II. По регулированию скорости выходного звена

a) гидросистемы с дроссельным регулированием (в открытых гидросистемах)

- способ регулирования скорости движения штока гидроцилиндра или частоты вращения вала гидромотора (или угловой скорости вала поворотного гидродвигателя) за счёт изменения эффективного сечения потока через гидродроссель.

Возможно два принципиально разных варианта дроссельного регулирования:

- изменением эффективного сечения потока через гидродроссель, включённый параллельно гидродвигателю,

- изменением эффективного сечения потока через гидродроссель, включённый последовательно гидродвигателю,

а также возможно сочетание в себе обоих указанных вариантов.

В сравнении с объёмным регулированием гидропривода, при дроссельном регулировании хуже регулировочные характеристики (зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от нагрузки), ниже КПД гидропривода и выше энергетические потери.

Однако гидросистемы с дроссельным регулированием намного дешевле гидросистем с объёмным регулированием. Поэтому дроссельное регулирование применяется в гидроприводах малой мощности, а также в гидроприводах, имеющих малое время работы и длительное время простоя.

Кроме того, гидросистемы с дроссельным регулированием менее инерционны, что позволяет применять их в гидроприводе станков, в которых часто требуется изменение скорости движения вала гидромотора или штока гидроцилиндра по достаточно сложному закону. Последнее реализуется за счёт кинематической связи запорно-регулирующего элемента гидродросселя с вращающимся кулачком требуемой формы.

Ещё одним преимуществом гидросистем с дроссельным регулированием является то, что они позволяют изменять подачу жидкости в гидродвигатель, а значит и скорость выходного звена гидродвигателя на очень небольшую величину. В гидросистемах с объёмным регулированием осуществлять указанное изменение на малую величину затруднительно из-за утечек рабочей жидкости в регулируемых гидромашинах.

Гидросистема с параллельно включённым дросселем: Р — гидрораспределитель; Н — насос; Ц — гидроцилиндр; Б — гидробак; КП — предохранительный клапан; ДР — гидродроссель

Гидросистема с последовательно включённым дросселем: включение дросселя в сливную гидролинию предпочтительно, так как в случае знакопеременной нагрузки на штоке гидроцилиндра позволяет избежать кавитации

b) объемное регулирование

Для изменения скорости рабочих органов применяют системы, у которых вся жидкость от насосов поступает к гидродвигателю, а регулирование его скорости достигается изменением рабочего объема насоса или гидродвигателя.

Ступенчатой регулирование, являясь разновидностью объемного, обычно осуществляется или путем подключения в систему различных по производительности насосов (различных по расходу гидродвигателей).

Изменение скорости перемещения поршня гидроцилиндра (рис.9.3) осуществляется в результате соединения одного или нескольких насосов 1 с линией слива (при помощи кранов 2). Обратные клапаны 3 в системе отключают разгруженный насос от линии высокого давления.

Рис.9.3. Объемное ступенчатое регулирование

Подключение в гидросистему трех насосов разной производительности Q₁, Q₂ и Q₃ позволяет получать до семи значений скоростей движения выходного звена гидродвигателя.

Плавное изменение скорости движения выходного звена гидропривода реализуется за счет изменения рабочего объема либо насоса, либо двигателя, либо за счет изменения рабочего объема обеих машин.

Регулирование путем изменения рабочего объема насоса может быть использовано в гидроприводах поступательного, поворотного или вращательного движений.

На рис.9.4, а приведена принципиальная схема гидропривода поступательного движения с замкнутой циркуляцией, в котором регулирование скорости движения штока гидроцилиндра 1 осуществляется за счет изменения подачи насоса 4. Выражение для скорости движения штока при F_H /S < P_к записывается в виде

где q_Н - максимальный рабочий объем насоса; n_Н - частота вращения насоса; S - эффективная площадь поршня гидроцилиндра; r_с - коэффициент объемных потерь системы, определяемый изменением объемного КПД насоса и гидродвигателя в функции давления (нагрузки); F_Н - нагрузка на шток поршня; P_к - давление, на которое отрегулированы предохранительные клапаны; e_Н - параметр регулирования насоса, равный отношению текущего значения рабочего объема к максимальному рабочему объему.

Изменение направления движения выходного звена гидропривода осуществляется благодаря реверсированию потока рабочей жидкости, подаваемой насосом (реверс подачи насоса). При этом необходимо вначале уменьшить подачу насоса до нуля, а затем увеличить ее, но в противоположном направлении. Напорная и сливная гидролинии меняются местами. Для компенсации утечек в гидроприводе с замкнутой циркуляцией, а также для исключения возможности кавитации на входе в насос используется вспомогательный насос 3, осуществляющий подачу рабочей жидкости в систему гидропривода через обратные клапаны 5.

При таком способе регулирования скорости усилие, развиваемое выходным звеном гидропривода, не зависит от скорости движения. В этом случае диапазон регулирования определяется объемным КПД гидропривода, а также максимальной подачей насоса, определяемый его рабочим объемом.

На рис.9.4, б представлена зависимость скорости движения и мощности на выходном звене гидропривода от параметра регулирования при постоянной нагрузке. Такая система объемного регулирования скорости получила наибольшее распространение в гидроприводах дорожно-строительных и подъемно-транспортных машин.

Рис.9.4. Гидропривод с регулируемым насосом:
а - принципиальная схема; б - зависимость скорости и давления
от параметра регулирования; 1 - гидроцилиндр; 2 - предохранительный клапан;
3 - вспомогательный насос; 4 - регулируемый насос; 5 - обратный клапан

Регулирование путем изменения рабочего объема гидродвигателя применяется только в гидроприводах вращательного движения, где в качестве гидродвигателя используется регулируемый гидромотор (рис.9.5, а). В этом случае регулирование происходит при постоянной мощности, так как уменьшение рабочего объема гидродвигателя увеличивает скорость выходного звена гидропривода и соответственно уменьшает крутящий момент, развиваемый на выходном звене. Частота вращения вала гидромотора n_М при P₁ < P_к определяется соотношением

где q_{М max} - максимальный рабочий объем гидромотора; e_М - параметр регулирования гидромотора; P₁ - давление в напорной гидролинии; r_с - коэффициент объемных потерь (утечек) в системе.

Из выражения (9.5) следует, что при e_М → 0 n_М возрастает до бесконечности. Практически существует минимальное значение e'_M, при котором момент, развиваемый гидромотором, становится равным моменту внутреннего трения, и гидромотор тормозится даже при моменте нагрузки, равном нулю (P₁ = 0).

На рис.9.5, б представлена зависимость частоты вращения и развиваемого момента на валу гидромотора от параметра регулирования при постоянном давлении P₁.

Рис.9.5. Гидропривод с регулируемым гидромотором:
а - принципиальная схема; б - зависимость скорости и давления
от параметра регулирования

Регулирование путем изменения рабочих объемов насоса и гидродвигателя используют только в гидроприводах вращательного движения с регулируемым гидромотором. Скорость выходного звена рационально регулировать следующим образом:
1) запустить приводной двигатель при e_Н = 0;
2) для страгивания и разгона выходного звена привода изменить e_Н от 0 до 1 при e_М = 1;
3) дальнейшее увеличение скорости осуществлять путем изменения e_М от 1 до e'_M при e_Н = 1.

Уменьшение скорости происходит в обратном порядке. Такой способ позволяет получить большой диапазон регулирования, он обладает всеми достоинствами и недостатками выше рассмотренных схем объемного управления.

Рис.9.6. Гидропривод с регулируемым насосом и гидромотором

На рис.9.6 представлены принципиальная схема (а) и характеристика (б) гидропривода с замкнутой циркуляцией и регулируемым насосом и гидромотором.

c) объемно-дроссельное регулирование

Комбинированное регулирование или объемно-дроссельное регулирование скорости движения выходного звена гидродвигателя заключается в том, что в систему дроссельного регулирования с постоянным давлением устанавливается регулируемый насос и давление поддерживается постоянным не за сет слива части рабочей жидкости через переливной клапан, а за счет изменения подачи насоса. В такой системе регулирования отсутствуют потери в переливном клапане.

На рис.9.7 представлена схема гидропривода поступательного движения с объемно-дроссельным управлением скоростью. Постоянное давление P_Н поддерживается путем совместной работы регулятора 1 и аксиально-поршневого регулируемого насоса 2. Изменение давления P_Н приводит к изменению положения поршня регулятора 1 и связанного с ним наклонного диска насоса 2. Изменение положения диска приводит к изменению подачи насоса Q.

Рис.9.7. Гидропривод с объемно-дроссельным управлением
скоростью выходного звена гидродвигателя

Поэтому в такой системе подача насоса всегда равна расходу через гидродвигатель и дроссель при P_Н = const.