4.3. Гидроприводы с регулятором расхода

Общей особенностью гидроприводов дроссельного управления с дросселем (рис. 4.1, 4.3, 4.4) является зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от нагрузки на нем. Так как это влияние возникает в результате изменения перепада давления на дросселе, стабилизация скорости возможна при обеспечении постоянства перепада давления. При различных режимах работы привода.

Рис. 4.6. Принципиальная схема гидропривода с регулятором расхода (дроссель + редукционный клапан)

Эта задача решена в гидроприводах с регуляторами расхода, в которых перепад давления на регулируемом дросселе поддерживается постоянным с помощью клапана давления. В соответствии с двумя схемами исполнения регуляторов расхода рассмотрим следующие виды гидроприводов.

На рис. 4.6 показана принципиальная схема гидроприво­да, в котором применен двухходовой регулятор расхода, со­стоящий из дросселя и редукционного клапана. Регулятор расхода РР устанавливается либо в напорной линии гидро­двигателя, либо в сливной. Параллельно насосу Н установ­лен клапан давления К, работающий в режиме переливного клапана. Этот клапан поддерживает постоянным давление перед регулятором расхода, для чего в гидроприводе долж­но быть обеспечено неравенство

(4.23)

Регулирование скорости поршня гидроцилиндра Ц обес­печивается изменением проходного сечения дросселя ДР. Редукционный клапан обеспечивает автоматическое изменение давления перед дросселем в зависимости от давления за ним [4], тем самым перепад давления на дросселе под­держивается постоянным.

Рис. 4.7. Схема регулятора расхода с редук­ционным клапаном

Рассмотрим основные статические характеристики тако­го привода. Перепад давления на дросселе равен (рис. 4.7)

(4.24)

где — наибольший диаметр золотника, определяющий площадь поверхностей, на которые действуют давления жид­кости , и ; — сила предварительного сжатия пру­жины, соответствующая положению золотника, при котором величина открытия рабочей щели равна нулю; C — коэффи­циент жесткости пружины; h — открытие рабочей щели зо­лотника.

Учитывая, что смещение золотника намного меньше пред­варительного сжатия пружины, перепад давления можно считать постоянным, т. е.

(4.25)

Пружина золотника имеет небольшую жесткость, доста­точную лишь для преодоления сил трения. Поэтому перепад

Рис. 4.8. Статические характеристики гидропривода с регулятором расхода (дроссель + редукционный клапан)

давления обычно составляет 0,2—0,3 МПа. При этом чувст­вительность золотника регулятора расхода к облитерацион­ным явлениям небольшая.

Давление в рабочей полости гидродвигателя пропорцио­нально нагрузке, что видно из соотношения (4.2). На рис. 4.8, а дано графическое представление перечисленных зави­симостей.

Скорость движения поршня гидроцилиндра определяется расходом через дроссель и рабочей площадью гидроци­линдра F

(4.26)

Наибольшая удельная нагрузка , которую может преодо­леть гидропривод поддерживая постоянной скорость движе­ния поршня, составляет величину . При нагрузке ' про­исходит полное торможение гидродвигателя.

Нагрузочная характеристика привода (рис. 4.8,б), по­строенная при , свидетельствует о высокой жест­кости привода, даже при учете некоторого уменьшения рас­хода через дроссель при увеличении давления за ним [4].

Мощность, потребляемая насосом, постоянна

. (4.27)

Мощность, развиваемая гидродвигателем (без учета по­терь в нём), определяется выражением

(4.28)

и ее зависимость от удельной нагрузки представлена на рис. 4.8, в.

С учетом выражения (4.23) КПД привода равен

(4.29)

Максимальное значение КПД имеет при (рис. 4.8, г) и составляет

(4.30)

На основании рассмотренных характеристик можно от­метить следующие преимущества гидропривода с регулято­ром расхода, состоящего из дросселя и редукционного кла­пана, по сравнению с гидроприводом, в котором применен обычный дроссель: 1) высокий КПД; 2) стабильность ско­рости при переменной нагрузке; 3) возможность получения устойчивых малых скоростей, так как облитерация щелей проявляется в меньшей степени. Недостатком является не­которое увеличение стоимости гидроаппарата.

Второй вид гидропривода, в котором в качестве регули­рующего аппарата применен трехходовой регулятор расхо­да, состоящий из дросселя и напорного клапана, показан на рис. 4.9. Такой регулятор расхода может быть установ­лен только в напорной гидролинии двигателя.

Рис. 4.9. Принципиальная схема гидропривода с регулятором расхода (дроссель + напорный клапан)

Рис. 4.10. Схема регу­лятора расхода с на­порным клапаном

Напорный клапан КН установлен параллельно дросселю ДР и рабо­тает в режиме переливного клапана, т. е. в гидроприводе должно быть обеспечено неравенство (4.23)

Напорный клапан обеспечивает постоянный перепад давления на дросселе (рис. 4.10)

(4.31)

Главной особенностью регулятора расхода с напорным клапаном является то, что насос работает при переменном

Рис. 4.11. Статические характеристики гидропривода с регулятором расхода (дроссель + напорный клапан)

давлении в напорной гидролинии, определяемом уровнем нагрузки на выходном звене гидродвигателя:

(4.32)

Зависимости давлений в гидросистеме привода от нагруз­ки приведены на рис. 4.11, а. Наибольшая нагрузка, преодо­леваемая приводом в рабочем режиме, составляет а тормозная нагрузка '. Наибольшее давление в гидроприводе определяется настройкой пружины предохранительного кла­пана КП (см. рис. 4.9).

Регулирование скорости движения выходного звена гид­ропривода обеспечивается с помощью изменения проходного сечения дросселя. Зависимость скорости от нагрузки на выходном звене представлена на рис. 4.11,б, где

Мощность, потребляемая насосом, определяется выражением

(4.33)

а мощность, развиваемая гидродвигателем, равна

(4.34)

Таким образом, гидропривод потребляет мощность , пропорциональную нагрузке на выходном звене гидродвига­теля. Наименьшее и наибольшее значения этой мощности приведены на рис. 4.11, в.

Выражение для КПД гидропривода с учетом (4.31) имеет следующий вид:

(4.35)

Графическая зависимость КПД от удельной нагрузки имеет вид гиперболы (рис.4.11, г).

Максимальное значение КПД такое же, как и в предыдущей схеме, и имеет место при . Но в рабочем диа­пазоне изменения нагрузки КПД выше.

Таким образом, преимущество гидропривода с регулято­ром расхода, состоящим из дросселя и напорного клапана, состоит в более высоком КПД, в меньших тепловыделениях и в возможности более компактного исполнения управляющих устройств. Однако, ввиду переменности давления на вы­ходе из насоса, привод каждого рабочего органа машины должен быть индивидуальным, т. е. от одного насоса можно управлять лишь одним гидродвигателем.

Общими преимуществами гидропривода с дроссельным управлением являются простота конструкции, высокая надежность и низкая стоимость регулирующей аппаратуры и насосов, широкий диапазон регулирования скорости, воз­можность в ряде схем осуществления перемещений с малы­ми скоростями, простота получения жесткой нагрузочной ха­рактеристики, высокое быстродействие. Но в силу больших потерь мощности при малых скоростях перемещения испол­нительных устройств, они применяются при небольших мощ­ностях, обычно не более 3 кВт.