Лекція № 4«Об'ємні гідроприводи»

План

1. Основні поняття і визначення об'ємних гідроприводів.

2.Принцип дії гідрооб′ємної передачі і її основні параметри.

3. Типи гідрооб′ємних передач.

4. Дросельне регулювання гідроприводу.

4.1. Основні поняття і визначення об'ємних гідроприводів.

Об'ємний гідропривід призначений для передачі і перетворення механічної енергії за допомогою об'ємних гідромашин. Основою об'ємного гідроприводу є об'ємна гідропередача, складена з насоса і гідродвигуна. Якщо насос і гідродвигун конструктивно складають один вузол, то такий простий гідропривід називають об'ємною гідропередачею. У випадку, якщо силова гідросистема складена з окремих насосів, гідродвигунів і містить елементи гідроапаратури, допоміжні пристрої, то таку гідросистему також прийнято називати об'ємним гідроприводом. Таким чином, під загальною назвою об'ємний гідропривід об'єднують прості гідравлічні системи, призначені для передачі і перетворення механічної енергії за допомогою рідини. Основними параметрами об'ємних гідроприводів є номінальні тиск, робочий об'єм, частота обертання, витрата рідини, умовний прохід і місткість.

При розрахунку і проектуванні гідроприводів машин і механізмів основні параметри гідравлічного приводу, геометричні і приєднувальні розміри гідрообладнання приймають відповідно до стандартів, що регламентують їх значення. Нижче приведені стандартизовані значення основних параметрів об'ємних гідроприводів, які найчастіше використовуються в сільськогосподарських машинах і тракторах.

Номінальним тиском Р_ном називають найбільший надмірний тиск, при якому устаткування повинне працювати протягом встановленого терміну служби із збереженням параметрів в межах встановлених норм. Номінальний тиск (ГОСТ 12445-80) вибирають з наступного ряду (МПа): 2.5; 4.3; 6.3; 10; 12.5; 16; 20; 25.

Номінальний робочий об'єм V_o, основний параметр об'ємних насосів і гідромоторів (ГОСТ 13824-80) приймають (см³): 2,5; 3.2; 4; 5; 6.3; 8; 10; 12.5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200.

Номінальна частота обертання n_ном характеризує найбільшу частоту обертання, при якій гідромашина повинна працювати протягом встановленого терміну служби.

Значення n_ном (ГОСТ 12446-80) вибирають (об/хв.): 15; 24; 37.8; 60; 75; 96; 120; 150; 192; 240; 300; 378; 480; 600; 750; 960; 1200; 1500; 1920.

Для насосів з приводом від електродвигунів допускається застосовувати значення номінальної частоти обертання відповідних електродвигунів.

Номінальною витратою Q_hom гідролінії і гідроапаратів називається витрата робочої рідини з певною в'язкістю при встановленому перепаді тиску. Номінальну витрату (ГОСТ 13825-80) вибирають (л/хв.):

2.5; 3.2; 4; 5; 6.3; 8; 10; 12.5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200.

Умовним проходом Д_у називають закруглений до найближчого значення зі встановленого ряду діаметр кола, площа якого дорівнює площі характерного прохідного перетину каналу гідравлічного пристрою або площі прохідного перетину приєднаного трубопроводу. Умовні проходи (ГОСТ 16516-80) вибирають (мм): 1; 1.6; 2; 2.5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 100; 125; 160; 200; 250.

Номінальною місткістю кондиціонерів робочої рідини (гідробаків, гідроакумуляторів, теплообмінників і очищувачів) називають найбільший об'єм рідини, що займає робочу порожнину в процесі експлуатації. Номінальну місткість (ГОСТ 12448-80) вибирають з ряду розмірів (дм³): 1.6; 2.5; 4; 6.3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500.

Гідроприводом легко управляти. Для цього служить гідроапаратура - пристрої управління гідроприводом, а також засоби захисту від надмірно високого і низького тиску рідини (дроселі, клапани, гідравлічні розподільники). З її допомогою можна отримувати заданий закон зміни швидкостей руху робочого органу, змінювати зусилля і крутні моменти, досягати посилення сигналів в декілька тисяч разів, забезпечувати безступінчату зміну швидкості руху залежно від навантаження і так далі.

Допоміжними пристроями|устроями| служать кондиціонери робочої рідини (фільтри, теплообмінні|теплообмін| апарати, гідравлічні баки і гідравлічні акумулятори).

Кожен об'ємний гідропривід має|утримує| джерело енергії, тобто рідину, що знаходиться|перебуває| під тиском|тисненням|. По виду|виду| джерела енергії гідроприводи ділять на 3 типи|типів|:

  Насосний гідропривід - гідропривід, в якому робоча рідина подається в гідродвигун об'ємним насосом, що входить до складу цього гідроприводу.

По характеру|вдачі| циркуляції робочої рідини насосні гідроприводи розділяють на гідроприводи із|із| замкнутою циркуляцією рідини і з|із| розімкненою циркуляцією, у|біля| яких рідина з|із| гідродвигуна| поступає|надходить| в бак.

Частина|частка| насосного гідроприводу, що складається з насоса, гідродвигуна| і гідроліній|, що зв'язують їх, називають об'ємною гідропередачею|.

Для приведення насоса в дію можуть бути використані різні двигуни: електричні, турбінні, дизельні і тому подібне.

  Акумуляторний гідропривід, в якому робоча рідина подається в гідродвигун із заздалегідь зарядженого гідроакумулятора. Такі гідроприводи використовуються в системах з короткочасним робочим циклом або з обмеженим числом циклів.

  Магістральний гідропривід, в якому робоча рідина подається в гідродвигун з гідромагістралі. Тиск робочої рідини в магістралі створюється насосною станцією. З магістралі живляться декілька гідроприводів.

Принцип дії об'ємного гідроприводу заснований на малій стисливості краплинних рідин і передачі тиску|тиснення| в них у всіх напрямах|направленнях| відповідно до закону Паскаля.

4.2. Принцип дії гідростатичної передачі

Дія гідростатичної передачі основана на законі Паскаля і великому модулі об'ємного стиску робочої рідини.

З гідно закону Паскаля дія сили на нерухому рідину розповсюджується у всіх напрямках в середині рідини. Величина тиску Р в рідині дорівнює навантаженню, віднесеному до площі, на яку воно діє. Тиск розповсюджується у всі боки рівномірно, якщо не приймати до уваги тиск сили ваги. Враховуючи тиск, який використовують у сучасних гідроприводах, впливом тиску сили ваги нехтують при розрахунках.

F – зусилля на поршні;

A – площа поршня;

P – створюємий тиск

Приклад використання гідростатичного тиску робочої рідини

F_{1 –} зусилля на поршні 1;

F₂ - зусилля на поршні 2;

A₁ – площа поршня 1;

A₂ - площа поршня 2;

S₁ – переміщення поршня 1;

S₂ - переміщення поршня 2;

P – тиск в гідроприводі;

1 – поршень;

2 – поршень

Тиск, що створюється зусиллям на поршень 1:

Зусилля, розвиваєме гідростатичним тиском на поршні 2

або:

таким чином

Величина переміщення поршнів знаходиться відношенням:

Робота силового поршня дорівнює роботі навантажувального поршня

Передача тиску за допомогою поршнів різних діаметрів

h – величина переміщення поршнів;

P₁ – тиск, який тисне на поршень 1;

P₂ – тиск який створює поршень 2;

1, 2 – поршні;

F_{1 –} зусилля на поршні 1;

F₂ - зусилля на поршні 2;

A₁ – площа поршня 1;

A₂ - площа поршня 2;

Якщо не враховувати сили тертя, дійсні слідуючі співвідношення:

F₁ = F₂; P₁*A₁ = P₂ * A₂;

Тобто для подібних пристроїв тиск обернено пропорціональний площам.

Р ух від однієї рухомої ланки до другої передається замкнутим між ними об'ємом рідини, тиск якої залежить від величини зовнішнього навантаження, тому всі гідравлічні передачі цього типу називаються гідрооб'ємними або гідростатичними, друга назва вказує на те, що в цих передачах використовують статичний тиск рідини, подібно тому, як це відбувається, наприклад, у водонапірній вежі.

На рис.4.0. показано схему роботи найпростішої гідрооб'ємної передачі. За законом Паскаля тиск в будь якій точці системи дорівнює Р.

Рис.4. Принцип роботи найпростішого гідроприводу (гідравлічний домкрат)

Сили тиску, які діють на поршні, знаходять за формулами:

Р₁ = Ρ * S₁ (1)

P₂ = Ρ * S₂ (2)

де Р – тиск в системі гідропередачі, МПа;

S₁ і S₂ - площа поршнів насоса і гідро двигуна, м².

Потужність, яку розвиває насос і яка передається гідродвигуну, визначається рівнянням:

N = P*S_Н*V_Н = P*S_Д*V_Д, КВт (3)

де V_Н, V_Д - відповідно швидкість руху поршнів насоса і гідродвигуна.

З умови нерозривності потоку

S_Н*V_Н = S_Д*V_Д = Q = const (4)

Звідки Ν = Ρ * Q (5)

де Q - подача насоса, м³/c.