его применения при создании новых видов техники. Учебное пособие написано по материалам лекций, читаемых автором в Московском энергетическом институте для студентов специальности «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика». При написании пособия учтено, что студентами уже изучены курсы «Механика жидкости и газа», «Объемные гидромашины» и рассмотрена элементная база гидроприводов, которая была изложена в учебном пособии автора «Устройства гидроавтоматики в энергомашиностроении». В настоящее пособие включены вопросы, касающиеся способов регулирования скорости исполнительных устройств гидроприводов. Определены области целесообразного использования каждого способа. Особое внимание уделено потерям мощности, что необходимо знать для определения экономической эффективности применения того или иного способа регулирования скорости. Рассмотрены основные виды гидроприводов в зависимости от характера движения исполнительного устройства и вида источника гидравлической энергии. Характеристики силового гидропривода во многом определяются видом применяемых рабочих жидкостей и, следовательно, их свойствами. В связи с этим в 3 пособие включена глава, посвященная рабочим жидкостям, и особое внимание уделяется тем свойствам, которые необходимо учитывать при проектировании гидравлических схем и устройств, расчете параметров гидроприводов. В пособии рассмотрены типовые насосные установки, являющиеся источниками рабочей жидкости в гидроприводах и входящие в их состав. Ряд вопросов, имеющих вспомогательное значение, предназначен для самостоятельного изучения. В отдельной главе приведен подробный их перечень с указанием литературы, в которой эти вопросы изложены. Для самоконтроля степени усвоения изложенного в учебном пособии материала в конце каждой главы приведены контрольные вопросы. В пособии применена терминология, установленная ГОСТ 17752-81 на гидроприводы и ГОСТ 17398-72 на насосы и соответствующими стандартами стран СЭВ. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОПРИВОДАХ 1.1. Основные понятия и определения Гидропривод служит для приведения в движение механизмов и машин за счет энергии жидкости. Различают объемный и гидродинамический гидроприводы. Объемным гидроприводом в соответствии с ГОСТ 17752—81 [19] называется привод, в состав которого входит гидравлический механизм с одним или более объемными гидродвигателями. Передача энергии к двигателям осуществляется посредством жидкости, находящейся под давлением. Под объемным гидродвигателем понимают такую гидромашину, в которой преобразование энергии потока жидкости в механическую энергию выходного звена происходит в процессе перемещения под действием сил давления замкнутого объема. В гидродинамическом приводе преобразование гидравлической энергии в механическую осуществляется путем взаимодействия потока жидкости с лопастной системой гидродвигателя. Основными элементами такого привода являются колесо центробежного насоса, непосредственно связанное с ведущим валом, и колесо реактивной турбины, связанное с ведомым валом. Области применения объемных и гидродинамических приводов определяются следующим. Объемные гидроприводы устанавливают кинематические связи между ведущим и ведомым звеньями, т. е. они могут поддерживать на ведомом звене любую 4 заданную скорость независимо от нагрузки. Гидродинамические приводы устанавливают только силовые связи, соотношение скоростей ведущего и ведомого звеньев определяется уровнем нагрузки на ведомом звене. Это свойство используется, например, в транспортных машинах, где необходимо автоматическое изменение развиваемого момента от скорости движения. В настоящем пособии рассматривается только объемный гидропривод и поэтому в дальнейшем он будет сокращенно называться гидроприводом. Принципиальная схема простейшего гидропривода показана на рис. 1.1. Рисунок 1.1. Принципиальная схема простейшего гидропривода Гидропривод осуществляет перемещение груза массой m в вертикальном направлении. Насос 1, приводимый в движение внешним источником, производит всасывание жидкости из резервуара 4 через кран 3 в позиции I. В позиции II крана происходит вытеснение жидкости из рабочего объема насоса в рабочий объем гидродвигателя 2 и перемещение груза вверх. Передача энергии от насоса к гидродвигателю происходит посредством рабочей жидкости, давление которой определяется сопротивлением, оказанным ее движению. Если не учитывать гидравлическое сопротивление трубопровода 5 и силу трения в гидродвигателе, то давление будет равно 5 p mg / F , где F - площадь поршня; g - ускорение свободного падения. Опускание груза вниз происходит в позиции III крана действием нагрузки. Гидропривод функционально состоит из следующих устройств: гидромашин, гидроаппаратов, кондиционеров рабочей жидкости, гидроемкостей и гидролиний. Совокупность гидроустройств, входящих в состав гидропривода, называется гидросистемой. В качестве гидромашин в гидроприводе применяются насосы, гидродвигатели, насосы-моторы, преобразователи давления и гидровытеснители. Насосы создают поток рабочей жидкости, преобразуя механическую энергию приводящего двигателя в гидравлическую энергию этого потока. Основное применение в гидроприводах нашли аксиально- и радиально-поршневые, пластинчатые и шестеренные насосы. Гидродвигатели преобразуют гидравлическую энергию потока жидкости в механическую энергию их выходных звеньев. Различают три вида гидродвигателей: гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели и гидромоторы. Насос-мотором называется гидромашина, предназначенная для работы в составе гидропривода как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора. Рисунок 1.2. Принципиальная схема гидропреобразователя Гидропреобразователь предназначен для преобразования энергии одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока с изменением значения давления. Как правило, в гидропреобразователях происходит увеличение давления. В качестве примера на рис. 1.2 приведена схема гидропреобразователя вращательного типа, состоящего из 6 двух шестеренных гидромашин 1 и 2, валы которых жестко соединены между собой механической связью 3. При подводе к гидромашине 1 рабочей жидкости с давлением рвх ее вал вращается, передавая вращение валу гидромашины 2. Таким образом, гидромашина 1 работает в режиме гидромотора, а гидромашина 2 в режиме насоса. Из уравнения равновесия крутящих моментов на валах гидромашин имеем выражение для давления жидкости на выходе из преобразователя pâûõ pâõ V01 , V02 где V01, V02 — рабочие объемы [11] гидромашин 1 и 2. Но надо иметь в виду, что в процессе преобразования энергии происходит уменьшение расхода Q2 в выходной гидролинии по сравнению с расходом Q1 во входной, так как мощность потоков не меняется ( N pQ const ), если не учитывать потери в гидропреобразователе, т. е. Q2 Q1 V02 , V01 Рисунок 1.3. Принципиальная схема гидровытеснителя Гидровытеснитель предназначен для преобразования энергии одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока без изменения значения давления. В качестве примера на рис. 1.3 приведена схема гидровытеснителя, в котором разделение потоков осуществляется с помощью поршня. Такие гидромашины обычно применяются для разделения двух видов рабочих жидкостей или жидкости и газа, применяемых в гидроприводах. Гидроаппараты обеспечивают изменение, усиление или поддержание заданных значений давления, расхода или направления потока рабочей жидкости. В качестве собирательного названия гидроаппаратов допускается применять термин «гидроаппаратура». Устройство, принцип действия и характеристики гидроаппаратов 7 подробно рассмотрены в учебном пособии [4]. Кондиционеры рабочей жидкости предназначены для обеспечения ее необходимых качественных показателей и состояния. К ним относятся фильтры и сепараторы, обеспечивающие очистку рабочей жидкости от загрязняющих примесей, теплообменники, обеспечивающие охлаждение или нагрев рабочей жидкости, и некоторые другие устройства. Гидроемкости служат для содержания рабочей жидкости с целью использования ее в процессе работы гидропривода. К ним относятся гидробаки и гидроаккумуляторы. Гидролинии предназначены для прохождения рабочей жидкости и передачи давления от одного устройства к другому. Конструктивно они представляют собой трубы, рукава, монтажные плиты, трубопроводные соединения. В качестве собирательного названия для гидролиний допускается применять термин «гидросеть». Классификация устройств, входящих в состав гидропривода, дана на рис. 1.4. 8 Рисунок 1.4. Классификация устройств, входящие в состав гидропривода В гидроприводе часто несколько устройств компонуются в одно целое. Наибольшее применение нашли следующие комбинированные устройства .[19]. Гидропередача — часть гидропривода, состоящая из насоса, гидродвигателя и соединяющих их гидролиний и предназначенная для передачи движения от приводящего двигателя к звеньям машины. Насосный агрегат — устройство, состоящее из одного или нескольких насосов и приводящего двигателя, соединенных между собой. Насосная установка — насосный агрегат с комплектующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса, и следовательно, подачу жидкости в систему при определенных значениях расхода и давления. Гидроусилителем называют совокупность гидроаппаратов, предназначенных для преобразования и усиления мощности управляющего сигнала любой природы в мощность потока рабочей жидкости и изменения его направления в соответствии с этим сигналом. Гидропанель представляет собой совокупность гидроаппаратов, конструктивно объединенных на монтажной плите в одно целое. 1.2. Области применения гидроприводов Гидроприводы нашли широкое применение в целом ряде областей энергомашиностроения и других видов техники. Ниже рассматриваются лишь самые крупные потребители гидроприводов в настоящее время. Станкостроение явилось одной из первых отраслей, где гидроприводы получили практическое применение в нашей стране. Гидроприводы применяются во многих универсальных, агрегатных, копировальных станках, технологических роботах, автоматических линиях для осуществления рабочих перемещений узлов, режущего инструмента и выполнения других операций. В станках с числовым программным управлением гидроприводы нашли преимущественное применение [15] в механизмах смены инструмента, фиксации положений рабочих органов, разгрузки неуравновешенных масс, устройствах цикловой автоматики, в системах гидростатической разгрузки направляющих и многих других. Широко применяются комбинированные электрогидравлические следящие приводы подач в тяжелых станках с большими 9 рабочими усилиями. В современных летательных аппаратах гидропривод стал основным видом силового привода. Гидроприводы применяют [14] в рулевых агрегатах, обеспечивающих управление полетом, для изменения стреловидности крыла, в системах уборки — выпуска шасси, системах торможения колес, выпуска воздушных тормозов, разворота передней опоры шасси, управления рулями, воздухозаборником. По данным [20] гидросистема современного самолета содержит более 50 гидромоторов, 80 гидроцилиндров при длине трубопроводов до 1,5 км. Для современного поколения самолетов [9] характерно использование электрогидравлических систем дистанционного управления и автономных рулевых приводов, что позволяет улучшить динамические характеристики, сравнительно легко включить в контур управления бортовую вычислительную машину. Автономные рулевые приводы обладают хорошей эксплуатационной технологичностью и повышенной надежностью. В транспортных машинах гидроприводы применяются в гидротрансмиссиях автомобилей и тракторов [12], что позволяет простым способом осуществить привод каждого колеса и тем самым повысить проходимость машины, а также обеспечить бесступенчатость регулирования скорости без участия водителя. С помощью гидропривода происходит поворот управляемых колес автомобиля, опрокидывание кузова самосвала, управление механизмами, установленными на борту и другие действия. В строительно-дорожных машинах применение гидроприводов дало большой эффект. Уменьшена масса и стоимость машин, обеспечены практически неограниченные возможности для создания различных компоновок машин с принципиально новыми свойствами, благодаря возможности расположения гидродвигателей непосредственно у рабочих органов машин, а насосов в двигательном отсеке. Гидроприводы применяются в экскаваторах, бульдозерах, грейдерах, самоходных кранах, автопогрузчиках, мусоровозах и во многих других строительно-дорожных машинах [31]. Они являются основным видом приводов, осуществляющих подъем и опускание грузов, перемещение многочисленных рабочих органов. Сельскохозяйственное машиностроение является потенциально самым крупным потребителем гидроприводов [10]. Кроме использования в трансмиссиях тракторов и самоходных комбайнов, гидропривод применяется для управления навесными орудиями, для привода транспортеров и механизмов вибрационной уборки урожая, в системах регулирования глубины вспашки, для управления режущими аппаратами косилок, жаток, комбайнов и других машин. Гидропривод эффективен в этих машинах из-за того, что число рабочих органов в них велико, потребляемые мощности различны, рабочие органы 10 значительно удалены от основного двигателя машины и имеют разнообразную пространственную ориентацию. Применение гидропривода позволяет отказаться от традиционных компоновок машин, повышает производительность и улучшает условия труда рабочих. В металлургическом и кузнечно-прессовом оборудовании гидропривод применяется благодаря его возможностям реализовать огромные усилия, обеспечивать высокие быстродействие и точность. Примерами применения могут являться прокатные, волочильные и прошивочные станы, где особо следует отметить системы автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы или ленты с управлением от ЭВМ. Гидроприводы также применяются в гидравлических ножницах, в прессах для обжатия поковок, ковки, объемной штамповки, выдавливания и других процессах [5]. Угледобывающее и горнорудное машиностроение использует гидропривод во многих видах своей техники. В частности он применяется в угледобывающих комбайнах, мощных скребковых конвейерах, буровых станках, гидравлических крепях и щитах для проходки туннелей и шахт. Так, например, механизированные крепи включают до 1000 гидроцилиндров, 200 распределителей, 500 клапанов и до 5 км рукавов высокого давления [10], Применение гидропривода позволило повысить производительность оборудования при ограниченных габаритах, а возможность применения водосодержащих жидкостей сделала привод взрывобезопасным и удобным в эксплуатации. Промышленные роботы и манипуляторы, предназначенные для замены труда человека, совершающего однообразные утомительные операции и операции в тяжелых, вредных для здоровья человека условиях, также широко применяют гидроприводы. Так, в пятикоординатном фрезерном станке с программным управлением [15] гидропривод осуществляет подъем и опускание руки манипулятора при, переносе режущего инструмента, выдвижение и поворот руки, выдвижение и сведение схвата, поворот схвата. Помимо обслуживания станков, роботы применяются в лакокрасочных, литейных и термических цехах, используются в сварочных работах, на участках гальвано-покрытий, при работах под водой и в космосе. Имеются и другие области применения гидроприводов [10, 11, 17]. 1.3. Преимущества гидроприводов Широкое применение гидроприводов обусловили следующие их преимущества по сравнению с другими видами приводов (электрическими, пневматическими и др.). Высокая энергоемкость гидропривода, 11 характеризуемая малыми массой и габаритами гидромашин, приходящимися на единицу передаваемой мощности, и определяемая высокой силовой напряженностью потока жидкости, передающего энергию. В гидроприводах рабочие давления составляют 10 — 30 МПа и существуют отдельные случаи использования давления до 400 МПа, а в электроприводах магнитная напряженность поля не превышает 1—8 МПа [9]. Высокое быстродействие и простота осуществления реверса движения рабочих органов машин в результате малой инерционности подвижных узлов гидромашин и гидроаппаратов. Так, момент инерции роторов гидромоторов примерно в 50 раз меньше, чем у электродвигателей той же мощности. Гидромотор обеспечивает изменение направления вращения до 500 реверсов в минуту, а гидроцилиндр — до 1000 реверсов. Возможность бесступенчатого плавного регулированная скорости выходных звеньев гидродвигателей в широком диапазоне, доходящем до отношения минимальной скорости к максимальной 1: 1000 [1]. Возможность получения устойчивых перемещений с малыми «ползучими» скоростями. Так, ролико-лопастные гидромоторы обеспечивают плавное вращение при частоте вращения до 1 мин ~1 [8]. Высокая жесткость механической характеристики, т. е. малая зависимость скорости движения выходных звеньев от передаваемых нагрузок благодаря малой сжимаемости рабочей жидкости и достаточной герметичности объемных гидромашин. Возможность осуществления высоких коэффициентов усиления мощности. Так, в объемных гидроприводах отношение мощности на выходе к мощности на входе для одного каскада усиления может достигать 1000 [11]. Непосредственное дополнительных получение кинематических линейных устройств, перемещений простота гидродвигателей взаимного без преобразования вращательного и поступательного движений. Простота осуществления дистанционного управления рабочими органами машин, обеспечиваемого за счет применения электрически управляемых гидромашин и аппаратов. Возможность получения удачных компоновок оборудования в силу независимости расположения сборочных единиц, что позволяет наиболее целесообразно разместить их на машине. Так, насос можно разместить непосредственно у приводного двигателя, гидродвигатели — у рабочих органов машины, а гидроаппаратуру управления — на пульте оператора. Связь между гидроустройствами может быть осуществлена с помощью гибких резиновых рукавов. Высокая эксплуатационная технологичность, надежность и долговечность в работе в результате самосмазываемосги узлов машин и аппаратов, возможность работы в динамических режимах при частых включениях, остановах и реверсах движений. 12 Простота защиты приводного двигателя, системы привода и самой машины от перегрузок за счет ограничения давления с помощью предохранительных клапанов. Достаточная экономичность, высокий КПД, простота аккумулирования энергий в гидроприводе. Высокая помехозащищенность систем управления на базе гидроприводов, радиационная стойкость. К недостаткам гидропривода следует отнести следующие. Необходимость включения в состав оборудования, питающегося от электрического тока, например, станков, специальных насосных установок — источников гидравлической энергии. Зависимость характеристик оборудования от температуры окружающей среды в связи с изменением вязкости жидкости. Это особенно проявляется в машинах, работающих в условиях Севера, космоса и т. п. Необходимость обеспечения высокой технологической точности изготовления отдельных узлов гидропривода, например золотниковых и плунжерных пар, распределительных устройств насосов, и как следствие этого, необходимость высокой степени очистки жидкости от загрязняющих примесей. Возможность наружных утечек жидкости в гидравлических устройствах, устранение которых требует создания надежных и долговечных уплотнений, способных противостоять воздействию масел. Утечки усложняют обслуживание оборудования, а также приводят к загрязнению окружающей среды. Сопровождение работы гидроприводов повышенным шумом, создаваемым в основном насосами. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. В чем состоит различие между объемным и гидродинамическим приводом? 2. Назовите устройства, входящие в состав типового объемного гидропривода и поясните их назначение. 3. Чем определяется величина давления, возникающего при работе объемного гидропривода? 4. Какие преимущества имеет гидропривод по сравнению с электроприводом и какими условиями они определены? 5. Чем определяется высокая энергоемкость гидропривода и каковы пути ее повышения? 13 6. Чем объясняется высокое быстродействие гидропривода? 7. Как осуществляется защита машин, оснащенных гидроприводом, от перегрузок? 8. Перечислите недостатки, которые имеет гидропривод по сравнению с электроприводом и какими условиями они определены? 9. Что обусловило широкое применение гидропривода в системах управления летательных аппаратов? 10. Назовите основные функции, выполняемые гидроприводом в транспортных машинах. 11. Почему считается перспективным применение гидропривода в сельскохозяйственном машиностроении? 12. Какие положительные качества определили широкое использование гидропривода в металлургическом и кузнечно-прессовом оборудовании? 2. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ГИДРОПРИВОДОВ 2.1. Назначение рабочих жидкостей и основные требования, предъявляемые к ним Жидкость, используемая в гидроприводах, является их рабочим телом. Вследствие этого она и называется рабочей. Рабочая жидкость обеспечивает передачу энергии от насоса к гидродвигателю и управляющих сигналов в гидросистеме. Кроме того, она обеспечивает смазку трущихся поверхностен гидравлических устройств, удаление из пар трения продуктов износа, защиту металлических деталей от коррозии и отвод выделяемого в гидроприводе тепла. Рабочие жидкости подвержены воздействию изменяющихся в широком диапазоне давлений, температур и скоростей. Правильный выбор рабочей жидкости обеспечивает работоспособность гидропривода и в значительной степени определяет его рабочие параметры. К рабочей жидкости предъявляются следующие требования. 1. Хорошая смазывающая способность, обеспечивающая надежную работу пар трения. 2. Возможно малое изменение вязкости в широком диапазоне температур, что определяет и малую изменяемость характеристик гидроустройств и гидропривода в целом. 3. Высокая пожаростойкость. 4. Стабильность механических и химических свойств в условиях длительной 14 эксплуатации и хранения. Под стабильностью механических свойств понимают в первую очередь способность жидкости противостоять процессу «мятия», которым называют процесс деструкции молекул при ее длительном дросселировании в узких щелях, перемешивании жидкости и воздействии вибраций, что приводит к уменьшению вязкости. Под стабильностью химических свойств понимают способность противостоять окислению под действием окружающей среды и реакции гидролиза из-за присутствия в жидкости воды, а также химической реакции жидкости с материалами стенок переустройств и уплотнений [7]. 5. Малая токсичность рабочей жидкости и ее паров. 6. Высокая объемная упругость. 7. Высокая теплопроводность. 8. Малый коэффициент теплового расширения. 9. Радиационная стойкость. 10. Сопротивляемость вспениванию. 11. Малая растворимость газов, обеспечивающая высокую упругость жидкости. 12. Низкая стоимость. Перечисленные требования во многом трудно совместимы. Поэтому выбор рабочей жидкости представляет собой определенную сложность. 2.2. Основные физические свойства рабочих жидкостей Из многочисленных свойств жидкостей остановимся только на тех, которые наиболее важны с точки зрения эксплуатации гидроприводов, определяют их рабочие параметры и которые необходимо учитывать разработчику. Эти свойства [6] определяются перечисленными выше требованиями. Плотность, кг м 3 , характеризуется отношением массы m жидкости к ее объему p m /V . (2.1) Для практических расчетов плотность минеральных рабочих жидкостей может быть принята 900 кг / м3 . Плотность рабочей жидкости характеризует потери давления при ее течении через дроссели, клапаны и гидролинии. Так, при турбулентном режиме течения 15 p pQ 2 , 2 2 f 2 где Q — расход жидкости; p — потери давления; — коэффициент расхода щели площадью f С ростом температуры плотность уменьшается t t 0 1 a( t t0 ) , где рt, рtо — соответственно плотности при температурах t и tо, — коэффициент объемного расширения. Для минеральных рабочих жидкостей (7—8) 104 при t- tо=1°С. Это свойство необходимо учитывать при проектировании гидропривода с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости. В таком приводе при увеличении температуры происходит увеличение объема и повышение давления, которое может привести к разрушению гидросистемы. Чтобы избежать этого, к гидробаку присоединяют термокомпенсатор, например cильфонного типа. Изменение его объема должно быть достаточным для компенсации теплового расширения рабочей жидкости во всей гидросистеме. Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. Это свойство является важнейшим для работы гидропривода. Влияние вязкости неоднозначно. С одной стороны большая вязкость повышает надежность смазки трущихся поверхностей, уменьшает утечки в гидроустройствах и способствует повышению устойчивости гидропривода. С другой стороны — увеличивает потери на трение, увеличивает гидравлическое сопротивление в гидролиниях и уменьшает быстродействие привода. Вязкость жидкости характеризуется коэффициентами динамической и кинематической вязкости. Коэффициент динамической вязкости, Па.с, определяется из уравнения, выражающего закон жидкостного трения Ньютона: T 1 , S dv / dy (2.3) где Т — сила, возникающая между движущимися слоями жидкости; S — площадь соприкосновения поверхностей слоев; dv / dy — градиент скорости. Коэффициент кинематической вязкости , м2.с-1, определяется соотношением / 16 (2.4) Он измеряется и в стоксах (Ст) 1 Ст=100 сСт=1 см2/с. Ввиду того, что непосредственно измерить вязкость в движущейся жидкости сложно, определяют условную вязкость с помощью специальных приборов, называемых вискозиметрами. Наибольшее применение нашел вискозиметр Энглера [10], измеряющий вязкость как отношение времени истечения 200 см3 жидкости через отверстие диаметром 2,8 мм под действием собственного веса к времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 4 °С. Единица вязкости, определенной таким способом, называется градусом вязкости условной (°ВУ). В некоторых странах эта единица называется градусом Энглера (°Е). Перевод °ВУ в сСТ при °ВУ>3,2 выполняют по формуле [7] 7.31o ÂÓ 6,31/ oÂÓ, ñÑÒ. (2.5) Вязкость рабочей жидкости существенно зависит от ее температуры. Для минеральных масел это влияние может, быть определено эмпирической зависимостью [10] 50 t 50 t n , (26) где 50 — вязкость при температуре 50 °С; t — температура. Эта зависимость справедлива в интервале температур 30<t°С<150. Для масел с 10 cCт n 2.5 , в интервале 10 50 cCт n=2.6 3.2 . Зависимость вязкости от давления р может быть представлена в следующем виде [7]: 0 e ap , где (2.7) 0 — коэффициент динамической вязкости при р=0; а= 0,15—0,17 МПа-1 пьезокоэффициент вязкости. Выражение (7) справедливо при р<60 МПа. Наличие в рабочей жидкости воздуха приводит к некоторому снижению вязкости [1] B 1 0.015B, 0 (2.8) где 0 — вязкость чистой жидкости; B — вязкость рабочей жидкости, содержащей В% воздуха от общего объема. Сжимаемость — свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость рабочей жидкости должна быть минимальной, так как ее наличие приводит к снижению подачи насосов, нарушает плавность движения перемещаемых гидроприводом узлов машин, уменьшает точность реализации перемещений, снижает устойчивость гидропривода. 17 Сжимаемость, Па-1, характеризуется коэффициентом объемного сжатия V , Vp (2.9). где V/ V — относительное изменение объема при изменении давления на р. Величина, обратная , называется модулем объемной упругости жидкости, Па: E Для минеральных E (1.35 1.75) 10 3 ÌÏà масел модуль 1 , объемной упругости лежит в пределах . Трубопроводы и особенно шланги уменьшают «приведенный» модуль упругости. Процесс сжатия рабочей жидкости может проходить с различной скоростью. Сжатие при медленно протекающих процессах, при которых успевает завершиться теплообмен с окружающей средой, характеризуется изотермическим модулем упругости Ет [7]. Сжатие при быстро протекающих процессах, при которых теплообмен не успевает завершиться, характеризуется адиабатическим модулем упругости Еa. Экспериментальный метод определения этого модуля основан на замере скорости распространения звуковых волн в жидкости Ea p a 2 , (2.10) где а — скорость звука в жидкости. Установлено [2], что при расчете быстропротекающих процессов в гидроприводе можно принимать Еа ~ 1,15 Ет. Модуль объемной упругости зависит от давления и температуры [7]. Упругость увеличивается с повышением давления и уменьшается с ростом температуры E E0 k1 p k 2 (t t 0 ) , (2.11) где Е0 — модуль объемной упругости без наличия в жидкости газовой среды при tо= 200С, р = 0,1 МПа; k1 = 11 —15, k2 = 7—9,5 МПа/°С. Большое влияние на сжимаемость рабочей жидкости оказывает наличие в ней нерастворенного воздуха в виде мелких пузырьков. Сжимаемость в этом случае во много раз выше сжимаемости чистой жидкости. Рассмотрим это влияние в условиях изотермического процесса сжатия. Нерастворенный воздух в объеме VВ образует с объемом чистой жидкости Vж двухфазную смесь Vc V Æ V . (2.12) Продифференцировав (2.12) по давлению р и предположив, что закон сжатия смеси 18 имеет тот же характер, что и для чистой жидкости, а закон сжатия воздуха подчиняется закону Бойля—Мариотта рVn=сопst, имеем VC p V Æ VÂÎ 02 , EC EÆ p (2.13) где ЕC, ЕЖ — модули объемной упругости смеси и чистой жидкости; VВ0 — объем воздуха в смеси при атмосферном давлении р0. При изотермическом процессе сжатия n = 1. Из (2.13) и (2.12) получим EC E Æ V Æ VB V p VÆ E Æ B0 2 0 p (2.14). Разделив правую часть (2.14) на начальный объем жидкости в смеси VЖ0, положив VЖ0 = Vж и подставив VB VBO p0 , имеем p VB 0 p0 VÆ 0 p EC EC V p 1 B 0 02 E Æ VÆ 0 p 1 (2.15) В реальных системах содержание воздуха может меняться в широких пределах (Vво/Vжо = 0,015 — 0,025) [7]. Зависимость модуля объемной упругости от давления рабочей жидкости при различном содержании воздуха представлена на рис. 2.1. Как видно из рисунка, влияние давления проявляется в большей степени при малых его значениях. Для устранения этой зоны в сливных гидролиниях гидроприводов должны быть установлены напорные клапаны, создающие подпор порядка 0,5—1 МПa. Благодаря этому уменьшается сжимаемость рабочей жидкости в сливных полостях гидродвигателей и повышается плавность движения рабочих органов машин, особенно при использовании гидроцилиндров. 19 Рис. 2.1. Зависимость модуля объемной упругости реальной жидкости от давления При давлении более 15 МПа влияние воздуха на сжимаемость практически не сказывается, так как он переходит в растворенное состояние. Это обстоятельство также обусловливает полезность перехода на более высокие давления рабочей жидкости в напорных гидролиниях приводов. Для снижения количества нерастворенного воздуха необходимо знать основные пути его проникновения в гидросистему. Наиболее интенсивно подсос воздуха происходит на линии всасывания через неплотности в местах крепления фланцев насоса и приемных фильтров, через уплотнения валов и т. п. Подсос воздуха происходит также при понижении уровня жидкости в гидробаке по отношению к всасывающему патрубку. Нерастворенный воздух может образовываться из растворенного на участках с пониженным давлением. При этом обратный процесс протекает значительно медленнее. Измерение количества нерастворенного воздуха проводится либо путем измерения объемов жидкости до и после его отделения, либо путем измерения некоторых свойств рабочей жидкости (плотности, модуля упругости и т. п.), зависящих от его количества. Количество воздуха в гидросистеме может быть понижено путем применения эластичных диафрагм, исключающих контакт воздуха с жидкостью в гидробаках или путем создания подпора во всасывающей гидролинии. Удаление воздуха в тупиковых гидросистемах и в верхних точках гидроустройств проводят с помощью воздухоспускных пробок (сапунов) или клапанов. Тепловые свойства. Наибольший интерес представляют удельная теплоемкость и теплопроводность. Удельная теплоемкость характеризует интенсивность повышения температуры рабочей жидкости в гидросистеме. По сравнению с водой удельная теплоемкость минеральных масел вдвое меньше. Теплопроводность характеризует количество теплоты, переданное за единицу времени через единицу поверхности при разности температур между жидкостью и стенкой в один градус. Для лучшего отвода тепла рабочие жидкости должны иметь высокие тепловые свойства. Температурный диапазон использования рабочих жидкостей связан с температурами вспышки и застывания. Температура вспышки [11] есть температура, при которой пары жидкости образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении открытого пламени. Температура вспышки позволяет судить о пожарной безопасности гидрссистем. Температура застывания — температура, при которой рабочая жидкость загустевает настолько, что при наклоне пробирки на 45° ее уровень в течение 1 мин остается неизменным. Для наиболее распространенных индустриальных масел температура вспышки составляет 160—200°С, а температура застывания — 30 — 15 °С. 20 Электрические свойства имеют значение для рабочих жидкостей, применяемых в электрогидравлических устройствах гидроприводов. Чтобы избежать замыкания электрических цепей, нарушения изоляции и искрения в результате возможного попадания рабочей жидкости, ее электрическая проводимость должна быть минимальной. 2.3. Характеристики рабочих жидкостей Основным видом рабочих жидкостей, получивших наибольшее применение, являются минеральные масла. В гидроприводах общепромышленного назначения, работающих в отапливаемых помещениях при температуре воздуха от 0 до -350С применяются индустриальные масла И12А, И20А, ИЗОА, И40А, И50А. Цифра в обозначении масла указывает на его вязкость в сантистоксах при t = 50°C. Индустриальные масла самые дешевые, нетоксичны, так как не содержат присадок. Однако, с другой стороны, они имеют повышенную склонность к окислению и выделению смол, в силу, чего срок их службы сильно ограничен. Индустриальные масла применяют в гидросистемах, работающих, при температуре жидкости не выше 60°С. В гидроприводах, работающих при температуре свыше 600С, применяются турбинные масла Тп—22, Тп—30, Тп—46, отличающиеся от индустриальных более высокими эксплуатационными свойствами (антиокислительная и смазывающая способности, противопенная стойкость, повышенный срок службы). Такие свойства обеспечиваются введением различного вида присадок (фенолов, жирных кислот, полисилоксанов и др.). Гидроприводы, работающие при давлении 16—35 МПа, рекомендуется эксплуатировать на маслах серии ИГП, имеющих еще более высокие эксплуатационные свойства. В гидроприводах, установленных на машинах, работающих в полевых условиях, применяются масла, имеющее меньшую зависимость вязкости от температуры. Среди них всесезонное масло МГЕ —10А, рассчитанное на эксплуатацию без замены в течение 10-ти лет при температуре окружающей среды от —55 до +50°С [7]. Масло ВМГЗ является основным видом рабочей жидкости для гидроприводов строительно-дорожных машин, работающих в условиях Крайнего севера, а также используется как зимний сорт в районах умеренного климата. Масло МГ—30 используется в аналогичных гидроприводах в качестве летнего масла. В авиационных гидросистемах дозвуковых самолетов применяется авиационное 21 масло АМГ—10, которое легко отличить по красноватому цвету. Минеральные масла имеют ограниченный температурный диапазон применения. Верхний предел обычно не превышает 80—90°С. Кроме того, они пожароопасные. Эти недостатки в меньшей степени проявляются у синтетических рабочих жидкостей. Они имеют более пологую температурно-вязкостную характеристику, обладают большей огнестойкостью. К ним относятся диэфиры, фосфаты, силоксаны, водно-гликолевые и водно-глицериновые жидкости. Из этого класса рабочих жидкостей можно назвать жидкость 7—50С—3 [7], .применяемую в авиационных гидросистемах, работающих в диапазоне температур от —60° до + 1750С. Недостатками синтетических жидкостей являются высокая стоимость, плохие смазывающие свойства и необходимость перехода на специальные материалы для уплотнений. Другим видом рабочих жидкостей являются водосодержащие эмульсии. Они имеют низкую стоимость, малую сжимаемость, более высокую теплоемкость, пожаростойки. В гидроприводах кузнечно-прессопых машин используются эмульсии «масло в воде», в которых 2—5% эмульсола, содержащего минеральное масло, и 95 — 98% воды. Эмульсол находится в воде в дисперсной фазе. Недостатками таких жидкостей являются низкая смазывающая способность, высокая коррозионная активность и невозможность использования при отрицательных, температурах. Более перспективна эмульсия «вода в масле», содержание воды в которой около 40%. Она сочетает положительные свойства эмульсий «масло в воде» и минеральных масел. Но пока широкого применения водосодержащие рабочие жидкости не получили, так как переход на них приводит к увеличению примерно в 1,5—5 раз стоимости отдельных гидроустройств и увеличению потребляемой насосами мощности примерно в 1,5 раза. В настоящее время они применяются в гидросистемах, для которых вопросы пожаробезопасности особо важны, например в шахтном и металлургическом оборудовании. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Почему работоспособность и характеристики гидропривода зависят от вида рабочей жидкости? 2. В каких гидроприводах и с какой целью применяют термокомпенсаторы? 3. Какие свойства рабочих жидкостей зависят от температуры? 4. Почему рабочие жидкости должны обладать хорошей смазывающей способностью? 5. Какие недостатки связаны с использованием в гидроприводах рабочих жидкостей малой вязкости? 22 6. В чем преимущество измерения вязкости в градусах вязкости условной в сравнении с измерением в Паскаль-секундах и сантистоксах и как оно проводится? 7. Какой модуль объемной упругости рабочей жидкости должен учитываться в динамических расчетах гидроприводов? 8. Какие свойства рабочей жидкости зависят от давления? 9. С какой целью и каким путем можно уменьшить количество нерастворенного воздуха в гидросистеме? 10. Какова причина установки подпорных клапанов в сливных гидролиниях гидромашин? 11. Какие проблемы решает применение в гидроприводах водосодержащих рабочих жидкостей? 12. Какие причины вызвали создание синтетических рабочих жидкостей и в чем их недостатки? 3. НЕРЕГУЛИРУЕМЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ 3.1. Общие сведения Нерегулируемыми гидроприводами называются гидроприводы с постоянной скоростью движения выходного звена гидродвигателя. Такие гидроприводы применяются в машинах, в которых не требуется регулирование скоростей перемещения рабочих органов, например в большинстве строительно-дорожных машин перемещение рабочих органов осуществляется с постоянной скоростью. Нерегулируемые гидроприводы успешно заменяют традиционные механические приводы, в которых передача мощности с приводного двигателя к рабочим органам осуществляется посредством различных видов механических передач (зубчатые, ременные, цепные и т, п.). В зависимости от характера движения выходного звена гидроприводы подразделяются на гидроприводы поступательного, вращательного и поворотного движений. В гидроприводах рабочая жидкость в гидродвигатель может подаваться от насоса, гидроаккумулятора или гидромагистрали (рис. 3.1). В качестве насосов в объемном гидроприводе могут использоваться как объемные, так и динамические насосы. Гидроаккумулятор применяется в качестве источника подачи рабочей жидкости в случае непродолжительной по времени работы привода, например в гидроприводах летательных аппаратов, работающих в период их разгона. Предварительная зарядка аккумулятора 23 газом проводится от внешнего источника, не входящего в состав гидропривода. Рис. 3.1. Источники подачи рабочей жидкости Возможно применение комбинированного источника подачи жидкости — насосааккумулятора. В этом случае насос входит в состав привода, но работает только на зарядку аккумулятора, автоматически отключаясь при заполненном рабочей жидкостью аккумуляторе и автоматически включаясь при опорожненном. Такой источник применяется тогда, когда потребный расход жидкости в гидроприводе носит эпизодический характер, например в прокатных станах. Рис. 3.2. Схемы циркуляции рабочей жидкости в гидроприводах Подача рабочей жидкости от магистрали проводится в так называемом групповом приводе. В этом случае рабочая жидкость подается из трубопровода, питающего несколько гидроприводов, не связанных между собой конструктивно. Это дает возможность размещать насосную установку вне помещений, в которых устанавливаются гидроприводы, что уменьшает шум, сокращает потребление электроэнергии и улучшает обслуживание. Такие гидроприводы в последние годы стали применяться в станочном оборудовании. Гидроприводы, в которых подача рабочей жидкости осуществляется от насоса, могут быть выполнены с замкнутым или разомкнутым потоками рабочей жидкости (рис. 3.2). В первой схеме требуется дополнительный подпиточный насос для восполнения утечек в гидромашинах. Вторая схема содержит гидробак достаточно большого объема, что в свою очередь позволяет поддерживать температуру рабочей жидкости на более низком уровне за счет теплоотдачи через стенки бака и возможности размещения в нем теплообменника. Гидроприводы с замкнутым потоком применяются в основном в транспортных машинах, а также при машинном способе регулирования скорости, характеризуемом малыми потерями мощности. Гидроприводы с разомкнутым потоком 24 применяются в стационарных установках. 3.2. Гидроприводы вращательного движения Гидродвигателем в таком приводе служит гидромотор. Принципиальная гидравлическая схема привода показана на рис. 3.3. Источником подачи рабочей жидкости является насос Н. Направляющий распределитель Р осуществляет пуск, останов и реверс гидромотора М. Напорный клапан К работает в режиме предохранительного клапана и предназначен для ограничения максимальной величины давления в системе. Теоретическая частота вращения вала гидромотора nмт определяется из условия равенства теоретической подачи насоса Qт и расхода жидкости через гидромотор nMT QM QHТ V0 H nH , V0 M V0 M V0 M (3.1) где Vон, Vом — рабочие объемы насоса и гидромотора; nн — частота вращения вала насоса. Следовательно, теоретическая, частота вращения вала гидромотора не зависит от нагрузочного момента Мм на нем. Поэтому нагрузочная характеристика привода nмт = f (Мм) теоретически является жесткой (рис. 3.4, кривая а). С учетом утечек и перетечек рабочей жидкости в насосе Qун и гидромоторе Qум частота вращения вала гидромотора nм определяется из выражения nм Qнm Qyн Qyм Voм Qyн Qyм Qмm 1 1 Voм Qнm Qнm Qyн где Vн и Vм — объемные КПД насоса и гидромотора. 25 Voн nн Vн Vм , (3.2) Voм Рис. 3.3. Принципиальная схема гидропривода Рис. вращательного движения 3.4. Нагрузочная характеристика гидропривода вращательного движения Выражение (3.2) показывает, что наличие утечек и перетечек рабочей жидкости в гидромашинах приводит к некоторому уменьшению частоты вращения вала гидромотора при увеличении нагрузочного момента (рис. 3.4, кривая б), так как с ростом нагрузки утечки жидкости в гидромашинах растут. Поэтому жесткость реальной нагрузочной характеристики гидропривода определяется уровнем утечек, входящих в состав гидропривода гидромашин. Наибольшую жесткость будут иметь гидроприводы, построенные на базе поршневых гидромашин, имеющих достаточно высокий объемный КПД. Так, при Vн Vм = 0,98 снижение частоты вращения составляет nмт nм 1 Vн Vм 4% , nмт Теоретические мощности и крутящий момент, развиваемые гидромотором, без учета потерь в магистральных гидролиниях равны N мт pмQм pнQн pнVoн nн , M мт N мт мт p мVон nн p мVом nн Vон 2 30 Vом (3.3) (3.4) , 60 где p ì pí — перепад давления в гидролиниях гидромотора (подпор в сливной линии принят равным нулю), ìò — угловая скорость вращения вала гидромотора. Выражение (3.4) показывает, что давление рн в напорной линии гидропривода определяется нагрузкой на валу гидромотора и пропорционально ей. Так как давление в напорной гидролинии ограничено настройкой предохранительного клапана рк, наибольший теоретический крутящий момент, который может развить гидромотор, равен M мт max pkVoм 2 Наличие механических потерь в гидромоторе уменьшает крутящий момент, развиваемый гидроприводом M м max ( pk p м max )Voм pkVoм м max , 2 2 (3.5) где p ì max — перепад давлений, необходимый для преодоления гидравлических и механических потерь в гидромоторе; ì max — гидромеханический КПД гидромотора. Мощность, развиваемая гидромотором Nм, отличается от мощности двигателя Nдв, 26 приводящего во вращение вал насоса, на величину полных потерь в двух гидромашинах N м N мтн м N ДВн м (3.6) где í è ì — полные КПД насоса и гидромотора. Здесь и далее при рассмотрении характеристик гидропривода потери в гидролиниях не учитываются. Мощность, теряемая в гидроприводе N N мт N м , N N мт N м не только определяет потери энергии, но и приводит к нагреву рабочей жидкости. Выделяемая при этом теплота равна Q kN ДВ ( 1 н м ) (3.7) где k = 3500 кДж.ч-1.кВт-1 – тепловой эквивалент механической энергии. 3.3. Гидроприводы поступательного движения В таких гидроприводах в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр. Выходное звено гидроцилиндра, которым может быть как шток, так и корпус, непосредственно соединяется с рабочим органом машины, совершающим возвратнопоступательные перемещения. Это позволяет исключить какие-либо редукторы и преобразователи движений. Рис. 3.5. Конструктивные схемы исполнения гидроцилиндров 27 В зависимости от конструктивной схемы исполнения различают следующие виды гидроцилиндров. Поршневые гидроцилиндры (рис. 3.5, а, б) имеют рабочую камеру, образованную корпусом и поршнем со штоком. Поршень разделяет рабочую камеру на две полости (поршневую и штоковую). Перемещение штока с поршнем происходит под действием рабочей жидкости, поступающей в соответствующую полость гидроцилиндра. Если на объекте управления будет закреплен неподвижно шток, то перемещение совершает корпус. Поршневой гидроцилиндр может быть выполнен с односторонним (рис. 3.5, а) или двухсторонним (рис. 3.5, б) штоком. При одном и том же подводимом расходе рабочей жидкости скорость перемещения выходного звена у гидроцилиндра с двухсторонним штоком будет одинаковой в двух направлениях. Если технологический цикл машины требует перемещения рабочего органа с различной скоростью в каждом направлении, применяется гидроцилиндр с односторонним штоком, который более прост в изготовлении и имеет меньшие габариты в машине. Плунжерный гидроцилиндр (рис. 3.5, в) имеет одну полость, образованную корпусом и плунжером. Рабочая жидкость перемещает плунжер только в одном направлении. Такие гидроцилиндры очень просты, не требуют обеспечения соосности уплотнительных поверхностей корпуса и поршня со штоком. Они применяются там, где возврат плунжера в исходное положение может быть осуществлен самой нагрузкой. Перечисленные выше гидроцилиндры являются одноступенчатыми. Применяются также телескопические гидроцилиндры (рис. 3.5, г). Они имеют несколько рабочих звеньев и полный ход выходного звена равен сумме ходов всех рабочих звеньев. Благодаря этому длина корпуса гидроцилиндра в несколько раз (в зависимости от числа ступеней) меньше суммарного хода выходного звена, что обеспечивает его компактность. Телескопические цилиндры нашли широкое применение в грузоподъемных машинах и механизмах. Различают также гидроцилиндры одностороннего и двухстороннего действия. В гидроцилиндрах одностороннего действия перемещение выходного звена под действием рабочей жидкости осуществляется только в одном направлении, например под действием нагрузки (рис. 3.5, в) или пружины (рис. 3.5, д). Применение таких гидроцилиндров упрощает гидравлическую схему и позволяет в некоторых случаях повысить надежность работы машины в целом по сравнению с гидроцилиндрами двухстороннего действия (рис. 3.5, а, б, г]. Принципиальные гидравлические схемы гидроприводов поступательного движения с цилиндрами двухстороннего и одностороннего действия показаны на рис. 3.6. Устройства, входящие в состав привода, имеют те же функциональные назначения, что и 28 в гидроприводе с гидромотором (см. рис. 3.3). Скорость движения выходного звена гидроцилиндра равна Qн Voн nн , Fц Fц (3.8) где Fц — рабочая площадь гидроцилиндра, определяемая в зависимости от того, в какую полость подводится рабочая жидкость, 1 4 Qн Q Qн ; 2 4 ; 3 4 н 2 ; 2 2 2 D D ( D d ) При разработке конструкции гидроцилиндров важнейшей задачей является обеспечение отсутствия наружных утечек рабочей жидкости по штоку или плунжеру и сведение к минимуму внутренних перетечек при достаточной долговечности уплотнений и минимальных силах трения. Поэтому объемный КПД гидроцилиндра можно принимать равным единице. Жесткость нагрузочной характеристики привода будет определяться только утечками в насосе, и, следовательно, будет примерно вдвое выше, чем в гидроприводе с гидромотором. Теоретическое усилие, развиваемое гидроцилиндром, определяется выражением, записанным в статическом режиме работы и с учетом принятых ранее допущений: Rm pн Fц (3.9) С учетом механических потерь в гидроцилиндре наибольшее усилие, которое может преодолеть гидроцилиндр, составляет Rmаx pн Fццмex Механический КПД цилиндра достаточно высок и составляет цмex = 0,9 — 0,98 [13]. Он определяется в основном потерями на трение в уплотнениях поршней и штоков (плунжеров). Мощность, развиваемая гидроцилиндром, связана с мощностью на приводном валу насоса соотношением N ц N ДВнцмex (3.10) Следовательно, применение гидроцилиндра в качестве исполнительного двигателя делает привод более экономичным, не говоря уже об исключительной простоте конструкции гидроцилиндра и меньшей его стоимости по сравнению с гидромотором. В телескопических цилиндрах может обеспечиваться последовательное и одновременное выдвижение ступеней, что определяет величину и характер изменения скорости выходного звена. 29 Рис. 3.6. Принципиальные схемы гидроприводов поступательного движения Гидроцилиндр с последовательным выдвижением ступеней показан на рис. 3.7, а. При подаче рабочей жидкости в поршневую полость А вначале перемещается шток 2 вместе со штоком 3 относительно корпуса, так как рабочая площадь цилиндра в этом случае максимальна. Движение происходит до тех пор, пока шток 2 не дойдет до упора. Скорость перемещения в этот момент составляет. 1 4 Qн ; D1 2 (3.11) Затем будет перемещаться шток 3 относительно неподвижных корпуса и штока 2 со скоростью 2 4 Qн ; D2 2 (3.12) Давления, необходимые для преодоления внешней нагрузки R, соответственно будут составлять pн1 4 R R и pн2 4 2 D1 D2 2 (3.13) Существенным недостатком такого гидроцилиндра является ступенчатое изменение скорости и давления в процессе перемещения выходного звена (рис. 3.7, б). Это приводит к толчкам в работе грузоподъемного устройства и ограничивает возможность повышения скорости. 30 Рис. 3.7. Телескопический гидроцилиндр с последовательным выдвижением ступеней Рис. 3.8. Телескопический гидроцилиндр с одновременным выдвижением ступеней Этот недостаток устранен в телескопическом гидроцилиндре с одновременным выдвижением ступеней (рис. 3.8, а). При подаче рабочей жидкости от насоса в полость А, шток 2 перемещается вправо со скоростью n1 Qн ; F1 вытесняя из полости Б в полость В жидкость с расходом. Qн n1 F2 Этот расход заставляет перемещаться шток 3 относительно штока 2 со скоростью n2 Qн ; F3 Скорость движения выходного звена — штока 3 — относительно корпуса 1 будет равна 31 n1 n2 Qн F2 F3 ; F1 F3 где F1, F2, F3 — рабочие площади полостей А, Б и В. Учитывая малость толщины стенки между полостями Б и В можно положить, что F1 = F2 + F3. Тогда выражение (3.14) примет вид Qн Q 4 н2 ; F3 D3 Обратный клапан служит для заполнения гидроцилиндра жидкостью до начала работы. При подаче рабочей жидкости в правую гидролинию шток 5, смещаясь влево, вытесняет жидкость из камеры В в камеру Б, перемещая при этом шток 2. Давление, необходимое для преодоления нагрузки выходным звеном, равно р1 =R/F3. Из условия равновесия штока 2, записанного с учетом отмеченного выше допущения pн F1 pн ( F2 F3 ) p1 F1 , следует, что pн p1 4 R , D3 2 (3.15) Таким образом, преимуществом этого типа телескопического гидроцилиндра является постоянство скорости (рис. 3.8, в) выходного звена в процессе всего рабочего хода Н. Однако для преодоления одной и той же нагрузки необходимо более высокое давление, так как оно определяется площадью F3, которая обычно меньше F1 и F2 . В гидроприводах поступательного движения часто применяется дифференциальная схема подключения гидроцилиндра к насосу (рис. 3.9), В этом случае используется одноштоковый гидроцилиндр Ц, а направляющий распределитель Р имеет позицию а, в которой напорная линия соединена с двумя выходными линиями. В позиции а расход рабочей жидкости, поступающей к гидроцилиндру равен Qц Qн m F , где F — рабочая площадь поршневой полости гидроцилиндра; m = F1/F — отношение рабочих площадей гидроцилиндра; F1 — рабочая площадь штоковой полости. Тогда скорость движения поршня гидроцилиндра вправо составит Qн mF , F Qн . F( 1 m ) откуда 32 Рис. 3.9. Принципиальная схема гидропривода с дифференциальной схемой подключения гидроцилиндра Следовательно, дифференциальная схема подключения гидроцилиндра позволяет увеличить скорость движения поршня по сравнению с обычной схемой (рис. 3.6, а) в 1/(1—m) раз при одинаковой подаче насоса. Усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра, в этом случае равно R pн F pн mF pн F( 1 m ), (3.17) что в (1—m) раз меньше по сравнению с обычной схемой подключения гидроцилиндра. В связи с этим нельзя использовать гидроцилиндры с большим соотношением площадей F1 и F2, так как силовые возможности гидроцилиндра уменьшаются, и их может не хватить для преодоления даже сил трения. Поэтому обычно берут mmax = 0,4 — 0,6. Применение гидроцилиндров для осуществления поступательных движений на большие расстояния имеет ряд недостатков. К ним относятся потери качества в динамике из-за увеличения сжимаемого столба рабочей жидкости, сложность изготовления корпуса гидроцилиндра и малая продольная жесткость штока. Поэтому обычно при перемещениях более 1,5 — З м применяют гидромоторы (рис. 3.10), вал которых соединяется с рабочим органом через понижающий редуктор и передачу типа «винт—гайка». 33 Рис. 3.10. Схема применения гидромотора для поступательных движений Теоретическая скорость движения рабочего органа V при этом определяется из соотношения V nМ t ХВiР QМ t ХВiР , VОМ (3.18) а теоретическое усилие, развиваемое гидроприводом, R из соотношения R 2 M М pМ VОМ , t ХВ iР t ХВ iР (3.19) где tХВ — шаг ходового винта; iР — передаточное отношение редуктора. При использовании гидромотора для поступательных движений по схеме рис. 3.10 надо учитывать и имеющие при этом место недостатки. Так, увеличиваются механические потери, образуется зона нечувствительности за счет зазоров в соединениях. Для повышения чувствительности такого привода вместо ходового винта применяют шариковые винты [15]. 3.4. Гидроприводы поворотного движения В гидроприводах поворотного движения выходным звеном гидродвигателя является вал, поворачиваемый в пределах ограниченного угла. В качестве гидродвигателей используются пластинчатые и поршневые поворотные гидродвигатели. 34 Рис. 3.11. Схемы исполнения поворотных гидродвигателей Поворотные пластинчатые гидродвигатели (рис. 3.11, а) состоят из корпуса 1, ограничительных упоров 2 и поворотного вала 3, на котором расположено некоторое количество пластин. Обычно число пластин составляет 1—3. С торцов корпус закрыт крышками. При поступлении рабочей жидкости в одно из входных отверстий 4 вал поворачивается, преодолевая момент нагрузки. Как и в предыдущих гидродвигателях перепад давлений в полостях гидродвигателя пропорционален нагрузке. Теоретический крутящий момент гидродвигателя определяется зависимостью M Т pГ Flz , где pr — перепад давления в полостях гидродвигателя; F — рабочая площадь пластины; l— плечо приложения равнодействующей гидравлической силы на пластину; z — число пластин. Подставив F Dd 1 Dd b иl , 2 2 2 где D и d — диаметры цилиндрических поверхностей корпуса; b — ширина пластины, получим D2 d 2 MТ b pГ z , 8 (3.20) Теоретическая угловая скорость поворота вала гидродвигателя равна v Q , l Fl где v - окружная скорость центра давления пластины; Q QГ / z , QГ — расход жидкости, подводимый к гидродвигателю. Подставив выражения для F и l, получим 35 8Q , ( D d 2 )bz (3.21) 2 Поворотные пластинчатые гидродвигатели достаточно просты и не требуют преобразования поступательного движения в поворотное. Однако они имеют существенные недостатки: при высоких давлениях возможна значительная деформация боковых крышек; трудно осуществимо качественное уплотнение рабочих объемов; плохие динамические показатели гидродвигателя из-за влияния сжимаемости рабочей жидкости и значительных сил трения в уплотнениях. Эти недостатки отсутствуют в поршневых поворотных гидродвигателях. Поворот выходного звена может осуществляться, например, с помощью реечнозубчатой передачи (рис. 3.11,е), в которой рейка закреплена на поршне 2 гидродвигателя. Перемещение поршня происходит как в обычном гидроцилиндре. Теоретический крутящий момент гидродвигателя и угловая скорость поворота определяются зависимостями MТ Т D2d 8 p , 8Q , D2d (3.22) (3.23) где D — диаметр поршня; d — диаметр делительной окружности зубчатого колеса. Условное графическое изображение поворотного двигателя показано на рис. 3.11, в. Поворотные гидродвигатели применяют для перемещения рулей управления и стеклоочистителей самолетов, поворотных устройств станков, роботов и др. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие преимущества достигаются при замене нерегулируемого механического привода гидравлическим? 2. Назовите области применения группового гидропривода? 3. В каких случаях целесообразно применять аккумуляторный и насосноаккумуляторный приводы вместо насосного гидропривода? 4. Как частота вращения вала гидромотора зависит от нагрузки на нем? 5. Что такое жесткость нагрузочной характеристики нерегулируемого гидропривода и чем она определяется? 6. Чем ограничена наибольшая нагрузка, которую может преодолеть гидропривод? 7. Какие преимущества и недостатки дает применение гидроцилиндра для 36 осуществления поступательных движений по сравнению с гидромотором? 8. Назовите и обоснуйте область применения телескопических гидроцилиндров. 9. Как обеспечить выдвижение штока телескопического гидроцилиндра с постоянной скоростью? 10. Объясните причину, из-за которой шток гидроцилиндра, подключенного по дифференциальной схеме, перемещается с большей скоростью, чем при обычном подключении гидроцилиндра. 11. Что ограничивает применение одноштоковых гидроцилиндров для перемещения рабочих органов машин на большие расстояния? 12. Каково назначение и особенности применения поворотных пластинчатых гидродвигателей? 4. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ С ДРОССЕЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Гидропривод, гидродвигателя в котором изменение осуществляется скорости регулирующим движения выходного гидроаппаратом, звена называют гидроприводом с дроссельным управлением. В качестве регулирующих аппаратов применяются регулируемые дроссели, регуляторы расхода и дросселирующие распределители. В гидроприводах с дроссельным управлением используются насосы постоянной подачи. Расход жидкости, поступающей в гидродвигатель, определяется пропускной способностью регулирующего аппарата. Поэтому для гидроприводов с дроссельным управлением характерно соотношение Qн F v или Qн Vом nм , что означает наличие постоянного слива жидкости (минуя гидродвигатель) в бак и, следовательно, невысокий КПД. В то же время, благодаря, в первую очередь, простоте и дешевизне гидравлических устройств гидроприводы с дроссельным управлением получили широкое применение. В гидроприводах с дроссельным управлением могут быть реализованы все три вида движения: поступательное, вращательное и поворотное. Циркуляция рабочей жидкости осуществляется обычно по разомкнутой схеме. 37 4.1. Гидроприводы с последовательным расположением дросселя Последовательное расположение дросселя соответствует установке дросселя в напорной или сливной гидролиниях привода, т.е. «на входе» или «на выходе» из гидродвигателя. Рассмотрим принцип действия и основные статические характеристики гидропривода с регулируемым дросселем, установленным «на входе» в гидродвигатель. В качестве двигателя возьмем, например, гидроцилиндр, понимая, что вид гидродвигателя не оказывает влияния на характеристики гидропривода, связанные с регулированием скорости. Принципиальная схема такого гидропривода показана на рис. 4.1. Регулируемый дроссель ДР установлен в напорной гидролинии насоса Н перед направляющим распределителем Р. Скорость движения поршня гидроцилиндра Ц определяется расходом рабочей жидкости, поступающим в него, т.е. расходом, прошедшим через дроссель. При изменении площади проходного сечения дросселя происходит регулирование скорости движения поршня. Так как пропускная способность дросселя ограничена перепадом давления на нем и его проходным сечением, а подача насоса постоянна, излишки расхода направляются на слив через клапан давления К, работающий в режиме переливного, клапана. Поэтому с целью уменьшения потерь мощности в клапане необходимо чтобы подача насоса не превышала максимальной пропускной способности дросселя. 38 Рис. 4.1. Принципиальная схема гидропривода с дросселем «на входе» Рассмотрим основные статические характеристики гидропривода. Вначале установим соответствие между давлениями в отдельных точках гидросистемы и нагрузкой, преодолеваемой гидроприводом. Из уравнения равновесия поршня гидроцилиндра без учета механических потерь следует, что p1 F p2 F1 R , (4.1) где р1 и р2 — давления в полостях гидроцилиндра; F, F1 - рабочие площади. Перейдя от полной нагрузки R на штоке гидроцилиндра к удельной r = R/F, имеем p1 F1 p2 r , F (4.2) Давление р2 определяется сопротивлением сливной гидролинии. С целью акцентирования внимания на потерях энергии за счет способа регулирования скорости в дальнейшем не учитываются потери давления в гидролиниях и направляющей аппаратуре. Поэтому можно положить р2 ~0. Тогда из выражения (3.9) следует, что давление в рабочей полости гидроцилиндра определяется нагрузкой и прямо пропорционально ей. 39 Перепад давления на дросселе pдр pн p1 , (4.3) также определяется нагрузкой на штоке гидроцилиндра, так как давление в напорной линии насоса рн определяется настройкой клапана К. Поэтому если учесть, что давление перед напорным клапаном, работающим в режиме переливного клапана, мало меняется в зависимости от идущего на слив расхода жидкости [4], то можно считать pK pн const Характер изменения давлений от нагрузки с учетом принятых допущений показан на рис. 4.2, а. Из графика следует, что наибольшая удельная нагрузка, которую привод может преодолеть, с учетом перечисленных выше допущений равна rmаx pн Рис. 4.2. Статические характеристики гидропривода с дросселем «на входе» Следует также отметить, что перепад давления на дросселе, особенно при малых нагрузках, достигает больших значений. Тем самым создаются благоприятные условия для возникновения облитерации в рабочей щели дросселя [1]. Скорость движения поршня гидроцилиндра v определяется расходом жидкости через дроссель 40 Qдр / F Предположив, что применен турбулентный дроссель, [17], и с учетом зависимостей (4.2) и (4.3), имеем 2 f v pK r , F (4.4) где f — площадь проходного сечения дросселя, — плотность рабочей жидкости. Выражение (4.4) определяет нагрузочную характеристику привода (рис. 4.2, б). Зависимость v = f (r) является параболой и свидетельствует о малой жесткости гидропривода с дроссельным управлением. При r = rmах происходит торможение поршня гидроцилиндра, в связи с чем эта нагрузка называется нагрузкой торможения. Характеристики построены при f "< f '< f f=f mах mах. Максимальное значение скорости при называется скоростью холостого хода vxx, так как нагрузка на приводе в этом режиме работы равна нулю. Мощность, потребляемая насосом, без учета потерь или входная мощность в гидроприводе N н pнQн (4.5) есть постоянная величина, не зависящая ни от нагрузки на штоке, ни от скорости его перемещения. Мощность, развиваемая гидроцилиндром, или выходная мощность гидропривода, определяется выражением N ц rFv (4.6) Подставив в (4.6) уравнение (4.4), получим 2 Nц f r pн r (4.7) При удельных нагрузках r = 0 и r = rмах выходная мощность равна нулю. Определим нагрузку r0, при которой выходная мощность будет максимальной, из условия Nц r f 2 ( r pн r ) 0 , p r pк r r 0 , 2 pк r откуда имеем 41 r0 2 2 pк pтах 3 3 (4.8) Мощность потока жидкости, подводимого к дросселю, равна 2 ( pк p1 ) (4.9) p На рис. 4.2, в показаны графические зависимости перечисленных мощностей от N др pн Qдр pн f удельной нагрузки. Рассмотрим потери в гидроприводе, связанные с самим принципом дроссельного управления, т.е. без учета потерь в насосе, гидроцилиндре, напорной и сливной гидролиниях. КПД привода в этом случае составит Nц / N н (4.10) Введем две составляющие КПД привода (КПД дросселя др и КПД системы питания ) сп КПД дросселя с учетом (3.15), (3.17) и (3.10) равен др p r 1 др pн pн (4.11) Таким образом, КПД дросселя численно равен отношению перепада давления в полостях гидродвигателя, необходимого для преодоления нагрузки, к давлению в напорной линии насоса. Этот КПД равен нулю при r = 0 и достигает единицы при заторможенном двигателе (рис. 4.2, г). При максимальной мощности, развиваемой гидродвигателем, др = 0,67. КПД системы питания с учетом (4.5), (4.9) и принятого выше условия выбора подачи насоса равен cn Qдр Qн f f тах pн r pн откуда cn f f тах 1 r pн (4.12) Таким образом, КПД системы питания показывает, насколько полезно используется подача насоса, он численно равен отношению скорости перемещения выходного звена гидродвигателя к его максимальной скорости, определяемой подачей насоса, и зависит от нагрузки на гидродвигателе. Общий КПД привода составляет 42 дрcn f f тах r r 1 pн pн (4.13) Так как входная мощность Nн не зависит от нагрузки, наибольшее значение КПД привода будет иметь при r = r0 тах 0,38 f f тах , что говорит о том, что наибольшее значение КПД при полностью открытом дросселе равно примерно 38%. Рассматривая характеристики гидропривода с дроссельным управлением с дросселем «на входе» в целом следует отметить следующие его преимущества: 1) простота используемых устройств и системы управления, их низкая стоимость; 2) возможность регулирования скорости в широком диапазоне ее изменения; 3) возможность питания от одного насоса нескольких гидродвигателей; 4) плавное трогание с места выходного звена ввиду демпфирующих свойств дросселя. К недостаткам привода следует отнести: 1) низкий КПД и, следовательно, большие тепловыделения; 2) зависимость скорости выходного звена гидропривода от нагрузки; 3) невозможность осуществления движения с устойчивыми малыми скоростями при небольших нагрузках из-за заращивания дроссельной рабочей щели; 4) возможность восприятия только встречных нагрузок на гидродвигателе из-за отсутствия подпора в сливной гидролинии. Если требуется восприятие знакопеременных или попутных нагрузок, направленных по направлению скорости движения выходного звена гидродвигателя, применяют гидроприводы с дросселем устанавливаемым на «выходе» (рис. 4.3, а). В таком гидроприводе регулируемый дроссель ДР устанавливается в сливной гидролинии гидродвигателя, например, цилиндра Ц, за направляющим распределителем Р. 43 Рис. 4.3. Принципиальная схема и характеристики гидропривода с дросселем «на выходе» Как и в приводе с дросселем «на входе» насос Н работает при постоянном давлении, поддерживаемом и определяемом клапаном К. Из уравнения равновесия поршня гидроцилиндра получим p2 p1 F R F pН r1 , F1 F1 F1 (4,14) где r 1= R / F1. В графическом виде зависимости давлений в гидросистеме от удельной нагрузки на штоке показаны на рис. 4.3 б. При попутной нагрузке давление р2 растет и теоретически неограниченно. Максимальная встречная нагрузка rмах, которую может преодолеть гидропривод, имеет место при p2 = 0 rтах pк F F1 Скорость движения поршня гидроцилиндра определяется расходом, проходящим через дроссель Qдр, который определяет расход, поступающий в гидроцилиндр Qц. В общем виде они связаны выражением Qдр Qц F1 F С учетом (4.14) перепад давления на дросселе равен pдр p2 pк 44 F r1 F1 а скорость определяется по формуле f v 2 F r1 pK p F1 F1 (4.15) Нагрузочная характеристика гидропривода показана на рис. 4.3, в. Характеристики мощности и КПД имеют тот же вид, что и в гидроприводе с дросселем «на входе». Таким образом, установка дросселя «на выходе» из гидродвигателя позволила получить двухстороннюю жесткость привода. Кроме того, обеспечивается более плавное движение выходного звена гидродвигателя, так как в его сливной полости существует высокое давление, и, следовательно, сжимаемость жидкости из-за наличия нерастворенного воздуха будет меньше. Благоприятным моментом является и то, что тепло, выделяемое в дросселе, отводится непосредственно в гидробак, т.е. не нагревает гидродвигатель и соединенный с ним рабочий орган машины. Вместе с тем страгивание с места выходного звена гидродвигателя не будет плавным, так как подводящая гидролиния не содержит дросселя, обеспечивающего демпфирование. Небольшой подпор в сливной гидролинии двигателя может быть создан и в гидроприводе с дросселем «на входе» за счет установки в ней подпорного клапана. При этом возможно восприятие и некоторых попутных нагрузок. Однако надо учитывать, что КПД привода будет уменьшен на величину, определяемую потерями в клапане. 4.2. Гидроприводы с параллельным расположением дросселя Параллельное расположение дросселя соответствует установке дросселя между напорной линией насоса и сливной линией гидродвигателя. 45 Рис. 4.4. Принципиальная схема гидропривода с параллельным дросселем Принципиальная схема гидропривода, выполненного по этой схеме, показана на рис.4.4. Расход жидкости Qн, подаваемый в систему насосом Н, разделяется па два потока, один из которых, Qц через направляющий распределитель Р поступает в гидроцилиндр Ц, а другой Qдр — через дроссель ДР идет на слив. Следовательно, расход жидкости, поступающий в гидроцилиндр, равен Qц = Qн - Qдр (4.15) В данном гидроприводе напорный клапан К работает в режиме предохранительного клапана, т.е. он ограничивает лишь значение максимального давления в системе, в отличие от гидропривода с последовательным расположением дросселя, где клапан работал в режиме переливного клапана. Здесь же слив «лишнего» расхода жидкости идет через сам дроссель. Основные характеристики гидропривода с параллельным расположением дросселя приведены на рис. 4.5. Давление в штоковой полости гидроцилиндра определяется из выражения (4.2). Если пренебречь давлением в сливной гидролинии, то можно выделить главную особенность рассматриваемого гидропривода. Насос работает при переменном давлении, пропорциональном нагрузке на выходном звене гидродвигателя Максимальная нагрузка, воспринимаемая гидроприводом ограничивается предельным давлением в напорной гидролинии, определяемым настройкой напорного клапана: 46 Рис. 4.5. Статические характеристики гидропривода с параллельным дросселем Из характеристики (рис. 4.5, а) следует, что в режиме малых нагрузок облитерационные явления будут проявляться в меньшей степени, так как перепад давления на дросселе рассматриваемого становится привода от меньше. гидропривода В с этом также последовательно состоит отличие расположенным дросселем. Скорость движения поршня 2 pдр p Qн f v F Qн f F F 2 r p (4.17) При закрытом дросселе (f = 0) скорость максимальна и составляет vхх Qн / F . С увеличением проходного сеченая дросселя и увеличением нагрузки скорость уменьшается (рис. 4.5, б). Максимальная площадь проходного сечения дросселя должна быть такой, чтобы весь расход насоса прошел на слив при максимальном перепаде давления на дросселе, т.е. Qн Qдртах f тах 2 rтах p Мощность, потребляемая насосом (потери в насосе не учитываются), равна 47 (4.18) N H pH QH rQH , (4.19) т.е. насос потребляет от приводного двигателя, мощность, пропорциональную нагрузке на гидродвигателе. Мощность, теряемая на дросселе, равна 2 N дp pдр Qдр f r3/ 2 , (4.20) Мощность, подводимая к гидродвигателю Nц, а, следовательно, и выходная мощность, развиваемая гидроприводом, если не учитывать потери в гидродвигателе, равна N ц N н N др r Qн f r 2 (4.21) Исследование выражения (4.21) на максимум по параметру г показывает, что значение нагрузки, при которой Nц = Nцmах зависит от проходного сечения дросселя и может быть установлено в каждом конкретном случае. Зависимости мощностей от нагрузки приведены на рис. 4.5, в. КПД гидропривода с параллельно расположенным дросселем определяется только потерями в дросселе, так как через напорный клапан в нормальных режимах работы перелива жидкости нет, Nц Nн 1 N др Nн , Подставив выражения (4.19) и (4.20), получим 1 f 2 QH r , (4.22) Графические зависимости КПД от удельной нагрузки показаны на рис. 4.5, г, где f тах f / f // . Из рассмотренных характеристик следует ряд преимуществ гидропривода с параллельно расположенным дросселем: 1) высокий КПД при малых нагрузках и высоких скоростях; 2) тепло, выделяемое в дросселе, вместе с рабочей жидкостью направляется на слив, не нагревая гидродвигатель и связанный с ним рабочий орган машины, например станка. Вместе с тем гидропривод не позволяет регулировать скорость при попутных нагрузках; подключать к одному насосу несколько гидродвигателей; при работе на малых скоростях, которые получаются при больших проходных сечениях дросселя, сказывается влияние неравномерности подачи насоса. С учетом этих особенностей гидропривод с параллельно 48 расположенным дросселем применяется в автономных гидроприводах, работающих при больших скоростях движения и малых нагрузках. 4.3. Гидроприводы с регулятором расхода Общей особенностью гидроприводов дроссельного управления с дросселем (рис. 4.1, 4.3, 4.4) является зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от нагрузки на нем. Так как это влияние возникает в результате изменения перепада давления на дросселе, стабилизация скорости возможна при обеспечении постоянства перепада давления. При различных режимах работы привода. Рис. 4.6. Принципиальная схема гидропривода с регулятором расхода (дроссель + редукционный клапан) Эта задача решена в гидроприводах с регуляторами расхода, в которых перепад давления на регулируемом дросселе поддерживается постоянным с помощью клапана давления. В соответствии с двумя схемами исполнения регуляторов расхода рассмотрим следующие виды гидроприводов. На рис. 4.6 показана принципиальная схема гидропривода, в котором применен двухходовой регулятор расхода, состоящий из дросселя и редукционного клапана. Регулятор расхода РР устанавливается либо в напорной линии гидродвигателя, либо в 49 сливной. Параллельно насосу Н установлен клапан давления К, работающий в режиме переливного клапана. Этот клапан поддерживает постоянным давление перед регулятором расхода, для чего в гидроприводе должно быть обеспечено неравенство Qн Qдртах (4.23) Регулирование скорости поршня гидроцилиндра Ц обеспечивается изменением проходного сечения дросселя ДР. Редукционный клапан обеспечивает автоматическое изменение давления перед дросселем в зависимости от давления за ним [4], тем самым перепад давления на дросселе поддерживается постоянным. Рис. 4.7. Схема регулятора расхода с редукционным клапаном Рассмотрим основные статические характеристики такого привода. Перепад давления на дросселе равен (рис. 4.7) pдр p3 p1 4PПР( 0 ) D 2 p 4C h D p2 (4.24) где D p — наибольший диаметр золотника, определяющий площадь поверхностей, на которые действуют давления жидкости р1 , и р3 ; РПР — сила предварительного сжатия пружины, соответствующая положению золотника, при котором величина открытия рабочей щели равна нулю; C — коэффициент жесткости пружины; h — открытие рабочей щели золотника. Учитывая, что смещение золотника намного меньше предварительного сжатия пружины, перепад давления можно считать постоянным, т. е. pдр p3 p1 4PПР( 0 ) D p2 сonst . (4.25) Пружина золотника имеет небольшую жесткость, достаточную лишь для преодоления сил трения. Поэтому перепад давления обычно составляет 0,2—0,3 МПа. При этом чувствительность золотника регулятора расхода к облитерационным явлениям небольшая. 50 Рис. 4.8. Статические характеристики гидропривода с регулятором расхода (дроссель + редукционный клапан) Давление в рабочей полости гидродвигателя пропорционально нагрузке, что видно из соотношения (4.2). На рис. 4.8, а дано графическое представление перечисленных зависимостей. Давление в рабочей полости гидродвигателя пропорционально нагрузке, что видно из соотношения (4.2). На рис. 4.8, а дано графическое представление перечисленных зависимостей. Скорость движения поршня гидроцилиндра определяется расходом через дроссель Q ДР и рабочей площадью гидроцилиндра F Qдр F Наибольшая удельная нагрузка f 2 F r, pдр (4.26) которую может преодолеть гидропривод поддерживая постоянной скорость движения поршня, составляет величину rmax . При нагрузке r ' происходит полное торможение гидродвигателя. Нагрузочная характеристика привода (рис. 4.8,б), построенная при f // f / f max , свидетельствует о высокой жесткости привода, даже при учете некоторого уменьшения расхода через дроссель при увеличении давления за ним [4]. Мощность, потребляемая насосом, постоянна . N H pH QH 51 (4.27) Мощность, развиваемая гидродвигателем (без учета потерь в нём), определяется выражением 2 N Ц р1Qдр f pдр r (4.28) и ее зависимость от удельной нагрузки представлена на рис. 4.8, в. С учетом выражения (4.23) КПД привода равен NЦ NH f f max r pH (4.29) Максимальное значение КПД имеет при r rmax (рис. 4.8, г) и составляет p f max 1 ДР р Н f max На основании рассмотренных характеристик (4.30) можно отметить следующие преимущества гидропривода с регулятором расхода, состоящего из дросселя и редукционного клапана, по сравнению с гидроприводом, в котором применен обычный дроссель: 1) высокий КПД; 2) стабильность скорости при переменной нагрузке; 3) возможность получения устойчивых малых скоростей, так как облитерация щелей проявляется в меньшей степени. Недостатком является некоторое увеличение стоимости гидроаппарата. Второй вид гидропривода, в котором в качестве регулирующего аппарата применен трехходовой регулятор расхода, состоящий из дросселя и напорного клапана, показан на рис. 4.9. Такой регулятор расхода может быть установлен только в напорной гидролинии двигателя. 52 Рис. 4.9. Принципиальная схема гидропривода с регулятором расхода (дроссель + напорный клапан ) Рис. 4.10. Схема регулятора расхода с напорным клапаном Напорный клапан КН установлен параллельно дросселю ДР и работает в режиме переливного клапана, т. е. в гидроприводе должно быть обеспечено неравенство (4.23) Напорный клапан обеспечивает постоянный перепад давления на дросселе (рис. 4.10) p ДР р Н р1 4 РПР( 0) D p2 const (4.31) Главной особенностью регулятора расхода с напорным клапаном является то, что насос работает при переменном Рис. 4.11. Статические характеристики гидропривода с регулятором расхода (дроссель + напорный клапан) давлении в напорной гидролинии, определяемом уровнем нагрузки на выходном звене 53 гидродвигателя: p H p1 p ДР r p ДР (4.32) Зависимости давлений в гидросистеме привода от нагрузки приведены на рис. 4.11, а. Наибольшая нагрузка, преодолеваемая приводом в рабочем режиме, составляет rmax а тормозная нагрузка r '. Наибольшее давление в гидроприводе определяется настройкой пружины предохранительного клапана КП (см. рис. 4.9). Регулирование скорости движения выходного звена гидропривода обеспечивается с помощью изменения проходного сечения дросселя. Зависимость скорости от нагрузки на выходном звене представлена на рис. 4.11,б, где f // f / f max Мощность, потребляемая насосом, определяется выражением N H QH (p ДР r ) (4.33) а мощность, развиваемая гидродвигателем, равна N Ц p1Q ДР fr 2 p ДР (4.34) Таким образом, гидропривод потребляет мощность N H , пропорциональную нагрузке на выходном звене гидродвигателя. Наименьшее и наибольшее значения этой мощности приведены на рис. 4.11, в. Выражение для КПД гидропривода с учетом (4.31) имеет следующий вид: NЦ NН f f max p1 f pH f max 1 1 p ДР (4.35) r Графическая зависимость КПД от удельной нагрузки имеет вид гиперболы (рис.4.11, г). Максимальное значение КПД такое же, как и в предыдущей схеме, и имеет место при r rmax . Но в рабочем диапазоне изменения нагрузки 0 r rmax КПД выше. Таким образом, преимущество гидропривода с регулятором расхода, состоящим из дросселя и напорного клапана, состоит в более высоком КПД, в меньших тепловыделениях и в возможности более компактного исполнения управляющих устройств. Однако, ввиду переменности давления на выходе из насоса, привод каждого рабочего органа машины должен быть индивидуальным, т. е. от одного насоса можно управлять лишь одним гидродвигателем. Общими преимуществами гидропривода с дроссельным управлением являются простота конструкции, высокая надежность и низкая стоимость регулирующей аппаратуры и насосов, широкий диапазон регулирования скорости, возможность в ряде 54 схем осуществления перемещений с малыми скоростями, простота получения жесткой нагрузочной характеристики, высокое быстродействие. Но в силу больших потерь мощности при малых скоростях перемещения исполнительных устройств, они применяются при небольших мощностях, обычно не более 3 кВт. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. В чем состоит принцип регулирования скорости в гидроприводах с дроссельным управлением? 2. Почему давление на выходе из насоса в гидроприводе с последовательно расположенным дросселем постоянно? 3. Каким образом можно обеспечить работу гидропривода с последовательно расположенным дросселем с максимальным КПД? 4. Назовите условия, при которых КПД гидропривода с последовательно расположенным дросселем будет меньше 38%. 5. Какие виды гидроприводов с дроссельным управлением и почему могут воспринимать знакопеременную нагрузку? 6. Какие характеристики приобретает гидропривод при переносе управляющего дросселя с входа в гидродвигатель на выход из него? 7. В чем отличие в работе напорного клапана в гидроприводе с параллельно расположенным дросселем по сравнению с гидроприводом с последовательной его установкой? 8. В каких режимах и почему КПД гидропривода с параллельно расположенным дросселем больше, чем при последовательной его установке? 9. Какие преимущества приобретает гидропривод при замене обычного дросселя регулятором расхода? 10. Чем определяется перепад давления на регулируемом дросселе в каждом виде регулятора расхода? 11. Объясните увеличение КПД в гидроприводе с регулятором расхода, включающим напорный клапан, по сравнению с регулятором расхода с редукционным клапаном. 12. В чем состоят преимущества и недостатки управлением? 55 гидроприводов с дроссельным 5. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ С МАШИННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Гидроприводы, в которых изменение скорости движения выходного звена гидродвигателя осуществляется с помощью регулируемых гидромашин, называются гидроприводами с машинным управлением. Применяются три способа регулирования скорости: путем изменения рабочего объема насоса или гидромотора, а также путем изменения рабочих объемов обеих гидромашин. Рабочий объем гидромашин может изменяться либо вручную, либо с помощью управляющих устройств. Поскольку регулирование скорости проходит без потерь на дросселирование потока рабочей жидкости (как это было в гидроприводах с дроссельным управлением), машинный способ управления является более экономичным. Поэтому гидроприводы с машинным управлением, как правило, не требуют мощных систем охлаждения рабочей жидкости и выполняются с замкнутым потоком, восполнение утечек а котором производится от вспомогательного насоса. 5.1. Гидроприводы с регулируемым насосом Гидропривод (рис. 5.1) состоит соединенного по замкнутой схеме из реверсивного регулируемого насоса с не регулируемым гидромотором Н, М. Предохранительные клапаны Рис. 5.1. Принципиальная схема гидропривода с регулируемым насосом КП1 и КП2 ограничивают максимальное давление в соответствующей напорной гидролинии до значения рК . Подпиточный насос НП расположен в корпусе основного насоса, их валы соединены между собой зубчатой передачей и приводятся в движение от одного приводящего двигателя. Давление подпитки, составляющее обычно 0,8—1,1 МПа 56 [10], определяется настройкой клапана давления К, работающего в режиме переливного клапана. Подача рабочей жидкости для восполнения утечек в гидромашинах производится во всасывающую гидролинию через один из обратных клапанов КО, второй клапан закрыт давлением напорной гидролинии. Источником подачи рабочей жидкости служит подпиточный насос НП, давление на выходе из которого р П поддерживается переливным клапаном К. Избыточное давление во всасывающей гидролинии насоса улучшает условия всасывания, [Обеспечивая бескавитационный режим работы насоса и надёжное заполнение жидкостью его рабочих камер. От подпиточного насоса часть рабочей жидкости может отводиться потоком Qy для питания гидравлических устройств изменения рабочего объема насоса. Замкнутый поток рабочей жидкости позволяет осуществить реверс выходного звена гидродвигателя за счет изменения направления подачи насоса без использования направляющих распределителей. Уравнение равновесия ротора гидромотора имеет следующий вид: M MT M ВН M ТР M П (5.1) где М МТ — теоретический момент, развиваемый гидромотором, определяемый давлением напорной гидролинии; М ВН — момент, затрачиваемый на преодоление внешней нагрузки; М ТР — момент, затрачиваемый на преодоление механических потерь в гидромоторе; М П — момент, затрачиваемый на преодоление подпора в сливной гидролинии. Подставив в (5.1) выражение для составляющих моментов, получим p1VCM p V pV M BH Mмех OM 2 OM 2 2 2 откуда связь между давлениями в гидроприводе без учета потерь в гидролиниях будет иметь следующий вид: p M p1 p H M BH p Mм еч p П VCM 2 (5.2) где pМ . мех — перепад давления, определяемый механическими потерями в гидромоторе; VOM — рабочий объем гидромотора. Из выражения (5.2) видно, что давление в напорной гидролинии определяется внешней нагрузкой на валу гидромотора и пропорционально ей. Зависимость давлений от удельной внешней нагрузки 57 r 2 M BH VOM представлена на рис. 5.2, а. Наибольший момент от внешней нагрузки, который может преодолеть гидромотор, равен p p Mмех p П M BH 2 K VCM Теоретическая частота вращения вала гидромотора nМТ , определяется выражением (3.1). Рис. 5.2. Статические характеристики гидропривода с регулируемым насосом Представим рабочий объем насоса VOH в виде VOH VOH e (5.4) max H где eH параметр регулирования насоса ( eH = 0—1). Подставив (5.4) в (3.1), получим nМГ VOHмах H eH VCM (5.5) Таким образом, теоретически частота вращения вала гидромотора не зависит от нагрузки. Следовательно, структурное построение 58 гидропривода с машинным управлением дает жесткую нагрузочную характеристику (рис. 5.2, б, кривые 1). При увеличении нагрузки r rmax срабатывает предохранительный клапан, пропуская часть расхода жидкости из напорной гидролинии в сливную. При r r / вся подача насоса направляется в сливную гидролинию. С учетом утечек рабочей жидкости в насосе Q y .н и гидромоторе Q y . м , которые можно считать пропорциональными перепаду давления во внешних гидролиниях [2], частота вращения вала гидромотора nM определяется из следующего выражения: nM QНГ QУН QУМ 1 VOHMinnH eH KУН p H p2 KУМ pM p2 (5.6) VOM VOM где KУН и KУM — коэффициенты объемных потерь в насосе и гидромоторе. Выражение (5.6) может быть представлено также в виде nM K neeн K nм M вн n0 K ne где (5.7) 2 КУН КУМ К КУМ p мех VOHMinnH ; K nм ; n0 УН V OH VOH VOМ Нагрузочная характеристика гидропривода с учетом утечек представлена на рис. 5.2, б, кривые 2. Из выражения (5.6) следует, что гидропривод с машинным управлением имеет зону нечувствительности при изменении положения регулирующего органа насоса. Определим нечувствительность гидропривода nнн , положив в (5.6) nM 0 : eнн К УН КУМ р1 р 2 КУН КУМ VOHMinnH VOMMinnн М ВН 2 p Mмех VОН (5.8) Наибольшее влияние на нечувствительность привода оказывают утечки рабочей жидкости в гидромашинах. Поэтому при увеличении внешней нагрузки на валу гидромотора нечувствительность увеличивается. Мощность, развиваемая гидромотором N M , отличается от потребляемой насосом N H от приводящего двигателя, на величину, затрачиваемую на привод насоса подпитки N M N H N HП или N Н p П QНП 2nМ M ВН (5.9) где QНП — подача подпиточного насоса. С учетом потерь мощности в гидромашинах выражение (5.9) приобретает вид 59 N p П QНП НП 2nМ M ВН (5.10) Н М Кривые мощности показаны на рис. 5.2, в. Кривые 1 соответствуют приводу без учета потерь в гидромашинах, кривые 2 — с учетом потерь. КПД привода с машинным управлением, определяемый самим принципом регулирования скорости, равен единице. Если привод выполнен с замкнутым потоком рабочей жидкости, и, следовательно, в его состав входит насос подпитки, то NМ N 1 НП NН NН (5.11) Подставив в (5.11) выражение (5.9), получим 1 M вн N НП p н QНП NН M ВН 2n М (5.12) Зависимость КПД от нагрузки показана на рис. 5.2, г (кривая 1). Учитывая, что мощность, потребляемая подпиточным насосом, обычно не превышает 5% [10] от наибольшей мощности, передаваемой гидроприводом, КПД привода в большом диапазоне изменения нагрузки достаточно высок. С учетом потерь мощности в гидромашинах изменение КПД привода соответствует кривой 2. Рассмотрим регулировочные характеристики гидропривода с регулируемым насосом, которые представляют собой зависимость выходных параметров гидропривода от параметра регулирования. Для получения качественных зависимостей пренебрежем потерями мощности в приводе. Зависимость частоты вращения вала гидромотора nM от параметра регулирования eH определяется выражением (5.5). Момент, развиваемый гидромотором MМ p1 p2 VОМ 2 есть постоянная величина. Мощность, развиваемая гидромотором, равна N M p1 p2 QM p1 p2 VOHMinnн eн (5.13) На рис. 5.3 представлены графические зависимости рассмотренных характеристик. Из них видно, что гидропривод с регулируемым насосом развивает постоянный при заданной нагрузке момент, независимый от частоты вращения вала гидромотора, а развиваемая им мощность пропорциональна частоте вращения. 60 Рис. 5.3. Регулировочные характеристики гидропривода с регулируемым насосом Диапазон регулирования скорости в рассматриваемом гидроприводе, выражаемый отношением максимальной частоты вращения вала гидромотора к минимальной, DnM nM max nM min (5.14) теоретически равен бесконечности, так как при eн 0 nM 0 . В действительности гидромотор устойчиво работает лишь начиная с частоты вращения вала nM min . Это связано с наличием утечек и перетечек жидкости в гидромоторе и «падающей» характеристикой механического трения (рис. 5.4). Так, если при регулировании необходимо уменьшать частоту вращения вала, то при некотором eн ' можно достичь nM ' (кривая 1), но при установлении eн "< eн ' увеличивается давление, необходимое для преодоления механических потерь в Рис. 5.4. Характеристика механических потерь в гидромоторе гидромоторе. При этом увеличиваются и утечки жидкости, в результате чего частота вращения вала снижается, что приводит к еще большему увеличению pMмех и так далее пока вал гидромотора не остановится. Таким образом, nM min nM ' . Для серийно выпускаемых аксиально-поршневых гидромоторов типа Г15—2 [13] Dn =52,5—90. Пластинчатые гидромоторы имеют более низкий диапазон регулирования. 61 Диапазон регулирования может быть увеличен за счет снижения механических потерь при скоростях вращения вала гидромотора близких к нулю. Например, в роликолопастных гидромоторах [8] за счет гидростатической разгрузки рабочих органов зависимость потерь от частоты вращения не имеет участка с подающей характеристикой (кривая 1 рис. 5.4), благодаря чему эти гидромоторы могут устойчиво работать с nM min =0,5—1 об/мин. Гидроприводы с регулируемым насосом нашли наибольшее применение в классе приводов с машинным управлением. Они применяются там, где силовые возможности гидропривода не должны зависеть от скорости движения выходных звеньев. Например, они применяются в гидроприводах станков, колесно-гусеничных машин, поворотных сооружений и т. п. 5.2. Гидроприводы с регулируемым гидромотором Упрощенная гидравлическая схема привода показана на рис. 5.5. На схеме не показаны блок предохранительных клапанов и система подпитки насоса, которые также присутствуют как и в гидроприводе с регулируемым насосом (см. рис. 5.1). Рис. 5.5. Схема гидропривода с регулируемым гидромотором Реверс вала гидромотора, как правило, осуществляется путем установки в гидролиниях четырехлинейного направляющего распределителя. Зависимости давления, частоты вращения, мощности и КПД от момента нагрузки имеют тот же вид, что и для предыдущего привода. Рассмотрим регулировочные характеристики привода. Теоретическая частота вращения вала гидромотора определяется следующим выражением: nM Наименьшая V QH 1 OH nH VOM VOM max eM частота вращения (5.15) имеет регулирования eМ max 1 62 место при максимальном параметре nM min VOH nH . VOM max С уменьшением параметра регулирования eM частота вращения nM растет (рис. 5.6, кривая 1). Очевидно, что обеспечить работу гидромотора с малой частотой вращения невозможно, так как для этого надо либо уменьшать рабочий объем насоса VOH , либо увеличивать максимальный рабочий объем гидромотора VOM max . Но при уменьшении VOH уменьшается передаваемая гидроприводом мощность, а при увеличении VOM max растут габаритные размеры привода. Кроме того, с уменьшением отношения VOH VOM max регулировочная характеристика смещается вниз (кривая 2). Угол наклона характеристики в большем диапазоне изменения eM уменьшается, что снижает быстродействие привода. Рис. 5.6. Регулировочные характеристики гидропривода с регулируемым гидромотором С уменьшением параметра регулирования частота вращения вала гидромотора может теоретически возрасти до бесконечности. В действительности она ограничена величиной nM max . Это объясняется тем, что развиваемый гидромотором момент M MT уменьшается с уменьшением параметра регулирования M МГ p М VОМ p V М ОМ max eM 2 2 и при eM eM ' (см. рис. 5.6) он становится равным моменту, (5.16) необходимому для преодоления механических потерь в самом гидромоторе, т. е. при nM nM max гидропривод превращается в самотормозящуюся систему. Преимуществом гидропривода с регулируемым гидромотором является работа с постоянной мощностью при заданной нагрузке во всем диапазоне регулирования скорости, так как N MT pM QM pH QH const. 63 (5.17) Это позволяет применять приводной двигатель насоса ограниченной мощности, что важно, например, при использовании гидропривода в трансмиссиях мобильных машин. К недостаткам рассматриваемого гидропривода следует отнести следующие. Ручное или механическое управление гидроприводом сложно, так как обычно гидромотор удален от места расположения оператора. При дистанционном управлении этот недостаток снимается. Привод не обеспечивает малые скорости, при которых обычно начинается движение исполнительных устройств. Диапазон регулирования скорости DnM при регулировании гидромотором меньше, чем при регулировании насосом. При использовании серийно выпускаемых аксиально-поршневых гидромоторов типа Г15-2 Dn M nM max eM max p M 6 12 nM min eM p Mmex Предпочтительным является применение аксиально-поршневых гидромоторов с наклонным блоком цилиндров, так как гидромеханические потери в них наименьшие. Гидроприводы с регулируемым гидромотором применяются в мобильных машинах, приводах конвейеров и других машин, где требуется обеспечить постоянство потребляемой мощности. 5.3. Гидроприводы с регулируемым насосом и гидромотором Управление скоростью в таких гидроприводах (рис. 5.7) может осуществляться двумя способами: путем последовательного изменения рабочих объемов гидромашин или путем одновременного изменения. При последовательном изменении рабочих объемов регулировочные характеристики гидропривода имеют вид, показанный на рис. 5.8. Они получены совмещением характеристик при раздельном управлении (см. рис. 5.3 и 5.6). В первой фазе регулирования при разгоне гидродвигателя увеличивается параметр регулирования насоса при постоянном параметре регулирования гидромотора. Во второй фазе при eH eH max начинается уменьшение параметра регулирования гидромотора. Такой привод дает возможность значительно увеличить диапазон регулирования Dn DnH DnM 64 (5.18) Рис. 5.7. Схема гидропривода с регулируемыми насосом и гидромотором Если в гидроприводе использовать упоминавшиеся выше гидромоторы типа Г15-2 то Dn будет лежать в пределах 300 — 1000. Рис. 5.8. Регулировочные характеристики гидропривода с последовательно регулируемыми насосом и гидромотором Ограничения по минимальной частоте вращения вала гидромотора nM min определяются факторами, имевшими место в гидроприводе с регулируемым насосом. Ограничения по максимальной частоте вращения nM max — факторами, имевшими место в гидроприводе с регулируемым гидромотором. Остальные характеристики аналогичны рассмотренным выше (см. рис. 5.2). Рис. 5.9. Регулировочные характеристики гидропривода с одновременно регулируемыми насосом и гид65 ромотором При одновременном изменении рабочих объемов регулировочные характеристики имеют вид, показанный на рис. 5.9. Для разгона вала гидромотора с увеличением рабочего объема насоса одновременно уменьшается рабочий объем гидромотора. В этом случае увеличение частоты вращения проходит более интенсивно, что дает возможность увеличить диапазон регулирования по сравнению с предыдущей схемой приблизительно в 1,5 раза [2]. Но следует отметить, что эта схема более сложна в конструктивной реализации. Таким образом, в гидроприводах с двумя регулируемыми гидромашинами обеспечивается больший диапазон регулирования, и малые скорости движения реализуются при максимальном развиваемом крутящем моменте, что особенно важно для их использования в трансмиссиях мобильных машин. Общим же преимуществом гидроприводов с машинным управлением по сравнению с дроссельным управлением является значительное увеличение КПД, так как сам принцип регулирования расхода жидкости не связан с ее дросселированием в рабочих щелях устройств управления расходом. В то же время применение регулируемых гидромашин делает гидроприводы более дорогостоящими. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие функции выполняет подпиточный насос в гидроприводе с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости? 2. Чем определяется давление в напорной гидролинии гидропривода с машинным управлением? 3. Можно ли в гидроприводе с машинным управлением получить нагрузочную характеристику, аналогичную гидроприводу с регулятором расхода? 4. Какова причина образования зоны нечувствительности в гидроприводе с регулируемым насосом и как ее можно уменьшить? 5. Чем определяется мощность подпиточного насоса? 6. В каком виде гидропривода с машинным управлением развиваемый гидромотором момент не зависит от частоты вращения вала и почему? 7. Как можно увеличить диапазон регулирования скорости в гидроприводе с регулируемым насосом? 8. Какие преимущества имеет гидропривод с регулируемым мотором по сравнению с гидроприводом с регулируемым насосом? 66 9. Чем ограничена минимальная частота вращения вала в гидроприводе с регулируемым гидромотором? 10. Почему гидропривод с регулируемым гидромотором при увеличении частоты вращения может работать как самотормозящаяся система? 11. Что дает одновременное регулирование подачи насоса и гидромотора по сравнению с последовательным? 12. Чем объясняется более высокий КПД гидропривода с машинным управлением по сравнению с КПД гидропривода дроссельным управлением? 6. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ С МАШИННОДРОССЕЛЬННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ В гидроприводах с машинно-дроссельным управлением изменение скорости движения выходного звена осуществляется аппаратом, регулирующим расход жидкости, поступающей в гидродвигатель, но при этом автоматически меняется и подача насоса. Такие гидроприводы совмещают простоту управления, жесткость нагрузочной характеристики, возможность осуществления перемещений с малыми скоростями, свойственные гидроприводу с дроссельным управлением, экономичность, меньшие габариты гидробаков, присущие гидроприводу с машинным управлением. Гидроприводы с машинно-дроссельным управлением имеют две принципиальные схемы исполнения. В первой схеме обеспечивается работа регулируемого насоса при постоянном (малоизменяющемся) давлении в напорной гидролинии. Во второй — при переменном давлении, пропорциональном нагрузке на гидродвигателе. 6.1. Гидроприводы с машинно-дроссельным управлением, работающие при постоянном давлении Принципиальная схема гидропривода показана на рис. 6.1. Привод состоит из насоса Н переменной подачи, оснащенного регулятором автоматического изменения подачи в зависимости от давления pH в напорной гидролинии насоса. В качестве аппарата регулирования расхода жидкости может быть использовано любое дроссельное устройство, которое устанавливается в подводящей или отводящей гидролиниях гидродвигателя. В рассматриваемой схеме таким устройством является регулятор расхода РР, установленный на входе в гидроцилиндр Ц. Направляющий распределитель р выполняет свое обычное назначение. 67 Рис. 6.1. Принципиальная схема гидропривода с машинно-дроссельным управлением, работающего Рис. 6.2. Схема регулятора подачи насоса при постоянном давлении Схема регулятора подачи насоса показана на рис. 6.2. В качестве примера рассмотрен аксиально-поршневой насос 1 с наклонным диском 4. Исполнительным устройством регулятора является гидроцилиндр 3, на поршень которого с одной стороны действует усилие пружины, а с другой — давление жидкости pH . В исходном положении регулятора пружина устанавливает регулирующий орган насоса в положение максимальной подачи. Дроссель 2 выполняет роль демпфера подвижного узла регулятора. Максимальная подача насоса выбирается таким образом, чтобы при полностью открытом дросселе поршень гидроцилиндра перемещался бы с максимальной требуемой скоростью. Для уменьшения скорости проходное сечение дросселя прикрывается, тем самым уменьшается его пропускная способность. Это приводит к росту давления pH , которое, воздействуя на поршень регулятора, смещает регулирующий орган насоса в положение меньшей подачи. Рост давления и перемещение регулирующего органа будут происходить до тех пор, пока подача насоса QH не станет равной пропускной способности дросселя Qдр . Таким образом, главной особенностью данного гидропривода является то, что подача насоса в каждый момент времени пропорциональна скорости движения выходного звена 68 гидродвигателя. Гидропривод, выполненный по рассмотренной схеме, может функционировать без предохранительного клапана. Так, например, если полностью перекрыть дроссель регулятора расхода, вызванный этим рост давления pH переместит поршень регулятора в крайнее левое положение (см. рис. 6.2), которое соответствует нулевой подаче насоса, т. е. защиту гидропривода от перегрузки давлением обеспечивает сам регулятор подачи насоса. Но предохранительный клапан в напорной гидролинии насоса все же устанавливается с целью повышения надежности работы гидропривода на случай отказа регулятора подачи. Определим расходную характеристику насоса QH f ( pH ) . Регулятор подачи насоса начинает работать при достижении в напорной гидролинии некоторого минимального уровня давления, который может быть определен из уравнения pH min Fp Cпр f 0 , где Fp — площадь поршня регулятора; (6.1) Cпр — коэффициент жесткости пружины; f 0 — предварительное сжатие пружины. При давлении pH pH min Cпр f 0 (6.2) Fp подача насоса максимальна QH QH max . Некоторый наклон расходной характеристики насоса определяется ростом внутренних утечек в насосе с увеличением давления (кри- вая 1, рис. 6.3). Рис. 6.3. Расходная характеристика насоса, регулируемого по давлению При давлении pH pH min поршень цилиндра регулятора смещается, и уравнение его равновесия принимает следующий вид: 69 pH Fp Cпр f 0 Cпр ( R tg max R tg ), (6.3) где R — плечо действия силы на регулирующий орган насоса; , max — текущее и максимальное значения угла наклона регулирующего органа. Преобразуем выражение (6.3) к виду p H Fy f0 tg 1 C R tg tg max R tg max max пр С учетом того, что подача насоса QH QH max tg , tg max и выразив tg / tg max в виде параметра регулирования насоса eH , получим pH FeH f0 eH QH QH max 1 СПР R tg max R tg max (6.4) Подставив в (6.4) выражение (6.2) и проведя преобразования, получим FeH QH QH max 1 pH pH min СПР R tg max (6.5) Этому режиму работы насоса на рис. 6.3 соответствует кривая 2. Из выражения (6.5) можем получить наибольшее давление на выходе из насоса, приняв QH = 0: pH max pH min Cпр R tg max FeH (6.6) . Таким образом, при изменении потребной подачи в гидроприводе от QH max до QH 0 давление насоса меняется в диапазоне от pH min до pH max . Определим неравномерность этого давления в виде pH max pH min b pH min f0 (6.7) где b R tg max . В насосах, регулирующий в которых орган поршень насоса, регулятора =10—15% [8]. непосредственно Такая перемещает относительно высокая неравномерность давления объясняется большой величиной перемещения поршня регулятора b и ограничениями в увеличении предварительного сжатия пружины f 0 из-за достаточно больших сил, необходимых для смещения регулирующего органа насоса. Неравномерность давления желательно иметь как можно меньше, так как в этом случае более стабильными будут регулировочные характеристики дроссельного устройства и привода в целом, больше КПД привода, что будет показало ниже, а также 70 снижается взаимовлияние нескольких гидродвигателей, работающих от одного насоса. Неравномерность давления может быть уменьшена путем введения в регулятор следящего устройства, выполняющего роль гидроусилителя, перемещающего регулирующий орган насоса. Схема такого регулятора показана на рис. 6.4. Регулирующий орган 2 аксиальнопоршневого насоса 1 поворачивается при смещении штока гидроцилиндра 3. В исходном положении пружина ставит регулирующий орган насоса в положение максимальной подачи. В качестве гидроусилителя применен двухщелевой золотниковый распределитель с открытыми на величину h0 рабочими щелями. С одной стороны на золотник гидроусилителя действует давление напорной линии насоса, с другой — пружина, усилие сжатия которой регулируется с помощью винта и настраивается на требуемое в гидросистеме давление. Рис. 6.4. Схема регулятора подачи насоса с гидроусилителем При давлении в напорной гидролинии насоса pH pH min золотник находится в крайнем правом положении. Как и в предыдущей схеме (рис. 6.2). pH min Cпр f 0 Fp . При этом поршень гидроцилиндра будет находиться в крайнем правом положении, так как щель h1 0, p1 pH , а F1 F2 . При увеличении давления pH pH min золотник пропорционально ему смещается влево, открывая щель h1 , и уменьшая проходное сечение щели h2 . При этом давление p1 уменьшается и поршень смещается влево, уменьшая подачу насоса. Перемещение поршня будет проходить до тех пор, пока не наступит равновесие сил, определяемое равенством 71 p1 F1 Pпр pH F2 где переменной величиной является давление p1 зависящее от смещения золотника, которое в свою очередь пропорционально увеличению давления pH . Следовательно, и подача насоса является величиной, пропорциональной pH . Рис. 6.5. Зависимость КПД от нагрузки в гидроприводе с машинно-дроссельным управлением, работающем при постоянном давлении Неравномерность давления , также вычисляемая по формуле (6.7), при применении регулятора с гидроусилителем значительно меньше (кривая 3, рис. 6.3), так как в этой схеме она определяется параметрами пружины золотника. Смещение золотника происходит в пределах сотых долей миллиметра, т. е. оно мало по сравнению с предварительным сжатием пружины. Регуляторы подачи насоса с гидроусилителем имеют неравномерность в пределах 1—3%. Так, неравномерность давления в системе при использовании насоса 2Г15-1 не превышает 1,5%. Рассмотрим управлением. статические Зависимости характеристики гидропривода с машинно-дроссельным давления и скорости от нагрузки на гидродвигателе определяются видом дроссельного устройства привода, что было подробно рассмотрено в гл. 4. Изменение подачи насоса сказывается на энергетических характеристиках привода. КПД гидропривода определяем с учетом потерь, вызванных принципом регулирования (см. рис. 6.1): Nц / N н где N ц p1Q Др — мощность, подводимая к гидроцилиндру; N н pнQн — мощность, развиваемая насосом. Учитывая, что QДр Qн , имеем p1 / pн r / pн (6.8) Таким образом, если считать pн =const, то КПД привода (рис. 6.5) не зависит от 72 проходного сечения дросселя и, следовательно, от скорости движения выходного звена гидродвигателя. Это дает значительное увеличение КПД по сравнению с гидроприводом дроссельного управления, особенно при работе на малых скоростях. Подставив в (6.8) выражение для pн из уравнения (6.4), получим r Fp C ПР 1 Rtg QH 1 f 0 1 e H f 0 QH max r Fp C ПР 1 QH f 0 1 1 QH max (6.9) Из этого выражения видно, что чем меньше будет неравномерность давления на выходе из насоса, тем выше будет КПД, особенно при малых Q Др и, следовательно, малых скоростях движения выходного звена гидродвигателя. Благодаря малым потерям мощности гидроприводы с машинно-дроссельным управлением применяются при передаче мощностей до 10—15 кВт и выше. В частности они нашли применение в гидроприводах станков, в гидросистемах летательных аппаратов. 6.2. Гидроприводы с машинно-дроссельным управлением, работающие при переменном давлении Гидроприводы, работающие при постоянном давлении на выходе из насоса, не обеспечивают в полной мере зависимость мощности, потребляемой от приводящего двигателя, от мощности, развиваемой исполнительным устройством. Большее соответствие этих мощностей обеспечивается в гидроприводах машинно-дроссельного управления, работающих при переменном давлении. 73 Рис. 6.6. Принципиальная схема гидропривода с машинно-дроссельным управлением, работающего при переменном давлении Гидропривод, принципиальная гидравлическая схема которого показана на рис. 6.6, состоит из насоса Н переменной подачи, в котором перемещение регулирующего органа осуществляется с помощью регулятора. Управление скоростью движения гидроцилиндра Ц обеспечивается изменением проходного сечения дросселя ДР, устанавливаемого в напорной гидролинии насоса. Направляющий распределитель Р и предохранительный клапан К выполняют свои обычные функции. Регулятор 3 подачи насоса (рис. 6.7) состоит из двух поршеньков равных диаметров, на торцевые поверхности Fp которых действует разность давлений, равная перепаду давления на дросселе p Др . На правый поршень действует усилие пружины. Поршеньки обеспечивают перемещение регулирующего органа насоса 4. В исходном положении пружина смещает поршеньки в крайнее левое положение, ставя тем самым регулирующий Рис. 6.7. Схема регулятора подачи насоса орган насоса в положение максимальной подачи QН max . Максимальная подача насоса выбирается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую требуемую скорость движения выходного звена гидродвигателя при максимальном проходном сечении дросселя. Для уменьшения скорости движения проходное сечение дросселя прикрывается. Это приводит к увеличению давления pH на выходе из насоса, под действием которого поршеньки регулятора смещаются вправо, уменьшая подачу насоса. Перемещение поршеньков будет проходить до тех пор, пока не прекратит увеличиваться давление pH так как подача насоса будет уменьшаться. Подача насоса уменьшится до величины, равной пропускной способности дросселя. QН Q Др 74 Таким образом, и в этом виде привода с машинно-дроссельным управлением подача насоса в каждый момент времени соответствует скорости движения выходного звена гидродвигателя, и никакого лишнего расхода жидкости нет. Уравнение сил, действующих на поршеньки регулятора, имеет следующий вид: pH Fp p1 Fp Pпр (0) Ch, (6.10) где Pпр (0) — усилие предварительного сжатия пружины на величину h0 при положении поршеньков, соответствующем максимальному параметру регулирования насоса; С — коэффициент жесткости пружины; h — смещение поршеньков от исходного положения. Из уравнения (6.10) следует, что при постоянной нагрузке на гидродвигателе привода давление pH будет определяться характеристикой пружины регулятора C (h0 h), Fp (6.11) Q Др QН max QН (6.12) pH const С учетом уравнения расходов в гидроприводе в котором QН — изменение подачи насоса при регулировании QН VOH nH V n h tg OH H , tg max tg max R получим h (QН max Q Др ) R tg max VOH nH (6.13) где R — плечо действия силы от поршеньков на регулятор подачи; VOH и nH — рабочий объем и частота вращения вала насоса. Таким образом, изменение давления pH обусловлено необходимостью изменения расхода через дроссель. Но если пружину регулятора выбрать с малой жесткостью, с тем чтобы усилия пружины Pпр (0) Ch0 было бы достаточно для преодоления сил на регулирующем органе насоса, а величину предварительного сжатия пружины h0 выбрать много большую, чем сжатие пружины в процессе регулирования, то изменение pH будет незначительным. Так, в гидроприводе с аксиально-поршневым насосом типа 5Г13-3 [13] pH увеличивается не более чем на 3% при изменении Q Др на максимальную величину. Из выражения (6.10) также следует, что перепад давления на дросселе будет меняться аналогично давлению на выходе из насоса p Др pH p1 75 C h0 h const. Fp (6.14) Таким образом, при работе гидропривода в процессе регулирования расхода, поступающего в гидродвигатель, перепад давления на дросселе (рис. 6.8) будет оставаться практически постоянным. Рис. 6.8. Зависимость перепада давления на дросселе от расхода Рассмотрим реакцию гидропривода на изменение нагрузки на выходном звене гидродвигателя. Пусть, например, нагрузка R увеличится. Это вызовет увеличение давления p1 , а следовательно, и силы, действующей на поршеньки справа. Но с увеличением p1 уменьшится пропускная способность дросселя, что приведет к росту давления pH и силы, действующей на поршеньки слева. Изменения давлений pH и p1 должны быть одинаковыми, чтобы подача насоса оставалась неизменной. На основе изложенного выше принципа действия регулятора насоса можно отметить следующую особенность гидропривода. Насос создает такую подачу и работает при таком давлении, которые необходимы для заданных в каждый момент времени скорости и усилия на выходном звене гидродвигателя. Статические характеристики гидропривода приведены на рис. 6.9. Они получены с учетом допущения о постоянстве давления на выходе из насоса при изменении расхода через дроссель. Наибольшая нагрузка, развиваемая гидроприводом (см. рис. 6.9, а) определяется настройкой предохранительного клапана и равна rmax pK p Др При нагрузке r pK происходит полное торможение гидродвигателя. Нагрузочная характеристика (рис. 6.9, б) имеет такой же вид, как и в гидроприводе с дроссельным управлением с регулятором расхода v f 2 F p Др . (6.15) Кривые мощностей приведены на рис. 6.9, в. Мощность на выходе из насоса 76 пропорциональна мощности, развиваемой гидродвигателем. Потери мощности во всем диапазоне изменения нагрузки постоянны и равны потерям на дросселе. N Др p Др QДр . Рис. 6.9. Статические характеристики гидропривода с машинно-дроссельным управлением, работающего при переменном давлении При полном торможении гидродвигателя расход через дроссель равен нулю, pH p1 и регулятор ставит регулирующий орган насоса в положение максимальной подачи. Весь расход жидкости от насоса поступает на слив через предохранительный клапан. В этом режиме работы насос потребляет максимальную мощность, равную N H max pK QH max . Рассмотрим КПД гидропривода в виде rQДр NК N H pH QH Так как QH Q Др , и с учетом (6.14) r r p Др 1 1 p Др (6.16) r График изменения КПД от нагрузки приведен на рис. 6.9, г. Из него видно, что 77 характер изменения КПД такой же, что и в гидроприводе с дроссельным управлением, в котором регулирование скорости осуществляется регулятором расхода, состоящим из дросселя и напорного клапана. Но отличие состоит в том, что в гидроприводе с машиннодроссельным управлением не происходит снижения КПД при уменьшении проходного сечения дросселя, т. е. при уменьшении скорости движения выходного звена гидродвигателя. Следовательно, гидропривод работает всегда с предельно возможным КПД. Таким образом, гидропривод с машинно-дроссельным управлением, работающий при переменном давлении, является весьма экономичным видом гидропривода. Его применение способствует значительному снижению объема гидробака насосной установки. Вместе с тем надо иметь ввиду, что такой гидропривод может быть использован лишь в качестве автономного привода ввиду переменности давления на выходе из насоса, определяемого нагрузкой на гидродвигателе. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. В чем состоит основное преимущество гидропривода с машинно-дроссельным управлением по сравнению с гидроприводом дроссельного управления? 2. Что определяет изменение подачи насоса в гидроприводе с машинно-дроссельным управлением? 3. Как выбирается подача насоса в гидроприводе с машинно-дроссельным управлением? 4. Объясните вид расходно-перепадной характеристики насоса в гидроприводе, работающем при мало изменяющемся давлении. 5. Каким образом может быть понижена неравномерность давления в гидроприводе с машинно-дроссельным управлением? 6. С какой целью применяются предохранительные клапаны в гидроприводе, работающем при мало изменяющемся давлении? 7. Каким образом применение в регуляторе подачи гидроусилителя уменьшает неравномерность давления? 8. Объясните влияние неравномерности давления на КПД в гидроприводе с мало изменяющимся давлением. 9. Перечислите и обоснуйте преимущества и недостатки гидропривода, работающего при переменном давлении, по сравнению с гидроприводом, работающим при мало изменяющемся давлении. 10. Что обеспечивает точность поддержания постоянства перепада давления на дросселе в гидроприводе, работающем при переменном давлении? 78 11. Почему КПД гидропривода с машинно-дроссельным управлением не зависит от изменения проходного сечения управляющего дросселя? 12. Обоснуйте целесообразные области применения гидроприводов с машинно- дроссельным управлением. 7. НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ ГИДРОПРИВОДОВ Насосная установка представляет собой агрегат, в состав которого входят, как правило, один или несколько насосов, приводящий двигатель, гидробак, гидравлическая аппаратура, устройства очистки и охлаждения рабочей жидкости и информационноизмерительные приборы. Насосные установки укомплектовываются нормализованными устройствами и выпускаются серийно с различными гидравлическими и конструктивными схемами исполнения. В некоторых случаях, которые чаще всего определяются отраслевой спецификой гидропривода или отсутствием серийно выпускаемых установок для требуемых условий, насосные установки проектируются вновь и собираются из имеющегося оборудования. В настоящей главе рассматриваются гидравлические схемы и принцип действия типовых насосных установок, которые выпускаются серийно. 7.1. Насосные установки с насосами постоянной подачи Насосные установки данного класса выпускаются нашей промышленностью широкой номенклатурой. Как правило, они комплектуются нерегулируемыми пластинчатыми насосами, что определяет их малую стоимость. Применяются однопоточные и двухпоточные насосы. Привод насосов осуществляется от электродвигателей переменного тока, которые размещаются на крышке гидробака. Сам насос находится внутри гидробака и погружен в рабочую жидкость. Другие устройства размещены в основном на крышке гидробака. Насосная установка типа Г48-22Н (рис. 7.1) предназначена для подачи одного потока рабочей жидкости в гидросистему машин. Она имеет одинарный пластинчатый насос Н типа Г12-3 с подачей от 8 до 30 л/мин. Мощность приводящего насоса составляет 1,1—3 кВт. Давление в напорной гидролинии не более 6,3 МПа. Давление может меняться за счет настройки переливного клапана КП. В напорной гидролинии установлен полнопоточный фильтр Ф1 [11] средней очистки и обратный клапан КО1, предотвращающий слив жидкости из гидросистемы при остановке насоса. Контроль давления в линиях нагнетания и слива проводится манометром МН, включаемым золотником манометра ЗМ. 79 Рис. 7.1. Гидравлическая схема насосной установки типа Г48-22Н с насосом постоянной подачи В сливной гидролинии установлен фильтр Ф2 тонкой очистки, осуществляющий за один проход очистку лишь части рабочей жидкости, поступающей в гидробак Б, поскольку он подключен параллельно клапану. При многократном прохождении жидкости через сливную гидролинию количество задерживаемых частиц увеличивается. Другая часть жидкости, поступающая на слив, проходит через клапан давления КД, ограничивающий максимальное давление перед фильтром и обеспечивающий подпор в линии слива 0,3 МПа. В насосной установке предусмотрено воздушное охлаждение рабочей жидкости с помощью теплообменника AT. Вентилятор, установленный на валу электродвигателя, засасывает воздух через радиатор, охлаждая проходящую через него на слив рабочую жидкость. Нагретый воздух выбрасывается вентилятором наружу, отводя от рабочей жидкости часть тепла. Для предохранения радиатора от чрезмерного повышения давления (особенно в начальный период работы на холодной жидкости) параллельно ему установлен обратный клапан КО2. Уровень рабочей жидкости в гидробаке Б контролируется с помощью указателя уровня УУ. Так как работа насосной установки проходит при постоянных давлениях и подаче, а нагрузки и скорости при движении исполнительных устройств переменны, то, как было показано в гл. 4, в клапане КП имеют место значительные потери мощности, что и вызывает нагрев рабочей жидкости. Этим вызвано и ограничение мощности насосной установки. 80 Рис. 7.2. Гидравлическая схема насосной установки типа Г48-12 с двухпоточным насосом Насосная установка типа Г48-12 (рис. 7.2) предназначена для подачи двух независимых потоков рабочей жидкости в гидросистему. Они укомплектованы двухпоточным пластинчатым насосом типа 5Г12-3, 8П2-3 или 12Г12-3, имеющим два Рис. 7.3. Гидравлическая схема насосной установки типа Г48-32 с разделительной панелью ротора, расположенные на одном валу. В зависимости от типоразмера насоса ротор меньшей подачи обеспечивает расход от 8 до 18 л/мин, ротор большей подачи — от 8 до 35 л/мин. Мощность приводящего электродвигателя составляет 2,2—3 кВт. Давления в 81 выходных гидролиниях насоса Н могут устанавливаться в пределах 6,3 МПа переливными клапанами КП1 и КП2, но их сочетания должны быть такими, чтобы суммарная мощность потоков с учетом потерь не превышала мощности электродвигателя. Гидравлическая схема насосной установки в отличие от предыдущей имеет два обратных клапана КО1 и КО2 для предотвращения слива жидкости из каждой выходной гидролинии при остановленном насосе. Фильтр средней очистки установлен только в гидролинии меньшей подачи. Золотник манометра ЗМ позволяет подключать манометр МН к каждой выходной гидролинии. Для охлаждения рабочей жидкости используется теплообменник АТ. Наличие двух независимых потоков рабочей жидкости позволяет раздельно питать либо два гидродвигателя, либо две какие-либо части одной гидросистемы. Возможность подбирать расходы и устанавливать давление в каждой гидролинии позволяет снизить потери мощности по сравнению с насосной установкой с одинарным насосом. Насосная установка типа Г48-32 (рис. 7.3) предназначена для подачи одного потока рабочей жидкости в тех случаях, когда быстрое перемещение рабочего органа машины осуществляется с малым усилием, а медленное перемещение — с большим усилием. Рабочая жидкость от насоса Н двумя потоками подводится к разделительной панели РП, состоящей из переливного клапана КП1, клапана последовательности КП2 и обратного клапана КОЗ. Переливной клапан настраивается на давление, необходимое для осуществления медленных перемещений, а клапан последовательности — для быстрых перемещений. Расход от насоса меньшей подачи соответствует скорости медленных перемещений. Расход от насоса большей подачи подбирается таким, чтобы при объединении с расходом от насоса меньшей подачи обеспечивалась скорость быстрых перемещений. Работа гидропанели проходит следующим образом. При осуществлении рабочих перемещений, когда в системе устанавливается высокое давление, клапан последовательности КП2 открывается и напорная гидролиния насоса большей подачи соединяется со сливом. Это обеспечивает холостой режим работы этого насоса, поскольку давление на его выходе будет определяться только сопротивлением гидролинии. Расход рабочей жидкости в систему будет обеспечивать лишь насос меньшей подачи. Обратный клапан КОЗ разъединяет гидролинии двух насосов. При быстрых перемещениях клапан последовательности закрыт и расход от насоса большей подачи через обратный клапан объединяется с расходом насоса меньшей подачи. Наличие разделительной панели значительно уменьшает потери мощности в насосной установке ввиду разгрузки насоса большей подачи при рабочих перемещениях, и вследст82 вие этого потребляемая им мощность от электродвигателя практически равна нулю. Кроме того, и потребляемая насосной установкой мощность при медленных перемещениях будет меньше, чем при установке одного насоса, так как уменьшается непроизводительный расход, сливаемый через переливной клапан. Манометр МН обеспечивает контроль давления в двух режимах работы насосной установки. Фильтр средней очистки Ф1 установлен в напорной гидролинии насоса меньшей подачи, так как именно в этом режиме ее работы жидкость проходит через дроссельные устройства, регулирующие скорость. Остальные устройства имеют то же назначение, что и в ранее рассмотренных насосных установках. Выпускаются также насосные установки с насосами постоянной подачи типа Г48-8, Г48-9, 4Г48-1, С, СВ и др. Типоразмеры, исполнение и технические данные этих установок приведены в соответствующих каталогах и справочниках, например [13]. Остановимся лишь на их основных особенностях. Насосная установка типа Г48-8 может быть укомплектована одним или двумя насосными агрегатами с однонопоточными или двухпоточными пластинчатыми насосами. Она содержит также гидрошкаф, в котором размещены воздушный теплообменник и гидроаппаратура, комплектация которой производится заказчиком в соответствии с конкретной гидросхемой обслуживаемой машины или станка. Вентилятор приводится в движение от автономного электродвигателя, причем возможно автоматическое включение и выключение электродвигателя с помощью терморегулятора. Насосная установка типа Г48-9 состоит из гидробака, на котором размещены насосные агрегаты, и вертикального щита, на котором размещаются теплообменник и гидроаппаратура, также комплектуемая в зависимости от гидросхемы обслуживаемой машины. Насосная установка типа Г48-1 отличается от описанных выше наличием полнопоточного фильтра тонкой очистки, установленного в напорной гидролинии; клапанной коробки, обеспечивающей автоматическое переключение на работу первой, второй или двух ступеней двухпоточного пластинчатого насоса; пружинного аккумулятора для сглаживания пульсации давления при переключении насосов с одной ступени на другую. Насосная установка типа С выполняется с одним или двумя насосными агрегатами с однопоточными или двухпоточными насосами. Особенностью этого типа насосной установки является достаточно большое число возможных гидравлических и компоновочных схем исполнения в зависимости от конкретного заказа-наряда. Насосные установки имеют 5 типоразмеров, определяемых вместимостью гидробака: 63, 100, 160, 250 и 400 л. Суммарная подача установленных насосов может составлять от 5 83 до 200 л/мин. Насосы могут обеспечивать как независимые потоки рабочей жидкости, так и управляемые разделительной панелью, т. е. может быть реализована любая из гидравлических схем, рассмотренных ранее. Насосная установка может развивать давление 6,3; 12,5; 16 и 32 МПа в зависимости от комплектующего насоса. Охлаждение рабочей жидкости может осуществляться с помощью воздушного или водяного теплообменника. При применении электрического регулятора температуры обеспечивается точность поддержания заданной температуры рабочей жидкости в гидробаке в пределах ±:2 °С. Очистка рабочей жидкости осуществляется с помощью фильтра, устанавливаемого в сливной гидролинии по схеме, описанной выше. Номинальный расход 63 и 128 л/мин, тонкость фильтрации 80 мкм. В насосных установках на 63 и 100 л возможна установка полнопоточного фильтра с тонкостью фильтрации 25 мкм в напорной гидролинии. Насосные установки типа С выпускаются для нужд народного хозяйства и для комплектации экспортного оборудования, в том числе для стран с тропическим климатом. Насосная установка типа СВ предназначена для комплектования гидроприводов с малыми потребными расходами рабочей жидкости. Максимальная подача однопоточного насоса может составлять от 3,3 до 35 л/мин. При установке двухпоточного насоса наибольшая подача его роторов те превышает для каждого из них 12 и 35 л/мин. В качестве насосов используются пластинчатые и аксиально-поршневые. Насосная установка может развивать давление от 6,3 до 20 МПа. Вместимость гидробака может составлять от 10 до 63 л. В качестве примера на рис. 7.4 приведена гидравлическая схема насосной установки 1CBV. В напорной гидролинии насоса Н установлен полнопоточный фильтр тонкой очистки Ф1 с визуальным индикатором загрязнения. Давление, развиваемое установкой, определяется настройкой переливного клапана КП1. В напорной гидролинии установлен пневмогидравлический аккумулятор АК с номинальным объемом 6,3 л. При увеличении давления в системе, например при выполнении зажимных операций, когда потребный расход равен нулю, срабатывает реле давления РД1 и отключает электромагнит распределителя Р. При этом полость под 84 Рис. 7.4. Гидравлическая схема насосной установки типа 1CBV с гидроаккумулятором основным золотником переливного клапана соединяется со сливом. Рабочая щель полностью открывается и насос разгружается от давления, направляя весь расход на слив. Компенсацию утечек обеспечивает аккумулятор. По мере срабатывания аккумулятора давление в системе уменьшается и при некотором его значении срабатывает реле давления РД2 и подает команду на включение электромагнита распределителя Р. Насос подзаряжает аккумулятор, после чего цикл повторяется. Аккумулятор может также служить и для выдачи в гидросистему расхода дополнительно к подаче насоса при выполнении ускоренных перемещений без нагрузки. Заливка рабочей жидкости в гидробак проводится через заливную горловину ГЗ с встроенным фильтром Ф2. Давление газовой среды в аккумуляторе контролируется манометром МН2. Подвод жидкости к аккумулятору осуществляется через обратный клапан КОЗ, а вытеснение — через регулируемый дроссель ДР. Назначение остальных устройств соответствует описанным ранее схемам. Для работы на давлениях до 32 и 50 МПа используются насосные установки типа УН, в которых применяются трехплунжерные поршневые распределением или радиально-поршневые насосы. 85 насосы с клапанным 7.2. Насосные установки с насосами, регулируемыми по давлению Насосные установки данного класса позволяют автоматически изменять подачу насоса в соответствии с потребным расходом в гидросистеме при постоянном давлении в наторной гидролинии. Эта особенность и определяет их основное применение в гидроприводах с машинно-дроссельным управлением. В качестве примера рассмотрим насосную установку типа Г48-44, предназначенную для шаговых электрогидравлических приводов (рис. 7.5). Регулируемый насос H1 работает с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости. Подпитка всасывающей гидролинии осуществляется подпиточным насосом постоянной подачи Н2 через фильтр тонкой очистки Ф1, защищенный клапаном давления КД1, и предохранительный клапан КП, определяющий давление в полости подпружиненного гидроцилиндра перемещения регулирующего органа основного насоса. Слив излишка жидкости из всасывающей гидролинии происходит через клапан давления КД2 и теплообменник AT. Включение электродвигателя насоса H1 происходит после пуска насоса Н2 и при достижении во всасывающей гидролинии заданного давления, о чем подает команду реле давления РД2. В момент пуска насоса H1 распределитель РЗ под действием пружины находится в крайней левой позиции, выходная и всасывающая гидролинии насоса соединены, благодаря чему обеспечивается плавность. При увеличении давления в системе управляющий поршень распределителя РЗ устанавливает его в среднюю позицию, при которой, выходная и всасывающая гидролинии насоса H1 соединяются через дроссель. Потери на дросселе составляют примерно 70% от рабочего давления, что обеспечивает быстрый разогрев рабочей жидкости. При достижении температуры 30—35 C температурное реле РТ1 дает 0 команду на электромагнит распределителя Р2 и правая управляющая полость распределителя РЗ соединяется со сливом, а сам распределитель занимает крайнюю правую позицию. Напорная гидролиния разъединяется со всасывающей и насосная установка готова к работе. 86 Рис. 7.5. Гидравлическая схема насосной установки типа Р48-44 с насосом, регулируемым по давлению Исходное положение регулирующего органа насоса соответствует его максимальной подаче и определяется воздействием пружины и давления, создаваемого подпиточным насосом. При повышении давления в системе больше значения, на которое настроена пружина дросселирующего распределителя P1, представляющего собой двухщелевой следящий золотник, происходит смещение последнего вправо. Давление, действующее на поршень управляющего гидроцилиндра, увеличивается, и регулирующий орган насоса занимает положение, соответствующее меньшей подаче. Конструктивная схема механизма управления соответствует схеме, показанной на рис. 6.4. Зависимость подачи насоса от давлении приведена на рис. 6.3. Пружинный аккумулятор АК уменьшает неравномерность давления, обусловленную конечным числом вытеснителей насоса, и исключает пики давления в переходных 87 режимах его работы. В установившихся режимах работы гидросистемы распределитель Р4 под действием пружин находится в среднем положении, при котором аккумулятор подключается к системе через дроссель. В переходных режимах распределитель занимает одно из крайних положений, свободно соединяя аккумулятор с напорной гидролинией. Пружинная полость аккумулятора соединена со сливной гидролинией. Контроль давлений в напорной и сливной гидролиниях насоса, а также перепад давлений на фильтре Ф1 контролируется манометром МН с помощью многопозиционного золотника манометра ЗМ. Реле давления РД1 контролирует максимальное допустимое давление в напорной гидролинии и в случае превышения допустимой величины подает команду на остановку насоса. Температурное реле РТ2 подает команду при нагреве рабочей жидкости в гидробаке выше 60°С. Фильтрация рабочей жидкости осуществляется при заливке через заливную горловину ГЗ посредством сетчатого фильтра Ф2 и магнитного уловителя ФЗ, а в процессе работы установки фильтром Ф1. Насосные установки, у которых подача регулируется в соответствии с давлением в системе, обеспечивают более экономичный режим работы гидропривода, в связи с чем получают в последние годы более широкое применение. 7.3. Насосные установки с насосами переменной подачи Насосные установки данного типа (рис. 7.6) комплектуются на базе регулируемых реверсивных аксиально-поршневых насосов типа ПД с электрогидравлическим механизмом управления (МУ). МУ представляет собой двухкаскадный гидроусилитель с дросселирующим распределителем Р1 на выходном каскаде и управляющим пропорциональным электромеханическим преобразователем. Питание МУ осуществляет от вспомогательного насоса Н2. Распределитель обеспечивает подвод жидкости в соответствии с управляющим сигналом к гидроцилиндрам, перемещающим регулирующий орган насоса H1. Вспомогательный насос размещается внутри основного насоса и приводится в движение от одного электродвигателя. Кроме подвода рабочей жидкости к МУ вспомогательный насос обеспечивает очистку рабочей жидкости через фильтр тонкой очистки Ф1 и подпитку всасывающей магистрали основного насоса H1 через один из обратных клапанов КО1 и КО2. 88 Рис. 7.6. Гидравлическая схема насосной установки с насосом переменной подачи Предохранительный клапан КНЗ предохраняет фильтр и предшествующую ему гидролинию от разрушения при его засорении. Клапан КП4, работающий в режиме переливного клапана, обеспечивает постоянное давление на входе в МУ. Обратный клапан КОЗ предотвращает обратный ток жидкости через фильтр Ф1. Распределители Р2 и РЗ служат для аварийного отключения основного насоса от гидравлической системы. При подаче напряжения на электромагнит распределителя Р2 его золотник занимает нижнюю позицию, а гидравлически управляемый распределитель РЗ смещается вверх. При этом положении гидролинии, подводимые к гидродвигателю, запираются, а гидролинии насоса закольцовываются и он переходит на холостой режим работы. Предохранительные клапаны КП1 и КП2 ограничивают максимальное давление в напорной гидролинии, которое определяется как статической нагрузкой на гидродвигателе, так и инерционностью приводимой в действие массы. Назначение остальных устройств прежнее. Насосные установки данного класса обеспечивают дистанционное управление объектом и очень экономичный режим работы насоса, поскольку, как было показано в гл.5, потребляемая насосом мощность от электродвигателя определяется мощностью, развиваемой исполнительным двигателем гидропривода. Расчет вместимости гидробака, расчет теплообменников насосных установок приведен в пособии [18]. 89 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие устройства входят в состав насосных установок? 2. В чем состоит преимущество насосных установок постоянной подачи? 3. Как осуществляется очистка рабочей жидкости в насосных установках? Назовите возможные места расположения фильтров. 4. Какие существуют способы отвода тепла, получаемого рабочей жидкостью, в насосных установках? 5. Какие преимущества имеют насосные установки с двухпоточным насосом и разделительной панелью? 6. Объясните принцип работы разделительной панели. 7. Каково назначение аккумулятора в насосных установках типа 1CBV? 8. Какие функции выполняет вспомогательный насос в насосных установках типа Г4844? 9. Как осуществляется пуск насоса в насосных установках типа Г48-44? 10. Объясните назначение и принцип работы гидроаккумулятора в насосных установках типа Г48-44. 11. Как обеспечивается дистанционное регулирование подачи в насосных установках с регулируемым насосом? 12. Какое назначение имеют клапаны и распределители, входящие в состав насосной установки с регулируем насосом? 8. ВОПРОСЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ 8.1. Общие технические требования к гидроприводам Понятие качества изделий. Управление качеством на этапах проектирования, производства и эксплуатации. Показатели качества проектируемого изделия: назначения — работоспособности, конструктивные, прочности и устойчивости, надежности, технологичности конструкции, патентно-правовые. Интегральный показатель качества. Конструктивные требования к гидроприводам. Требования к герметичности и прочности. Пробное давление. Требования к материалам и покрытиям. Требования по оборудованию гидроприводов устройствами для очистки рабочей жидкости от загрязнений, удаления воздуха и контроля давления. Требования к рабочим зазорам изделий. Обеспечение чистоты внутренних полостей устройств при изготовлении и эксплуатации гидроприводов. Обеспечение оптимальных условий для промывки деталей 90 и сборочных единиц. Прочность и устойчивость гидроприводов к воздействию внешних факторов. Воздействие механических факторов (вибрации, механических ударов и линейных ускорений). Воздействие климатических факторов (изменения температуры, влажности воздуха, атмосферного давления). Виды исполнения изделий для различных климатических районов. Основные пути повышения устойчивости гидроприводов к воздействию климатических факторов на этапе проектирования. Понятие надежности. Работоспособность, исправное состояние, повреждение, отказ и предельное состояние. Составляющие свойства надежности: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Способы повышения надежности при проектировании. Понятие технологичности конструкций гидроприводов. Требования к сборочным единицам и деталям. Стандартизации и унификация гидроприводов и их роль в повышении качества. Типизация и агрегатирование. Метрологическое обеспечение. Безопасность конструкции гидроприводов. Конструкционная прочность. Требования к средствам защиты (предохранительным, стопорным, тормозным, оградительным, амортизирующим). Эргономические требования. Литература: [11, С. 22—42]. 8.2. Специальные свойства рабочих жидкостей Физическая и химическая стабильность рабочих жидкостей. Механические воздействия на жидкость при истечении из полостей высокого давления, при деформации сжатия в рабочих камерах гидромашин, при течении по гидравлическим линиям. Механизм старения рабочей жидкости в условиях эксплуатации и хранения (термоокислительные процессы, влияние контактирующих материалов, радиация, микробиологические факторы). Сжимаемость рабочей жидкости. Упругая и термическая деформации. Изотермический, адиабатический и другие процессы сжатия. Приведенный модуль объемной упругости для трубопроводов и рукавов. Вспениваемость рабочей жидкости. Факторы, влияющие на интенсивность ценообразования. Вредное влияние, пены. Меры борьбы. Кавитация рабочей жидкости. Влияние на работу гидроприводов и их устройств. Способы борьбы с кавитацией: устранение причин и повышение кавитационной стойкости. Случаи практического использования. 91 Облитерация рабочей жидкости. Физико-химические причины явления. Факторы, влияющие на интенсивность облитерации. Средства борьбы с облитерацией. Прилипание струи к ограничивающей стенке. Схема течения затопленной струи при расположении стенок на большом и близком расстояниях. Влияние числа Рейнольдса. Литература: [1, С. 17—27]; [7, С. 90—95; 116—132]; [10, С. 42—55]; [17, С. 9-18] 8.3. Фильтрация рабочей жидкости Источники загрязнения жидкости. Загрязнения, образуемые при хранении и эксплуатации: выделение красителей и присадок, образование колоний микроорганизмов, окисление воздухом, самопроизвольный рост частиц. Пыль, ее состав и пути попадания в жидкость. Продукты износа трущихся деталей. Продукты, остающиеся после изготовления и ремонта. Продукты износа фильтроэлементов. Нормирование чистоты рабочей жидкости. ГОСТ 17216—71 «Промышленная чистота. Классы чистоты жидкостей». Индекс загрязненности. Определение потребного класса чистоты жидкости. Стандарт ИСО. Методы контроля чистоты рабочей жидкости. Показатели, используемые для оценки загрязненности жидкости. Визуальный метод. Микрофотографический метод. Фотоэлектронные счетчики. Рентгеноскопический метод. Особенности отбора проб жидкости. Влияние загрязнённости рабочей жидкости на надежность и срок службы гидроприводов. Влияние на долговечность насосов и гидромоторов. Роль загрязнений в электрогидравлическом следящем приводе. Влияние загрязнений на КПД насосов. Изменение расходов через малые рабочие цели. Влияние загрязнений на силу трения в подвижных элементах гидравлических устройств. Меры по устранению попадания загрязнений в гидросистему. Фильтры. Тонкость фильтрования. Фильтры грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой фильтрации. Основные параметры фильтров. Требования к фильтрам. Конструкции щелевых, сетчатых и пористых фильтров. Материалы фильтроэлементов. Контроль засорений и восстановление фильтрующей способности. Места установки фильтров в гидросистеме. Сепараторы. отделяемых Центробежные частиц сепараторы. загрязнений. Магнитные Определение и минимального электростатические Отстойники. Конструктивные схемы. Преимущества и недостатки. Литература: [1, С248—256]; [10, С. 108— 141]; [13, С. 292-315] 92 размера сепараторы. 8.4. Гидробаки гидроаккумуляторы насосных установок Гидробаки. Назначение. Конструкции гидробаков, работающих при атмосферном давлении. Основные параметры. Сливные и всасывающие насадки. Требования к ним, особенности конструктивного исполнения и выбор параметров. Функции и конструктивное исполнение перегородок, сапунов, сливных пробок и заливных горловин. Конструкции гидробаков, работающих при избыточной давлении. Основные параметры. Заправка азотом. Сильфоны для компенсации температурных расширений. Преимущества, недостатки и области применения гидробаков, работающих при атмосферном и избыточном давлении. Расчет номинальной вместимости гидробаков. Гидроаккумуляторы. Назначение. Основные параметры. Конструкции грузовых, пружинных и пневматических аккумуляторов. Преимущества, недостатки и области применения. Рабочий процесс пневмогидравлического аккумулятора. Аккумуляторы без разделения и с разделением рабочих сред. Поршневые и мембранные аккумуляторы. Конструктивные схемы пневматических уплотнения аккумуляторов. поршня. Зависимость Расчет грузовых, давления от пружинных вытесняемого и объема жидкости. Основные схемы подключения гидроаккумуляторов в гидросистему. Литература: [2, С. 178—198]; [11,С. 151—157]; [13. С. 365—374]; [17, С. 215—221] 8.5. Испытания гидроприводов Типовые испытания гидроприводов. Механические испытаний на устойчивость и прочность к воздействию синусоидальной вибрации, на прочность к воздействию линейных ускорений. Устройство и принцип действия центробежных и электродинамических вибростендов, ударных стендов и центрифуг. Климатические испытания на устойчивость к воздействию повышенных и пониженных температур. Камеры тепла и холода. Методы испытаний. Гидравлические испытания на прочность. Методы испытаний. Пробное давление. Испытания на герметичность. Методы контроля герметичности: сорбционный, пузырьковый, манометрический, масс-спектрометрический. Испытания основных видов гидравлических устройств. Испытания насосов, гидромоторов, гидроцилиндров и гидроаппаратуры. Принципиальные гидравлические схемы стендов. Измеряемые параметры. Определяемые характеристики. Литература: [11, С. 223—259]; [16, С. 23—36] 93 8.6. Эксплуатация гидроприводов Монтаж гидроприводов. Требования к монтажу и отладке насосов, гидромоторов, гидроцилиндров, гидроаппаратов, гибких рукавов и гидроприводов в целом. Пусконаладочные работы. Порядок пробного пуска. Заправка гидросистемы рабочей жидкостью. Типовые неисправности в работе насосов, гидромоторов, гидроцилиндров и гидроаппаратов. Способы устранения неисправностей. Контроль состояния и параметров гидравлических машин и гидроаппаратов. Техническое обслуживание и ремонт. Предельное состояние параметров гидравлических машин и гидроаппаратов. Причины повышенного износа уплотнений и правила их замены. Работы, выполняемые при техническом обслуживании. Текущий, средний и капитальный ремонты. Организация службы наладки, технического обслуживания и ремонта гидроприводов. Оборудование гидроучастка. Эксплуатация гидроприводов. Особенности эксплуатации в условиях холодного климата и повышенной запыленности окружающей среды. Меры по снижению шума и вибрации гидропривода. Источники вибрации и шума. Механические, гидродинамические и аэродинамические колебания. Снижение уровня шума в условиях монтажа и эксплуатации. Виброизоляция насосных установок и жестких трубопроводов. Демпфирование колебаний в насосных установках. Устранение попадания в гидросистему воды и подсоса воздуха. Установка акустических ограждений. Вибропоглощающие покрытия. Снижение шума гидроаппаратов. Литература: [11, С. 259—262]; [13, С. 461—468]; [16, С. 45-62; С. 67-88; С. 134-155] 94 ИСПОЛЬ3ОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Башта Т. М. Гидропривод и гидропневмоавтоматнка. М.: Машиностроение, 1972. 320 с. 2. Богданович Л. Б. Гидравлические приводы. Киев: Вища школа, 1980. 232 с. 3. Васильченко В. А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. М.: Машиностроение, 1983. 301 с. 4. Голубев В. И. Устройства гидроавтоматики в энергомашиностроении. М,: Моск. энерг. ин-т, 1987. 86 с. 5. Добринский Н.С. Гидравлический привод прессов. М.: Машиностроение, 1975. 222 с. 6. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика. М.: Машиностроение, I987, 440 с. 7. Кондаков Л. А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1982. 216 с. 8. Лещенко В. А. Гидравлические следящие приводы станков с программным управлением. М.: Машиностроение, 1975. 288 с. 9. Матвеенко А. М., Зверев И. И. Проектирование гидравлических систем летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1982. 296 с. 10. Машиностроительный гидропривод/Под ред. В. Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1978. 495 с. 11. Никитин О. Ф., Холин К. М. Объемные гидравлические и пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1981. 269. с. 12. Объемные гидромеханические передачи/Под ред. Е. С. Кисточкина. Л.: Машиностроение, 1987. 256 с 13. Свешников Б. К., Усов А. А, Станочные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1988. 512 с. 14. Системы оборудования летательных аппаратов/Под ред. А. М. Матвеенко и В. И. Бекасова. М.: Машиностроение, 1986. 368 с. 15. Станки с числовым программным управлением/Под ред. В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1979. 592 с. 16. Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. Эксплуатация промышленных гидроприводов. М.: Машиностроенле, 1984. 176 с. 17. Чупраков Ю. И. Гидропривод и средства гидроавтоматики. М.: Машиностроение, 1979. 232 с. 18. Методические указания к курсовому проекту по курсу «Объемный гидропривод». В. И. Голубев, М. М. Хачатуров. М.: Моск. энерг ин-т 1980. 20 с. 95 19. ГОСТ 17752—81 (СТ СЭВ 2455—80) Гидропривод объемный и пневмопривод. Термины и определения. 20. Escande P. Hydraulique pas morte. «Usine nouv», 1984. № 4. С. 40-45. 96 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ........................................................................Ошибка! Закладка не определена. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОПРИВОДАХ ............Ошибка! Закладка не определена. 1.1. Основные понятия и определения ......................... Ошибка! Закладка не определена. 1.2. Области применения гидроприводов .................... Ошибка! Закладка не определена. 1.3. Преимущества гидроприводов .............................. Ошибка! Закладка не определена. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ...........................................Ошибка! Закладка не определена. 2. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ГИДРОПРИВОДОВ ...........Ошибка! Закладка не определена. 2.1. Назначение рабочих жидкостей и основные требования, предъявляемые к ним .......................................................................................... Ошибка! Закладка не определена. 2.2. Основные физические свойства рабочих жидкостей ................ Ошибка! Закладка не определена. 2.3. Характеристики рабочих жидкостей ..................... Ошибка! Закладка не определена. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ...........................................Ошибка! Закладка не определена. 3. НЕРЕГУЛИРУЕМЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ .................. Ошибка! Закладка не определена. 3.1. Общие сведения ...................................................... Ошибка! Закладка не определена. 3.2. Гидроприводы вращательного движения ............. Ошибка! Закладка не определена. 3.3. Гидроприводы поступательного движения .......... Ошибка! Закладка не определена. 3.4. Гидроприводы поворотного движения ................. Ошибка! Закладка не определена. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ...........................................Ошибка! Закладка не определена. 4. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ С ДРОССЕЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ . Ошибка! Закладка не определена. 4.1. Гидроприводы с последовательным расположением дросселя Ошибка! Закладка не определена. 4.2. Гидроприводы с параллельным расположением дросселя ....... Ошибка! Закладка не определена. 4.3. Гидроприводы с регулятором расхода .................. Ошибка! Закладка не определена. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 55 5. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ С МАШИННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ...................56 5.1. Гидроприводы с регулируемым насосом........................................................................ 56 5.2. Гидроприводы с регулируемым гидромоторам ............................................................. 62 5.3. Гидроприводы с регулируемым насосом и гидромотором ........................................... 64 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 66 6. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ С МАШИННО-ДРОССЕЛЬННЫМ 97 УПРАВЛЕНИЕМ .........................................................................................................................67 6.1. Гидроприводы с машинно-дроссельным управлением, работающие при постоянном давлении .................................................................................................................................... 67 6.2. Гидроприводы с машинно-дроссельным управлением, работающие при переменном давлении .................................................................................................................................... 73 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 78 7. НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ ГИДРОПРИВОДОВ ...............................................................79 7.1. Насосные установки с насосами постоянной подачи .................................................... 79 7.2. Насосные установки с насосами, регулируемыми по давлению .................................. 86 7.3. Насосные установки с насосами переменной подачи ................................................... 88 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 90 8. ВОПРОСЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ............................90 8.1. Общие технические требования к гидроприводам ........................................................ 90 8.2. Специальные свойства рабочих жидкостей ................................................................... 91 8.3. Фильтрация рабочей жидкости ........................................................................................ 92 8.4. Гидробаки гидроаккумуляторы насосных установок................................................... 93 8.5. Испытания гидроприводов ............................................................................................... 93 8.6. Эксплуатация гидроприводов .......................................................................................... 94 ИСПОЛЬ3ОВАННАЯ Л И Т Е Р А Т У Р А ...........................................................95 98 ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ГОЛУБЕВ Учебное пособие по курсу «Объемный гидропривод» СИЛОВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ГИДРОПРИВОД В ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИИ (Кафедра гидромеханики и гидравлических машин) Редактор издательства Т. Ю. Горюшина. Технический редактор И. И. Хотулева Корректор Л. М. Кожухова. Темплан издания МЭИ 1989 г. (I), поз. 71 (учебн.) Л —30292 Подписано к печати 30.11.89 г. Формат бумаги 60x84/16 Физ. печ. л. 6,75. Усл. печ. л. 6,28. Уч.-изд. л. 5,58. Тираж 600 Изд. №. 53 Заказ 1681 Цена 20 коп. Типография издательства МЭИ, Красноказарменная, 13 99
