Принципиальные схемы и механические характеристики схем гидравлических приводов с дроссельным регулированием скорости.

Работа гидроприводов с постоянным давлением.

Принципиальная схема гидропривода с дросселем на входе показана на рис. 1. Гидропривод состоит из нерегулируемого насоса Н с приводящим электродвигателем ЭД, бака Б, переливного клапана КП, регулируемого дросселя ДР, направляющего распределителя Р и поршневого гидроцилиндра Ц. Насос Н всасывает рабочую жидкость из бака и нагнетает ее под давлением в напорную линию. Далее рабочая жидкость поступает через дроссель и распределитель в одну из полостей гидроцилиндра, например, в полость А. Под действием давления рабочей жидкости поршень перемещается вправо, а из полости Б гидроцилиндра рабочая жидкость вытесняется и через распределитель по сливной линии поступает в бак. Направление движения поршня цилиндра изменяют с помощью распределителя Р, а величина скорость с помощью дросселя ДР.

В рассматриваемом приводе расход рабочей жидкости, подводимой к гидроцилиндру, равен расходу рабочей жидкости через дроссель:

,

где  - коэффициент расхода, б/р;  - плотность рабочей жидкости, кг/м³, р – перепад давления на дросселе, Па; S_др – площадь проходного сечения дросселя, м².

Излишек рабочей жидкости Q_н-Q_др сливается в бак через переливной клапан, который поддерживает давление р₁ постоянным. Давление р₂ после дросселя, зависящее от нагрузки, определяют из условия равновесия гидроцилиндра (без учета сил трения и инерции):

p₂∙S_п=F_н+p_c∙S_п,

где F_н – нагрузка на штоке цилиндра, Н; S_п – рабочая площадь поршня гидроцилиндра, м²; р_с – давление рабочей жидкости в сливной линии, Па.

Без учета давления в сливной линии перепад давления на дросселе р=р₁-р₂=р₁-F_н/S_п. Учитывая, что Q_ц=v∙S_п, находим среднюю скорость поршня цилиндра:

(1)

Согласно (1), при полном открытии дросселя скорость поршня получается максимальной. При уменьшении открытия дросселя давление перед ним повышается, предохранительный клапан приоткрывается больше и пропускает часть подачи насоса. Скорость v поршня при этом уменьшается. При полном закрытии дросселя вся подача насоса направляется через клапан на слив в бак, а скорость поршня равна нулю. При постоянном S_др и увеличении преодолеваемой нагрузки, т. е. силы F_н, скорость поршня уменьшается. На рис. 2 показаны механические характеристики (зависимости скорости движения поршня гидроцилиндра от нагрузки) привода с дросселем на входе. Скорость холостого хода v_хх определяют при отсутствии нагрузки F_н=0. Характеристика S_др.max построена для привода с полностью открытым дросселем. Как видно на характеристике максимальная нагрузка F_max, при которой выходное звено останавливается, от степени открытия дросселя не зависит.

Гидроприводы с дросселем на входе непригодны для работы в режимах с отрицательными нагрузками (т.е. с нагрузками, направление действия которых совпадает с направлением движения поршня гидроцилиндра). Под действием отрицательной нагрузки скорость штока может увеличиться настолько, что произойдет разрыв сплошности потока рабочей жидкости в рабочей полости цилиндра, и движение поршня станет неуправляемым, т.к. в сливной линии отсутствуют тормозные или демпфирующие устройства. К недостаткам данного гидропривода можно отнести низкий КПД (<0,36) и нагрев цилиндра рабочей жидкостью, поступающей в него после прохождения через дроссель.

Рис. 1. Схема с дросселем на Рис. 2. Механические

Входе. характеристики.

Принципиальная схема гидропривода с дросселем на выходе показана на рис. 3. В данной схеме давление р₁ в напорной линии поддерживается постоянным с помощью переливного клапана КП. Через дроссель ДР рабочая жидкость поступает из полости гидроцилиндра Ц в бак. Скорость движения поршня гидроцилиндра определяется по формуле:

(2)

Преимущество данной схемы – возможность регулирования скорости движения выходных звеньев гидродвигателей при знакопеременной нагрузке (т.к. при любом направлении действия силы F_н изменению скорости препятствует сопротивление дросселя), быстрая затормаживаемость двигателя, отвод теплового потока, выделяющегося при дросселировании рабочей жидкости непосредственно в бак, минуя гидроцилиндр. Недостатки схемы – зависимость скорости движения выходного звена гидроцилиндра от нагрузки, а также меньшая экономичность по сравнению со схемой с дросселем на входе (т.к. часть мощность двигателя затрачивается на преодоление противодавления в сливной полости).

Принципиальная схема гидропривода с дросселирующим распределителем показана на рис. 4. Дросселирующий распределитель Р выполняет при работе привода две функции: изменяет направление потока рабочей жидкости и регулирует скорость движения штока гидроцилиндра. При перемещении золотника распределителя под внешним воздействием, например, вправо, в распределителе создаются два рабочих проходных сечения (две дросселирующие щели). Через первую дросселирующую щель (дроссель на входе) рабочая жидкость под давлением поступает в полость А гидроцилиндра. Под действием давления поршень перемещается вправо, при этом рабочая жидкость вытесняется из полости Б цилиндра и проходит через вторую дросселирующую щель распределителя (дроссель на выходе из цилиндра) в бак. При изменении внешнего воздействия на золотник изменяются площади рабочих проходных сечений, а, следовательно, и расход рабочей жидкости через них. Такие схемы применяются в следящих гидроприводах с автоматическим управлением.

Для симметричного дросселирующего золотникового распределителя и для гидроцилиндра с двусторонним штоком расходы в рабочих окнах и перепады давления в них одинаковы, поэтому для перепада давления на золотнике р_др.з и скорости поршня v будем иметь следующие формулы:

(3)

Рис. 3. Схема с дросселем на Рис. 4. Схема с дросселирую-

выходе. щим распределителем.

Следовательно, при одинаковых нагрузках F_н и скоростях v в обоих направлениях:

а при , т.е. площадь каждого из рабочих окон дросселирующего золотника в раз больше площади отверстия дросселя.

Преимуществами этой схемы являются быстродействие и точность отработки управляющих сигналов. К недостаткам данной схемы можно отнести зависимость скорости движения выходных звеньев двигателя от нагрузки, а также нагрев рабочей жидкости в результате двойного дросселирования потока.