Сборник материалов
по учебной дисциплине:
«Гидравлические и пневматические системы»
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
«Технология машиностроения»
Составил Комаров В.В.
2010г.
Список использованной литературы.
Никитин О.Ф., Холин К.М. Объемные гидравлические и пневматические приводы.
Москва. «Машиностроение». 1981г.
Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.
Минск. «Вышейшая школа». 1985г.
Кудрявцев А.И., Пятидверный А. П., Рагулин Е.А. Монтаж, наладка и эксплуатация пневматических приводов и устройств.
Москва. «Машиностроение». 1990г.
Смирнов Ю.А., Волков В.С. Неисправности гидроприводов станков.
Москва. «Машиностроение». 1980г.
Ерохин В.Г., Маханько М.Г. Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники.
Москва. «Энергия». 1970г.
Объёмные гидравлические и пневматические приводы. Введение.
Применение гидравлического и пневматического привода позволяет создавать прогрессивные конструкции машин, расширять возможности автоматизации производства. Автоматические приводы составляют основные рабочие, транспортирующие и вспомогательные агрегаты и широко применяются в строительных, дорожных, горных, сельскохозяйственных и любых иных самодвижущихся и мобильных машинах, в промышленных, космических и подводных роботах-манипуляторах, авиационных и космических системах управления.
Масштабы применения гидравлических и пневматических приводов непрерывно растут. Поэтому знание гидро и пневмопривода, его технических и производственных возможностей является необходимым условием создания высокопроизводительных машин, комплексов, агрегатов и систем, обеспечивающих эффективную работу промышленности.
Объем технических сведений, которые должен иметь техник в области гидроприводов и пневмоприводов, весьма обширен. В результате изучения данного предмета учащиеся должны знать устройство и принцип работы насосов, гидро и пневмодвигателей, аппаратуры управления и других элементов приводов; принцип работы гидроприводов и пневмоприводов в целом; общие требования безопасности к конструкции и эксплуатации приводов, а также уметь читать и составлять простейшие схемы приводов; производить гидравлические и пневматические расчеты; выполнять монтаж и регулировку простейших гидросистем и пневмосистем; проводить измерения давления, расхода, температуры и других параметров гидравлических и пневматических элементов и приводов при их испытаниях и эксплуатации.
Основные понятия и принцип работы объёмных гидроприводов.
Объемным гидроприводом называют совокупность устройств, в число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей, предназначенная для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. Основным определяющим устройством гидропривода является его объемный гидродвигатель, выходное звено которого непосредственно или через механическую передачу соединено с рабочим органом механизма или машиной (нагрузкой). Помимо объемного гидродвигателя в состав гидропривода могут входить следующие устройства: насосы с приводящими двигателями,
гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроемкости и гидролинии.
Каждое из входящих в состав гидропривода устройств выполняет определенные функции.
Насосы (объемные или динамические) создают поток рабочей жидкости путем преобразования механической энергии приводящих двигателей в гидравлическую.
Объемные гидродвигатели (гидроцнлиндры, гидромоторы и поворотные гидродвигатели) преобразуют гидравлическую энергию рабочей жидкости в механическую энергию выходных звеньев привода.
Гидроаппаратура (клапаны, дроссели, распределители) предназначена для изменения направления и параметров потока рабочей жидкости, а также для открытия или перекрытия отдельных гидролиний.
Кондиционеры рабочей жидкости служат для получения необходимых качественных показателей и состояния рабочей жидкости. К ним относятся фильтры, теплообменные аппараты (охладители или нагреватели) и воздухоспускные устройства.
Гидроемкости (гидробаки и гидроаккумуляторы) предназначены для содержания в них рабочей жидкости с целью использования ее в процессе работы гидропривода.
Гидролинии предназначены для движения рабочей жидкости от одного гидроустройства привода к другому или внутри устройства от одной полости к другой.
Все гидравлические устройства должны быть оснащены уплотнительными устройствами, предназначенными для герметизации соединений. Отдельные устройства могут быть объединены в агрегаты, установки и блоки, например насосный агрегат, насосная установка, рулевая машина, механизм управления и т. д.
В состав обычных гидроприводов могут входить электротехнические изделия (управляющие электродвигатели, электромагниты и т. п.), а также средства измерения и контроля.
Особо следует отметить роль рабочей жидкости в объемных гидроприводах. Рабочая жидкость в гидроприводе является рабочей средой, т. е. носителем энергии. С помощью рабочей жидкости гидравлическая энергия от источника передается к объемным гидродвигателям. В связи с выполнением указанной функции рабочую жидкость рассматривают как один из основных элементов объемного гидропривода.
Основными параметрами объемных гидроприводов являются давление и расход рабочей жидкости, а также мощность гидропривода.
Давлением жидкости р называют физическую величину, равную отношению силы F, действующей на элемент поверхности нормально к ней, к площади S этого элемента: p = F/ S (1)
Единицей давления в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (1 Па = 1 Н/м2). Паскаль — давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2 и нормальной к ней. При измерении давления целесообразно применять единицу, кратную паскалю, — мегапаскаль (1 МПа = 106 Па ≈ 10 кгс/см2 ). Другие, внесистемные применяемые единицы измерения давления: мм. рт. ст; м. вод.ст.; бар; атм; ати и т. д.
Объемный расход жидкости Q — физическая величина, равная объему жидкости V, протекающей через поперечное сечение в единицу времени t, или произведению площади поперечного сечения S потока на среднюю скорость течения жидкости:
Q = V/t = S Wср. (3)
Единица объемного расхода жидкости в СИ: 1 м3 /с — объемный расход, при котором через определенное сечение за 1 сек. перемещается жидкость объемом 1 м3. Допускается применять другие внесистемные единицы расхода — л/мин; м3/час … Объемный расход — величина, характерная для всех гидравлических устройств, кроме насосов.
Для потока жидкости в различных сечениях канала при установившемся режиме справедливо уравнение неразрывности:
Q1 = Q2 = …Qi или W1 /W2 = S2 / S1 (4)
Из уравнения (4) следует, что средние скорости потока жидкости обратно пропорциональны площадям поперечных сечений.
Мощность N — физическая величина, равная работе в единицу времени. Единица мощности в СИ Вт. Ватт — мощность, при которой работа 1 Дж совершается за время 1 сек. При измерении мощности гидроприводов целесообразно применять единицу, кратную ватту - киловатт (1кВт = 103 Вт).
В области гидравлики определяющее уравнение для мощности, Вт, потока жидкости: N = A / t = Q р (5)
где Q —объемный расход, м3/ сек; р - давление жидкости, Па.
Из выражения (5) следует, что расчетная мощность гидропривода увеличивается при неизменном расходе пропорционально повышению давления жидкости. При увеличении давления в условиях обеспечения заданной мощности масса и габаритные размеры гидромашин уменьшаются. В настоящее время номинальные давления достигли 16—32 МПа (160—320 кгс/см2), а во многих случаях и выше (впрыск современного турбодизеля более 2000кг/см2). Увеличение давления ограничено конструктивными причинами.
Принцип работы объемного гидропривода основан на законе Паскаля и высоком модуле объемного сжатия рабочей жидкости.
Области применения объемных гидроприводов.
В настоящее время гидроприводы широко применяют во многих отраслях техники:
в металлорежущих станках, автоматах и агрегатах - для зажима заготовок и подачи режущего инструмента. Следящие гидроприводы копировальных станков позволяют обрабатывать детали с применением копира. Применяют также следящие гидроприводы с числовым программным управлением;
в кузнечно-прессовом оборудовании — в качестве силовых приводов прессов и молотов;
в водном транспорте - в качестве силовых приводов гребных установок, палубных лебедок, кранов и других вспомогательных судовых механизмов, а также для поворота рулей судов;
в шахтном и горнорудном оборудовании (в угледобывающих комбайнах, стругах, домкратах и механизмах подачи);
в транспортных машинах - для силовых трансмиссий, управления скоростями движения и поворотом руля автомобиля, опрокидывания кузова самосвалов;
в дорожных и подъемно-загрузочных машинах (экскаваторах, грейдерах, скреперах, кранах и т. д.) - для подъема и перемещения груза;
в авиационной и ракетной технике - для управления аэродинамическими и газовыми рулями, в механизмах изменения геометрии крыла, в механизмах управления шасси и наземных установках обеспечения и запуска летательных аппаратов;
в сельскохозяйственных машинах - для управления навесными агрегатами, в уборочных комбайнах в качестве силовых трансмиссий, как рулевое управление тракторов и комбайнов;
в радиолокационной технике - для поворота антенн. При этом практически не возникают ни магнитные, ни электрические помехи;
в манипуляторах - в качестве силовых приводов отдельных органов, которые довольно просто обеспечивают обратную связь по усилиям, возникающим на рабочих органах манипулятора.
Широкое применение объемных гидроприводов во многих отраслях техники обусловлено тем, что они обладают существенными преимуществами перед электроприводами и механическими передачами аналогичного назначения.
Основные из них:
возможность плавного бесступенчатого регулирования скоростей выходных звеньев;
сравнительно широкий диапазон регулирования, например, передаточное отношение гидромотора (отношение минимальной частоты вращения к максимальной) составляет во многих случаях 1:1000;
быстродействие и высокая точность отработки сигналов управления, а также легкость реверсирования;
высокий коэффициент усиления мощности при малом числе каскадов усиления. Например, в объемных гидроприводах коэффициент усиления мощности одного каскада (отношение мощности на выходе к мощности на входе) может достигать 1000;
передача больших мощностей при малых габаритных размерах и массе объемных гидромашин. Наименьшие габаритные размеры объемных машин, как правило, определяются конструктивными соображениями, в то время как наименьшие размеры электрических машин обычно определяются наибольшей допустимой плотностью магнитного потока и условиями нагрева и охлаждения;
большая жесткость нагрузочной (механической) характеристики, т. е. объемные гидродвигатели обладают стабильностью скорости выходных звеньев при изменении величины и знака нагрузки;
простота преобразования одного вида движения в другое характерна для гидроци-линдров, которые обеспечивают поступательное движение выходных звеньев без каких-либо дополнительных устройств. В электромеханических же приводах поступательное движение выходных звеньев обеспечивается лишь при помощи реечных передач, рычагов и тяг;
надежное ограничение в заданных, пределах величин нагрузок, возникающих в элементах машин. Простота защиты оборудования от недопустимых нагрузок.