Объемные гидропередачи

Объемной гидропередачей называют гидравлическую систему, включающую в себя объемный гидравлический насос, объемный гидравлический мотор и систему регулирования, которая служит для передачи энергии от одного узла к другому.

В объемных гидравлических машинах передача механической энергии осуществляется изменением объемов рабочих камер гид­равлических машин.

Потенциальной энергией положения (высота столба жидкости) в объемных передачах обычно пренебрегают, поскольку разности высот между отдельными элементами гидросистемы несоизмеримо малы в сравнении с действующими в ней статическими давлениями жидкости. В равной мере пренебрегают и кинетической энергией потока жидкости.

Основным преимуществом объемных гидравлических передач являются малые габариты и удельная масса (масса, приходящаяся на единицу передаваемой мощности). Так, например, объемный гидравлический насос при частоте вращения рабочего вала 2500— 3000 об/мин и давлении 20—25 МПа имеет удельную массу 0,2— 0,3 кг/кВт.

Принцип работы объемной гидропередачи

Принцип работы можно рассмотреть на примере простейшего варианта объемной гидропередачи — гидродомкрата, схема кото­рого приведена на рис. 18. Два цилиндра 1 и 2 различных диа­метров связаны гидромагистралью 5 с встроенными обратными клапанами, пространство под поршнями заполнено жидкостью,

кроме этого в цилиндре / имеется всасывающая магистраль с обратным клапаном, связанная с резервуаром рабочей жидкости, а цилиндр 2 имеет сливную магистраль, управляемую краном 3.

Если к штоку цилиндра 1 при­ложить силу fi, то под поршнем со­здастся давление р\, равное отноше­нию силы к площади поршня этого цилиндра:

)

где d\ — диаметр цилиндра /.

Это давление, если пренебречь незначительной потерей давления в гидромагистрали, будет действовать на поршень цилиндра 2, в результате чего на его штоке будет реализована сила F2, равная произведению давления на площадь поршня.

Рис. 18. Схема гидро­домкрата

где d2 — диаметр цилиндра 2.

Таким образом, усилие на штоке цилиндра 2 во столько раз больше усилия на штоке 1, во сколько раз площадь его поршня больше площади поршня цилиндра 1.

При перемещении поршня цилиндра 1 на величину /( определим количество вытесненной из этого цилиндра жидкости Q{:

Считая, что в гидромагистрали отсутствуют объемные потери жидкости, получим, что весь объем жидкости, вытесненной из ци­линдра 1, переместится в цилиндр 2 (Ql = Q2), тогда перемещение поршня цилиндра 2 12 составит:

Увеличение усилия на поршне выходного цилиндра сопровож­дается кратным уменьшением перемещения штока этого цилиндра, таким образом, данное устройство можно назвать гидрорычагом.

Рис. 19. Схема объемной гид­ропередачи

Если на место цилиндров / и 2 пос­тавить гидравлические машины вра­щательного действия (соответственно насос и мотор), то после введения не­скольких дополнительных устройств по­лучим объемную гидропередачу вра­щательного действия. Принципиальная схема такой передачи показана на рис. 19. Здесь: Н — насос, создающий в напорной магистрали давление />раб при приложении к его валу крутящего момента; М — мотор, реализующий ра­бочее давление и создающий на валу выходной крутящий момент; Рсл — дав­ление в сливной магистрали; КР — кран реверса, позволяющий мотору работать в режиме насоса, а насосу -в режиме мотора. Кроме этого схема включает в себя насос подпитки, обеспечивающий определенную величину избыточного сливного давления для исключения кавитационных явлений в сливной ма­гистрали, и предохранительный клапан, ограничивающий макси­мальное давление в напорной магистрали.

Гидромашина вращательного действия характеризуется следую­щими показателями:

q — рабочий объем машины — количество жидкости, вытесняемой

за один оборот рабочего вала машины;

Q — производительность (подача) — количество жидкости, вытес­няемой в единицу времени;

М— крутящий момент на рабочем валу машины; со — частота вращения рабочего вала машины; Р — мощность, потребляемая (развиваемая) гидромашиной; р — давление, создаваемое (реализуемое) гидромашиной.

Основной объективной характеристикой гидромашины следует считать рабочий объем. Производительность гидромашины при вра­щении его вала с частотой со определяется из выражения (потерями пренебрегаем):

Мощность на валу гидромашины представляет собой произве­дение производительности на развиваемое давление:

Крутящий момент на валу гидромашины представляет собой отношение мощности к частоте вращения:

Если имеется гидропередача, составленная из насоса с рабочим объемом <?н и мотора с рабочим объемом #м, то при вращении вала насоса с частотой сон при приложении к его валу крутящего момента Л/н в напорной магистрали создается давление р}1:

(В данном примере для простоты пренебрегаем всеми видами потерь, о которых речь будет идти ниже.)

В единицу времени насос будет вытеснять количество жидкости, равное подаче насоса:

Давление, подаваемое в мотор, обеспечит реализацию на его валу крутящего момента Мм:

При пренебрежении потерями считаем давление в моторе равным давлению на выходе из насоса:

Тогда момент на валу мотора определится как момент, прило­женный к валу насоса, умноженный на отношение рабочих объемов мотора и насоса:

Объем жидкости, вытесняемой в единицу времени из насоса, реализуется в моторе и обеспечивает вращение вала мотора с час­тотой, равной частоте вращения вала насоса, умноженной на от­ношение рабочих объемов насоса и мотора: