ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

В. И. ГОЛУБЕВ

СИЛОВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ

ГИДРОПРИВОД

В ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИИ

Москва

1989

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

В. И. ГОЛУБЕВ

Утверждено

учебным управлением МЭИ

в качестве учебного пособия

для студентов

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

по курсу

ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД

СИЛОВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ

ГИДРОПРИВОД

В ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИИ

Редактор Г. М. Моргунов

Москва

1989

620.9

Г 621

УДК: 620.9.002: 621.22-82(075.8)

Силовой регулируемый гидропривод в энергомашиностроении. Голубев В. И. /Под ред. Г. М. Моргунова. — М.: Моск. энерг. ин-т. 1989 г. — 107 с.

В учебном пособии рассмотрен широкий круг вопросов, связанных со свойствами рабочих жидкостей, устройством, принципом действия и статическими характеристиками регулируемых гидроприводов с дроссельным, машинным и машинно-дроссельным управлением. Описываются гидравлические схемы, устройство и принцип действия типовых насосных установок, используемых в гидроприводах. Кроме основного материала в пособие включены вопросы, предназначенные для самостоятельного изучения по рекомендуемой литературе.

Учебное пособие построено на базе курса лекций, читаемого автором, и научных работ, выполненных в Московском энергетическом институте. Оно предназначено для студентов МЭИ, специализирующихся в области гидропривода и гидроавтоматики, а также студентов других специальностей, предусматривающих изучение этой дисциплины.

Рецензенты:

докт. техн. наук проф. Лещенко В. А.,

канд. техн. наук доц. Москвин В. Г.

Московский энергетический институт, 1989 г.

ВВЕДЕНИЕ

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986—1990 гг. и на период до 2000 года предусматривается коренная реконструкция и опережающее развитие машиностроительного комплекса. Наряду с увеличением выпуска продукции машиностроения ставится задача создания новых поколений высокоэффективной техники с широким применением автоматического управления.

Для управления машинами применяются различные ви­ды силовых регулируемых приводов: механические, электрические, гидравлические, пневматические. Важное место среди них занимает силовой гидропривод. Область целесообразного применения гидропривода достаточно четко определилась в последние годы. Обладая большой энергоемкостью по сравнению с другими видами приводов, он нашел применение в машинах, исполнительные устройства которых развивают высокие мощности: до десятков, сотен и более киловатт.

Роль гидропривода в таких машинах заключается в следующем. Гидродвигатели, входящие в состав гидропривода, обеспечивают перемещение рабочих органов, преодолевая действующие на них нагрузки. С помощью гидравлических устройств осуществляется управление параметрами этих перемещений. Могут изменяться направление и скорость движения отдельных гидродвигателей, обеспечиваться последовательность и синхронность движений нескольких гидродвигателей и т.п. Гидроприводы могут входить в состав более крупных систем автоматического управления, исполняя роль усилителей сигналов и исполнительных устройств и осуществляя перемещение рабочих органов машин по заданной программе или поддерживая постоянными заданные параметры движения. В таких системах широкое применение нашел комбинированный вид привода — электрогидравлический, в котором используются быстродействующие электрические управляющие команды, а силовую функцию выполняет гидропривод.

Масштабы применения гидроприводов постоянно растут. Энергомашиностроение является одним из его потребителей. Так, гидропривод используется в системах управления гидравлических, паровых и газовых турбин, тепловозов, судов, самолетов, двигателей внутреннего сгорания, барабанов котельных установок и т. д.

Гидропривод легко стыкуется с электронными, в том числе и микропроцессорными, системами автоматического управления, что расширяет области его применения при создании новых видов техники.

Учебное пособие написано по материалам лекций, читаемых автором в Московском энергетическом институте для студентов специальности «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика». При написании пособия учтено, что студентами уже изучены курсы «Механика жидкости и газа», «Объемные гидромашины» и рассмотрена элементная база гидроприводов, которая была изложена в учебном пособии автора «Устройства гидроавтоматики в энергомашиностроении».

В настоящее пособие включены вопросы, касающиеся способов регулирования скорости исполнительных устройств гидроприводов. Определены области целесообразного использования каждого способа. Особое внимание уделено потерям мощности, что необходимо знать для определения экономической эффективности применения того или иного способа регулирования скорости.

Рассмотрены основные виды гидроприводов в зависимости от характера движения исполнительного устройства и вида источника гидравлической энергии.

Характеристики силового гидропривода во многом определяются видом применяемых рабочих жидкостей и, следовательно, их свойствами. В связи с этим в пособие включена глава, посвященная рабочим жидкостям, и особое внимание уделяется тем свойствам, которые необходимо учитывать при проектировании гидравлических схем и устройств, расчете параметров гидроприводов.

В пособии рассмотрены типовые насосные установки, являющиеся источниками рабочей жидкости в гидроприводах и входящие в их состав.

Ряд вопросов, имеющих вспомогательное значение, предназначен для самостоятельного изучения. В отдельной главе приведен подробный их перечень с указанием литературы, в которой эти вопросы изложены. Для самоконтроля степени усвоения изложенного в учебном пособии материала в конце каждой главы приведены контрольные вопросы.

В пособии применена терминология, установленная ГОСТ 17752-81 на гидроприводы и ГОСТ 17398-72 на насосы и соответствующими стандартами стран СЭВ.

1. Общие сведения о гидроприводах

1.1. Основные понятия и определения

Гидропривод служит для приведения в движение меха­низмов и машин за счет энергии жидкости. Различают объемный и гидродинамический гидроприводы.

Объемным гидроприводом в соответствии с ГОСТ 17752—81 [19] называется привод, в состав которого входит гидравлический механизм с одним или более объемными гидродвигателями. Передача энергии к двигателям осущест­вляется посредством жидкости, находящейся под давлением. Под объемным гидродвигателем понимают такую гидрома­шину, в которой преобразование энергии потока жидкости в механическую энергию выходного звена происходит в про­цессе перемещения под действием сил давления замкнутого объема.

В гидродинамическом приводе преобразование гидравли­ческой энергии в механическую осуществляется путем вза­имодействия потока жидкости с лопастной системой гидро­двигателя. Основными элементами такого привода являют­ся колесо центробежного насоса, непосредственно связанное с ведущим валом, и колесо реактивной турбины, связанное с ведомым валом.

Области применения объемных и гидродинамических при­водов определяются следующим. Объемные гидроприводы устанавливают кинематические связи между ведущим и ве­домым звеньями, т. е. они могут поддерживать на ведомом звене любую заданную скорость независимо от нагрузки. Гидродинамические приводы устанавливают только силовые связи, соотношение скоростей ведущего и ведомого звеньев определяется уровнем нагрузки на ведомом звене. Это свой­ство используется, например, в транспортных машинах, где необходимо автоматическое изменение развиваемого момента от скорости движения.

В настоящем пособии рассматривается только объемный гидропривод и поэтому в дальнейшем он будет сокращенно называться гидроприводом. Принципиальная схема простейшего гидропривода показана на рис. 1.1.

Рисунок 1.1. Принципиальная схема простейшего гидропривода

Гидропривод осу­ществляет перемещение груза массой m в вертикальном направлении. Насос 1, приводимый в движение внешним ис­точником, производит всасывание жидкости из резервуара 4 через кран 3 в позиции I. В позиции II крана происходит вытеснение жидкости из рабочего объема насоса в рабочий объем гидродвигателя 2 и перемещение груза вверх. Пере­дача энергии от насоса к гидродвигателю происходит посредством рабочей жидкости, давление которой опреде­ляется сопротивлением, оказанным ее движению. Если не учитывать гидравлическое сопротивление трубопровода 5 и силу трения в гидродвигателе, то давление будет равно

,

где - площадь поршня; — ускорение свободного падения.

Опускание груза вниз происходит в позиции III крана действием нагрузки.

Гидропривод функционально состоит из следующих устройств: гидромашин, гидроаппаратов, кондиционеров рабо­чей жидкости, гидроемкостей и гидролиний. Совокупность гидроустройств, входящих в состав гидропривода, называется гидросистемой.

В качестве гидромашин в гидроприводе применяются насосы, гидродвигатели, насосы-моторы, преобразователи давления и гидровытеснители.

Насосы создают поток рабочей жидкости, преобразуя механическую энергию приводящего двигателя в гидравлическую энергию этого потока. Основное применение в гидроприводах нашли аксиально- и радиально-поршневые, пластинчатые и шестеренные насосы.

Гидродвигатели преобразуют гидравлическую энергию потока жидкости в механическую энергию их выходных звеньев. Различают три вида гидродвигателей: гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели и гидромоторы.

Насос-мотором называется гидромашина, предназначенная для работы в составе гидропривода как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора.

Рисунок 1.2. Принципиальная схема гидропреобразователя

Гидропреобразователь предназначен для преобразования энергии одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока с изменением значения давления. Как правило, в гидропреобразователях происходит увеличение давления. В качестве примера на рис. 1.2 приведена схема гидропреобразователя вращательного типа, состоящего из двух шестеренных гидромашин 1 и 2, валы которых жестко соединены между собой механической связью 3. При подводе к гидромашине 1 рабочей жидкости с давлением рвх ее вал вращается, передавая вращение валу гидромашины 2. Таким образом, гидромашина 1 работает в режиме гидромотора, а гидромашина 2 в режиме насоса. Из уравнения равновесия крутящих моментов на валах гидромашин имеем выражение для давления жидкости на выходе из преобразователя

,

где V₀₁, V₀₂ — рабочие объемы [11] гидромашин 1 и 2.

Но надо иметь в виду, что в процессе преобразования энергии происходит уменьшение расхода Q₂ в выходной гидролинии по сравнению с расходом Q₁ во входной, так как мощность потоков не меняется ( ), если не учитывать потери в гидропреобразователе, т. е.

,

Рисунок 1.3. Принципиальная схема гидровытеснителя

Гидровытеснитель предназначен для преобразования энергии одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока без изменения значения давления. В качестве примера на рис. 1.3 приведена схема гидровытеснителя, в котором разделение потоков осуществляется с помощью поршня. Такие гидромашины обычно применяются для разделения двух видов рабочих жидкостей или жидкости и газа, применяемых в гидроприводах.

Гидроаппараты обеспечивают изменение, усиление или поддержание заданных значений давления, расхода или направления потока рабочей жидкости. В качестве собирательного названия гидроаппаратов допускается применять термин «гидроаппаратура». Устройство, принцип действия и характеристики гидроаппаратов подробно рассмотрены в учебном пособии [4].

Кондиционеры рабочей жидкости предназначены для обеспечения ее необходимых качественных показателей и состояния. К ним относятся фильтры и сепараторы, обеспечивающие очистку рабочей жидкости от загрязняющих примесей, теплообменники, обеспечивающие охлаждение или нагрев рабочей жидкости, и некоторые другие устройства.

Гидроемкости служат для содержания рабочей жидкости с целью использования ее в процессе работы гидропривода. К ним относятся гидробаки и гидроаккумуляторы.

Гидролинии предназначены для прохождения рабочей жидкости и передачи давления от одного устройства к другому. Конструктивно они представляют собой трубы, рукава, монтажные плиты, трубопроводные соединения. В качестве собирательного названия для гидролиний допускается применять термин «гидросеть».

Классификация устройств, входящих в состав гидропривода, дана на рис. 1.4.

Рисунок 1.4. Классификация устройств, входящие в состав гидропривода

В гидроприводе часто несколько устройств компонуются в одно целое. Наибольшее применение нашли следующие комбинированные устройства .[19].

Гидропередача — часть гидропривода, состоящая из насоса, гидродвигателя и соединяющих их гидролиний и предназначенная для передачи движения от приводящего двигателя к звеньям машины.

Насосный агрегат — устройство, состоящее из одного или нескольких насосов и приводящего двигателя, соединенных между собой.

Насосная установка — насосный агрегат с комплектующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса, и следовательно, подачу жидкости в систему при определенных значениях расхода и давления.

Гидроусилителем называют совокупность гидроаппаратов, предназначенных для преобразования и усиления мощности управляющего сигнала любой природы в мощность потока рабочей жидкости и изменения его направления в соответствии с этим сигналом.

Гидропанель представляет собой совокупность гидроаппаратов, конструктивно объединенных на монтажной плите в одно целое.