1.4.7. Обоснование способа регулирования скорости выходного звена гидропривода

При эксплуатации гидропривода часто возникает необходимость в изменении скорости движения его исполнительных механизмов. Это можно осуществить путем регулирования, которое может быть дроссельным, объемным, объемно-дроссельным или с помощью двигателя, который приводит в движение насос.

При дроссельном регулировании скорость выходного звена гидродвигателя изменяется за счет изменения рабочих характеристик гидросистемы при постоянной подаче насоса. Дроссель (регулируемое гидравлическое сопротивление), с помощью которого можно регулировать количество жидкости (а следовательно и скорость), которая подается в гидродвигатель (гидроцилиндр или гидромотор) может быть установлен по одной из следующих схем: на входе в гидродвигатель; на выходе из гидродвигателя; на входе и выходе; на ответвлении от напорной линии (параллельно гидродвигателю).

При объемном регулировании изменение скорости движения выходного звена гидродвигателя можно осуществить по следующим схемам: имея нерегулируемый насос и регулируемый гидродвигатель; имея регулируемый насос и нерегулируемый гидродвигатель; имея регулируемый насос и регулируемый гидродвигатель.

Выбор способа регулирования определяется многочисленными факторами: величиной мощности; характером усилия, которое необходимо преодолевать; требованиями к стабильности движения исполнительных механизмов; стоимостью комплектующего оборудования и многими другими факторами.

Гидропривод с дросселем на входе допускает регулирование скорости гидропривода путем изменения проходного сечения дросселя только в том случае, если направление действия нагрузки не совпадает с направлением движения выходного звена (отрицательная нагрузка). Скорость движения выходного звена гидроцилиндра определяется следующим соотношением (при допущении, что сливное давление близко к нулю)

,

где G – проводимость дросселя, зависящая от величины площади проходного сечения дросселя S₀: G = µS₀ ; S – эффективная (рабочая) площадь поршня; Р – нагрузка, приложенная к выходному звену. При положительной нагрузке, когда ее направление совпадает с направлением движения выходного звена, поршень перемещается под действием этой нагрузки, преодолевая только силу трения и противодавление в сливной линии, обусловленное ее сопротивлением.

Гидропривод с дросселем на выходе допускает регулирование скорости выходного звена гидродвигателя при знакопеременной нагрузке, так как при любом направлении действия силы Р изменению скорости препятствует сопротивление дросселя, через который рабочая жидкость поступает из полости гидродвигателя на слив. Для такой схемы включения дросселя скорость движения выходного звена выражается формулой

.

При установке дросселя в гидролинии слива тепло, выделившееся при дросселировании потока рабочей жидкости, отводится в бак без нагрева гидродвигателя, как это имеет место в схеме с дросселем на входе. В результате гидродвигатель работает в более выгодном режиме.

Существенным недостатком рассмотренных схем последовательного включения дросселя является нестабильность скорости при изменении нагрузки, что следует из приведенных выше формул. В этом отношении более выгодным оказывается гидропривод с дросселем на входе и выходе, причем в качестве регулятора скорости целесообразно использовать дросселирующий гидрораспределитель, сочетающий функции дросселя и распределителя. Для такой схемы регулирования скорость движения выходного звена исполнительного механизма определяется по выражению

.

Как следует из этого выражения влияние изменения нагрузки на скорость движения выходного звена меньше, чем в схемах с дросселем только на входе или только на выходе, однако нагрев рабочей жидкости в такой схеме больше за счет двойного дросселирования потока.

При параллельном включении дросселя рабочая жидкость, подаваемая насосом, разделяется на два потока. Один поток проходит через дроссель, другой – через гидродвигатель. Регулирование скорости производится изменением величины проводимости дросселя, т.е. увеличением или уменьшением расхода рабочей жидкости через линию управления. Для этой схемы величина скорости определяется выражением

,

где Q_н – подача насоса.

При такой схеме включения дросселя регулировать скорость можно только при отрицательной нагрузке, и кроме того, как следует из этого выражения, точность регулирования скорости и ее стабильность при изменении нагрузки ниже, чем предыдущих схемах с р_н = const. Достоинством схемы является наименьший нагрев рабочей жидкости, поскольку давление р_н зависит от нагрузки и лишь при максимальном ее значении достигает величины, на которую отрегулирован предохранительный клапан. Следовательно дросселирование происходит при меньшем перепаде давлений и жидкость нагревается меньше. К тому же нагретая жидкость поступает на слив.

Все рассмотренные схемы дроссельного регулирования в той или иной степени не обеспечивают постоянства скорости выходного звена гидродвигателя при изменении нагрузки и поэтому применяются в гидроприводах при мало изменяющихся нагрузках. Там, где требуется обеспечить стабильную скорость вне зависимости от колебаний нагрузки, применяю специальные гидроаппараты – регуляторы потока, которые состоят из регулируемого дросселя и редукционного клапана, который при изменении нагрузки Р, а следовательно и давления поддерживает постоянным давление перед дросселем, обеспечивая тем самым постоянное значение расхода через дроссель постоянным, а, следовательно, и стабильную скорость.

Как видно, каждая из схем регулирования имеет свои достоинства и недостатки. Исходя из этого, с учетом принципиальной схемы проектируемого гидропривода и направления действия приложенных нагрузок, необходимо принять соответствующий способ регулирования, если он не указан в задании на проектирование.