МИНИСТЕРСТВО образования и науки украины

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт»

В.А. Грайворонский

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Учебное пособие

Харьков «ХАИ» 2009

УДК 532 (075.6)

Грайворонский В.А. Расчет параметров гидравлической системы: учеб. пособие / В.А. Грайворонский. – Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2008. – 29 с.

Представлена упрощенная методика расчета гидравлической системы с параллельными и последовательными линиями.

Для студентов авиационно-космических и других специальностей высших учебных заведений. Может быть использовано при изучении курса «Гидравлика», а также при курсовом и дипломном проектировании.

Ил. 14. Табл. 4. Библиогр.: 3 назв.

Рецензенты: канд. техн. наук А.Н. Мороз,

канд. техн. наук С.Ф. Петренко

© Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского

«Харьковский авиационный институт», 2009 г.

Введение

Гидравлические системы получили широкое применение в машиностроении, на транспорте, в технологических процессах и в других случаях.

Современные самолеты и вертолеты снабжены гидравлическими системами, выполняющими многие важные функции:

1. управление летательным аппаратом по всем направлениям (рулями высоты, направления, элеронами и др.);

2. управление взлетно-посадочными устройствами (шасси, закрылками, предкрылками и др.);

3. послепосадочное торможение и управление на взлетно-посадочной полосе, управление реверсом тяги двигателей;

4. управление грузолюками, входной дверью и др.;

5. управление лопастями винтов самолетов и вертолетов и др.

Гидравлические системы – самые распространенные силовые системы ЛА. Это объясняется существенными преимуществами гидравлических систем по сравнению с электрическими, механическими, пневматическими и другими.

Наиболее важные из них:

а) простота транспортировки энергии;

б) неограниченные кинематические возможности;

в) малый вес гидродвигателей на единицу мощности;

г) простота предохранения гидросистемы от перегрузок;

д) высокая эксплуатационная надежность.

Гидравлическая передача – комбинированная система, в которой одним из звеньев, обеспечивающих геометрические и кинематические связи, является жидкость.

Принцип действия гидравлической передачи основан на текучести и практической несжимаемости жидкости. Скорость передачи гидравлического импульса составляет 1000…1200 м/с. Этот параметр важен для управления быстротекущими процессами.

Типовая гидравлическая система состоит из агрегатов трех групп:

1. Энергетическая группа:

а) гидробаки;

б) насосы, насосные станции;

в) гидроаккумуляторы;

г) фильтры;

д) контрольные приборы.

2. Распределительная группа:

а) краны управления, согласования, регулирования;

б) обратные клапаны;

в) делители потока (синхронизаторы);

г) ограничители расхода (дозаторы);

д) дроссели;

е) мультипликаторы (преобразователи давления).

3. Исполнительная группа:

а) гидромоторы;

б) силовые цилиндры (поступательного и поворотного типа);

в) рулевые приводы;

г) гидроусилители;

д) тормозные устройства.

Проектирование гидравлической системы связано со многими расчетами, в процессе которых определяются:

1. гидравлические параметры элементов и систем в целом;

2. функциональные возможности системы в различных условиях;

3. параметры быстродействия, надежности и др.;

4. жесткостно-прочностные характеристики элементов;

5. акустические характеристики.

В данном пособии рассматриваются только вопросы по первому пункту.

1. Описание гидравлической системы

Рассматриваемые гидравлические системы предназначены для выполнения механической работы, при этом происходит поступательное перемещение исполнительных звеньев – штоков под нагрузкой с постоянной скоростью. Схемы вариантов гидравлической системы приведены на рис. 1–4. Несмотря на некоторые отличия схем, они имеют общие элементы, характер рабочего процесса и методику расчета.

Гидравлическая система состоит из насоса роторного типа (Н), который работает в постоянном режиме, прокачивая жидкость в указанном направлении, а также из двухпозиционной гидропанели (ГП), назначение которой заключается в направлении рабочего потока жидкости в нижнюю часть цилиндров (I положение золотника) или в верхнюю (II положение золотника). Соответственно, жидкость из противоположных частей цилиндров через эту же панель вытесняется в гидробак. Золотником можно управлять электрическим или механическим способом.

Для обеспечения нормальной работы насоса и всей системы в линии всасывания (трубопровод 1) установлен фильтр (Ф), назначение которого – очистка жидкости от механических примесей.

В случае аварийного засорения фильтра жидкость идет через параллельный трубопровод, т.к. противоперегрузочный клапан (ПК1) открывается при определенном перепаде давления на фильтре. В этом случае жидкость не фильтруется, но система работает.

Предохранительный клапан (ПК2) переключает часть подачи насоса на слив, если усилие на штоках возрастет сверх предельной величины или в линии нагнетания давление превысит предельную величину. Таким образом, клапан ПК2 предохраняет насос и трубопроводы от разрушения, при этом гидросистема работает в “заторможенном” режиме.

В нормальном режиме работы системы клапаны ПК1 и ПК2 закрыты. Этот случай и подлежит расчету.

Жидкость по напорным трубопроводам поступает в рабочие цилиндры. При этом поршни со штоками под действием перепада давления перемещаются, преодолевая заданное усилие.

Движущиеся поршни вытесняют рабочую жидкость из противоположных частей цилиндров, при этом жидкость попадает в трубопроводы сливной магистрали, а затем через гидропанель (ГП) и трубопровод 9 – в бак.

Обратный клапан (ОК) на трубопроводе 9 открыт только при движении жидкости в бак, что препятствует попаданию воздуха в систему и непредусмотренному движению жидкости в обратном направлении.

Следует отметить, что расход жидкости в линии нагнетания (Q) и в линии слива (Q′) различен из-за влияния штоков.

Рабочим процессом гидросистемы предусмотрена параллельная работа двух штоков на нагрузку Р_Ш для каждого и работа одного штока на нагрузку Р_Н. Для обеспечения одинаковой скорости перемещения штоков в параллельных силовых цилиндрах (линия «Ш») при некотором рассогласовании нагрузок между штоками установлены синхронизаторы (С).

Рассмотренные упрощенные гидравлические системы могут быть использованы, например, при выпуске и уборке трехколесного шасси самолета. Естественно, реальная гидравлическая система значительно сложнее, т.к. имеет дублирующие линии, элементы, повышающие надежность, системы тонкого регулирования и управления и др.

Гидравлические характеристики отдельных элементов системы получить не представляется возможным из-за сложного характера течения в них, сложной формы проточной части, поэтому в инженерной практике для получения указанных характеристик используются, в основном, экспериментальные данные. К тому же из-за незначительного расстояния между агрегатами возникает взаимное влияние, которое также теоретически невозможно учесть.

Подобные гидравлические системы с некоторыми изменениями могут также применяться при выпуске и уборке закрылков и предкрылков, реверсе тяги, торможении колес при посадке и др. Практически во всех системах имеются параллельные, разветвленные и последовательные структуры. Особенно сложными в расчетном плане являются гидравлические бустерные системы, позволяющие управлять в синхронном режиме выходным звеном с большим коэффициентом увеличения нагрузки.

Для подобных гидравлических систем, а тем более для систем сложной конфигурации, в настоящее время используется сетевой метод расчета. В основе указанного метода лежит способ постепенного упрощения структуры системы путем учета влияния отбрасываемых элементов. С этой целью производят вначале учет влияния параллельных и последовательных элементов (агрегатов, трубопроводов, рабочих цилиндров) самой внутренней структуры системы; после замены ее суммарной зависимостью переходят к следующему внутреннему параллельному контуру и таким образом выходят на простой трубопровод. В качестве расчетной зависимости (характеристики) может быть зависимость изменения давления либо напора, либо мощности от подачи. Для гидравлических систем с роторными насосами удобно использовать характеристики элементов на основе изменения давления . Иными словами, для каждого элемента гидравлической системы необходимо рассчитать и построить указанную зависимость. Целесообразно построение характеристики производить в реальном диапазоне изменения подачи насоса.

Рис. 1 Схема 1-I (вариант 1, положение крана ГП- I)

Рис. 2 Схема 1-II (вариант 1, положение крана ГП- II)

Рис. 3 Схема 2-I (вариант 2, положение крана ГП- I)

Рис. 4 Схема 2-II (вариант 2, положение крана ГП- II)