Регулирование скорости объемных двигателей

На следующем этапе в зависимости от назначения и режима работы необходимо выбрать способ регулирования скорости двига­телей. В гидроприводе регулирование скорости осуществляется изменением необходимого потока рабочей жидкости двумя способами:

- регулированием режима работы насоса, изменяя его производительность, — объемное регулирование;

- регулированием при постоянном давлении насо­са сопротивления участка гидросистемы — дроссельное регулиро­вание.

Каждый из способов можно осуществить изменением расхода как на входе, так и на выходе гидросистемы или участка гидро­системы.

Рис. 4.6. Схема привода с объемным регулированием

Для объемного регулирования характерно, что при постоян­ной нагрузке мощность, развиваемая гидродвигателем, а следо­вательно, и скорость движения его выходного звена, пропорцио­нальны производительности насоса. На рис. 4.6 приведена типовая схема гидропривода с объемным регулированием.

Рабочая жид­кость под давлением от регулируемого насоса НР через распреде­литель Р поступает в поршневую камеру цилиндра ГЦ, а из штоко­вой камеры идет на слив. Давление жидкости определяется наг­рузкой на цилиндре ГЦ и контролируется манометром М. Предохра­нительный клапан ПК срабатывает, когда нагрузка на цилиндре ГЦ превышает допустимую.

При дроссельном регулировании мощность, потребляемая на­сосом, постоянна, а скорость движения выходного звена двигателя меняется в зависимости от гидравлического сопротивления дрос­селя, при этом часть рабочей жидкости через переливной или предохранительный клапан идет на слив. При уменьшении пропуск­ной способности гидросистемы при постоянной подаче насоса воз­растает и количество жидкости, идущей на слив, т. е. растут по­тери, уменьшается КПД гидросистемы, и наоборот. В силу этой специфики дроссельное регулирование оправдано лишь при неболь­ших (до 5 кВт) мощностях привода и сравнительно небольших ско­ростях перемещения выходного звена (до 1 м/мин). При большей мощности привода и для получения большого диапазона регулирования скоростей (10 — 12) используется объемное регулирование.

Рис. 4.7. Схемы приводов с дроссельным регулированием

Дроссели устанавливаются последовательно (на входе или/и на выходе) или параллельно двигателю (рис. 4.7). При установке дросселя на входе двигателя (рис. 4.7, а) рабочая жидкость от нерегулиру­емого насоса Н под давлениемp_н через дроссельДр и распреде­лительГР поступает в рабочую камеру двигателяГЦ, а из проти­воположной камеры сливается в бак. Скорость движения штока двигателяГЦ регулируется с помощью дросселяДр, который огра­ничивает поток жидкости, поступающей от насоса Нв двигатель ГЦ, причем излишек рабочей жидкости сливается в бак через пре­дохранительный клапанПК. КлапанПК настроен на давлениеp_н, достаточное для преодоления внешней максимальной нагрузкиP на штоке двигателяГЦ.

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

Найдем зависимость между скоростью поршня и нагрузкой P, пренебрегая всеми гидравлическими сопротивлениями кроме дросселя (или окон дросселирующего распределителя).

Зависимость скорости поршня от расхода жидкости определяется выражением

,

(4.4)

здесь Q_ДР — расход жидкости через гидроцилиндр, равный расходу через дроссель;

,

(4.5)

где — коэффициент расхода; - площадь проходного сечения дросселя; — перепад давления на дросселе

,

(4.6)

здесь — перепад давления в гидроцилиндре, определяемый нагрузкой и площадью поршня

,

(4.7)

где — площадь поршневой камеры.

Гидродвигатель при расчете гидропривода можно рассматривать как особое местное гидравлическое сопротивление, вызывающее потерю давления .

Выражая скорость с учетом формул (4.4 ... 4.7), будем иметь

,

(4.8)

Как видно из формулы (4.8), зависимость , т. е. нагрузочная характеристика гидропривода, изображается спадающей параболой (рис. 4.8).

Максимальная нагрузка , при которой выходное звено тормозится , от степени открытия дросселя не зависит. В зависимости от величины нагрузкиР на поршне двигателя будет меняться перепад давления Dp_др на дросселе, что будет приводить к изменению величины расхода через дроссель, а это, в свою очередь, будет приводить к изменению скорости vдвижения штока.

Рис. 4.8. Нагрузочная характеристика гидропривода

при последовательном включении дросселя

Возможна также установка дросселя на выходе (рис. 4.7, б).

При установке дросселя Др на выходе давление p₁ в поршне­вой камере двигателя ГЦ постоянно и равно давлению в напорной линии; p₁ = p_Н, которое определяется настройкой предохранитель­ного клапана ПК, а давление p₂ в штоковой камере зависит от изменения нагрузки:

,

(4.9)

где и – площади соответственно поршневой и штоковой ка­мер.

При рассматриваемой схеме включения дросселя (p_A – атмосферное давление) и расход жидкости через дроссель, а следовательно, и скорость движения выходного звена двигателя также зависит от нагрузки:

(4.10)

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

На рис. 4.7, в приведена схема объемного гидропривода при включении регулирующего дросселя параллельно двигателю. После насоса Н поток рабочей жидкости разветвляется: одна часть потока через распределитель Р направляется в гидроцилиндр ГЦ, а другая — в регулирующий дроссель Др. Клапан ПК открывается лишь при чрезмерном повышении давления в системе.

Скорость выходного звена — штока гидроцилиндра — регулируется изменением степени открытия дросселя. Чем она меньше, тем большая доля подачи насоса направляется в гидроцилиндр и тем больше скорость v. При полном закрытии дросселя скорость v наибольшая. При полном открытии дросселя скорость поршня уменьшается до нуля или до минимального значения в зависимости от нагрузки P.

Для параллельного включения дросселя, предполагая, что потери давления в распределителе и гидролиниях отсутствуют, имеем

,

(4.11)

,

(4.12)

,

(4.13)

так как .

Скорость поршня

,

(4.14)

или

,

(4.15)

В отличие от характеристик при последовательном включении дросселя, регулировочная характеристика привода при параллельном включении дросселя имеет противоположную кривизну и выходит из точки, соответствующей v_MAX и P = 0 (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Нагрузочная характеристика гидропривода

при параллельном включении дросселя

При параллельном включении исключается возможность регулирования при направлении преодолеваемой силы вдоль штока в сторону его перемещения.