Гидравлические исполнительные механизмы
Гидравлический привод (гидропривод) представляет собой совокупность устройств, предназначенных для преобразования механической энергии электродвигателя в энергию рабочей жидкости и для передачи ее гидравлическому исполнительному механизму машины.
Гидравлический исполнительный механизм (гидродвигатель) преобразует механическую энергию рабочей жидкости в механическую работу, которую выполняет исполнительный орган машины в соответствии с заданным технологическим процессом. В машинах-автоматах используются гидродвигатели поступательного и вращательного движения. В первом случае это гидравлические цилиндры (гидроцилиндры) с поступательно движущимися поршнями или плунжерами; во втором – гидроцилиндры с вращающимся поршнем (гидромоторы) или поворотным поршнем.
Полная энергия движущейся жидкости состоит из потенциальной энергии положения, потенциальной энергии давления и кинетической энергии. Основной вклад в приводе гидравлических цилиндров машин-автоматов – потенциальная энергия давления, создаваемого насосной установкой, так как различие в уровнях установки насосов и гидроцилиндров незначительна, а скорости рабочей жидкости в них – доли метров в секунду.
Рассмотрим основные преимущества гидравлических исполнительных механизмов перед ранее рассмотренными, которые обуславливают возможности применения гидропривода в машинах-автоматах.
Удельная энергонасыщенность гидропривода, т.е. отношение развиваемой им мощности к его массе, обычно значительно выше, чем у других видов приводов. Это позволяет создавать исполнительные механизмы с большим движущим усилием при сравнительно малых массе механизма и габаритах.
Гидропривод прост в управлении, блокировка механизмов также проста: установка предохранительных клапанов надежно защищает исполнительные органы механизма от перегрузки. Этот вид привода обеспечивает возможность бесступенчатого регулирования скорости движения звеньев и максимальных усилий.
В гидравлическом приводе отсутствуют громоздкие и сложные механические передачи; еще одно его важное преимущество – широкое использование в его системах стандартных и покупных узлов (насосы, элементы системы управления, арматура и пр.).
К наиболее существенным недостаткам гидропривода, в ряде случаев ограничивающим возможность его использования, относятся: тихоходность, низкий к.п.д. из-за потерь на трение жидкости в трубопроводах и в местных сопротивлениях; экологическое несовершенство вследствие утечек рабочей жидкости; невысокая точность срабатывания исполнительных механизмов из-за наличия утечек и перетечек жидкости; нестабильность воспроизведения скорости движения рабочих органов исполнительных механизмов, из-за изменения вязкости рабочей жидкости при изменении ее температуры; огнеопасность минеральных масел, которые часто используются в качестве рабочей жидкости в гидроприводе.
Различают групповой и индивидуальный гидропривод.
Принципиальное отличие группового привода от индивидуального заключается в том, что в первом гидравлические исполнительные механизмы нескольких машин приводятся от одной насосно-аккумуляторной станции, а во втором каждая машина имеет независимый привод от одного или нескольких насосов и представляет собой автономный агрегат.
Рассмотрим основные структурные элементы индивидуального гидропривода (рис. ), который получил широкое применение в машинах-автоматах. В систему индивидуального гидропривода входят: рабочая жидкость; насос Н (или системы насосов), осуществляющий преобразование механической энергии, развиваемой электродвигателем, в энергию напора рабочей жидкости; трубопроводы с арматурой; гидроцилиндр ГЦ или система гидроцилиндров – исполнительные механизмы гидропривода; распределительная, регулирующая и контрольная аппаратура (на рис. . показаны распределитель Р, предохранительный клапан ПК, регулируемый дроссель Др); обратные клапаны ОК1, ОК2, позволяющие удерживать рабочую жидкость в элементах гидропривода; фильтр Ф для очистки рабочей жидкости от продуктов износа и других загрязнений; теплообменник Х, позволяющий удерживать температуру жидкости в пределах допустимой.
Рис.11 . Гидравлическая схема индивидуального гидропривода
Рабочие жидкости, применяемые в гидроприводе, должны удовлетворять ряду требований, важнейшие из которых: малая зависимость вязкости от температуры и давления; хорошие смазывающие свойства; химическая нейтральность к материалам, с которыми они входят в контакт в гидроприводе; огнестойкость; низкая испаряемость; малый температурный коэффициент объемного расширения и высокий модуль объемного сжатия; нетоксичность самой жидкости, ее паров и окислов; слабое пенообразование и т.д.
В индивидуальных гидроприводах станков и машин-автоматов, работающих в интервале температур 10 – 70о С, обычно используются минеральные (нефтяные) масла; при высоких или низких температурах эксплуатации гидропривода используют синтетические жидкости (силиконовые масла).
При выборе марки масла следует иметь в виду, что с повышением его вязкости увеличиваются потери давления из-за трения и снижается к.п.д.; если вязкость недостаточна, то увеличиваются утечки рабочей жидкости через уплотнения и перетечки её в гидроцилиндрах из полостей высокого давления в полости низкого давления, что и в этом случае приводит к снижению общего к.п.д. привода.
В связи с этим при более высоких давлениях, как правило, применяют более вязкие рабочие жидкости. Например, для рабочих давлений, не превышающих 10 МПа, используют масла индустриальные марок И-20А и И-30А по ГОСТ 20799-75, при давлениях более 10 МПа – масла индустриальные И-30А и И-50А.
Основные характеристики некоторых масел приведены в таблице
Таблица
Марки и свойства масел, используемых в гидроприводах машин
Марка масла |
Плотность в кг/м3 |
Вязкость кинематическая при 50о С в сСт |
Температура в оС |
Предел рабочих температур в оС |
|
застывания |
вспышки |
||||
И-12А И-20А И-30А И-40А И-50А И-70А 7–50С3
|
880 885 890 895 910 910 935 |
10 14 17 23 28 – 33 35 – 43 74 55 65 75 26 |
30 15 15 15 20 10 - |
165 180 190 200 200 200 - |
20 90 0 – 90 10 50 10 – 60 10 60 10 60 60 175 |
Полиэтилсилоксановая жидкость по ГОСТ 20734 – 75.
При температуре 20о С.
Лекция 10