Гидрооборудование

1  Обзор типовых схем  гидропривода с применением гидроаккумуляторов и

других приборов

 

1.1 Методы регулирования  объемного гидропривода

1.1.1 Объемное регулирование

В качестве регулируемых насосов и гидромоторов получили распространение роторно-поршневые и пластинчатые гидромашины.

 

1.1.1.1 Регулирование изменением  рабочего объема насоса

Регулирование изменением рабочего объема насоса заключается в плавном изменении скорости движения выходного звена гидродвигателя путем изменения параметра e, равного отношению текущего значения рабочего объема к максимальному его  значению , т.е. . Минимальное его значение соответствует минимальному рабочему объему насоса и, следовательно, минимальной скорости выходного звена. Максимальная скорость последнего получается при е = 1, т. е. при 

 

Рисунок 1 – Регулирование насоса

 

Мощность, развиваемая гидроприводом при постоянном давлении в системе возрастает при регулировании (увеличении рабочего объема) насоса. Скорость выходного звена при этом возрастает, а усилие на штоке гидроцилиндра или момент на валу гидромотора остаются  постоянными  (рис. 1).

 

Реверс гидродвигателя, т. е. изменение направления движения выходного звена гидропривода при регулируемом насосе, можно осуществить двумя способами: с помощью гидрораспределителей или изменением направления подачи (реверсом подачи насоса). Второй способ возможен лишь в гидроприводах с замкнутой циркуляцией жидкости и осуществляется сначала уменьшением рабочего объема насоса до нуля, а затем изменением знака эксцентриситета в шиберных и радиальных роторно-поршневых насосах или изменением знака угла отклонения диска (блока) в аксиальных роторно-поршневых насосах.

 

1.1.1.2 Регулирование изменением  рабочего объема гидромотора

Регулирование изменением рабочего объема гидромотора возможно лишь в гидроприводах вращательного движения. Если насос работает при постоянных частоте вращения и давлении, то регулирование гидропривода осуществляется при постоянной мощности насоса  (рис.  2).

 

Рисунок 2 – Регулирование гидромотора

 

При уменьшении рабочего объема гидромотора от максимального его значения до минимального частота вращения его вала будет увеличиваться. Крутящий момент на валу гидромотора ввиду примерного постоянства развиваемой мощности, будет убывать приблизительно обратно пропорционально угловой скорости т. е. по гиперболическому закону. Вследствие переменности КПД гидромотора действительный закон изменения крутящего будет несколько отличаться от гиперболического.

 

1.1.1.3 Регулирование изменением  рабочих объемов насоса и гидромотора

 

Регулирование изменением рабочих объемов насоса и гидромотора (рис. 3) осуществляется с целью расширения диапазона регулирования гидропривода.

 

Рисунок 3 – Регулирование насоса и гидромотора

 

 Регулирование выполняется  последовательно. Если требуется постепенно увеличить скорость вращения вала гидромотора до nmax (например, при трогании с места и разгоне транспортного средства), то регулирование выполняется в следующем порядке; 1) насос устанавливают в положение нулевого рабочего объема, а гидромотор — в положение максимального, приводящий двигатель выводят на заданную постоянную частоту вращения; 2) рабочий объем насоса постепенно увеличивают до максимума, вследствие чего скорость выходного звена возрастает до значения, соответствующего номинальной мощности привода; 3) увеличивают скорость выходного звена уменьшением рабочего объема гидромотора до минимального значения, определяемого началом неустойчивой работы. Первый этап разгона происходит при постоянном моменте и возрастающей мощности привода. Для второго характерно уменьшение крутящего момента  и постоянная мощность.

 

На рисунке 4 приведена принципиальная схема гидропривода вращательного движения с замкнутой циркуляцией жидкости, в котором частота вращения вала гядромотора 4 регулируется за счет изменения рабочих объемов обеих гидромашин.

 

Так как в данном гидроприводе возможен реверс потока рабочей жидкости, то в нем установлены два предохранительных клапана 2, один из которых «следит» за давлением в гидролинии А, а другой — за давлением в гидролинии Б. Для компенсация возможной нехватки жидкости в гидроприводе используется система подпитки, состоящая из дополнительного насоса 6, переливного клапана 5, гидробака 7 и двух обратных клапанов З. Всегда осушествляется подпитка той гидролинии, которая в данный момент является всасывающей. При этом во всасывающей гидролинии содается избыточное давление примерно О, 1 . . . 0,3 МПа (ограничено настройкой переливного клапана 5), что исключает вероятность возникновения кавитации на входе в насос 1.

 

Рисунок 4 - Схема гидроприводов с обьемным регулированием

 

 

1.1.2 Дроссельное регулирование  гидропривода

Принцип дроссельного регулирования заключается в том, что часть подачи нерегулируемого насоса отводится через дроссель или клапан на слив, минуя гидродвигатель. При дроссельном регулировании возможны два принципиально разных способа включения регулирующего дросселя: последовательно с гидродвигателем и параллельно гидродвигателю.

 

1.1.2.1 Дроссельное регулирование  гидропривода при последовательном  включении дросселя

Последовательное включение регулирующего дросселя может быть осуществлено в трех вариантах: дроссель включен на входе в гидродвигатель (рис 5.а), на выходе (рис 5.б) из него и на входе и выходе одновременно (рис. 5.в).

 

           а)                                                    б)                                                  в)

 

Рисунок 5 - Схема гидроприводов с дроссельным регулированием

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

 

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

 

1.1.2.2 Дроссельное регулирование  гидропривода при параллельном  включении дросселя

 

На рисунке 6 дана схема объемного гидропривода при включении регулирующего дросселя параллельно гидродвигателю.

 

 

Рисунок 6 - Схема гидропривода с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя

 

 

В точке М поток рабочей жидкости разветвляется: один поток через распределитель 2 направляется в гидроцилиндр 1, а другой - в регулирующий дроссель 3. Клапан 4 в данном случае является предохранительным. Он открывается лишь при чрезмерном повышении давления  в  системе.

 

Скорость v 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 F.

 

 

 

 

1.1.3 Объемно-дроссельное  регулирование

Объемно-дроссельный (или машинно-дроссельньгй) способ регулирования скорости выходного звена заключается в том, что в таком гидроприводе вместо нерегулируемого насоса используется регулируемый насос с регулятором подачи. В этом случае давление поддерживается постоянным за счет уменьшения рабочего объема насоса, т. е. за счет уменьшения его подачи. Поэтому КПД гидропривода с объемно-дроссельным регулированием  выше, чем гидропривода с дроссельным регулированием. Но регулируемые гидромашины существенно дороже нерегулируемых

 

В качестве примера на рисунке 7 приведена принципиальная схема гидропривода с регулированием скорости поршня гидроцилиндра 4 при помощи дросселя 5, включенного на выходе гидроцилиндра, и переливного клапана 6. В схему также входят распределитель 3 и    бак 7.

 

В данном гидроприводе используется насосная установка, включающая регулируемый аксиально-поршневой насос 1 с регулятором подачи 2. Она обеспечивает на выходе насоса постоянное давление.   

 

 

 

Рисунок 7 - Схема гидропривода с объемно-дроссельным регулированием

 

 

1.2 Пневмогидравлические  аккумуляторы

 Гидроаккумулятор — емкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением. Гидроаккумулятор, в котором аккумулирование (накапливание) и возврат (отдача) энергии происходят за счет сжатия и расширения газа, называют пневмо-гидроаккумулятором. В системах гидропривода преимущественно применяют аккумуляторы этого типа.

 

Подобный аккумулятор представляет собой закрытый сосуд, заполненный сжатым газом с некоторым начальным давлением зарядки. При подаче в этот сосуд жидкости объем газовой камеры уменьшается, вследствие чего давление газа повышается, достигая к концу зарядки жидкостью некоторого заданного максимального значения.

 

В  аккумуляторах,  применяемых в гидроприводах, жидкость и газ обычно разделены поршнем или иными средствами для устранения возможности растворения газа в жидкости.  В соответствии с   типом  применяемого   разделителя   сред   различают   поршневые и диафрагменные аккумуляторы. Недостатком первых является трение поршня в цилиндре, на преодоление которого расходуется энергия аккумулятора, а также возможность нарушения герметичности в соединении поршня и цилиндра. Кроме того, при наличии трения возможны скачкообразные движения поршня и как следствие — колебания давления. Эти недостатки практически устранены в аккумуляторах, в которых среды разделяются с помощью эластичной резиновой диафрагмы.

 

Расчет пневмогидравлического аккумулятора сводится к определению его вместимости и полезного объема, под которым понимается объем жидкости, вытесняемой газом из аккумулятора в процессе его разрядки. Произведение полезного объема на среднее давление газа в рабочем диапазоне давлений определяет накопленную энергию аккумулятора, которая отдается при разрядке.

 

Аккумулятор часто применяют как источник аварийного питания отдельных ветвей гидросистемы в случае отказа или выключения насоса, а также в случае, когда требуется выдержать длительное время какой-либо участок гидросистемы под постоянным давлением, например, для длительной выдержки под давлением деталей, формуемых из резины. Так как энергия, накопленная в аккумуляторе, может быть отдана в короткое время, аккумулятор может кратковременно развить большую мощность. Благодаря этому применение аккумуляторов особенно рентабельно в гидросистемах с большими пиками расхода жидкости, значения которых намного превышают подачу насоса. Использование аккумуляторов в подобных гидросистемах позволяет понизить мощность питающих насосов до средней мощности потребителей гидроэнергии. Насосы гидросистем с аккумуляторами переводят после зарядки аккумулятора на режим холостого хода. Для этого служат регуляторы, а при нерегулируемом насосе используются автоматы разгрузки (рис. 8).

 

При повышении давления в аккумуляторе 2 до значения, на которое отрегулирована пружина выключателя 1, подача насоса направляется в безнапорный гидробак 4. Питание гидросистемы осуществляется аккумулятором 2, который отключается от насоса и бака с помощью обратного клапана 3. При разрядке аккумулятора до заданного нижнего уровня давления выключатель 1 снова направляет подачу насоса в аккумулятор.

 

 

Рисунок 8 – Схема разгрузки нерегулируемого насоса при зарядке пневмогидроаккумулятора

 

1.3 Принципиальные  схемы гидроприводов с разомкнутой  циркуляцией жидкости

На рисунке  9 показаны принципиальные схемы гидроприводов с разомкнутой циркуляцией жидкости. Разрыв циркуляции происходит в баке, при этом исключается возможность реверсирования гидродвигателей путем изменения направления подачи насоса  (реверса подачи). Для этой цели обязательно применение распределителей.

 

На рис.9 а изображена принципиальная схема гидропривода с разомкнутой циркуляцией жидкости поступательного движения, на рис.9 б – поворотного движения, на рис.9 в – вращательного движения.