Объёмный гидропривод (ОГП) и средства гидроавтоматики (ГА)

Для искусственного приспособления характеристик приводящего двигателя к характеристикам приводной машины (потребителя) используют передачу (она позволяет варьировать в большом диапазоне нагрузок передаточное отношение). Передачи бывают: механические, электрические, гидравлические и пневматические.

Под гидроприводом понимают устройство для передачи мощности посредством рабочей жидкости.

Различают: динамические и объёмные гидропередачи (ГП).

Под объёмной ГП понимают агрегат, включающий объёмный насос и гидродвигатель, элементы автоматики, контроля и регулирования. Передача энергии осуществляется за счёт гидростатического давления с помощью геометрически изолированного объёма жидкости.

Принцип действия.

Основан на не сжимаемости жидкости и законе Паскаля, утверждающем, что влияние изменения P₂ в какой-либо точке жидкости, не приводящее к нарушению её равновесия передаётся во все точки жидкости одинаково

F ₂ – нагрузка на выходное звено (ОГП).

(по закону Паскаля)

F₁ – сила, приложенная к валу насоса.

Следовательно: ; .

Говорят, что силы уравнения жидкости на поршень приводят в движение выходное звено гидропередачи, преодолевая при этом нагрузку и совершая полезную работу. Хотя давление жидкости и создаётся насосом, но величина его практически не зависит от параметров насоса (тип, размеров и т.д.). Насос должен быть так рассчитан и подобран, чтобы обеспечивать max рабочее давление и требуемую мощность потока жидкости. Давление гидропривода определяется в основном нагрузкой на выходное звено. Основным элементом объёмного гидропривода является объёмный гидронасос.

Насос – агрегат, преобразующий механическую энергию двигателя (двигателя вала или штока насоса) в энергию потока жидкости.

Насосы: а) лопастные насосы; б) объёмные насосы.

В объёмном насосе передача осуществляется за счёт изменения объёма рабочих камер. При V рабочей камеры насоса происходит нагнетание жидкости, при V – всасывание.

Различают:

– поршневые объёмные насосы (с ручным приводом, с кривошипно-шатунным приводом, аксиально поршневые и радиально поршневые насосы);

– шестерённые;

– пластинчатые;

– винтовые.

P_ц – давление жидкости в полости гидроцилидра.

_{Особенностью работы объёмного насоса является то, что , а также , ; .}

_{Д (ОГП): 1) ОГП обладает внешними динамическими качествами (время, в течение которого гидромашина приобретает номинальную скорость составляет десятые доли секунды).}

_{2) Высокая энергоёмкость, т.е. энергия которой обладает единица объёма движущейся жидкости.}

_{3) Хорошие массо-габаритные показатели.}

_{Удельный вес: гидронасоса ;}

_{гидромотора} .

4) Большие компоновочные возможности.

5) Возможность бесступенчатого регулирования скорости движения гидродвигателя.

6) Долговечность (время работы элементов ОГП _.

_{7) Жёсткая нагрузочная характеристика.}

_{8) Высокая надёжность.}

Н: 1) Меньший КПД, чем у электродвигателя и механической передаче. При дроссельном регулировании ОГП . При объёмном регулировании .

2) Ограниченность в движения выходного звена.

3) Необходимость тщательной фильтрации жидкости.

4) Необходимость герметизации элементов.

5) Взрывы и пожароопасность ОГП.

А: Поршневые насосы

Насос с кривошипно-шатунным механизмом.

R и r – длины.

1. Маховик 5. Гидроцилиндр насоса

2. Кривошип 6. Клапана

3. Шатун 7. Всасывающий патрубок

4. Поршень 8. Нагнетательный клапан

Подача насоса ; ,

где D – диаметр поршня; h – max ход поршня; n – число оборотов в секунду.

,

где – мгновенная подача; – скорость и площадь поршня.

,

где x – перемещение поршня.

. Обычно - мал .

, т. е. ; ;

,

где – угловая скорость маховика.

С нижение пульсаций в подаче насоса достигает применением насосов многократного действия с установкой аккумулятора в линии нагнетания.

Высота всасывания и нагнетания

Д аже при абсолютном вакууме в рабочей камеры насоса ; для воды .

,

где b – упругость насыщенных паров жидкости.

Для поршневого объёмного насоса при неограниченной мощности на его валу и при неограниченной прочности его высота нагнетания в идеале велика.

Поэтому объемные насосы обычно снабжаются предохранительными клапанами.

Д: 1) Высокие давления до .

2) Возможность работать на загрязнённых жидкостях

Н: 1) Напряженная работа клапанов (запаздывание при нагнетании и всасывании, гидроудары, появление кавитации).

2) Нереверсируемость гидронасоса, т. е. линия нагнетания не может быть линией всасывания.

3) Необратимость насоса со сломанным распределителем, т. е. не может работать в режиме электродвигателя.

4) Малое число оборотов.

Параметры, характеризующие работу объёмного насоса

1. Рабочий объем V, м³ (см³) – V^ём жидкости, вытесняемой им при повороте ротора на 1 оборот и отсутствием утечек жидкости. Величина определяется геометрическими размерами рабочей камеры.

2. . Принимается разность между и .

,

где – давление жидкости в нагнетательной трубке; – давление жидкости во всасывающей трубке.

.

3. Номинальное давление – давление, при котором развивается КПД max.

4. Максимальное давление – давление, при котором возможно разрушение.

5. Рабочее давление – давление, которое развивает насос при конкретном режиме работы. Величина определяется гидравлическим сопротивлением сети.

6. . Действительная и теоретическая подачи:

,

где – теоретическая подача ; – снижение подачи из-за утечек и теоретической работы камер; – снижение подачи из-за не заполнения рабочей камеры; – снижение подачи из-за сжатия жидкости.

7. ,

N – мощность на валу насоса.

,

где M – крутящий момент на валу насоса; – угловая скорость вала .

,

где – индикаторная мощность насоса; – потери мощности из-за механических сил трения.

; .

8. КПД насоса.

; ; ; ,

где – учитывает утечки жидкости из рабочей камеры; – учитывает все виды гидравлических потерь в каналах и проточках насоса.

; ,

где – коэффициент кинетической вязкости.

Ш естеренчатый насос ;

Пластинчатый насос ;

Радиально поршневой насос ;

Аксиально поршневой насос .

Объёмные гидродвигатели

Под гидродвигателями понимают агрегат, преобразующий энергию потока жидкости в механическую энергию движения вала или штока. В объёмном гидродвигателе движение вала происходит за счет силового (статического) воздействия жидкости на поршень.

Объёмные гидродвигатели делят на:

1) Гидромоторы (с неограниченным вращательным движением вала);

2) Гидроцилиндры (с прямолинейным движением штока);

3) Поворотные гидродвигатели (с ограниченным вращательным движением).

Гидромоторы бывают:

1) Шестеренчатые;

2) Пластинчатые;

3) Аксиально поршневые;

4) Радиально поршневые;

5) Винтовые.

Гидроцилиндры

В зависимости от конфигурации рабочей камеры гидроцилиндры делят на:

1) Поршневые;

2) Плунжерные;

3) Мембранные;

4) Сильфонные.

Наиболее применяемые поршневые, так как просты в конструкции и надежны в работе.

Поршневые гидроцилиндры делят:

1. По направлению действия жидкости на поршень:

А) Гидроцилиндр одностороннего действия;

Б) Гидроцилиндр двухстороннего действия.

2. По виду движения выходящего звена:

А) Гидроцилиндр с подвижным штоком;

Б) Гидроцилиндр с подвижным корпусом.

3. По форме штока:

А) Гидроцилиндр с односторонним штоком;

Б) Гидроцилиндр с двухсторонним штоком.

рис.1

А – поршневая полость гидроцилиндра;

Б – штоковая полость гидроцилиндра;

1. Корпус;

2. Поршень;

3. Шток;

4,5. Уплотнения;

6. Исполнительные гидролини.

,

где – диаметр поршня; – диаметр штока.

,

где – расход жидкости через гидроцилиндр; – эффективная площадь поршня.

.

Т. о. скорость движения выходного звена определяется количеством жидкости, подаваемой в рабочую камеру гидроцилиндра.

Давление в полостях гидроцилиндра должно быть таковым, чтобы преодолеть нагрузку на выходное звено.

Обычно и – исходные данные для проектирования гидроцилиндра.

Н а рис.1 – гидроцилиндр двухстороннего действия с односторонним штоком (с подвижным штоком).

У словное обозначение этого гидроцилиндра в соответствии с ГОСТ:

Г идроцилиндр одностороннего действия с односторонним подвижным штоком:

Гидроцилиндр двухстороннего действия с двухсторонним подвижным штоком:

Гидроцилиндр двухстороннего действия с двухстороннем штоком и подвижным корпусом.

О бъёмный гидропривод (ОГП)

– давление и расход рабочей жидкости.

Устройство, управляющее объёмными гидропередачами

Они служат для обеспечения нормальной работы (ОГП, т.е. привода) в заданном диапазоне изменения нагрузки и скорости выходного звена.

Устройства включают: распределители жидкости, регуляторы p и Q жидкости.

Общими для них является: наличие подвижного запорно-регулирующего элемента, при перемещении которого частично или полностью перекрываются проходные сечения устройства.

Основные параметры устройств: ,

где Q – расход жидкости; – перепад давления; S – площадь поперечного сечения.

Расходные характеристики:

Распределители жидкости

Служат для изменения направления движения жидкости. Они работают по принципу «закрыто – открыто». Клапаны в распределителе жидкости выполняют таковыми, чтобы гидравлические сопротивления на них были минимальными.

, иногда до 10 .

Различают распределители жидкости:

1. Золотниковые; 2. Крановые; 3. Клапанные.

А: В ОГП чаще всего используют золотниковые, так как они технологичны, компактны, легко управляемы.

1. Корпус;

2. Плунжер;

3. Наполнительные каналы.

Н: При наличии загрязнителя в рабочей жидкости возможно заклинивание плунжера в гильзе.

Б : Указанного недостатка лишены плоские золотниковые распределители:

1. Корпус;

2. Плунжер (плоский);

3. Втулка нажимная;

4. Пружина (слабая).

По конструкции размеры плоских золотниковых распределителей больше обычных золотниковых распределителей.

Д: 1) Более доступный способ обработки плоских поверхностей (плоское шлифование положительно, чем цилиндрическое).

2) Исключена возможность заклинивания плунжера в корпусе.

3) Автоматический выбор зазора

4) Незначительное усилие для перемещения плунжера

Н: Большие габариты по сравнению с цилиндрическим.

Клапаны давления

Служат для поддержания заданной величины давления на каком-либо участке ОГП. Принцип действия основан на уравновешивании сил давления жидкости механической или газовой пружиной.

А: Предохранительный клапан – служит для защиты ОГП от давления, превышающее допустимое, путем эпизодического слива жидкости в момент повышения давления.

П ри нормальной (расчетной) работе ОГП, ПК закрыт.

1. Корпус;

2. Запорно-регулировочный элемент (ЗРЭ);

3. Пружина.

О сновным требованием является обеспечение высокой герметичности в закрытом состоянии (седло выполняется в виде острой кромки).

Где – величина подъема клапана; – сила, развиваемая пружиной; – сила давления жидкости за ЗРЭ.

ЗРЭ может находиться в закрытом, открытом, промежуточном положениях.

1. Рассмотрим установившийся режим работы (ЗРЭ находится на седле) – статическое равновесное состояние ЗРЭ: .

а) Момент открытия.

,

где – жесткость пружины; – деформация (предварительный натяг пружины).

,

где – давление перед клапаном в момент открытия.

.

б) ЗРЭ в верхнем положении (клапан полностью открыт).

_,

где – давление жидкости перед клапаном (при полностью открытом клапане).

При этом динамические силы со стороны потока на ЗРЭ не учитываются.

; ; ,

где – превышение давления перед клапаном в результате появившегося расхода жидкости через него.

(клапан должен быть max рассчитан и подобран, чтобы ).

в) При закрытии клапана.

; ,

где – давление при полностью закрытом клапане; – площадь поверхности, на которую действует .

.

учитывается неравномерность зазора между ЗРЭ, седлом и неточность обработки поверхности.

; ; .

где – гистерезис давления.

Х арактеристика предохранительного клапана.

Н аличие гистерезиса приводит к появлению колебательных процессов в клапане, иногда не затухающие, что не допустимо при высоких давлениях перед клапаном. Поэтому в клапанах с высоким давлением устанавливают специальные демпфирующие устройства.

Условное обозначение предохранительного клапана:

Б: Переливной клапан

Служит для поддержания заданной величины давления на каком-либо участке ОГП путем непрерывного слива жидкости во время работы. Принцип действия переливного клапана аналогичен предохранительному, но т.к. переливному клапану не предъявляется жестких требований по герметичности, то его можно выполнить золотникового типа.

Ч асто .

Если ,

где – площадь дросселирующей щели, образованной кромками ЗРЭ и седла.

Характеристика переливного клапана.

Д ля получения более полной характеристики необходимо использовать в клапанах пружины с меньшей жесткостью.

Условное обозначение клапана:

В: Редукционный клапан

Служит для поддержания заданной величины давления в потоке жидкости, отводимой от клапана, причем давление более низкого, чем давление в подводимой линии.

С хема редукционного клапана.

1. Корпус;

2. ЗРЭ;

3. Седло;

4. Уравновешивающий поршень;

5. Камера отвода жидкости;

6. Рабочая пружина.

– сила давления жидкости на уравновешивающий поршень.

Она уравновешивается силой давления жидкости на коническую поверхность ЗРЭ, т.е. величина давления непосредственно не влияет на работу редукционного клапана.

Условия равновесия ЗРЭ.

; ,

где с – жесткость пружины; – деформация пружины при полностью закрытом клапане; – смещение ЗРЭ.

, т.е. постоянство давления определяется жесткостью пружины и величиной смещения ЗРЭ.

Характеристика редукционного клапана.

Н екоторое объясняется наличием гидродинамических сил, действующих на ЗРЭ в зоне дросселирующей щели.

Условное обозначение редукционного клапана:

Г: Обратный клапан

Служит для свободного пропускания жидкости в одном направлении и прекращения ее движения в обратном. В обратном клапане пружина служит только лишь для фиксации ЗРЭ в седле (пружина слабая).

1 ) , ;

2) Высокая герметичность в обратном направлении.

Условное обозначение обратного клапана:

В тех случаях, когда необходимо при наличии управляющего сигнала обеспечить поток жидкости в обоих направлениях, а при отсутствии сигнала только в одном применяют управляемые обратные клапана - гидрозамки.

А и Б – исполнительные гидролинии;

В – линия управления;

– сигнал управления.

Е сли сигнал отсутствует ( ) жидкость движется только в одном направлении например из Б в А ( не движется, если нет сигнала).Если сигнал присутствует ( ) то жидкость движется из Б в А или из А в Б.

Условное обозначение гидрозамка:

Требования: высокая герметичность.

Регуляторы расхода

А: Постоянные дроссели

Служат для создания на определенном участке гидролинии перепада давления. Постоянные дроссели используются исключительно как функционально-необходимые элементы в системе. Чтобы дроссель отвечал этому назначению перепад давления на нем должен быть много больше гидравлических потерь в гидролинии, в которую он включен (для этого скорость жидкости от 9 до 10 м/с).

Ответственные дроссели выполняют в виде втулок или шайб.

.

При Т.Д. формула расхода: ,

где – коэффициент расхода дросселя; – площадь ж. с. д. ; – плотность жидкости.

(Re и форма отверстия).

,

где V – скорости в трубопроводе.

Из формулы видно: .

При малых расходах жидкости при создании большого перепада на дросселе устанавливают пакет шайб.

,

– перепад давления на пакете шайб.

,

– число шайб.

Формула справедлива, если шайбы установлены на расстоянии ,

где – трубы.

У словное обозначение построения дросселя:

Б: Регулируемые дроссели

Как правило изменение Q через дроссель обеспечивается изменением площади его проходного сечения.

x – смещение ЗРЭ.

Условное обозначение:

Большое применение в ОГП нашли дросселирующие золотниковые гидрораспределители. В отличие от направляющих дросселирующих гидрораспределителей ЗРЭ в дросселирующем гидрораспределителе, занимает бесконечное множество позиций. При этом меняется от 0 до в зависимости от x. При этом дросселирующий распределитель выполняет и функцию направляющего распределителя (принцип действия смотрите выше).

Условные обозначения направляющих распределителей

1. Число рабочих позиций ( - рабочая позиция);

2. Число исполнительных гидролиний;

3. Направление движения жидкости по каналам и проточкам распределителя (в виде );

4.Вид управления перемещениями ЗРЭ.

Схемы ОГП

ОГП включает четыре основных элемента:

1. Источник энергии (насосная станция);

2. Гидродвигатели (гидроустановки, гидромоторы, поворотные гидродвигатели);

3. Элементы управления и контроля потоками жидкости;

4. Трубопроводы, образующие гидравлическую систему ОГП.

ОГП классифицируют по следующим признакам:

а) по виду движения выходного звена (вращательное или поступательное движение);

б) по типу регулирования (регулируемые и нерегулируемые ОГП);

в) по виду циркуляции жидкости (ОГП с разомкнутой циркуляцией и ОГП с замкнутой циркуляцией).

ОГП с дроссельным регулированием

В гидроприводе с дроссельным регулированием изменение скорости движения выходного звена гидродвигателя (штока, вала) достигается за счёт изменения расхода жидкости, пропускаемого через гидродвигатель с помощью регулируемого дросселя.

Возможны два принципиально различимые способы дроссельного регулирования:

а) дроссель установлен последовательно с гидродвигателем;

б) дроссель установлен параллельно с гидродвигателем.

А: ОГП с дроссельным регулированием при .

При данной схеме дроссель может быть установлен до, после, до и после гидродвигателя. Во всех случаях насос работает при .

Д россель на входе:

где H – насос постоянной подачи (нерегулируемый и нереверсируемый); ДР – регулируемый дросселем; КП – клапан переливной (обеспечивает постоянное давление на выходе из насоса Н); P – 2^х позиционный 4^х линейный направляющий распределитель с ручным управлением (обеспечивает реверсирование движения гидроцилиндра Ц); – скорость движения выходного звена ОГП (шток); F – нагрузка на выходное звено.

F положительно, если направление её противоположно направлению движения выходного звена; F отрицательно, если направление совпадает с движением выходного звена.

1. Пусть нагрузка на выходное звено неизменна , а (площадь проходного сечения дросселя), тогда при при заданной нагрузке F ,

где – расход жидкости через двигатель (цилиндр).

Если не подвижен.

.

2. Пусть .

Если надо чтобы .

3. При (вся подача насоса H через переливной клапан ПК отправляется на слив).

Проанализируем зависимость .

; ,

где D – диаметр поршня; d – диаметр штока.

– при последующей установке.

.

,

где – давление жидкости в полости нагнетателя ГЦ.

,

где – давление в ГЦ; – давление жидкости в сливной камере ГЦ.

; ; ; ; .

Специфические особенности данной схемы

а) В гидродвигатель поступает жидкость, нагретая в дросселе.

б) Гидропривод не обеспечивает работу при отрицательной нагрузке (из-за нарушения сплошности потока в нагнетательной линии).

КПД ОГП

,

где – крутящий момент на валу насоса; – угловая скорость вала Н.

Допустим, что и .

;

.

Но и на остальном режиме работы не велик.

Это объясняется тем, что гидравлические потери имеют место как при движении жидкости через дроссель, так и через переливной клапан.

ОГП с дроссельным регулированием при установке дросселя после гидродвигателя или на входе и выходе после него по принципу действия аналогичны рассмотренному.

Д: 1) В схеме используются простейшие, надёжные, самые дешёвые насосы;

2) Возможно создание многодвигательных систем с различной конструкцией, питаемых от одного насоса Н;

3) Лёгкость управления элементом регулирования (дросселя);

4) Хорошие естественные условия охлаждения жидкости;

5) Возможность работы при знакопеременной нагрузке.

Н: 1) Низкий ;

2) Т.к. в схеме имеет место разомкнутая система циркуляции, то возможно попадание воздуха и загрязнителей рабочей жидкости;

3) На входе в насос возможно появление гравитации.

О ГП с дросселирующим регулированием при перемешенном давлении

Где КП – предохранительный клапан; .

*Обозначения аналогичны предыдущей схеме.

.

Пусть нагрузка неизменна. Если площадь прох. .

1. ;

2. .

для конкретной нагрузки F.

.

Пусть , а .

; ; ; .

Н агрузочная характеристика

При малых сигналах управления характеристика жёсткая.

Р егулировочная характеристика

Д: Т.к. в данной схеме работа насоса H как бы приспосабливается к нагрузке на выходном звене, а потери мощности имеют место только лишь в дросселе, то КПД этого привода существенно больше КПД ОГП с дроссельным регулированием .

H: 1) Невозможность создания многодвигательного гидропривода, питаемого от одного насоса;

2) При открытом дросселе нагрузочная характеристика не отличается высокой жёсткостью;

3) ОГП с дроссельным регулированием используется при мощностях не более 5 кВт.

Объёмные гидродвигатели с объёмным регулированием

В таких гидроприводах скорость движения выходного звена изменяется путём изменения объёма рабочих камер гидромашин (либо H, либо гидродвигателей, либо Н и гидродвигателей).

Как правило . , где – рабочий объём гидродвигателя; – частота вращения.

; ; .

Введём параметр – параметр регулирования гидромашины (Н – p, l –эксцентриситет пластинчатого насоса).

,

где – текущий рабочий объём гидромашины; – максимальный рабочий объём гидромашины.

а) Регулирование скорости изменением рабочего объема насоса.

; ; .

Данная схема обеспечивает изменение скорости гидродвигателя в широком диапазоне при всевозможных нагрузках.

б) Регулирование скорости изменением рабочего объёма гидродвигателя.

; .

Если .

в) Регулирование скорости изменением рабочего объёма насоса и гидродвигателя.

; .

Сначала повышаем параметры регулирования , насоса: при от 0 до (определяемый ).

Затем при снижаем до 0 .

.

На практике широкое применение получили ОГП с регулируемым насосом Н.

Где – регулируемый реверсивный насос (аксиально-поршневой); γ – угол наклона диска; ГМ – гидромотор (аксиально-поршневой нерегулируемый, но реверсивный); – нагрузка на выходном звене гидромотора (крутящий момент); МВД – магистраль высокого давления; МНД – магистраль низкого давления.

Рабочая жидкость циркулирует по контуру: – МВД – ГМ – МНД – – это силовой контур.

При изменении знака γ (угла наклона диска основного насоса ) МВД и МНД меняется местами, при этом направление вращения вала гидромотора меняется на противоположное.

, где – давление насоса.

, где – давление в гидромоторе.

Предположим, что ↑ ↑ ↑, причём т.е. увеличение нагрузок автоматически приводит к увеличению давления в насосе.

Если γ = 0 = 0 = 0 = 0 (частота вращения).

Если γ ↑ ↑ ↑ ↑.

Если γ = γ , = .

Для восполнения утечек жидкости из основного (силового) контура, а так же для создания в МНД давления, выше атмосферного (для исключения кавитации во всасывающем патрубке насоса) в схему включена система подпитки: ; Ф; ; ; ,

где – вспомогательный насос (нереверсивный нерегулируемый насос).

;

.

Где – клапан переливной (поддерживает ); , – обратные клапаны (обеспечивают автоматическое соединение с МНД); и – предохранительные клапаны (защищают систему от разрушения при увеличении крутящего момента выше допустимого).

Если → → → срабатывает жидкость от циркулирует по контуру – МВД – – МНД – . Давление в контуре определяется настройкой предохранительного клапана .

Д: 1) Высокий КПД: ; падение КПД в основном происходит из-за утечек жидкости в насосе и гидромоторе (на практике ).

2) Компактность схемы.

3) Высокая жёсткость нагрузочной характеристики.

Некоторое падение частоты вращения объясняется наличием утечек жидкости в насосе и гидромоторе, а так же наличием сил вязкого трения, гидравлическими потерями в трубах и каналах машины и некоторым падением частоты вращения под нагрузкой.

Н: 1) Сложность конструкции регулируемого насоса.

2) Необходимость установки индивидуального насоса для гидродвигателя.

3) Сложность управления подачи насоса (для изменения угла γ используется специальный гидроусилитель).

Область применения N > 5кВт.

ОПГ с объёмно-дроссельным регулированием

Для улучшения энергетических показателей ОГП с дроссельным регулированием необходимо направлять в регулируемый дроссель такое количество жидкости, при котором слив жидкости через переливной клапан был бы исключён.

Такая задача решается с помощью автоматизированного регулировочного насоса с обратной связью по давлению.

Где Н – автоматически регулируемый насос с обратной связью по давлению (подача зависит от давления ).

Возможны конструкции насоса, когда поддерживается постоянным при изменении подачи от 0 до max, либо зависимость и поддерживается линейной так, что мощность насоса =const.

Где КП – клапан предохранительный; Ф – фильтр тонкой очистки; АК – аккумулятор рабочей жидкости (сглаживает пульсации давления при колебании нагрузки на выходном звене); Р – дросселирующий, направляющий золотниковый гидрораспределитель с ручным управлением.

Пусть . При ↑F→ ↑→ ↑→ ↑→ γ↓→ ↓→ ↓.

Т.е. в данном случае поддерживается const, при котором гидравлические потери сводятся лишь к потерям на дросселирование в гидро-распределителеле Р.

Д: 1) Обладает всеми достоинствами, характерными для ОГП с чисто дроссельным регулированием.

2) Достаточно высокий КПД (на оптимальных режимах 50- 60%).

Н: 1) Сложность конструкции регулируемого насоса.

3. Некоторые сведения об объёмном пневматическом приводе (ОПП)

Общая структура ОПП аналогична ОГП.

Приводящий двигатель

→

Источник энергии раб. среды

→

Устройство распр-ия и контроля

→

Объёмный Двигатель

В отличие от ОГП в ОПП рабочей средой является газ (воздух чаще всего). «Приготовление» его осуществляется в компрессоре.

Газ в отличие от капельной жидкости отличается существенной сжимаемостью. Так, если:

– жидкость капельная, то , причём ,

где к – коэффициент адиабаты к = 1,4 (для воздуха); р – давление газа р = (0,2 ÷0,6) МПа.

Основные физические параметры газа.

С достаточной для практики точностью уравнение, описывающее состояние газа:

1) р – давление;

2) T – температура (°К);

3) – плотность.

С достаточной для практики точностью уравнение, описывающее состояние газа таково:

– уравнение Клайперона,

где – удельный объем газа; R – универсальная газовая постоянная.

.

,

где m – масса газа.

,

.

Процессы, протекающие в газе могут быть изотермические, изохорные, адиабатные, политропные.

Процессы, протекающие в элементах ОПП при движении газа по ним можно считать адиабатными (т.е. отсутствует теплообмен газа с окружающей средой).

(*) ,

где к – коэффициент адиабатности.

Хотя, при движении газа по трубопроводам, каналам, дросселям происходит изменение параметров его от сечения к сечению вдоль потока массовый расход газа не изменен.

(**) ,

где М – массовый расход, кг/сек; u – скорость газа, м/с; S – площадь сечения потока, ; – плотность, .

Очевидно: .

С приемлемой точностью во многих случаях движение газа в элементах ОПП можно считать установившимся, а газ идеальным, т.е. отсутствуют силы вязкости. В этом случае уравнение движения газа получается из совместного решения уравнений (*), (**) и дифференциальных уравнений движения идеальной жидкости (уравнение Эйлера).

– уравнение Бернулли для газов.

Потери на трение при движении газа в трубопроводах при небольших скоростях (когда ) описывается уравнением:

,

где – средние на участке l.

(форма канала, Re).

,

где – относительная шероховатость.

Решая уравнение Бернулли для течения газа через дросселирующее отверстие, получаем уравнение массового расхода:

,

где – коэффициент расхода, учитывает потери энергии в потоке в следствии деформации его и образовании вихрей; S – площадь жидкого сечения; – давление до дросселирующего отверстия; – давление после дросселирующего отверстия; – температура газа после дросселирующего отверстия.

Если ,

где – по справочникам.

Принципы действия и конструктивное испытание элементов ОПП в большинстве случаях аналогичны элементов ОГП. Кроме того, некоторые элементы используются одновременно и в ОГП и в ОПП.

В качестве к/двигателя в ОПП чаще всего используют пневмоцилиндр, который отличается высокой скоростью движения (до 1м/с).

Вследствие этого встает вопрос о создании специальных, демпфирующих, которые предотвращают удар поршня о корпус в конце хода.

Из-за существенной сжимаемости газа в ОПП не реализуется объемный способ регулирования.

Чаще всего встречаются ОПП с дроссельным регулированием (с дросселем на выходе) режим течения обычно – турбулентный.

Простейшая принципиальная схема.

Д: 1) Неограниченные ресурсы рабочего тела.

2) Простота конструкции элементов ОПП, отсутствие сливных линий.

3) Легкость автоматизации процессов управления.

4) Высокая надежность пневмопривода.

5) Возможность работы в агрессивных, запыленных и пожароопасных средах.

6) Достаточно высокий КПД до 80%.

Н: 1) Ограничение мощности (ОПП целесообразно применять при перемещении грузов не более (10-15кг)).

2) Снижение скорости движения выходного звена при увеличении нагрузки из-за сжимаемости газа.

3) Большой шум при работе.

Лекции по дисциплине «Гидропневмопривод ПТМ и СДМ», семестр 2

Гидравлический привод (гидропривод) – совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т.д.).

Механизация трудоемких процессов.

Гидропередача – силовая часть гидропривода.