Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы

ГИДРАВЛИКА, ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ГИДРОПРИВОДЫ Курс лекций Для заочного отделения по дисциплинам, связанным с изучением гидравлических машин и гидроприводов: «гидравлика» - специальность КТМ, «гидравлика и ГПП» - специальность ЭТМ, «МЖГ» - специальность МС и других специальностей. Содержание Обозначения и описания параметров Часть1 Гидравлика Лекция 1. Основные физические и технические характеристики жидкостей и газов. Лекция 2. Гидравлические потери. Основы расчета простых трубопроводов Часть 2 Гидроприводы Лекция 3. Объемные гидромашины и гидроприводы. Классификация и расчеты. Лекция 4. Управляющая и вспомогательная гидроаппаратура Лекция 5 . Гидравлические схемы. Расчет. Лекция 6. Управление гидроприводами. Регулировочные и нагрузочные характеристики ОБОЗНАЧЕНИЯ И ОПИСАНИЯ П АРАМЕТРОВ В настоящем учебном пособии использованы следующие обозначения и описания параметров . N – мощность, Вт(кВт); A – работа машинного цикла, энергия ударов, Дж (кДж); n – частота (врщения, ударов), Гц; р– давление, Па(МПа); Q – расход, м/с; H – напор потока, м h – потери напора, м - КПД; Rг - проходное сопротивление гидромашины, кг/м7 ; q - рабочий объем, м (см); F – сила, Н(кН); M – момент на валу гидромашины, Нм v – скорость, м/с ; h – перемещение, м(мм); ti - длительности кинематических фаз, с; T - длительность рабочего цикла, с; m - масса элемента, кг; V - объем элемента, м; S – площадь, м( см); D, d - диаметры, м(мм); - радиальные зазоры в подвижных соединениях элементов, м(мкм); l - длина трубопровода, м; r,R – гидравлические сопротивления участка русла и соединения, кг/м7 ; i - коэффициенты местных сопротивлений; - коэффициент Дарси; Re – число Рейнольдса; - коэффициент Кориолиса; - кинематический коэффициент вязкости жидкости, м/с(сСт); - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па•с - коэффициент расхода; - плотность жидкости кг/м; - удельный вес жидкости Н/м; е, E – проводимость участка русла и соединения, м/кг E - адиабатный модуль упругости жидкости, МПа; Rг – гидравлический радиус; - живое сечение русла; - смоченный периметр русла; C – коэффициент Шези; c – скорость волны в трубопроводе; i – геометрический уклон; j - гидравлический уклон; Индексы при обозначениях параметров: д – двигатель; н – насос; м – мотор; м–механический; о- объемный; г – гидравлический; к – каналы; с – сливной; кр – критический; пр – предельный; пр – параллельный; пс – последовательный; вс – всасывающий; о - отверстие з – золотник; а – аккумулятор; н – напорный; р – распределитель; ж – жидкость. 2 4 4 8 13 11 15 18 28 37 45 51 Часть 1 Гидравлика Лекция 1(2часа). Основные физические свойства жидкостей и газов. Гидростатика 1.1 Физические свойства жидкости Жидкостью называют физическое тело, обладающее свойством текучести, в силу чего жидкость не имеет собственной формы, принимая форму камеры машины или русла, в которых она находится. В различных гидросистемах жидкость может выполнять функции: перемещаемого физического тела в транспортных гидромагистралях, передаточного звена в гидротрансмиссиях, энергоносителя в гидроприводах. Капельные жидкости характеризуются большим сопротивлением сжатию (почти полной несжимаемостью) и малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям, обусловленным незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости. Газообразные жидкости обладают большой сжимаемостью и имеют малую вязкость. К газообразным жидкостям относятся все газы. Одной из основных механических характеристик жидкости явля­ется ее плотность. Плотностью  (кг/м3) называют массу жидкости, заключенную в единице объема; для однородной жидкости  = m/V, (1) где m — масса жидкости в объеме V. Удельным весом  (Н/м3) называют вес единицы объема жидкости, т. е.  = G/V, (2) где G — вес жидкости в объеме V. Связь между удельным весом  и плотностью  легко найти, если учесть, что G = mg:  = G/(gV) =  /g. (3) Сжимаемость - свойство жидкости изменять свою плотность при изменении давления и (или) температуры. Это свойство оценивается коэффициентами объемного сжатия р и температурного расширения t, представляющими собой относительное изменение объема жидкости при изменении давления и температуры , ; (4) , . (5) Величина, обратная коэффициенту p, представляет собой объем­ный модуль упругости К. Через модуль К формулу (1.4) можно пере­писать в виде зависимости, которую называют обобщенным законом Гука [2]: V/V= –Р/K. (6) Отличительное свойство жидкости – текучесть, обусловливает сопротивление относительному движению (сдвигу) слоев частиц жидкости и называется вязкостью. Вязкость в технической практике характеризуется коэффициентами: - , Пас - коэффициент внутреннего трения, или динамический коэффициент вязкости, имеющий размерности: 1 Пас = 10 Пз = 103 сПз; - - кинематический коэффициент вязкости. В технической практике принята размерность кинематического коэффициента вяз­кости в сантистоксах: 1 м2/с = 104 Ст = 106 сСт. 1.2 Энергетические характеристики состояния жидкости. Вследствие невозможности определения в большинстве случаев ее количества, выражаются удельными величинами. Далее Э – энергия; F – сила; V – объем; G – вес; S – площадь. Для отдельных точек жидкости: Гидростатическое давление в точке жидкости (кратко – «давление») =; (7) 1 = 1 Па = 0.1 бар. Напор - характеристика для объектов в целом, рассматриваемых как энергетические (сосудов, гидромагистралей, гидромашин) . (8) Давление, кроме того, имеет динамическую интерпретацию Р = , (9) Здесь Э – энергия; F – сила; V – объем; G – вес; S – площадь. Кинематические характеристики потока: Линейная скорость, осредненная по сечению потока S - v, м/с. Объемная скорость, называемая расходом потока - Q, м3/с. . (10) Поправкой на использование осредненной скорости является - коэффициент Кориолиса для квадратичных значений скорости, и коэффициент Буссинеска – для линейных. При практических расчетах принимается = 1 – для турбулентного режима движения, = 2 – для ламинарного [2]. 1.3 Гидростатика Рисунок 1.1 – Характеристики энергетического состояния покоящейся жидкости Различают несколько понятий гидростатического давления: абсолютное, избыточное, вакуумметрическое. Соотношение этих давлений представлено на рисунке 1.2. Рисунок 1.2 – Схема соотношения понятий гидростатического давления На рисунке эпюрой показано распределение давлений и составляющих напора в гидростатической системе. Здесь Рн.п. – давление насыщенного пара, при котором жидкость закипает при заданной температуре. Эта величина при расчетах гидросистем ограничивает понижение давления опасностью возникновения кавитации [8]. Для покоящейся жидкости ее энергетические характеристики определяются следующими выражениями: - давление в точке жидкости, (9) здесь Ро – давление на ее поверхности; h – весовое давление над точкой, находящейся на глубине h, и имеющий удельный вес ; Нс = z + Р/ - гидростатический напор, (10) где z – вертикальная координата произвольной точки, называемая геометрическим напором; Р/ - пьезометрический напор для произвольной точки с координатой z. Закон Паскаля лежит в основе принципа действия множества гидравлических устройств и машин, преобразующих силы, перемещения и давления. Преобразование силы. Для гидравлического домкрата согласно ф. (7) F = Р*S. (11) Это давление будет действовать на поршень В, площадь которого равна S2. Следовательно: . Лекция 2(2часа). Кинематика и динамика жидкостей и газов 2.1 Характеристики потоков. Струйная модель потока Эйлера Поток представляет собой непрерывную массу частиц, движущихся по какому-либо направлению. Поперечное сечение потока может быть круглым – трубопроводы, или произвольным – каналы, русла. Гидравлические сопротивления потоков зависят от степени ограничения их сечений твердыми стенками. Соответственно различают следующие виды потоков. Напорный - поток, у которого по всему периметру живого сечения жидкость соприкасается с твердыми стенками (гидромагистрали, силовые трубопроводы). Безнапорный - поток со свободной поверхностью (реки, каналы, канализационные трубы). Струя - поток, неограниченный твердыми стенками. Элементы модели потока Эйлера: линия тока - трубка тока - элементарная струйка – поток – смоченный периметр – живое сечение – эквивалентный диаметр 2.2 Режимы течения жидкости Экспериментальные исследования потоков реальной жидкости показывают, что процессы, происходящие в них, существенно зависят от характера течения. Различают два режима течения жидкостей: ламинарный и турбулентный (рисунок 4, а, б). Ламинарное течение характеризуется упорядоченным (слоистым) движением без перемешивания частиц жидкости и без пульсаций скоростей и давлений. При ламинарном режиме нагревание рабочей жидкости из-за трения минимально. Когда скорость движения превысит некоторую критическую величину, слои начинают перемешиваться, образуются вихри; течение становится турбулентным, возрастают из-за трения потери энергии и температура рабочей жидкости. При производстве технических расчетов конкретное состояние потока характеризуется критерием или числом Рейнольдса , (16) где v – скорость потока жидкости, м/с; d – диаметр трубопровода, м;  - коэффициент кинематической вязкости, м2/с. Для труб круглого сечения критическое число Рейнольдса Reкр = 2320. Если полученное значение числа Рейнольдса Re < Reкр, режим следует считать ламинарным, если же Re < Reкр – турбулентным. Рисунок 4 – Структура ламинарного и турбулентного режимов течения жидкости 2.3 Три уравнения кинематики и гидродинамики. 1. Уравнение кинематического баланса, называемое уравнением неразрывности потока и констатирующим постоянство расхода во всех его сечениях. Для двух произвольных сечений Рисунок 7 – Движение жидкости в трубопроводе переменного сечения Q1 = Q2 или v1S1 = v2S2. (14) 2. Уравнение динамического баланса, называемое гидравлическим уравнением количества движения и устанавливающим для участка потока между сечениями 1 и 2 баланс между импульсом силы и количеством движения Q(v2x – v1x) = Fx. (15) 3. Уравнение баланса удельной энергии, называемое уравнением Бернулли и констатирующим постоянство полных напоров потока во всех его сечениях за вычетом потерь. Для двух произвольных сечений Н1 = Н2 ± hп, (16) Н = - полный напор потока, (17) где - скоростной напор потока. (18) - уравнение Бернулли для потока реальной жидкости, где  - коэффициент Кориолиса, поправка на использование осредненной скорости для нелинейных режимов. При практических расчетах принимается = 1 – для турбулентного режима движения, = 2 – для ламинарного Рисунок 8 – Геометрическая интерпретция уравнения Бернулли Кавитация - образование в капельной жидкости полостей, заполненных паром, газом, или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков или каверн). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения Рн.п. (давление насыщенного пара реальной жидкости при данной температуре). Рисунок 9 – Пример кавитации в местном сопротивлении 2.4 Расход истечения для участков потоков - отверстий, насадок, трубопроводов и др., с известной разностью потенциалов – напоров Н или давлений Р, определяется по формулам: Q = Q = , (19) где So - проходное сечение русла;  - коэффициент расхода, определяемый из справочников или расчетом по физическому смыслу, отраженному формулой , где уч – полное сопротивление участка. 2.5 Гидравлический удар в трубах. Пиковый бросок давления Ру, возникающий в трубе в результате гидроудара, определяется формулами Н.Е. Жуковского: -для полного гидроудара; (20) -для неполног о гидроудара, (21) где с – скорость волны в трубе; Т – период прохождения волной расстояния l до ближайшего отражателя и обратно; tз – время перекрытия сечения потока. Вид гидроудара определяется формулами tз < T – полный гидроудар, tз > T – неполный гидроудар, где T = . Контрольные вопросы 1.Энергетическая сущность понятия напор, формула. 2.Что такое вязкость? Коэффициенты вязкости и их размерность. 3.Гидростатическое давление в точке жидкости: энергетическая и динамическая сущности; математические выражения. 4.Вакуум: понятие, формулы высоты и давления вакуума. 5. Линейная и объемная скорости потока. Формульная связь, размерности. 6.Виды потоков. Режимы движения жидкости. Критерий Рейнольдса 7.Энергетическая сущность понятия «напор», формулы гидростатического и полного напоров. 8.Три уравнения гидродинамики, физический смысл. 9 Расход истечения для участков потоков 10. Гидравлический удар в трубах. Виды; формулы Жуковского Лекция 2(2часа). Гидравлические потери. Основы расчета простых трубопроводов 3.1 Гидравлические сопротивления. Формулы потерь Физические причины и технические виды гидравлических потерь Местные потери определяются по формуле Вейсбаха: , (22) Потери по длине по формуле Дарси-Вейсбаха: . (23) Общие потери определяются по принципу наложения , (24) В основу расчета гидромагистралей положены задачи определения потерь напора на трение по длине и в местных сопротивлениях. Эти потери зависят от режима движения потока - турбулентного или ламинарного. Re < Reкр - ламинарный режим – формула Дарси  = (64...100) / Re; (25) Re’пр > Re > Reкр - гидравлически гладкие трубы- формула Блазиуса  = 0,3164 / Re0,25; (26) Re”пр > Re > Reкр - доквадратичная зона - универсальная формула Альтшуля:  = 0,11 * (Δr + 68 / Re)0,25; (27) Re > Reпр - квадратичная зона – формула Шифринсона  = 0,11 * Δr0,25. (28) Здесь: Reкр = 2000...2300 для гладких труб; Reкр = 1600...1700 для гибких трубопроводов; Re’пр = 10 / Δr ; Re”пр = 500 / Δr ; где Δr = Δ / d - относительная шероховатость. Для участка простого трубопровода Рисунок 11 - Блок-схема алгоритма расчета потерь давления в магистрали Контрольные вопросы 1. Физические причины и технические виды гидравлических потерь. 2.Потери напора и давления в трубопроводе: виды, формулы Вейсбаха и Дарси-Вейсбаха. 3. Формулы коэффициента сопротивления  для различных режимов течения 4. Описать с помощью блок-схемы алгоритм расчета потерь давления в магистрали Часть 2 Гидроприводы Лекция 3(2часа). Общие сведения о гидроприводах 3.1 Структурные и функциональные особенности гидроприводов Гидравлические приводы соответственно их положению в структуре машины между двигателем первичного привода Д (рисунок 2.1) и исполнительным органом ИО относятся ко вторичным приводам [8]. Это место по функциональному признаку принадлежит передачам. Соответственно силовая часть гидроприводов называется гидропередачей и выполняет все основные функции передач: • передачу движения от двигателя к рабочему органу; • преобразование скорости; • преобразование вида движения; - регулирование выходных характеристик движения. Гидроприводом называют устройство для приведения в движение механизмов и машин. Гидропривод состоит из гидропередачи, устройств управления и вспомогательных линий. Гидропередача является силовой частью гидропривода, в состав которой входят насос, гидродвигатель и магистральная линия (основная часть гидросети). Рисунок 13 - Структурная схема гидропривода По типу гидропередачи гидроприводы делятся на объемные и гидродинамические. Наибольшее применение в промышленности нашел объемный гидропривод, который более подробно рассмотрен ниже. По характеру движения выходного звена гидродвигателя различают гидроприводы вращательного, поступательного и возвратно-поворотного движения. По системе питания насосов гидроприводы бывают с открытой, закрытой и комбинированной системами циркуляции рабочей жидкости. По способу регулирования скорости выходного звена гидродвигателя гидропривод может быть с дроссельным (аппаратным) управлением скоростью и с объемным (машинным) управлением скоростью. Объемный гидропривод представляет собой совокупность устройств, состоящую из функциональных гидравлических элементов, соединенных между собой по определенной гидравлической схеме. Гидравлические схемы выполняются в условных графических обозначениях, оговоренных ГОСТ 2.780-68, ГОСТ 2.781-68, ГОСТ 2.782-68, ГОСТ 2.784-70. 4.2 Элементарная схема гидропривода Функциональными элементами гидравлических схем являются гидромашины, аппаратура управления, вспомогательные устройства, соединяющие их линии, а также функциональные группы, представляющие собой элементарные схемы определенного функционального назначения. а) б) Рисунок 14 – Элементарная схема гидропривода: а) - конструктивная ; б) – принципиальная. Согласно ГОСТ 2.704-76 гидравлические схемы подразделяются на структурные, принципиальные и схемы соединений. Структурные схемы выполняются для сложных гидросистем и включают в себя в качестве элементов функциональные группы. Наибольшую информацию о структуре, способах управления и процессах энергопреобразования несут принципиальные схемы. Схемы соединений выполняются после решения вопросов компоновки узлов и групп базовой машины. Здесь мы уделяем основное внимание принципиальным схемам, как наиболее специфичным при проектировании гидроприводов и несущим основную информацию о структуре и функциониро-вании гидроприводов. Гидравлическая схема образуется соединением между собой функциональных элементов и групп посредством связей, называемых применительно к схемам линиям. Основной тип элементов и связей — гидравлические, однако могут использоваться также механические и электрические. Пример элементарной схемы гидропривода представлен на рисунке 15 в вариантах: а) - конструктивная ; б) – принципиальная. Контрольные вопросы 1.Функциональные особенности гидроприводов 2. Описание структурных составляющих гидропривода 3. Виды гидроприводов 4. Описание элементарной схемы и составляющих гидропривода Лекция 5(2часа). Объемные гидромашины и передачи. 5.1. Классификация и конструкции объемных гидромашин Отличительным признаком объемных гидромашин является наличие герметизированных камер с изменяемым объемом в фазах рабочего цикла. Камеры работают в двухтактном режиме. Для насоса это фазы всасывания и нагнетания, для гидродвигателя – впуска жидкости под давлением и вытеснения отработанной жидкости. Впуск жидкости в камеры гидродвигателя обеспечивается движением его ведомого звена. По виду этого движения гидродвигатели подразделяются на гидромоторы–вращательное движение, силовые гидроцилиндры– поступательное движение, моментные (поворотные) гидроцилиндры– неполноповоротное движение [5]. Существующая классификация не охватывает относительно недавно получивших широкое применение в промышленности, импульсных гидроприводов вибрационного и ударного действия. Их гидродвигатели автономно промышленностью не выпускаются, а являются приводной частью импульсных устройств определенного функционального назначения [11]. Элементы, обеспечивающие фазовые изменения объемов камер, называются вытеснителями. Конструкция вытеснителя является для объемных гидромашин классификационным признаком. На сегодняшний день наибольшее распространение получили шестеренные, поршневые, пластинчатые, винтовые, мембранные гидромашины. Достоинства каждого вида обусловливают области их применения: шестеренные наиболее простые технологически и в эксплуатации; конструкции поршневых обеспечивают их работу на наиболее высоких давлениях; пластинчатые характеризуются наибольшим отношением объемов их камер к общему объему конструкции, соответственно компактностью: винтовые обеспечивают их работу на наиболее вязких, «аномальных» жидкостях: мембранные работают на очень низких давлениях и используются во вспомогательных целях. Все многообразие используемых, а также возможных конструктивных схем гидромашин в объеме учебного пособия рассмотреть не представляется возможным, поэтому ограничимся примерами наиболее распространенных вариантов [6, 14]. На рисунке 1.9 представлены примеры конструктивных схем поршневых гидромашин. Аксиально-поршневые гидромашины (рисунок 1.9,а), благодаря аксиальному расположению поршней (плунжеров), обладают низким моментом инерции ротора и, соответственно, высокой быстроходностью. Плунжеры связаны шарнирными соединениями с наклоннойшайбой, угол наклона которой обусловливает величину хода плунжера и рабочего объема машины, чем обусловлена возможность регулирования расходной характеристики. Аксиально-поршневые гидромашины более сложные, требующие настройки на стенде, чувствительные к загрязнениям масла, ускоряющим износ плунжеров и вращающихся частей [10]. В радиально-поршневых гидромашинах регулирование производительности обеспечивается изменением эксцентриситета между осями ротора 2 и цилиндрической полости статора 1, что осуществляется либо вручную, либо (рисунок 1.9,б)гидравлически через плунжеры 5 и 6. а–аксиально-поршневых: 1 – корпус, 2 – плунжер, 3 – наклонная шайба,4 – крышка системы распределения, 5, 6 – всасывающий и нагнетательный патрубки, 7 – приводной вал; б – радиально-поршневых: 1 – отбойное кольцо, 2 – ротор, 3 – плунжеры, 4 – распределительная цапфа, 5, 6 – плунжеры регулирования рабочего объема Рисунок 16 - Примеры конструктивных схем поршневых гидромашин На рисунке 1.10 приведен пример наиболее распространенного в промышленности варианта конструктивной схемы шестеренной гидромашины с прямозубым внешним зацеплением шестерен. Здесь полости слева 4 и справа 5 от зубчатой пары пульсируют по объему за счет эпизодического вхождения в зацепление и выхождения из него смежных пар зубьев. При вращении в насосном режиме ведущей шестерни 3 по часовой стрелке полость слева 4 оказывается всасывающей, а правая 5 – нагнетательной. К преимуществам шестеренчатых насосов можно отнести простоту устройства, минимум проверок и настроек, невысокую чувствительность к загрязнениям. 1 – корпус; 2, 3 – ведомая и ведущая шестерни; 4, 5 – всасывающий и нагнетательный патрубки Рисунок 17 - Пример конструктивной схемы шестеренной гидромашины На рис. 2.8 представлены примеры конструктивных схем пластинчатых гидромашин. На рис. 2.8,аротор с радиально расположенными на нем пластинами эксцентрично находится во внутренней цилиндрической полости статора 1. Рабочими камерами являются серповидные полости между поверхностями ротора и статора, а также боковыми поверхностями пластин. В машинах однократного действия с цилиндрической внутренней полостью статора 1 регулирование расходной характеристики обеспечивается изменением эксцентриситета между осями ротора и цилиндрической полости статора. Однако здесь всасывающая 4 и нагнетательная 5 камеры оказываются расположенными диаметрально противоположно, обусловливая появление радиально неуравновешенной силы на вал и опоры ротора, чем ограничивается величина рабочего давления. Соответственно, наиболее распространенными в промышленности являются пластинчатые гидромашины двукратного действия, где внутренняя полость статора 1 имеет эллипсовидную форму, чем обеспечивается двукратный цикл всасывания и нагнетания и взаимное уравновешивание сил высокого и низкого давлений. а – однократного действия, б – двукратного действия;1 – корпус, 2 – ротор, 3 – пластины,4, 5 – всасывающий и нагнетательный патрубки Рисунок 20 - Примеры конструктивных схем пластинчатых гидромашин: К гидродвигателям поступательного действия относятся силовые гидроцилиндры. На рис. 2.9 показан пример конструктивной схемы силового гидроцилиндра: двустороннего действия, две камеры которого разделены поршнем. Левая, «поршневая полость» – глухая, правая, «штоковая», запирается съемной крышкой с буксой. Вариант наиболее распространенный в промышленности, благодаря возможности совершения работы прямым и обратным ходом ведомого звена, в качестве которого, в зависимости от способа закрепления, может использоваться и цилиндр 1, и шток. 1 – корпус; 2 – поршень; 3 – поршеньгидротормоза;4 – шток; 5 – жилер гидротормоза; 6 – крышка; 7 – опорная букса Рисунок 21 - Пример конструктивной схемы силового двухкамерного гидроцилиндра двустороннего действия Для обеспечения неполноповоротных движений с невысоким моментом используются поворотные гидроцилиндры различных конструкций. В пластинчатом исполнении (рис. 2.10) механизм представляет собой цилиндр 1 и соосно находящийся в нем вал 2 с закрепленными на нем пластинами 3. Рисунок 22 - Поворотный двухкамерный гидроцилиндр 1 – узел инструмента, 2 – ударный гидроцилиндр, 3 – гидроблок, 4 – инструмент;ПБ – поршень-боек, ПЗ1 – поршень-золотник 1-го каскада, З2 – золотник 2-го каскада Рисунок 24 - Общий вид гидромолота МГП-1 (Памир-1): Гидродвигатели вибрационного и ударного действия, как отмечалось, автономно промышленностью не выпускаются, а выполняются в конструктивном объединении с рабочим инструментом механизма определенного функционального назначения: буровой головки, перфоратора, отбойного гидромолота, дробителя и других [11]. На рис. 2.12 в качестве примера технологического механизма приведен общий вид гидромолота МГП-1. Здесь ведомое звено ударного гидроцилиндра и поршень-боек ПБ, в отличие от силового гидроцилиндра, совершают возвратно-поступательное движение в неустановившемся режиме, разгоняясь перед ударом в инструмент. Автоматический режим непрерывных ударов обеспечивается двухкаскадной схемой распределения, где функции распределителя 1-го каскада выполняет дополнительный поршень-золотник ПЗ1. Лекция 6. 5.2 Энергетический расчет гидромашин Для объемных машин – гидравлических, пневматических, внутреннего сгорания, цикл энергопреобразования хорошо представляется индикаторной диаграммой р-V - зависимостью изменения давления в рабочей камере от изменения ее объема [1,13]. Рисунок 25 - Индикаторная диаграмма для единичной камеры поршневого насоса. На рисунке 25 представлена диаграмма для геометрически наиболее простой цилиндрической камеры поршневого насоса. На диаграмме точка 1 соответствует положению поршня в конце фазы вытеснения жидкости в напорную линию, чем обеспечивается нагрузочное давление Рр. Далее, при движении поршня в фазе всасывания, камера расширяется от остаточного объема Vo до конечного Vk; при этом давление сбрасывается к точке 2 до давления всасывания Рвс, величина которой меньше атмосферного в резервуаре Ра, но для исключения кавитации должна быть больше давления насыщенного пара Рнп. ра рвс рнп. Точка 3 характеризует максимальное расширение камеры до объема Vk, сопровождающееся заполнением ее жидкостью из резервуара под давлением рвс. Последующее движение плунжера на сокращение объема камеры обусловливает вытеснение жидкости в напорную линию и сопровождается резким повышением давления до нагрузочного рр в точке 4. Изменения давлений при смене фаз происходят при наличии явлений декомпрессии и компрессии по наклонным линиям 1-2 и 3-4, соответственно упругости среды жидкой среды, при этом возбуждаются быстро затухающие стоячие волны. Работа камеры за цикл энергопреобразования – индикаторная работа, Аi численно равна площади, оконтуренной графиком давления Аi = . Поскольку длительность переходных фаз пренебрежимо мала, представляется возможным аппроксимировать площадь до прямоугольника и записать Аi = (рр - рвс) (Vk - Vo), где рр – рвс рр – ра = рн(м) – манометрическое давление насоса; Vk – Vo = qi – рабочий объем единичной камеры. Тогда работа насоса Ан с z камерами за цикл Т и его мощность Nн Ан = z Аi = рнqн; Nн = Ан/ Т, где qн = qi – рабочий объем насоса . Отсюда для технической практики, где мощность для любых видов непрерывных энергопотоков определяется произведением силовых и скоростных параметров, мощность потока на выходе насоса Nн.вых = рнQн , (33) а мощность вращения ротора насоса на входе Nн.вх = 2 Mн nн , (34) где Mн и nн - момент и скорость вращения ротора. Входная и выходная мощности гидромотора Nм.вых = 2 Mм nм ; (35) Nм.вх = рмQм. (36) Связь мощностей на входе и выходе насоса Nн.вых = Nн.вх, (37) где - КПД насоса, учитывающий три вида, присущих объемным гидромашинам потерь : механических - , гидравлических - г и объемных - о. = г о . (38) Объемные потери связаны с утечкой жидкости через щелевые уплотнения подвижных пар и учитываются при расчетах скоростных параметров. Механические и гидравлические потери влияют на величины силовых параметров, поэтому при практических расчетах учитываются одним, гидромеханическим КПД гм = г . (39) Аналогично для всех типов объемных гидромашин. При этом форму-лы выходных параметров всегда являются зависимостями от параметров питания и параметров, характеризующих конструкцию. Для машин вращательного и импульсного действия таким параметром является рабочий объем q, численно равный объему, описываемому вытеснителями всех камер гидромашины. Для силовых гидроцилиндров это рабочие площади S вытеснителей камер. Формулы выходных параметров для различных типов гидромашин принимают следующий вид. Для насоса: Qн = qнnн.о, (40) рн = 2 Mн гм / qн; (41) Для гидромотора: nм = Qм.о / qм, (42) Мм = рм qм гм / 2; (43) Для гидродвигателя ударного действия [17] nу = Qу.о / qу, (44) Ау = руqугм; (45) Для силового гидроцилиндра: v = .оQ/S (46) F = рSгм (47) Для поворотного гидроцилиндра: - момент, развиваемый каждой из подвижных пластин ; (48) - угловая скорость ротора двухкамерного двигателя  = 2Q/[(R2-r2)b], (49) где b — ширина ротора; r, R – радиусы ротора и корпуса соответственно. Таблица 4 Формулы для определения рабочих объемов гидромашин № Название гидромашины Формула 1 Радиально-поршневая однократного действия z – число поршней;d – диаметр поршня; e – эксцентриситет 2 Радиально-поршневая многократного действия m – число рядов цилиндров;k – кратность действия;l – ход поршня 3 Аксиально-поршневая D – диаметр окружности осей цилиндров; α – угол наклона блока цилиндров 4 Шестеренная Dн – диаметр начальной окружности шестерни; Dв – диаметр окружности выступов зубьев шестерни; b – ширина шестерни 5 Пластинчатая однократного действия b – ширина ротора;D – диаметр статора; z – число пластин;S – толщина пластины 6 Пластинчатая двукратного действия r1 – малый радиус статора; r2 – большой радиус статора Контрольные вопросы 1. Классификация объемных гидромашин 2. Описание конструкций поршневых гидромашин 3. Описание конструкций шестеремных гидромашин 4. Описание конструкций пластинчатых гидромашин 5. Формулы энергетический расчетов гидромашин Лекция 6 (2часа). Управляющая гидроаппаратура. Распределители 6.1 Общие сведения Устройства управления гидроприводов согласно ГОСТ 17752-81 называют общим термином — гидроаппараты. В таблице 5 представлены условны­ми обозначениями согласно ГОСТ 2.780-68, ГОСТ 2.781-68, ГОСТ 2.782-68, ГОСТ 2.784-70 гидроаппараты, наиболее употребимые в технической практи­ке. Во всех случаях общим принципом управления является создание гид­равлических сопротивлений последовательно или параллельно нагрузке. Гидроаппараты дискретного действия управляют по принципу открыто-закрыто и для каждой из управляемых линий создают сопротивления R0, ∞, где R0 — сопротивления полного проходного сечения. Гидроаппараты непре­рывного действия создают сопротивления, функционально связанные с вели­чиной управляющего воздействия в диапазоне R0...∞. Принято подразделять аппараты на клапанные и неклапанного действия. Клапанными называют гидроаппараты, где запорный элемент перемещается под воздействием пропускаемого потока. В неклапанных — это перемещение производится внеш­ним управляющим воздействием: вручную, электромагнитами, воздействием скоростного или пьезометрического напора жидкости от управляющих ли­ний. Гидроаппараты управления могут быть автоматическими и неавтоматическими. Неавтоматические могут управляться вручную или быть нерегу­лируемыми; при этом они могут быть элементами схем разомкнутых и замк­нутых САУ. Классифицирование гидроаппаратов по функциональному признаку затруднительно ввиду возможности использования большинства из них для решения различных задач, в зависимости от схемы применения. В таблице 5 в последней колонке отмечены условными буквенными обозначениями пара­метры ведомого звена гидропередачи, которыми они могут управлять: Н — направление, X — величина перемещения, V — скорость, F — силовая ха­рактеристика (сила, момент). В технической практике гидроаппараты условно делят на направляющие - распределители и регулирующие - регуляторы. В таблице 2.2 дискретные распределители, называемые позиционными или направляющими, представлены позициями 1, 2, 3, 4. Сюда же можно отнести вентиль, позиция 5. Конструктивно они могут быть выполнены крановыми, золот­никовыми и клапанными. Непрерывные распределители, называемые дросселирующими, имеют общее обозначение, представленное позицией 9. Разновид­ностями их могут быть дросселирующие золотники, распределители сопло-заслонка и струйные распределители. Более подробно с конструктивными исполнениями распределителей можно познакомиться в справочной и учеб­ной литературе. 6.2 Распределители Распределители основным назначением имеют управление направлением движения потока жидкости. Дискретные распределители, называемые позиционными или направляющими, представлены позициями 1 - 7. Сюда же можно отнести вентиль, позиция 8. Таблица 5 - Управляющие и вспомогательные элементы гидропривода Поз. Обозначение Наименование Регулирумые хар-ки 1 2 3 4 1 Гидрораспределитель с ручным управлением Направление, перемещение 2 Гидрораспределитель с электрическим управлением Направление, перемещение 3 Гидрораспределитель с гидравлическим управлением Направление, перемещение 4 Гидрораспределитель с задержкой времени Направление, перемещение 5 Гидрораспределитель 3/2 с ручным управлением Направление, перемещение 6 Гидрораспределитель 4/3 с электрическим управлением Направление, перемещение 8 Вентиль (запорный клапан) Включение, выключение 9 Дроссель регулируемый Скорос.,сило-вая хар-ки 10 Дроссель нерегулируемый: квадратичный, линейный Скорос.,сило-вая хар-ки 11 Дроссель с обратным клапаном Скорос.,сило-вая хар-ки 12 Двухлинейный клапан расхода по DIN ISO 1219 Скорос.,сило-вая хар-ки 13 Трехлинейный клапан расхода по DIN ISO 1219 Скорос.,сило-вая хар-ки 14 Дросселирующий распределитель с управлением от механической связи Скорость, направление, перемещение Продолжение таблицы 5 1 2 3 4 15 Пропорциональный гидрораспределитель Скорость, направление, перемещение 16 Клапан обратный Направление 17 Клапан с логической функцией «ИЛИ» Направление 18 Клапан с логической функцией «И» Направление 19 ГОСТ 2.782-96 DIN ISO 1219 Гидрозамок односторонний Направление 20 ГОСТ 2.704-76 DIN ISO 1219 Гидрозамок двухсторонний Направление 21 Сумматор потоков Скорость, направление, 22 Делители потока: дроссельный Скорость, направление, 23 объемный, нерегулируемый Скорость, направление, Продолжение таблицы 5 1 2 3 4 26 Клапан предохранительный с пружинной настройкой Скорос.,сило-вая хар-ки 27 Клапан предохранительный с пилотным управлением Скорос.,сило-вая хар-ки 28 Переливной клапан Скорос.,сило-вая хар-ки 29 Редукционный клапан двухлинейный Скорос.,сило-вая хар-ки 30 Клапан редукционный трехлинейный Скорос.,сило-вая хар-ки 31 Клапан соотношения давлений Скорос.,сило-вая хар-ки 32 Клапан разности давлений Скорос.,сило-вая хар-ки 33 Клапан давления с обратным клапаном Послед-сть включения по давлению 34 Регулятор расхода Скорость 35 Регулятор расхода с обратным клапаном Скорость 36, 37, 38 Гидроаккумуляторы: грузовой, пружинный, пневмогидравлический Расход, давление Окончание таблицы 5 1 2 3 4 40 Гидробак 41 Фильтр 42 Охладитель (кулер) 43 Нагреватель 44 Основные гидролинии (всасывающая, напорная, сливная) 45 Управляющая гидролиния 46 Дренажная гидролиния 47 Cоединение и пересечение гидролиний 48 Гидравлический рукав. 49 Механическая связь 50 Манометр Давление Условные обозначения несут схемную информацию : количество квадратов, соответствующее количеству рабочих позиций, количество входов и выходов, соответствующее количеству управляемых линий. Для текстовой краткости используется числовое обозначение через дробь [2]: количество управляемых линий / количество рабочих позиций. Например в таблице 5 позиции 1-3, 6 – четырехлинейные, трехпозиционные распределители, кратко 4/3; позиция 4 – 4/2; позиция 5 – 3/2; позиция 7 – 2/2. Условные обозначения присоединяемых линий на рисунке 17 даны в международном стандарте DIN ISO 1219. Общепринятые обозначения в отечественной и зарубежной практике, соответственно : Н и Р - напорная, С и Т – сливная; Др и L – дренажная, линии. Выходные, подсоединительные .линии могут обозначатся, как цифрами , так и буквами. Рисунок 27 – Схемы позиционных распределителей Конструктивно распределители могут быть выполнены крановыми, золот­никовыми и клапанными [2,21]. Клапанные распределители ограничены схемой 2/2, реже 3/2, и отличаются от распределителей неклапанного действия тем, что их запорные элементы перемещаются под воздействием пропускаемого потока (рисунок 28). К неклапанным относятся крановые и золот­никовые. Крановые распределители характеризуются поворотным движением ручки 1 для переключением позиций. Распределительный элемент может иметь плоскую, сферическую, цилиндрическую или коническую форму. На рисунке 19 кран с цилиндрической распределительной пробкой 5 в гильзе 4 с крышками 3 и 6. Фиксация позиций рукояти 1 осуществляется подпружиненным стопором 2. а) б) в) 1 2 3 1 – корпус распределителя; 2 – клапан; 3 – возвратная пружина Рисунок 26– Клапанные распределители 2/2 : а) – клапанно-золотниковый ; б) - распределитель в функции обратного клапана; в) - условное обозначение б) а – клапанно-золотниковый, б – распределитель в функции обратного клапана; 1 – корпус распределителя, 2 – клапан, 3 – возвратная пружина Рисунок 28 - Клапанные распределители Пробковые краны в гидроприводах применяются ограниченно, и только в подготовительной фазе, ввиду невозможности поворота ручки 1 под действием несбалансированной радиальной силы давления на распределительную пробку 3. Для высоких давлений и маловязкой эмульсии используются краны типа «ЭРА» со сбалансированным плоским распределительным элементом. 1 - поворотная ручка; 2 – стопор с пружиной ; 3 и 6 – крышки; 4 гильза; 5 - распределительная пробка. Рисунок 29 – Крановый распределитель 4/3 Золот­никовые распределители характеризуются цилиндрическим исполнением запорного элемента и поступательными переключающими движениями. Рисунок 30 –Золотниковый распределитель 2/2 в позициях «открыто» и «закрыто» Эти переключения могут производиться вручную, механическими, электромагнитными, гидравлическими и другими воздействиями, чем обусловлено их широкое применение в ручных и автоматизированных гидросистемах На рисунке 20 золотниковый распределитель 2/2 и его схема. Здесь переключение производится вручную однонаправленным поступательным движением с возвратом за счет пружины. На рисунке 21 золотниковый распределитель 4/2 электрогидравлического типа [18], плунжер которого 2 переключается электрическими сигналами через катушку 6 и возвращается пружиной 7. 1 – корпус распределителя; 2 – золотник; 3 – ручное аварийное управление ; 4 – пласти-ковая предохранительная крышка; 5 – якорь; 6 – катушка: 7 – возвратная пружина Рисунок 31 – Золотниковый распределитель 4/2 электрогидравлического типа Контрольные вопросы 1.Назначение распределителей 2. Схемная классификация и обозначения распределителей 3. Конструктивная классификация и описание основных видов распределителей 4. Способы управления распределителями Лекция 7(2часа). Регулирующая и вспомогательная гидроаппаратура 7.1 Регуляторы Регуляторы основным назначением имеют настройку, регулирование, оперативное управление и согласование параметров движений ведомых звеньев гидродвигателей. Могут быть ручными или автоматическими. 1 – корпус; 2 – игла; 3 - поворотная ручка. Рисунок 35 – Регулируемый дроссель игольчатого типа Регуляторы, сопротивление которых не изменяется или изменяется вручную, называют дросселями (позиции 9-13,таблица 5, пример на рисунке 25). В зависимости от вида проходного отверстия дроссели делятся на игольчатые, щелевые, канавочные, пластинчатые и др. Большинство автоматических регуляторов называют клапанами с добавлением указания на функциональное назначение. Элемен­тарными являются обратные клапаны (рисунок 18,б позиция 16 в таблице 6). Функционально это гидравлические полупроводники, однако блок обратного клапана с дросселем (пример на рисунке 26) обеспечивает проход потока в обоих направлениях. Рисунок 36 – Регулируемый дроссель с обратным клапаном 1 - корпус; 2 - поршень; 3 – упор; 4 -клапан; 5 – пружина клапана. Рисунок 37 – Односторонний гидрозамок Блокирование элементарных клапанов между собой гидравлическими, электрическими и механическими связями обеспечивает создание сложных схем клапанных распределителей, а также логических элементов ИЛИ и И и других (позиции 17, 18 в таблице 5), а также управляемых обратных клапанов — гидрозамков (позиции 19, 20, рисунки 27 и 28 ). Управляемые обратные клапаны обеспечивают фиксацию промежуточного положения ведомого звена и освобождение его при необходимости . В одностороннем гидрозамке принудительное открытие осуществляется от дополнительной линии управления через поршень 2 и упор 3. На рисунке 27 условное обозначение дано по DIN ISO 1219, где в соответствии с западной традицией управляющая линия изображена пунктиром. В двухстороннем гидрозамке (рисунок 28 ) для двух выходных линий, например, для поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра, присутствуют два клапана 2. При этом для принудительного открытия каждого из них дополнительной линии управления не требуется, а функция выполняется расположенным между ними поршнем с упорами 3. 1 - корпус; 2 - клапан; поршень; 3 – поршневой переключатель. Рисунок 38 – Двухсторонний гидрозамок Большинство автоматических клапанов различного функционального назначения (рисунок 29) имеют двухкаскадное построение, где первый каскад – клапан 3, выполняет роль чувствительного элемента и вычислительного устройства с обратной связью по давлению, а второй - клапан 1, исполнительного устройства. Чисто гидравлические аппараты снабжены пружинным задающим устройст­вом 4. Так устроены нормально закрытые клапаны дискретного действия, различного функционального назначения (позиции 25 – 27, 31-33 в таблице 5). Клапан, ограничивающий максимальное давление, называется предохрани­тельным (позиции 25 - 27 в таблице 5). 1 - клапанное исполнительное устройство; 2 - пружина; 3 - клапанный чувствительный элемент; 4 - пружинное задающее устройст­во. Рисунок 39 – Конструктивная схема предохранительного клапана 1 – настроечный дроссель; 2 – корпус; 3 – канал обратной связи; 4 – пружина; 5 – редукционный клапан. Рисунок 42 – Регулятор расхода Стабилизация скорости ведомого звена гидропередачи и согласование по скорости движений ведомых звеньев не­скольких гидродвигателей обеспечивается стабилизацией расхода питающего потока. Эта функция обеспечивается регулятором расхода (позиции 23 – 24, 34-35 в таблице 5). Конструктивно аппарат (рисунок 32) представляет собой сочетание редукционного клапана 5 и дросселя 1, настройкой которого обеспечивается положение плунжера за счет разности давлений в левой и правой его полостях. Условное обозначение регулятора на рисунке 32 по DIN ISO 1219, а позиции 23 – 24, 34-35 в таблице 5. по ГОСТ 2.784-70. Согласование по скорости движений ведомых звеньев не­скольких гидродвигателей выполняют также сумматоры и делители потока (позиции 21, 22, 23, 24 в таблице 5), из которых объемные (позиции 23, 24 в таблице 5) отличаются практиче­ски полной независимостью пропорции деления от изменения нагрузок на ведомых звеньях. 7.2 Вспомогательные устройства Назначение вспомогательных устройств обобщенно можно охарактеризовать как повышение качества, долговечности и надежности работы гидропривода [5]. Условные обозначения наиболее часто употребляемых вспомогательных устройств также представлены в таблице А2. Гидробаки (резрвуары) (позиция 40 в таблице А2 (Приложение А), рисунок 1.37) являются обязательными элементами гидропередач с разомкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости. Их функции: хранение, отстой и охлаждение жидкости, а также в ряде случаев использование как конструктивной базы элементов насосной станции. Рисунок 43 - Конструктивная схема гидробака Объем гидробака должен удовлетворять двум факторам: обеспечивать заполнение жидкостью всех камер, полостей и магистралей в период запуска; обеспечивать конвекционное охлаждение для малонагруженных режимов работы. На схеме показан пример гидробака с его основными функциональными элементами. Это заливное отверстие с фильтром, сапун для выравнивания давления над поверхностью жидкости, система отстоя жидкости при ее движении от сливной трубки до всасывающей через отстойные секции между перегородками (гравитационные фильтры), а также индикатор уровня, в данном варианте в виде смотрового окна. Элементом конвекционного охлаждения является поверхность бака. Охладители воздушного или жидкостного типов применяются в конструктивном объединении с гидробаками в гидроприводах большой мощности или с напряженными режимами работы, где конвекционный теплообмен гидробака недостаточен (позиция 42 в таблице А1). Традиционными их элементами являются: для воздушных вентилятор и ребра теплоотдачи; для жидкостных дополнительно бачок с охлаждающей жидкостью, насос («помпа») и водяные рубашки. Охладители практически всегда необходимы для гидропередач с замкнутыми потоками. Нагреватели (позиция 43 в таблице А1) необходимы при эксплуатации гидроприводов в северных, зимних, высотных условиях, особенно в фазе запуска до набора рабочей температуры жидкости и соответственного снижения ее вязкости. Гидроаккумуляторы (позиции 36-39 в таблице А1) представляют собой сочетание трех основных элементов [9]: гидравлической камеры аккумулирующего элемента и разделяющего их вытеснителя. Характеристики аккумулятора определяются качеством выполнения следующих функций: а) стабилизация давления в магистрали, чем достигается уменьшение внутренней динамики и повышение коэффициента использования установленной мощности; б) защита гидросистемы от кратковременных перегрузок и гидроударов; в) использование в аккумуляторных приводах, а также в механизмах ударного и вибрационного действия в качестве вторичного или дополнительного источника энергии. а) б) в) г) Рисунок 44 - Классификация гидроаккумуляторов по типу аккумулирующего элемента По типу аккумулирующего элемента (рисунок 1.38) аккумуляторы подразделяются на пружинные (г), грузовые (в), пневмогидравлические (б) и гидравлические (а) с вырожденным аккумулирующим элементом и выполнением аккумулирующей функции самой жидкостью за счет ее сжимаемости. В гидроприводах преимущественно применяются пневмогидравлические, благодаря компактности и низкой инерционности их аккумулирующего элемента – сжатого газа. Рисунок 45 - Классификация гидроаккумуляторов по типу вытеснителя По типу вытеснителя, то есть разделителя жидкой и газовой сред, эти аккумуляторы подразделяются на поршневые (рисунок 1.39, нижний ряд) и мембранные (верхний ряд). Первые более долговечные, но менее герметичные и более инерционные; вторые уступают в долговечности вследствие разрушения мембраны от повторно-переменных деформаций. Однако низкая инерционность обусловливает их преимущественное применение в промышленных гидроприводах. Фильтры (позиция 41 в таблице А1) существенно влияют на надежность работы гидропривода и в настоящее время являются обязательными элементами всасывающих и сливных линий, а также все чаще используются на входе в напорную линию. По используемому физико-техническому эффекту фильтры подразделяются на процеживающие и силовые – магнитные, центробежные, гравитационные (отстойники). Полностью исключить присутствие загрязняющих частиц в рабочей жидкости практически невозможно, однако необходимо ограничить их число и размеры с помощью различных методов очистки и фильтрации. Практика показывает, что до 80% отказов в работе гидросистем возникает вследствие несоответствия рабочей жидкости условиям нормальной эксплуатации. Высокое качество рабочей жидкости является необходимым условием надежного функционирования гидросистемы любой машины [8]. Охладители (позиция 42) применяются в конструктивном объединении с гидробаками в гидроприводах большой мощности или с напряженными режимами работы, где конвекционный теплообмен гидробака недостаточен. Практически они всегда необходимы для гидропередач с замкнутыми пото­ками (рисунок 1.8,г). Нагреватели (позиция 43) необходимы при эксплуатации гидроприводов в северных, зимних, высотных условиях, особенно в фазе запуска до набора рабочей тем­пературы жидкости и соответственно снижения ее вязкости. Гидролинии (позиции 44, 45, 46, 48) в гидроприводах, в зависимости от назначения и места использования, могут быть выполнены жесткими трубопроводами, гибкими, высоконапорными шлангами или каналами в корпусах гидромашин и гидро­аппаратуры. Для измерения давления в гидравлической системе применяются манометры (позиция 50), датчики давления (позиция 52), для измерения расхода рабочей жидкости расходомеры (позиции 53, 54). Реле давления (позиция 51) применяется для последовательного включения или выключения отдельных исполнительных органов машины, для осуществления дистанционного управления. Реле давления может обеспечить контроль за давлением в гидросистеме с подачей электросигнала, свидетельствующего, например, о перегрузке системы [12]. Контрольные вопросы 1.Регуляторы: назначение и виды 2. Назначение и описание дросселей 3. Назначение и описание предохранительных и переливных клапанов 4. Назначение и описание гидравлических замков 5. Назначение виды и описание вспомогательных устройств Лекция 8 (2часа). Гидравлические схемы. 8.1 Элементы и функциональные группы гидравлических схем. Функциональными элементами схем являются гидромашины, устройства управления и вспомогательные устройства. Основной тип элементов и связей - гидравлические, однако могут использоваться также механические и электрические. При описании конкретного гидропривода его характеристики склады­ваются из характеристик гидропередачи согласно ГОСТ 17752-81 и устройства управления, Доминирующее при­менение в промышленности имеют насосные и, как их подвид, магистраль­ные гидроприводы с разомкнутым кругом циркуляции потока, основными признаками которых являются признаки управления [1]. Схемы управления по своему построению подчиняются общей теории автоматического управления и таким образом гидроприводы могут рассматриваться как системы автоматического регулирования (САР). Управление гидравлическими приводами осуществляется , как в подготовительной фазе – настройка, так и в процессе работы гид­ропривода - регулирование. Так в подготовительной фазе производится настройка, определяющая тип гидропривода: привод постоянного расхода и привод постоянного давления. Схемные различия заключаются в отсутствии нормально открытого переливного клапана - приводы постоянного расхода, или его наличии - приводы постоянного давления. Кроме того, производится зарядка аккумулятора на определенное давление р0 , настройка величины рабочего объема насоса, а также настройка на синхронизацию движений ведомых звеньев нескольких гидродвигателей, и другие операции. Регулирование параметров гидроаппаратуры производится в процессе работы гид­ропривода с целью оперативного управления параметрами ведомого звена гидродвигателя: направлением, величиной перемещения, скоростью и силовой характери­стикой. Выполнению процедур управления отвечают наработанные или вновь создаваемые элементарные схемы, они же функциональные группы в сложных схемах гид­роприводов[2,20]. 8.2 Управление направлением и величиной перемещения ведомого звена выполняются посред­ством позиционных или дросселирующих распределите­лей, а также реле и аппаратуры синхронизации. В организации управле­ния направлением могут также участвовать делители и сумматоры потока, а также аппаратура, функции которой показаны в таблице 5. Очевидно, каждый потребитель должен иметь свой распределитель. Задача несколько усложняется при распределении мощности между несколькими гидродвигателями необходимостью разгрузки насоса в слу­чае отключения всех потребителей, т.е. при нейтральных положениях всех распределителей. Рисунок 46 - Схемы управления 2-мя и более гидродвигателями: а) при последовательном соединении; б) и в) при параллельном соединении При последовательном соеди­нении гидродвигателей обеспечивается возможность независи­мого включения каждого из них отдельно и одновременного вклю­чения хотя бы двух из них, при этом поток от насоса проходит последовательно через все распределители и включенные двигатели (рисунок 39,а). Требуемые параметры насоса, при этом определяются по закону последовательных соеди­нений : рн = рi; Qн = Qi. (50) При параллельном соединении каждый из распределителей не может иметь разгрузочной нейтральной позиции, так как в этом случае произошло бы шунтирование любого автономно включаемого гидродвигателя. Проблема решается либо введением дополнительной ступени управления в виде распределителя общего включения (р1 на рисунке 39,б), либо введением дополни­тельной линии, связывающей последовательно насос и резервуар через параллельно подклю­ченные распределители (рисунок 39,в). Эта линия ра­ботает разгрузочно при нейтральных положениях всех распределителей и прерывается при включении любого из них. Требуемые параметры насоса, при этом определяются по закону параллельных соеди­нений : рн = рi; Qн = Qi. (51) 8.3 Построение режимных и регулировочных характеристик Одной из важных технических характеристик гидропривода является характеристика скорости ведомого звена, построенная в зависимости от установки регулятора или от изменения внешней нагрузки. В первом случае будем говорить о регулировочной характеристике, во втором — о режимной. Построение их для известных способов регулирования может быть произведено с использованием следующих методических рекомендаций. 8.3.1 Объемное регулирование Обеспечивается изменением рабочего объема насоса (чаще), гидромотора и иногда обеих гидромашин. Достоинствами способа являются независимость скорости от нагрузки, если не учитывать влияния объемных потерь и сжимаемости жидкости, а также наибольшая из всех способов экономичность. Недостатками являются высокие капитальные затраты на приобретение регулируемых гидромашин и низкое быстродействие процесса регулирования. Рисунок 4.5 – Характеристики гидромотора при объемном регулировании Выходная скорость ведомого звена для гидромотора определяется по формуле: . (60) Изменение рабочего объема для каждой из гидромашин характеризуется параметром регулирования е = q/qmax, изменяемым в диапазоне 0...1. . (61) Вид характеристик представлен на рисунке 4.5. Анализ их показывает предпочтительность регулирования насосом, так как здесь скорость изменяется в диапазоне 0...nmax, тогда как при регулировании рабочего объема гидромотора диапазон n’max...n”max ограничен минимальной скоростью гидромотора и соответствующей величиной eм.min. 8.3.2 Дроссельное регулирование привода постоянного давления Обеспечивается последовательным дросселем со сбросом жидкости через переливной клапан. Очевидным недостатком дроссельного регулирования является низкий КПД. Достоинства — быстродействие, удобство автоматизации, низкие капитальные затраты на гидрооборудование. Характеристики гидромотора и силового гидроцилиндра для случая, представленного на рисунке 4.6,а, строятся по формулам (4.43), (4.45), где расход двигателя, Qд= Qдр и может быть определен по формуле: . Здесь Pр — давление настройки переливного клапана в точке разделения потока; Pд — перепад давления на двигателе, определяется для гидромотора и гидроцилиндра при показанном случае подключения из формул (4.41) и (4.44): ; (4.52) . (4.53) Перепад давления Pт относится ко всему трубопроводу от точки разделения потока, исключая Pдр, а Pс = Pс — ко сливному. После преобразований конечные формулы для построения характеристик имеют вид: (4.54) . (4.55) На рисунке 4.6,в представлены графические характеристики скорости гидромотора: nм(Sдр) — регулировочная и nм(Мм) — режимная. Обе характеристики ограничены величиной nmax для полностью закрытого переливного клапана, а для режимных характеристик, кроме того, моментом холостого хода гидромотора Мхх. а), б) схемы регулирования приводов постоянного давления и постоянного расхода соответственно; в), г) регулировочные и режимные характеристики приводов постоянного давления и постоянного расхода Рисунок 4.6 – Характеристики гидромотора при дроссельном регулировании Кривые 1, 2, 3 построены на первом графике для трех значений нагрузочного момента в диапазоне Mmin ... Mmax, на втором — для трех значений настройки дросселя в диапазоне Smin ... Smax. Кривая 3 на первом графике дает при пересечении с осью абсцисс предельную величину Sдр0 для выбора дросселя при проектировании. 8.3.3 Дроссельное регулирование приводов постоянного расхода Обеспечивается параллельным дросселем (рисунок 4.6,б). Здесь разделение потока подчиняется закону: Решение системы дает формулы для расчета скоростных характеристик гидромотора и гидроцилиндра ; (4.56) , (4.57) где Рд и Рт определяются по формулам (1.21), (1.22), (4.52), (4.53); nmax и vmax — скорости для полностью закрытого дросселя. Графически регулировочная характеристика nм(Sдр) и режимная nм(Мм) представлены на рисунке 4.6,г. Здесь аналогичные ограничения величинами nmax для закрытого дросселя и Мхх для отсутствующей внешней нагрузки. Дроссель при проектировании выбирается по величине Sдр0 для минимального из ожидаемых нагрузочных моментов Мmin (кривая 1 графика nм(Sдр)). Характеристики для силового гидроцилиндра имеют аналогичный вид. Контрольные вопросы 1.Основные элементы и линии гидравлических схем 2.Схемы управления 2-мя и более гидродвигателями 3.Схемы объемного регулирования гидроприводов 4.Дроссельное регулирование приводов постоянного расхода Лекция 9 (1час) Следящие гидроприводы. Здесь регулирование величины перемещения практически всегда производится связанно с управле­нием направлением. При этом достаточно часто решается задача обеспечения согласованных движений ведомых звеньев нескольких гидродвигателей. В основном это либо обеспечение определенного алгоритма включений в дискретном режиме, либо обеспечение сложных движений объекта в непрерывном режиме. Рисунок 47 - Управление направлением и величиной перемещения бойков гидромашин ударного действия: а) – разомкнутая САР; б) – замкнутая САР 1 – насос (внешний источник энергии); 2 – гильза золотника; 3 – обратная связь; 4 – исполнительный гидроцилиндр; 5 – золотник усилителя; 6 – винт; 7 – рулевое колесо (задающее устройство) Рисунок 48 - Принципиальная схема рулевого гидроусилителя автомобиля Рисунок 49 - Следящий гидропривод гидрокопировального станка На рисунке 42 [5] управляющее перемещение Х от рулевого колеса 7 через винт 6 передается золотнику усилителя 5, в результате шток исполнительного гидроцилиндра 4 движется в том же направлении, чем обеспечивается соответствующий поворот колес автомобиля. Одновременно движение штока гидроцилиндра 4 передается через обратную связь 3 гильзе золотника 2, восстанавлвающей после перемещения на величину У нейтральное положение золотника 5. Таким образом, обеспечивается следящий способ соответствия управляющего и рабочего перемещений Х=i•У, где i – передаточное число механизма обратной связи 3 . Примером согласования в следящем режиме движений двух объектов может служить схема на рисунке 49 гидрокопировального токарного полуавтомата [6,21]. Здесь достигается согласование движений резца вдоль двух осей координат. Механизм обеспечивает согласование движений гидроцилиндров поперечной Ц1 и продольной Ц2 подач по направлению и перемещению по замкнутой схеме посредством обратных механических свя­зей ОС1- от гильзы распределителя к гидроцилиндру Ц1, и ОС2 - от шаблона Ш к гидроцилиндру Ц2, а по скорости — регулятором расхода PP с внутренними обратными связями от потока на выходе до и после дросселя. Контрольные вопросы 1.Назначение и принцип построения схем следящих гидроприводов 2. Принципиальная схема рулевого гидроусилителя автомобиля 3. Следящий гидропривод гидрокопировального станка Часть3 Академические задания 1 Практические задания по разделу «Гидравлика» 1.2 Модуль 2 «Гидродинамика» Два резервуара соединены трубопроводом с двумя участками с диаметрами d1 и d2, соединенными через вентиль В1 и имеющими одинаковые длины 1=20 м (рисунок 1.2). Коэффициент сопротивления вентиля ξ1=4. Регулировкой проходного сечения Sв вентиля В1 обеспечивается расход через трубу Q = 2.10-3 м3/с, направление и величина которого зависят также от величины гидростатических напоров в резервуарах, создаваемых высотами столбов жидкости h1 и h2, взаимным расположением резервуаров h3 = 0,5 м, а также силой F на поршне в левом резервуаре и давлением газа РГ = 1 МПа в правом резервуаре. Резкое перекрытие вентиля В1 за время ts обусловливает гидроудар в подводящем участке трубопровода. Открытие вентиля В2, имеющего коэффициент расхода μ0 = 0,5 на величину проходного сечения So = 10-4 м2, приводит к истечению жидкости из правого резервуара. При решении принять вязкость жидкости ν = 20 сСт, критическое число Рейнольдса Reкр = 2320. Значения параметров по вариантам представлены в таблице 1.3. 1. Определить направление потока и построить для трубы линии изменения полного и пьезометрического напоров (напорная и пьезометрическая линии). 2. Определить расход Q0 через вентиль В2. 3. Определить пик давления Руд при гидроударе на участке трубы до вентиля В1. Рисунок 1.2 – К модулю «Гидродинамика» Таблица 1.3 Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 D, мм 50 100 150 200 50 100 150 200 250 300 350 400 d1, мм 10 15 20 25 30 35 15 10 15 20 25 30 d2, мм 20 25 30 35 40 45 50 25 30 35 40 45 h1, м 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0,5 1 1,5 2 2,5 3 h2, м 2,5 3 3,5 4 4,5 5 10 15 20 25 20 15 ts, с 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,09 0,08 F, кН 20 20 20 20 2 2 2 50 50 50 100 100 Методические указания 1. Выполнение задания по п.1 производится в следующей последовательности по цепи, где в скобках номера формул: Hc1, Hc2(11,12) (21) v1,v2 (10,19) скоростные и пьезометрические напоры потока hck1, hck2 и p1|, p2| (22,23) Re1,Re2 (16) (26,27) hдл1, hдл2 (25) hм (24) hп = hдл1+ hдл2+ hм проверка частой в технической практике проблемной ситуации: если hп , необходима коррекция исходных данных – либо увеличение разности потенциалов по (21), посредством изменений, например, силы F на поршне в левом резервуаре или давления газа РГ в правом резервуаре , либо уменьшения потерь напора , например, увеличением диаметра трубопровода пересчет параметров по новым исходным построение напорной и пьезометрической линий. 2. Выполнение задания по п.2 производится в последовательности: р(11) Q0 (52) . 3. Выполнение задания по п.2 производится с использованием формул (34) (35,36). 1.3 Задачи 1.3.1 Расчет простых трубопроводов Задача 1.1. Определить потери напора и давления для потока с расходом Q в трубе диаметром d, с шероховатостью Δэ. Суммарный коэффициент местных сопротивлений , Критическое число Рейнольдса 1700, предельное число Рейнольдса определить по формуле . Вязкость ν=5сСт. Задача 1.2. Определить диаметр магистрального трубопровода и потери напора в нем для потока с расходом Q . Критическое число Рейнольдса 1900, предельное число Рейнольдса определить по формуле . Вязкость ν=1сСт. Задача 1.3. Даны: трубопровод (рисунок 1.3,а), расход жидкости Q, ее свойства ( и ) и все геометрические данные (l, d, z1, z2), шероховатость трубы э, а также давление в конечном сечении р2. Найти потребный напор Нпотр. Задача 1.4. Определить потребный напор (рисунок 1.3,б), который необходимо создать в сечении 0-0 для подачи в бак воды с вязкостью , если длина трубопровода l; его диаметр d; расход жидкости Q; высота Н0; давление в баке р2; коэффициент сопротивления крана 1; колена 2; шероховатость стенок трубы . Рисунок 1.3 – Расчетные схемы: а) - к задаче 1.3; б) - к задаче 1.4 Таблица 1.4 – Варианты численных заданий Параметры Задача 1.1 1 2 3 4 5 6 7 8 D,мм 8 16 16 32 32 50 100 500 Q,л\с 2 2 1 2 1 1 5 0,5 10 10 5 5 5 3 2 2 Δэ,мкм 5 10 5 20 5 10 20 10 Задача 1.2 Q,л\с 5 10 20 30 40 50 100 150 Δэ,мкм 5 10 5 20 5 10 20 10 Задача 1.3 Q, л/с 0.5 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.5 3.0 , кг/м3 950 900 900 860 1000 880 1000 960 , сСт 20 30 5 40 10 30 20 5 l, м 1.5 1.2 2 1.5 2.5 1.7 1.8 4.0 d, мм 20 25 15 30 30 35 40 60 z1, м 0.02 0.04 0.08 0.06 0.1 0.05 0.02 0.09 z2, м 0.9 1.0 1.5 1.2 1.8 1.4 1.5 2.0 р2, МПа 0.5 0.6 0.8 0.7 1.2 0.8 0.9 1.6 э, мм 0.05 0.04 0.05 0.03 0.02 0.04 0.05 0.04 1 2 3 4 2.5 0.5 1 1.5 1 2 3 2 1 1.5 3 2 3 4 3 1.5 1 2 1 2 0.5 0.5 2 Задача 1.4 Q, л/с 1 3 5 10 15 20 25 30 , Ст 0.005 0.002 0.002 0.004 0.008 0.006 0.004 0.005 l, м 30 40 50 60 80 90 100 90 d, мм 15 20 25 35 50 60 55 60 р2, МПа 0.15 0.1 0.25 0.3 0.2 0.3 0.2 0.4 , мм 0.05 0.02 0.05 0.04 0.04 0.05 0.04 0.02 Н0, м 20 15 40 50 30 45 35 50 1 = 2 2 1.5 5 4 5 6 4 3 Методические указания 1.Решение задач 1.1-1.4 производится с учетом шероховатости стенок русел и с использованием формул (24,25, 28,29) 2. Для задачи 1.2 рекомендованные экономические скорости жидкости в трубопроводе в таблице 1.2; методика определения диаметра на рисунке 1.4 (раздел 1). 3. При решении задач 1.3 и 1.4 необходимо учесть, что потребный напор определяется с учетом потерь и разности высотных отметок. 2 Практические задания по разделу «Гидравлические машины и гидроприводы» Таблица 2.1 – Коэффициенты и формулы расчета трубопроводов Коэффициенты Ламинарный режим Турбулентный режим Формулы применения Гидравлически гладкие трубы Гидравлически шероховатые трубы Re Re> Reпр Re’пр = 10/Δr Доквадр. зона Квадр. зона Re”пр>Re>Re’пр Re”пр=500/Δr Re > Re”пр ξ ξт + (А/Re) A – поправка Альтшуля По таблицам в зависимости от геометрических параметров русла hj=ξ(v2/2g) λ 65…100/Re ф. Дарси 0.3164/Re0.25 ф. Блазиуса 1/(1,82*lgRe-1.64)2 ф. Конакова 1/[(1.74 + 21*lg(Δr)]2 ф. Никурадзе he=λ(lv2/ /d2g) ф. Дарси-Вейсбаха 0.25/lg(Δr/ /3.7)2 0.11Δr0.25 ф. Шифринсона 0.11(68/Re +Δr)0.25 ф. Альтшуля С [м0.5/с] ф. Шези К [м3/c] μ Отверстия: - под уровень, - в атмосферу Короткие трубы: - в атмосферу R[с2/м5] , r1=1.0827λ(1/d), rj=ξ/(S22g) h=RQ2 he=reQ2 hj=rjQ2 E[м2.5/c] , 2.1.5 Гидравлический расчет трубопроводов. Принцип расчета любых трубопроводов: магистральных, транспортных, силовых — един и основывается на классических положениях прикладной гидромеханики, т.е. применения уравнения Бернулли, уравнения неразрывности потока, формул для определения потерь напора на трение по длине и в местных сопротивлениях. В настоящем пособии расчету трубопроводов посвящен раздел 4. Для удобства расчетов формулы и коэффициенты для расчета трубопроводов с учетов их видов и режимов течения собраны в таблице 2.1. 2.2 Задания на расчет гидрообъемных машин Задача 2.1. Определить силу Fц и скорость vц установившегося движения штока гидроцилиндра при подключении его по схемам на рисунках 2.6,а,б. Задача 2.2. Рисунок 2.6,в. Определить давление питания Рд и скорость вращения вала гидромотора nм при его нагружении моментом Мм и питании расходом Qд. Принять гм = 0.9, о = 0.98. Задача 2.3. Рисунок 2.6,г. Определить потребляемый расход Qд, энергию А и частоту ударов n гидромолота при питании его постоянным давлением Рд. Параметры гидромолота – рабочий объем q и инерционное сопротивление Rи. Принять гм = 0.7, о = 0.95. Рисунок 2.6 – Схемы к расчету энергетических параметров гидродвигателей Рисунок 2.7 – Пластинчатый насос Задача 2.4. Пластинчатый насос (рисунок 2.7) имеет следующие раз­меры: диаметр внутренней поверхности статора D; эксцентриситет е; толщина пластин ; ширина пластин b. Определить мощность, потребляемую насо­сом при частоте вращения п и давлении на выходе из насоса Рн. Механический к.п.д. принять равным м =0,9. Задача 2.5. Определить производительность радиально-поршневого насоса, если диаметр поршня d, ход поршня h, частота вращения n, о=0.98. Рисунок 2.8 – Схема радиально – поршневого насоса Задача 2.6. Гидропреобразователь (рисунок 2.9) составлен из двух аксиальных роторно-поршневых гидромашин с наклонным диском полного типоразмерного ряда: гидромотора 1 и насоса 2. Даны основные размеры гидромотора: D1; d1; насоса: D2; d2; углы наклона дисков 1 = 2. Каким должен быть расход жидкости, подводимой к гидромотору 1, и каким должно быть давление Р1 на входе в гидромотор для получения на выходе из насоса подачи Q2 с при давлении Р2. Механический и объемный КПД обеих гидромашин принять одинаковыми: м1 = м2 =0.92 и о1 = о2 = 0.95. Рисунок 2.9 – К задаче 2.6 Таблица 2.2 – Исходные данные к задачам 2.1 – 2.7 Параметры Варианты Задача 2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 Рд, МПа 5 5 10 10 20 20 25 25 Qд, л/с 1 2 1 2 1 2 1 2 Рс, МПа 1 1 1 1 2 2 5 5 D, мм 50 80 80 100 100 125 160 200 d, мм 30 50 50 60 70 80 80 120 гм 0.85 о 1.0 Задача 2.2 Мм, Нм 5 5 10 10 50 50 100 100 Qд, л/с 1 2 1 2 1 2 1 2 Рс, МПа 1 1 2 2 3 3 5 5 q, см3 20 50 50 100 100 200 200 300 Задача 2.3 Рд, МПа 10 10 15 15 20 20 25 25 q, см3 100 150 150 200 50 200 50 200 Rи, МПа/(л/c) 10 2.5 15 8 20 5 25 6 Продолжение таблицы 2.2 1 2 3 4 5 6 7 8 Задача 2.4 D, мм 100 80 110 90 100 120 80 110 е, мм 10 8 6 7 10 5 7 9 , мм 3 4 3 4 2 3 4 2 b, мм 40 45 50 55 60 25 50 60 n, 1/мин 1450 950 1000 2000 1450 1500 1000 950 Рн, МПа 5 6 7 8 9 10 5 6 Задача 2.5 d, мм 20 25 32 16 22 10 15 25 h, мм 10 12 15 8 15 6 10 14 n, об/мин 1000 950 750 1500 1600 1450 2000 1750 № рисунка 3.2а 3.2б 3.2в 3.2а 3.2б 3.2в 3.2а 3.2б Задача 2.6 D1, мм 90 100 80 95 85 110 125 130 D2, мм 60 70 50 65 70 90 100 100 d1, мм 15 20 15 22 20 16 25 15 d2, мм 10 15 10 16 12 14 18 8 Q2, л/с 1.8 2 1.5 2.2 1.9 1.7 1.1 2.1 Р2, МПа 15 15 12 14 16 10 25 18 Задача 2.7 М, кНм 2 3 1 1.5 1.6 1.7 1.1 1.4 , 1/с 2 3 4 5 1 2 3 4 D, мм 200 150 350 300 250 200 100 300 d, мм 100 80 150 180 120 90 50 160 b, мм 60 50 40 80 70 50 30 60 Задача 2.7. Двухкамерный гидродвигатель поворотного движения (рисунок 2.10) должен создавать момент на валу, равный М при скорости поворота . Размеры гидро­двигателя: D; d; ширина ло­пастей b. Принять механический к.п.д. м = 0,9; объемный к.п.д. o = 0,75. Определить потребное давление насоса и необходимую подачу. Рисунок 2.10 - Поворотный гидродвигатель Методические указания Для решения задач 2.1 – 2.7 используется материал подраздела 2.2 «Энергобалланс объемных гидромашин»: задача 2.1 – формулы (78,79); задача 2.2 – формулы (74,75); задача 2.3 – формулы (76,77); задача 2.4 – формулы (65,69); задачи 2.5 и 2.6 – формулы (72,73); задача 2.7 – формулы (80,81). 2.3 Проектирование и расчет схемы гидропривода 2.4.1 Модуль 6 Энергетический расчет схемы гидропривода. На рисунке 2.13 схема, где от одного насоса питаются попеременно иди совместно , в зависимости от положения распределителей, гидромотор, работающий на лебедку, и гидроцилиндр. Параметры схемы: Fс и Vс – сила и скорость штока гидроцилиндра; dн, dс – диаметры напорного и сливного трубопровода; l1 и l2 – длины участков трубопроводов до и после распределителей; Fл и Vл – сила и скорость троса лебедки; i – передаточное отношение каждой ступени редуктора лебедки; ξл, ξц – коэффициенты местных сопротивлений распределителей; qн, qм – рабочие объемы насоса и гидромотора; ν – коэффициент кинематической вязкости жидкости. Определить потребные Рн и Qн - давление и расход насоса, а также Мн и nн - момент и скорость вращения ротора насоса: - при работе насоса только по линии лебедки; - при работе насоса только по линии гидроцилиндра; - при работе насоса на совместно подключенные лебедку и гидроцилиндр. Принять для всех гидромашин КПД гидромеханический ηгм = 0.8, КПД объемный η0 = 0.95; Таблица 2.6 - Общие исходные данные к модулю 5 dн, мм dс, мм l1, м l2, м ξл ξц Dп, мм q.10-6, м3 dш, мм 16 20 20 2 4 6 80 100 50 Таблица 2.7 - Исходные данные к модулю 5 по вариантам Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Fл, кН 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Vл, м/с 2 1,5 1 2 1,5 1 2 1,5 2,5 3 3,5 4 Dл, м 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0.2 0,3 0,3 0,2 0,2 0,4 0,4 Fц, кН 30 40 50 60 70 80 70 60 50 40 30 20 Vц, кН 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,1 0,2 qн.10-6 м3 20 30 40 50 100 150 200 250 100 150 200 250 ν.10-6 м2/с 20 20 30 40 40 40 50 50 50 50 20 20 Рисунок 2.13- К модулю 5 Методические указания Формульные цепочки последовательности расчета строятся соответственно обратной постановке задачи и траектории прохождения энергопотока. Причем, первыми просчитываются цепочки пребразований скоростных параметров, а затем силовых. Например по линии лебедка – насос: 1) vл nл(Dл)  Qм(qм)  Qнл (=)  nнл (qн); 2) Fл  Mл(Dл)  Pм(qм)  Pнт(Qм,dн,l2)  Pст(Qм,dc,l2+l1)  Pнл (qн)  Mнл (qн). Аналогично рассчитываются цепочки преобразований по линии гидроцилиндр – насос После получения входных и выходных параметров насоса Qнл, nнл , Pнл, Mнл и Qнц, nнц , Pнц, Mнц необходимые параметры для выбора насоса определяются для режима совместной работы гидромотора и гидроцилиндра с учетом их последовательного соединения. 2.4.2 Модуль 7 Дроссельное регулирование выходных параметров. На рисунке 2.14 схема привода постоянного расхода. Ротор насоса Н вращается со скоростью nн = 25 1/с и подает жидкость через трубопровод длинной 1 = 10 м и распределитель с коэффициентом сопротивления ξ = 2 к гидромотору ГМ, нагруженному моментом Мм. Скорость гидромотора регулируется дросселем Др, коэффициент расхода которого μдр = 0,5. В таблице 2.8 представлены исходные параметры: рабочие объемы насоса и гидромотора qн и qм, нагрузочный момент Мм, диаметры напорного и сливного трубопроводов dн и dс. При расчете принять: для насоса и мотора значения КПД ηм = 0,8; η0 = 0,95, вязкость и плотность ν = 40.10–6 м2/с, ρ = 950 кг/м3. Таблица 2.8 - Исходные данные к модулю 6 по вариантам Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 qн, см3 50 50 75 75 100 100 150 150 200 200 250 250 qм, см3 250 200 150 150 300 250 200 150 100 300 300 350 Mм, Н. м 500 800 250 500 750 500 250 200 150 300 500 700 dн, мм 12 12 16 16 20 20 25 32 40 32 32 40 dс, мм 16 16 20 25 32 32 40 50 50 40 40 50 Рисунок 2.9 - К модулю 6 Задания. 1. Рассчитать и построить регулировочную характеристику nм (Sдр) , установить потребное максимальное сечение дросселя Sдр.max. Расчитать и построить для среднего сечения дросселя Sдр. = 0,5. Sдр.max, режимную характеристику nм (Мм) для диапазона измерений нагрузочного момента Мmin...Мmax, где Мmin = 0,5 Мм. Определить максимальную нагрузку Мmax, при которой nм = 0, т.е. мотор останавливается. 2. Изменить схему на привод постоянного давления, изменив положение регулирующего дросселя, и повторить расчет по условиям п.1 Методические указания Методика решения задач, связанных с регулированием выходных параметров гидроприводов изложена в подразделе 2.1.4, где предлагаются для расчета и построения регулировочных nм(Sдр) и режимных nм(Мм) характеристик формулы (97) - (100) , а на рисунке 2.5, в,г примеры графиков характеристик приводов постоянного давления и постоянного расхода . Использованные источники 1. Гидpавлика, гидpомашины и гидроприводы : учебник для машиностроительных вузов / Башта Т.М., Руднев С.С., Некpасов Б.Б. и дp.- 2-е изд., пеpеpаб. – М. : Машиностpоение, 2015. - 423 с. 2. Электрогидроавтоматика. Основной курс. ТР 601: учеб. пособие/ Меркле Д., Шрадер Б., Томес М.; г. Киев: Изд-во ДП «Фесто» , 2002г. – 191 с. 3. Пропорциональная гидравлика. Основной курс. ТР 701: учеб. пособие/ Меркле Д., Шрадер Б., Томес М.; г. Киев: Изд-во ДП «Фесто» , 2002г. – 213 с. 4.Б. Т. Емцев. Техническая гидромеханика М.: Машиностроение, 1987.- 450с. 5. Гидропневмоавтоматика и гидропневмопривод мобильных машин: Объемные гидро- и пневмомашины и передачи/ А.Ф. Андреев и др.; под ред. В.В. Гуськова.– Минск: Выш. Шк., 1997.–310с 6.Митусов А.А Гидравлические и пневматические системы. Расчет и проектирование. Учебное пособие. Караганда, КарГТУ Издательство «Фолиант», 2009 – 169 с. 7. Свешников В.К. Гидрооборудование: Международный справочник. Книга2.. Гидроаппаратура. ООО Издательский центр «Техинформ». МАИ - 2002- 508с. 8. Чугаев Р.Р. Гидpавлика. – М. : Энеpгия, 1975. - 599 с. 9. Митусов А.А. Двухтактные гидролвигатели ударного действия: основы теории и расчет. Монография. – Санкт-Петербург: Изд-во СПбГПУ, 2013.- 391с. 10. Идельчик И.Е. Спpавочник по гидpавлическим сопpотивлениям. М: Машиностpоение, 1975-559 с. 11.Абpамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Т., Элементы гидpопpивода : Спpавочник. – Киев : Техника, 1977. - 320 с. 12.Башта Т.М. Машиностpоительная гидpавлика : Спpавочное пособие. - М. : Машиностpоение, 1971. - 672 с. 13.Гидpавлика и гидpопpивод : учебник для вузов / Гейер В.Г., Дулин В.С., Заpя А.Н. - 3-е изд. пеpеpаб. – М. : Недpа, 2001. - 330 с. 14. Свешников В.К. Гидрооборудование: Международный справочник. Книга1. Насосы и гидродвигатели. ООО Издательский центр «Техинформ». МАИ - 2001- 360с. 15. Свешников В.К. Гидрооборудование: Международный справочник. Книга 3.Вспомогательные элементы гидропривода. ООО Издательский центр «Техинформ». МАИ - 2003- 445с. 16. Ушаков Л.С. Импульсные технологии и гидравлические ударные механизмы : учебное пособие для вузов. – Орел : ОрелГТУ, 2009. -250с. 17. Митусов А.А. Теория и расчет гидрообъемных машин и приводов: учеб. пособие. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2020. - 130 с.