Лекции по "Технологии"

Лекция  №16 ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ

1. Основные сведения о гидроприводе

2. Принцип действия  и характеристики

3. Гидроцилиндры 

4. Гидрораспределители

5. Клапаны

 

1. Основные  сведения о гидроприводе

Гидропривод - это совокупность гидромашин (насосов, гидродвигателей), гидроаппаратуры, гидролиний и вспомогательных устройств, предназначенная для передачи энергии и преобразования движения с помощью жидкости, а также для приведения механизмов и машин в действие.

Гидроаппаратура управляет, регулирует и защищает гидропривод от чрезвычайно высоких и низких давлений жидкости. Среди разнообразных аппаратов можно выделить три наиболее характерных типа: гидрораспределители, клапаны и дроссели.

Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ее качество и требуемое состояние. Это различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы. Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется рабочая жидкость.

Гидравлический объемный привод имеет следующие преимущества: меньшую массу и габариты по сравнению с механическим и электрическим, так как в большинстве случаев в нем отсутствуют редукторы, муфты, фрикционные передачи, каналы и пр.; просто и более совершенно компонуется независимо от расположения валов и узлов; характеризуется малой инерционностью, что обеспечивает его долговечность и позволяет осуществлять реверсирование рабочих движений за короткий промежуток времени; обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости движения рабочих органов; надежно и просто защищается от перегрузок рабочих органов и двигателя; дает возможность широко применять стандартизованные и унифицированные узлы, что позволяет снизить себестоимость и облегчает его эксплуатацию и ремонт. В качестве рабочих жидкостей здесь применяют минеральные масла, которые одновременно обеспечивают смазку деталей гидропривода и повышают их износостойкость.

Однако гидравлический привод имеет и некоторые недостатки. Так, вследствие проникновения воздуха в рабочую жидкость его движение может сопровождаться толчками, что отрицательно влияет на равномерность движений рабочих органов. Во избежание больших утечек жидкости зазоры между сопрягаемыми деталями должны быть минимальными, а это обеспечивается высокой точностью их изготовления, что приводит к повышению стоимости гидропривода. Уплотнения не обеспечивают полной герметизации узлов, в результате чего уменьшается КПД и загрязняется рабочее место. Один из недостатков гидропривода - изменение вязкости рабочей жидкости в зависимости от изменения температуры, что нарушает его работу.

Классификация. Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии, т. е. жидкость под давлением. По виду источника энергии гидроприводы разделяются на три типа: насосные, аккумуляторные и магистральные.

1. Насосный гидропривод - это гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода. Такие гидроприводы применяют наиболее широко. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает во всасывающую гидролинию насоса) и гидроприводы с разомкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак). Для привода насоса в насосном гидроприводе могут быть использованы различные двигатели.

2. Аккумуляторный гидропривод - гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие гидроприводы используют в системах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов.

3. Магистральный гидропривод - это такой гидропривод, в котором рабочая жидкость поступает в гидродвигатель из гидромагистрали, не являющейся составной частью гидропривода. Напор рабочего тела в гидромагистрали создается нагнетателем, состоящим из одного или нескольких насосов и питающим несколько гидроприводов (централизованная система питания).

По характеру движения выходного звена различают объемные гидроприводы:

поступательного движения - с возвратно-поступательным движением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидроцилиндров;

поворотного движения - с возвратно-поступательным движением выходного звена на угол менее 360° и с поворотными гидродвигателями;

вращательного движения - с вращательным движением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидромоторов.

В зависимости от наличия  устройств для регулирования  скорости выходного звена различают объемные гидроприводы: нерегулируемые, регулируемые и стабилизированные.

Гидропривод, в котором отсутствует  устройство для изменения скорости выходного звена, называют нерегулируемым, а гидропривод, в котором скорость выходного звена поддерживается постоянной при изменении внешних воздействий - стабилизированным. Регулируемый гидропривод, в котором выходное звено повторяет движение звена управления, называют следящим гидроприводом.

Гидропривод, который приводится в  действие механическим воздействием и работает по методу сообщающихся сосудов, является безнасосным. Его применяют для управления муфтами сцепления, тормозами и другими механизмами. Преимущества безнасосного гидропривода: простота устройства, надежность эксплуатации и возможность передачи усилий с помощью жидкости в самые труднодоступные места.

В качестве приводов станков, прокатных  станов, прессового и литейного оборудования, дорожных и строительных машин, транспортных и сельскохозяйственных машин и другого подобного оборудования широко используют регулируемые гидроприводы. Широкое применение в сельскохозяйственных предприятиях из-за простоты конструкции и хорошего охлаждения жидкости в процессе эксплуатации получили гидроприводы с разомкнутой системой циркуляции рабочей жидкости.

Элементы гидропривода. Элементами гидропривода являются гидродвигатель, контрольно-измерительная и распределительная аппаратура, кондиционеры рабочей жидкости, гидроаккумуляторы и др.

Гидродвигатель - это машина, которая предназначена для преобразования механической (гидравлической) энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию движения выходного звена.

По виду движения выходного звена  различают три класса объемных гидродвигателей, применяемых в гидроприводах:

гидроцилиндры, которые имеют поступательное движение выходного звена; при этом различают поршневые, плунжерные, телескопические и мембранные гидроцилиндры одно и двухстороннего действия;

гидромоторы, имеющие неограниченное вращательное движение выходного звена. По конструкции гидромоторы делятся на шестеренные, винтовые, пластинчатые и аксиально-поршневые;

поворотные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена (а < 360°), к которым относят пластинчатые, поршневые, мембранные, одно-, двух- и трехлопастные.

Гидроаппаратура предназначена для  регулирования движения силового органа, поддержания заданного давления в гидросистеме и выходных звеньях при разных режимах работы гидропривода.

В гидроаппаратуру входят гидравлические дроссели (регулируемые, линейные и нелинейные), гидроклапаны (предохранительные, шариковые, конические, напорные, редукционные, обратные, гидравлические замки), а также гидрораспределители (золотниковые, клапанные и крановые).

К вспомогательным устройствам  относятся гидробаки открытого и закрытого типов, уплотнители, в качестве которых используют поршневые кольца и манжеты, а также гидроаккумуляторы.

Гидроаккумуляторы используют для подачи жидкости при работе гидропривода. Они предназначены для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением.

По способу накопления потенциальной энергии различают  гидроаккумуляторы грузовые и с упругим элементом, по конструкции - со свободной поверхностью, поршневые, мембранные, малогабаритные, пружинные и инерционные. Фильтры применяют сетчатые, пластинчатые и войлочные, а также с предохранительным клапаном, грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки.

В гидроприводах станков  и машин применяют стальные бесшовные и реже медные трубы.

2. Принцип действия  и характеристики

Объемный гидропривод  содержит источник энергии, которым служит жидкость под давлением. Гидропривод применяют для передачи давления при малой сжимаемости капельных жидкостей, работа которых основана на использовании закона Паскаля. Принципиальная схема простейшего гидропривода показана на рис. 8.1. Гидропривод состоит из двух цилиндров (малого 1 и большого 2), заполненных жидкостью и соединенных между собой трубопроводом. В малом цилиндре 1 находится поршень, который под действием силы F₁ перемещается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. При этом поршень цилиндра 2 начинает двигаться вверх и преодолевает нагрузку (силу) F_i.

По закону Паскаля  давления в цилиндрах 7 и 2 будут одинаковыми и равными: р = F₁/S₁ = F₂/S₂, где S₁ и S₂ - площади поршней цилиндров 1 и 2, если пренебречь потерями давления в системе.

Считая жидкость практически  несжимаемой, можно записать:

h₁S₁ = h₁S₁, или v₁S₁ = v₂S₂, где v₁ и v₂ - скорости перемещения поршней.

Затраченная на перемещение поршня мощность цилиндра 1 выражается соотношением N = Fv₁ = pS₁v₁. Величина S₁v₁ является расходом жидкости, тогда при отсутствии сил трения условие передачи энергии можно представить в виде N = pQ = F₂v₂, где F₂v₂ - мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2; pQ - мощность потока жидкости.

Различают нагрузочные и топографические  характеристики гидропривода. Для нескольких постоянных значений давления строят нагрузочные характеристики. Их наклон характеризует уменьшение частоты вращения выходного вала гидропривода с возрастанием давления из-за утечки и сжимаемости жидкости.

 

 

 

 

Рис. Схема  простейшего гидропривода:

1, 2— цилиндры

 

3. Гидроцилиндры

В сельскохозяйственных машинах широко используют гидроцилиндры. Гидроцилиндр наиболее  распространенного типа - с односторонним штоком - представляет собой гильзу 2 - трубу с тщательно обработанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень 5, имеющий резиновые манжетные уплотнения 4, которые предотвращают перетекание жидкости из полостей цилиндра, разделенных поршнем. Усилие от поршня передает шток 3, имеющий полированную поверхность. Для его направления служит грунд-букса 1.

Для подвода и отвода рабочей жидкости с двух сторон гильзы укреплены крышки с отверстиями. Уплотнение между штоком и крышкой состоит из двух манжет, одна из которых предотвращает утечки жидкости из цилиндра, а другая служит грязесъемником.

Скорость перемещения  штока цилиндра зависит от направления подачи жидкости. Если жидкость от насоса подается в поршневую полость n, то скорость перемещения штока (м/с)

гае Q - подача, м³/с; D_ц - внутренний диаметр гильзы цилиндра; ή_o - объемный КПД.

Скорость поршня увеличится и при поступлении жидкости в  штоковую полость цилиндра станет равной

где d_ш — диаметр штока.

От соотношения диаметров цилиндра и штока зависит отношение скоростей движения штока в указанных направлениях.

Рис. Гидроцилиндры специального назначения:

а - телескопический двойного действия; б - сдвоенный; в - многоскоростной

Для увеличения скорости обратного (часто нерабочего) хода используют эту особенность.

Выпускают также гидроцилиндры  специального назначения: телескопический двойного действия, сдвоенные и многоскоростные.

Телескопические цилиндры одностороннего и двухстороннего действия, которые в собранном состоянии имеют небольшие размеры, применяют для увеличения хода штока.

Телескопические цилиндры, как и обычные, способны развивать усилия только в одном направлении - на выталкивание штока. Под действием силы тяжести поднятого груза или устройства совершается обратный ход - втягивание штока.

4. Гидрораспределители

Среди распределительных устройств рабочих сред обширный класс составляют золотниковые реверсивные распределители.

Золотниковый распределитель - устройство, в котором распределение рабочей среды осуществляется с помощью осевого смещения цилиндрического или плоского распределительного органа. Рабочий элемент распределителей этого типа - цилиндрический золотник, который перемещается в осевом направлении в цилиндре, имеющем камеры. Подвод и отвод рабочей среды осуществляются через отверстия в камерах.

В распределителях более сложной конструкции помимо осевых использованы также и поворотные движения плунжера вокруг оси, что значительно повышает их позиционность.

5. Клапаны

В гидравлических системах сельскохозяйственных предприятий широко применяют предохранительные, переливные, напорные, редукционные и обратные клапаны (рис. 8.14). Их изготовляют с запирающими (подвижными) элементами — шариковыми, коническими и золотниковыми.

Предохранительные клапаны  служат для автоматического ограничения давления. Нормально закрытый клапан открывается, когда давление в системе возрастает до значения, на которое клапан отрегулирован. Для поддержания заданного давления в системе этого открытия достаточно. Когда давление падает ниже заданного, клапан закрывается.