14.3 Объемный гидропривод. Принцип действия и назначение. Принципиальные схемы

Объемный гидропривод – это совокупность устройств для передачи механической энергии и преобразования движения с помощью жидкости.

В состав объемного гидропривода входят объемные насос и гидродвигатель, регулирующая и предохранительная аппаратура, вспомогательные устройства.

По виду источника энергии, гидроприводы делятся на три типа

а) насосный, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от объемного насоса;

б) аккумуляторный, в котором рабочая жидкость в гидродвигатель подается от предварительно заряженного гидроаккумулятора;

в) магистральный, в котором рабочая жидкость в гидродвигатель подается от магистрали, получающий питание от насосной станции.

В зависимости от наличия устройств для изменения скорости движения выходного звена гидроприводы подразделяются на нерегулируемые и регулируемые.

В отличие от гидродинамических передач, в объемных источник и потребитель энергии соединены друг с другом трубопроводами. Отделение источника энергии (насоса) от исполнительного органа (гидродвигателя) позволяет заменить сложную механическую трансмиссию. Гидропривод легко управляется и автоматизируется, дает возможность бесступенчато регулировать скорость исполнительного органа; создавать следящие системы. Благодаря своему малому удельному весу гидропривод во многих областях вытесняет электропривод и тем более механические передачи. Гидропередачи позволяют получать усилия, в сотни раз превосходящие усилия, развиваемые электрическими устройствами.

В объемных гидропередачах обычно применяются роторные насосы – аксиальные, радиальные, пластинчатые, шестеренные. В качестве двигателей применяются поршневые силовые цилиндры и роторные гидромоторы.

Принципиальная схема объемного гидропривода представлена на рис. 14.5.

В указанной схеме насос 1 забирает жидкость из гидробака и через дроссель 4 и распределитель 2 подает ее в гидродвигатель 3. Предохранительный клапан 5 сбрасывает часть жидкости в бак, когда давление окажется больше, чем отрегулированное заранее.

Объемная гидропередача может быть выполнена и в виде единого агрегата нераздельного исполнения.

Регулирование числа оборотов выходного вала гидравлической передачи осуществляется изменением количества жидкости, поступающей к гидромотору при постоянном рабочем объеме его, либо изменением этого объема при постоянном расходе жидкости. Расход насоса можно изменять отводом части потока жидкости в бак при постоянном рабочем объеме насоса (дроссельное регулирование), либо изменением рабочего объема насоса (объемное регулирование).

Теоретическое число оборотов гидромотора вычисляют из условия равенства объемов, описываемых рабочими элементами насоса и мотора в единицу времени Q_н = Q_м или q_н n_н = q_м n_м. Отсюда теоретическое число оборотов гидромотора

(14.13)

где n_н – число оборотов насоса;

q_н и q_м – рабочие объемы насоса и гидромотора – расчетная производительность за один оборотов.

Из (14.13) видно, что осуществить регулирование скорости выходного вала передачи можно в том случае, если один из агрегатов, (насос или гидромотор) регулируемый. При регулировании выходной скорости гидромотора изменением рабочего объема q_н насоса получим при постоянном рабочем объеме q_м и давлении жидкости переменную мощность N_т и постоянный крутящий момент М_т на валу гидромотора, а при регулировании рабочего объема гидромотора при постоянном рабочем объеме насоса – постоянную мощность и переменный крутящий момент на валу гидромотора.

Рассмотрим потери мощности и КПД гидропередачи. Потери состоят из объемных и механических (включая гидравлические). В передачах нераздельного исполнения гидравлический КПД не рассчитывается. В этом случае гидравлические потери на пути от точек, в которых измерены давления, до рабочих камер насоса и гидромотора войдут соответственно в механические потери насоса и гидромотора. Для передачи раздельного исполнения потери мощности, обусловленные сопротивлением магистралей, по которым циркулирует жидкость в системе, выражаются гидравлическим КПД передачи _{г. пер.}

,

(14.14)

где р_н – давление на выходе из насоса;

р_тр =р_н + р_сл – суммарные потери давления в нагнетательной (р_н) и сливной (р_сл) магистралях.

Полный КПД передачи равен произведению полных КПД насоса и гидромотора, а также (для передач раздельного исполнения) гидравлического КПД передачи

.

(14.15)

Величина полного КПД нераздельной передачи

,

(14.16)

где N_{эф. м}, N_{пр. н} – мощности эффективная на валу гидромотора, и приводная насоса;

М_{тор. м} и М_{пр. н} – фактический крутящий момент на валу гидромотора (тормозной момент) и насоса (приводной момент);

n_{эф. м} и n_н эффективное число оборотов гидромотора и приводное число оборотов насоса.

Объемный КПД передачи

.

(14.17)

Эффективная мощность на валу передачи (гидромотора)

.

(14.18)

Полный КПД гидропередачи средний мощности обычно равен 80 – 94 %.