7.3 Гидроприводы с дроссельным управлением
Общие сведения. Гидроприводом с дроссельным управлением называется гидропривод, в котором управление параметром движения выходного звена гидродвигателя осуществляется при помощи регулируемого дросселя или регулятора расхода, дросселирующего распределителя или гидроусилителя.
По источнику подачи рабочей жидкости гидроприводы с дроссельным управлением могут быть насосными, аккумуляторными и магистральными. В насосных гидроприводах применяют обычно нерегулируемые насосы. При этом подача насоса должна превышать максимальный расход гидродвигателя. По циркуляции рабочей жидкости гидроприводы с дроссельным управлением являются гидроприводами с разомкнутым потоком. Они могут быть поступательного, поворотного и вращательного движения.
В зависимости от схемы гидроприводы с дроссельным управлением разделяют на гидроприводы с постоянным и переменным давлением. Для гидроприводов с постоянным давлением характерно наличие переливного клапана, который поддерживает в напорной линии постоянное давление путем непрерывного слива рабочей жидкости. В гидроприводе с переменным давлением в напорной линии давление изменяется в зависимости от нагрузок гидродвигателя. В таких гидроприводах дроссель устанавливают параллельно гидродвигателю.
Изменение скорости движения выходных звеньев гидродвигателей осуществляется изменением расхода рабочей жидкости путем дросселирования. При этом лишняя часть потока рабочей жидкости непроизводительно сливается в бак либо через переливной клапан, либо через регулируемый дроссель (при его параллельном включении в гидроприводах с переменным давлением).
В гидроприводе с дроссельным управлением в каждый момент времени соблюдаются следующие равенства (без учета потерь):
Qн = Qгд + Qп.к; Qн = Qгд + Qдр,
где Qн – подача нерегулируемого насоса; Qгд – расход жидкости, поступающей в гидродвигатель; Qп.к, Qдр – расход жидкости, проходящей через переливной клапан, дроссель.
В гидроприводах с регулируемыми дросселями и регуляторами расхода изменение направления движения выходных звеньев гидродвигателей (реверсирование) осуществляется при помощи направляющих распределителей.
Основными преимуществами гидроприводов с дроссельным управлением являются высокая чувствительность и большое быстродействие, простота конструкции гидроустройств и невысокая их стоимость; возможность автономного управления гидродвигателями, работающими от одного насоса. К недостаткам относятся: сложность обеспечения дистанционного управления гидроприводом или объемной гидропередачей, в состав которых входят регулируемые дроссели и регуляторы расхода; более низкий по сравнению с гидроприводом с машинным управлением КПД, обусловленный самим принципом дросселирования рабочей жидкости. Поэтому гидроприводы и объемные гидропередачи с дроссельным управлением обычно применяют при мощности не более 5 кВт.
Гидроприводы с постоянным давлением. В таких гидроприводах регулируемые дроссели устанавливают либо в напорной линии перед направляющим распределителем (дроссель на входе), либо в сливной линии после направляющего распределителя (дроссель на выходе).
На рис. 7.8, а показана гидравлическая принципиальная схема гидропривода с дросселем, установленным на входе гидродвигателя (гидроцилиндра). Гидропривод состоит из нерегулируемого насоса Н с приводящим электродвигателем ЭД, бака Б, переливного клапана К, регулируемого дросселя ДР, направляющего распределителя РН и поршневого гидроцилиндра Ц.
На рис. 7.8, б показаны механические характеристики гидроприводов с регулируемым дросселем на входе с постоянным давлением –зависимости скорости движения штока цилиндра от нагрузки.
Гидроприводы и объемные гидропередачи с дросселями, установленными на входе гидродвигателей, нельзя использовать для работы с отрицательной нагрузкой, т.е. с нагрузкой, направление действия которой совпадает с направлением движения штока цилиндра. Под действием отрицательной нагрузки скорость штока может увеличиться настолько, что произойдет разрыв сплошности потока в рабочей полости цилиндра, и движение поршня цилиндра станет неуправляемым, так как в сливной линии отсутствуют тормозные или демпфирующие устройства.
Рисунок 7.8 – Гидропривод с дросселем на входе а – гидравлическая принципиальная схема; б – характеристика
На рис. 7.10 показана гидравлическая принципиальная схема гидропривода с дросселем, установленным на выходе гидроцилиндра.
Расход Qц жидкости, подводимой к цилиндру, равен расходу жидкости через дроссель Qдр:
,
(6.2)
где – коэффициент расхода; μ = 0,6 ... 0,7; Sдр – площадь рабочего проходного сечения, м2; Δр – перепад давлений, Па; ρ – плотность жидкости, кг/м3.
Рисунок 7.9 – Гидравлическая принци- Рисунок 7.10 – Гидравлическая
пиальная схема гидропривода с принципиальная схема гидро-
дросселирующим распределителем привода с дросселем на выходе
Излишек жидкости, равный Qн – Qдр, сливается в бак через переливной клапан, который поддерживает давление р1 постоянным. Давление р2 в линии после дросселя, зависящее от нагрузки, определяют из условия равновесия цилиндра (без учета сил трения и инерции)
,
(7.3)
где
– рабочая площадь поршня цилиндра, м2;
F – нагрузка на
штоке цилиндра, Н; рс –
давление жидкости в сливной линии,
Па.
Средняя скорость штока цилиндра:
.
(7.4)
Скорость движения штока цилиндра
.
(7.5)
Преимущества рассматриваемого гидропривода: возможность управления скоростью движения выходных звеньев гидродвигателей при знакопеременной нагрузке, быстрое торможение выходного звена гидродвигателя; отвод теплоты, выделяющейся при дросселировании рабочей жидкости, в бак, минуя гидродвигатель, К недостаткам относятся зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от нагрузки, а также меньшая экономичность по сравнению со схемой гидродвигателя с дросселем на входе (часть мощности гидродвигателя затрачивается на преодоление гидравлического сопротивления в сливной линии).
На рис. 7.9 показана гидравлическая принципиальная схема гидропривода с дросселирующим распределителем РДР, который выполняет при работе гидропривода две функции: изменяет направление потока рабочей жидкости и регулирует скорость движения штока цилиндра. В таких гидроприводах обычно применяют симметричные золотниковые распределители.
Такой гидропривод получил широкое применение в следящих гидроприводах с автоматическим управлением. Для этой схемы характерны быстродействие и точность отработки управляющих сигналов. К недостаткам можно отнести зависимость скорости движения выходных звеньев гидродвигателя от нагрузки, а также нагрев жидкости в результате двойного дросселирования потока жидкости.
Для обеспечения постоянной скорости движения выходных звеньев гидродросселей при переменных нагрузках в гидроприводах и объемных гидропередачах с дроссельным управлением применяют регуляторы расхода предназначенные для поддержания заданного расхода независимо от перепада давлений, в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.
На рис. 7.11 показана гидравлическая принципиальная схема гидропривода с регулятором расхода, установленным на входе в гидроцилиндр. В регулятор расхода входят регулируемый дроссель ДР1, с помощью которого регулируют скорости движения штока цилиндра, и два клапана. Клапан К1 перепада давлений подключен параллельно напорной линии и предназначен для автоматического поддержания постоянного перепада давлений на дросселе ДР1. Линия управления клапана К1 соединена через дроссель ДР2 с напорной линией. Клапан К2 предохраняет гидропривод от давления, превышающего установленное. При повышении нагрузки F на штоке цилиндра одновременно повышается давление р2. При этом рабочее проходное сечение клапана К1 автоматически уменьшается, в результате чего давление р1, соответственно повышается. Таким образом, перепад давлений на дросселе восстанавливается. Аналогично при снижении давления р2 уменьшается давление р1.
Рисунок 7.11 – Гидравлическая принципиальная схема гидропривода с регулятором расхода на входе
В гидроприводах и объемных гидропередачах с дроссельным управлением применяют также регуляторы расхода, в состав которых входят редукционные клапаны.
К недостаткам гидроприводов с регуляторами расхода относятся большие габаритные размеры и масса регуляторов расхода, а также сложность обеспечения автоматического дистанционного управления.