РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Работа 2.5 ИСПЫТАНИЯ ГИДРОПРИВОДА

ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ДРОССЕЛЬНЫМ

РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Дроссельное регулирование осуществляется путем изменения гидравлического сопротивления гидросети дросселем, в результате чего только часть жидкости, подаваемой насосом, поступает к гидродвигателю. Этот способ регулирования позволяет иметь простые нерегулируемые насос и гидродвигатель, однако является неэкономичным, поскольку имеет низкий КПД (0,3¸0,4) и, кроме того, создает трудности при отводе значительного количества тепла, выделяющегося при дросселировании. В связи с этим дроссельное регулирование применяется при небольших мощностях, при кратковременном режиме работы, или, когда другой способ регулирования практически невозможен. Например, если в гидроприводе один насос или несколько параллельно работающих гидродвига­телей с различными нагрузками.

Дроссельный способ регулирования может быть: а)с постоянным давлением насоса (независимо от нагрузки), равным давлению настройки переливного клапана р_н=р_нк=const; б) спеременным давлением насоса, зависящим от нагрузки. В первом случае дроссель устанавливается последовательно гидродвигателю (на входе или на выходе из него), во втором - параллельно ему.

При рассмотрении дроссельного регулирования примем потери напора по длине и местные (за исключением потерь в дросселе), равными нулю.

Гидроприводы с дроссельным регулированием обычно являются гидроприводами с разомкнутой циркуляцией жидкости.

В состав гидропривода с дроссельным регулированием, кроме гидропередачи (нерегулируемые насос и гидродвигатель, гидролинии) могут входить: предохранительный (переливной) клапан, дроссель, регулятор потока, распределитель и т.д., которые являются специфическими элементами, влияющими на характеристики гид­ропривода. Для лучшего уяснения их роли рассмотрим их работу и свойства.

Клапан - устройство, в котором величина открытия проходно­го сечения изменяется под воздействием проходящего через него потока рабочей жидкости. У клапана прямого действия величина открытия проходного сечения изменяется в результате непосредственного воздействия потока рабочей жидкости на клапан, а у клапана непрямого действия - в результате воздействия потока рабочей жидкости на вспомогательный клапан.

Предохранительный клапанприменяется для защиты гидро­привода от превышения давления над установленным. Включается он в напорную гидролинию и находится в закрытом положении; в случае превышения установленного давления клапан открывается для слива части жидкости, а при восстановлении давления - закрывается. Принципиальная схема предохранительного клапана прямого действия шарикового типа показана на рис. 2.20 а, а его условное изображение - на рис. 2.20 в. Шариковый клапан обес­печивает надежную работу до давления 5 МПа, для более вы­соких давлений применяются конусные или плунжерные клапаны, которые обладают лучшими уп­лотняющими свойствами. На рис. 2.20 б приведена характеристика клапана — зависимость расхода через клапан Q_кл от давления, т.е. Q_кл= f(р). Из характеристики следует, что при увели­чении расхода через клапан давление за ним увеличивает­ся за счет поджатия пружины, необходимого для пропуска большего количества жидкости.

Рис. 2.20. Схемы клапанов и их характеристики

Клапан непрямого действия (см. рис. 2. 62 г) состоит из двух клапанов — основного 3 и вспомогательного 8. В закрытом состоянии плунжер 7 гидравлически уравновешен и опущен вниз силой пружины 2. Вспомогательный клапан 8 настраивается на открытие при: заданном давлении Р_нк и пропускает малый расход q. Поскольку в дросселе 4 теряется часть давления, за клапаном оно становится ниже, что и заставляет основной клапан подняться и пропустить жидкость. Можно подобрать раз­меры дросселя и вспомогательного клапана такими, которые обеспечат практически постоянное давление за клапаном (рис. 2.62 д).

Рисунок 2.21 - Клапан непрямого действия

На рис. 2.21 приведен клапан непрямого действия типа Г52—1 (клапан предохранительный с переливным золотником), который состоит из основного клапана 5 с пружиной 4 и вспомогательного 2 с пружиной 1, настроенной на необходимое давление р_нк. В ка­честве дросселя служит отверстие В. Принцип действия клапана аналогичен принципу для схемы на рис. 2.20 г.

Наличие предохранительного клапана в напорной гидролинии ломает (изменяет) напорную характеристику объемного насоса (см. рис. 2.7).

Переливной клапан предназначен для поддержания заданного давления путем непрерывного слива части рабочей жидкости во время работы.

Редукционный клапан предназначен для поддержания давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости более низкого, чем давление в подводимом пото­ке. На рис. 2.22 приведены схема и условное обозначение ре­дукционного клапана. Рабочим элементом клапана служит плун­жер 3 с дросселирующей головкой 5 и поршеньком 2, помещен­ным в корпусе1. Плунжер поддействием пружины 7 постоянно удерживается в открытом положении, обеспечивая движение жидкости из полости 4 с давлением р_н в полость 6 с давлением p_ред <p_н. Клапан будет закрыт, если сила пружины F_пр будет меньше силы давления p_ред ∙ f_п , т. е.F_пр>p_ред∙f_п. открыт, если F_пр>_pред ∙ f_п .

Рис. 2.22. Схема редукционного клапана

Дроссель -это регулирующее устройство, предназначенное для ограничения подачи жидкости к исполнительному органу (гидроци­линдру, гидромотору) с целью регулирования скорости его движения.

Дроссели бывают с линейной и нелинейной характеристиками расхода. В линейных дросселях потери давления пропорциональны расхо­ду в первой степени, а в нелинейных - во второй.

где μ_др - коэффициент расхода дросселя (0,6—0,7);

f_др - площадь проходного сечения дросселя;

Δp_др—перепад давления на дросселе;

r - плотность жидкости.

Из выражения (2.44) видно, что расход жидкости через дроссель зависит от перепада давления Δp_др и, поскольку в процессе работы величина Δp_др изменяется с изменением нагрузки на исполнительном органе, изменяется и расход жидкости. Следовательно, дроссель не обеспечивает постоянства расхода.

Рис. 2.23. Схемы дросселей

Регулятор потока -это регулирующее устройство, предназна­ченное для поддержания заданной величины расхода вне зависимости от величины перепада давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости (рис. 2.24). Регулятор потока состоит из дросселя 2 и редукционного клапана 1, помещенных в одном корпусе. Необходимый расход обеспечивается дросселем, а постоянство перепада давления Δp_др - редукционным клапаном.

Рис 2.24 Регулятор потока

Распределитель -это устройство, предназначенное для направ­ления потока рабочей жидкости в ту или иную гидролинию с целью изменения направления движения исполнительного органа. По числу фиксированных позиций рабочего органа различают двух-, трех-, и многопозиционные, а по числу внешних линий - двух-, трех-, четырех- и много- линейные распределители.

При изображении распределителей на схемах число позиций изображается квадратами, каналы - линиями со стрелками, показывающими направление потоков в каждой позиции, места соединений отмечены точкой, а перекрытие канала - знаком «Т». На рис. 2.25 а, б, в, г даны условные изображения: четырехлинейного трехпозиционного распределителя (а - исходная позиция; б - в левой рабочей позиции; в - в правой рабочей позиции); г - распределителя непрерывного действия (дросселирующего распределителя).

Рис. 2.25. Схемы распределителей

По конструктивному исполнению распределители делятся на золотниковые, крановые и клапанные. Наибольшее распространение получили цилиндрические золотниковые распределители, схема работы одного из них (четырёхлинейного трехпозиционного) приведена на рис.2.25 е. Рабочим элементом является цилиндрический золотник 1 с кольцевыми выточками, перемещающийся в корпусе 2. Показанный на рисунке золотник смещается с исходной позиции в правую рабочую позицию на величину щели X; при этом жидкость поступает в штоковую полость гндроцилиндра 7 по каналам 4 и 8 и вытесняется из поршневой полости по каналам 6 и 5. При перемещении золотника в левую рабочую позицию жидкость в цилиндр будет поступать по каналам 4 и 6 и вытесняться из него по 8 и 3.

Управление распределителем может быть: ручным, электриче­ским, гидравлическим и электрогидравлическим. На рис. 2.26 показана конструкция золотникового распределителя с ручным управлением.

Рис.2.26. Золотниковый распределитель с ручным управлением

где μ_др - коэффициент расхода дросселирующего распределителя; х - величина открытия щели: Δp_др - перепад давлений на распределителе; D - диаметр золотника.

Золотниковые распределители просты в изготовлении, надежны в работе, легко управляемы, однако в процессе эксплуатации происходит износ поверхности трущейся пары (золотник и корпус), что приводит к увеличению утечек. Значительно большей герметичностью обладают клапанные распределители.

где Q_др - расход через дроссель, равный расходу гидроцилиндра;

p_нк - давление настройки предохранительного (переливного) кла­пана;

Р - нагрузка на шток гидроцилиндра;

F_n - площадь поршня;

Рис. 2.27. Схемы гидропривода с дроссельным регулированием

Если гидропривод вращательного движения, вместо средней скорости

где q_м—рабочий объем гидромотора;

Δp_др= р_н∙к - ( M / k_м ), М - момент на гидромоторе;

k_м=1/2π ∙q_м - коэффициент момента.

Гидропривод поступательного движения с постоянным давлением насоса (с дросселем на выходе из гидроцилиндра) допускает регулирование скорости гидродвигателя при знакопеременной нагрузке, так как при любом направлении действия силы Р изменению скорости препятствует сопротивление дросселя, через который рабочая жидкость поступает из штоковой полости гидроцилиндра на слив.

Скорость штока в этом случае определяется по формуле (2.46), где Δр_др=р_ш∙n- р_сл (здесь р_сл - давление в сливной гидролинии). Давление в штоковой полости р_ш.n. определяется из условия равновесия поршня р_н∙к∙F_n=Р+р_ш∙n ∙F_ш∙n и равно Р_ш∙n=p_{н. к} F_n -P / F_{ш. n} (при р_сл=0). В случае двухштокового гидроцилиндра ∆р_др опре­деляется по формуле (2.47).В случае применения дросселирующего распределителя (см. рис. 2.67г) скорость штока определяется по выражению:

где f_{др max}= πDX_max;

u_др= X / X_max ;

D, X, Х_mах- диаметр, ход и максимальный ход плунжера дросселирующего распределителя.

Дросселирующий распределитель можно рассматривать как два дросселя, установленных на входе и выходе. Зависимость от нагрузки в этом случае меньше, чем в рассмотренных выше случаях.

Мощность N, потребляемая насосом, во всех рассмотренных случаях остается постоянной и не зависит от нагрузки, поскольку давление и подача насоса остаются постоянными (р_н= p_н._к= соnst; Q= const).

где Q—подача насоса;

Для рассматриваемого случая мощность, потребляемая насосом, уже зависит от нагрузки гидродвигателя, поэтому способ дроссельного регулирования с переменным давлением насоса более экономичный, чем с постоянным давлением, однако применять его можно только при несовпадении направлений действия нагрузки и движения выходного звена.

Все рассмотренные случаи дроссельного регулирования не обеспечивают постоянства скорости выходного звена гидропривода при изменении нагрузки, поэтому применяются только в гидроприводах при мало изменяющейся нагрузке.

Для обеспечения постоянства скорости (независимо от нагрузки) применяют регулятор потока (рис. 2.27 б), состоящий из регулируемого дросселя 3 и редукционного клапана 7. Необходимый расход обеспечивается дросселем, а его постоянство - редукционным клапаном, поддерживающим неизменный перепад давления на дросселе (Δр_др=соnst).

Основным достоинством дроссельного регулирования является простота конструкции и надежность в работе; основным недостатком - низкий КПД, обусловленный самим принципом дроссельного регулирования.

Характеристиками гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием называют зависимости скорости вы­ходного звена, КПД и мощности гидропривода от приложенной к нему нагрузки, т. е. зависимости: v= f(P); η= f(P); N= f(P) или n_м= f(M); η= f(M); N= f(M) при постоянном расходе. На рис. 2.28 а, б приведены типичные формы кривых v= f(P) или n_м= f(M) для гидропривода с дроссельным регулированием при пос­тоянном (а) и переменном (б) давлении насоса. Эти кривые называют механическими характеристиками гидропривода.

Рис. 2.28. Механические характеристики гидропривода.

Цель работы: 1. Изучить принцип действия и работу гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием.

2. Освоить методику испытания гидропривода.

3. Получить характеристики гидропривода поступательного движе­ния с дроссельным регулированием при постоянном и переменном давлении насоса.

Рис. 2.29. Схема установки для испытания гидропривода

с дроссельным регулированием

Гидропривод поступательного движения с разомкнутой цирку­ляцией жидкости состоит из насоса 11, который может быть регулируемым и нерегулируемым, гидроцилиндра 1, всасывающей 15, напорной 8 и сливной 23 гидролиний, предохранительного (переливного) клапана 20, трехпозиционного распределителя золотникового типа с ручным управлением 6, дросселей: 4 (ДР. 1), 5 (ДР. 2), 22 (ДР. 3), фильтра 21, охладителя 19 и бака 16.

Устройство для создания нагрузки 29, которое включает в себя гидроцилиндр нагрузки 28, дроссель 25 (ДР. Н), обратный клапан 26 и гидролинию 18.

Контрольно-измерительная аппаратура: расходомер 24 (для замера подачи); манометры 10 и 9 (для измерения давления на входе р_вх и выходе р_вых из насоса 11); манометры 2 и 36 (для изме­рения давления на входе р_ц и выходе р из гидроцилиндра 1); манометры 3 и 2 (для измерения перепада давления на дросселе Др. 1); манометр 27 (для измерения давления нагрузки р_наг в гидроцилиндре 28); устройство 33, состоящее из включателя секундомера 31, секундомера 32, рычага 34 для приведения в действие включателя (для измерения скорости движения поршня 37 гидроцилиндра 1); балансирный электродвигатель 12 с рычагом 14, весы и тахометр 13 (для измерения мощности насоса); устройство 7 (для измерения перемещений плунжера распределителя 6); тер­мометр 17 для измерения температуры рабочей жидкости.

Работа установки. 1. Постоянное давление насоса р_н=р_нк независимо от нагрузки. Дроссели Др.1 и Др.2 установлены последова­тельно гидроцилиндру, причем Др.1 расположен на входе в гидро­цилиндр.