книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин

Мощность установки может быть сохранена на постоянном

значительно отклоняться от единицы. Это может быть достигнуто в некоторой степени и в том случае, если М является функцией положения кривошипа, что имеет место, например, при исполь­ зовании гидравлического кривошипно-ползуиного механизма для вращения дроссельной заслонки и в других подобных случаях.

При выборе параметров рассматриваемого механизма углы давления т|э для поршня и <р +\р для кривошипа не должны быть чрезмерно большими во избежание появления значительных ре­ акций в кинематических парах.

Механизмы с качающимися цилиндрами

Кроме лопастных и кривошипно-ползунных гидравлических

мов, для которых задается скорость кривошипа, в гидравличес­ ких механизмах необходимо считать скорость v движения порш­ ня в цилиндре заданной расходом Q жидкости, который выражается известной функцией времени или функцией дав­ ления.

При определении полного времени t хода поршня предпола­ гается, что переходный режим весьма кратковременный, т. е. скорость поршня постоянна на протяжении всего хода.

Формулы (19) и (20) справедливы для случая постоянного расхода жидкости, когда гидравлический механизм питается от индивидуального насоса. Для случая постоянного давления (на­ пример, при питании механизма водой от насосной станции или аккумулятора) расход жидкости, а следовательно, и скорость

40

поршня будут зависеть от нагрузки и гидравлических сопротив­ лений в магистралях. Скорость движения поршня в этом случае может быть найдена решением дифференциального уравнения движения с переменными коэффициентами.

Скорость движения ведомого звена / (рис. 25) исполнитель­ ного гидравлического механизма переменна; ее значения явля­ ются функцией положения и скорости поршня, отношений К =-у

и % = — . Разность углов ао и а0 ' , координирующих крайние по­ ложения ведомого звена 1, определяет его ход.

Рис. 25

Для решения задач динамики и общей оценки механизма с качающимися цилиндрами важно знать так называемую пере­ даточную функцию или, иначе, отношение скоростей ведомого и ведущего звеньев:

41

+ 0 = 90°. Качество работы передачи может быть оценено углом

Угол передачи ф является функцией координаты S B . Искомую функциональную зависимость можно получить из суммы проек­ ций длин звеньев на ось цилиндра и перпендикуляр к ней, т. е. из

Уравнения (23) и (24) позволяют, в результате исключения функций угла гр, получить функциональную зависимость угла передачи ф от относительной координаты ов-

о | — 2 Я а в cos ф + Я,2 —2Xxsin ф + А,2х2 =• 1.

42

Отсюда получаем квадратное уравнение относительно cos ср, если обозначим А.2(х2 + 1 ) — 1 = а:

Поскольку в практике используется преимущественно гидрав­ лический механизм с центральным качающимся цилиндром, про­ изведем более детальный анализ зависимостей, относящихся к нему:

Угловую скорость вращения цилиндра находим из отношения

43

Выражение (30) показывает, что скорость точки В ведомого звена является функцией относительного радиуса-вектора a =-j-'

определяющего положение точки А относительно точки В, и па­ раметра X механизма с центральным качающимся цилиндром. Изменяя пределы значений а при заданном X, можно создать наи­ более благоприятные условия работы исполнительного механиз­ ма или же выполнить определенные условия, например создать заданное отношение наибольшей и наименьшей скорости ведо­ мого звена.

мещается с осью цилиндра. Ввиду того, что механизм находится в мертвом положении, 'Необходимо, чтобы угол передачи ср нахо­ дился в пределах 0 < ср < 180°, причем его предельные значения определяются допустимой перегрузкой цапф кривошипа в край­ них положениях.

Параметр X механизма с центральным качающимся цилинд­ ром существенно влияет на закон изменения отношения скорос-

Для подъемно-качающихся столов, у которых значения г и /

рующего положения ведомого звена относительно линии цент­

tf = sa—s0 = [ | / l +Я2—2Я,cos a-j — ] / l + ^2 —2А,cos с ф .

44

со смещенной осью качания цилиндра. Вследствие того, что для звеньев 2 и 3 давление жидкости приводится к внутренним уравно­ вешивающимся силам, а силами и моментами сил инерции для тихо­ ходных механизмов можно прене­

бречь, реакции в шарнирах В и D равны и противоположны, поэто­ му уравновешивают друг друга. Рассматривая отдельно равнове­ сие поршня со штоком, найдем си­ лы Р | 2 и Р32 построением силового треугольника (рис. 26, б).

гsin (ср — (3)

аиз силового треугольника

вать как равнодействующую реакций Р 3 9 и Р з 2 , действующих соответственно со стороны уплотнения штока и со стороны ци­ линдра на поршень. Значения этих реакций зависят от положе­ ния поршня в цилиндре.

С точки зрения надежности работы гидравлического испол­ нительного механизма смещение е не следовало бы делать, пото­

в нуль. Однако сила Р : 2 при углах передачи, близких к 180°, зна­ чительно уменьшится за счет угла |3. В то же время сила давле­ ния жидкости на поршень увеличивается мало. С точки зрения статики механизмов целесообразней использовать центральный механизм, ось вращения цилиндра которого совпадает с его осью, что обычно и делают на практике.

45

Г л а в а IV

КОНТРОЛЬНАЯ, РЕГУЛИРУЮЩАЯ И УПРАВЛЯЮЩАЯ АППАРАТУРА ГИДРОАВТОМАТИКИ

В гидросистемах клапаны различного рода позволяют предо­ хранять систему от перегрузки, создавать определенное направ­ ление потока рабочей жидкости при разветвленных магистралях, обеспечивать заданную последовательность работы исполнитель­ ных механизмов, поддерживать на данном участке постоянное давление независимо от колебаний давления в напорной линии, разделять поток жидкости на части в заданном отношении, соз­ давать определенный постоянный перепад давления на некоторых участках системы и пр. Используемые в практике контрольные, регулирующие и управляющие устройства имеют определенные характеристики, существенно влияющие на работу гидросистемы в целом. Поэтому важно знать свойства и характеристики этих устройств с тем, чтобы при проектировании гидросистем выби­ рать их параметры из условия наиболее благоприятного проте­ кания или полного устранения динамических процессов.

П Р Е Д О Х Р А Н И Т Е Л Ь Н Ы Е , П Е Р Е П У С К Н Ы Е И П О Д П О Р Н Ы Е К Л А П А Н Ы

Предохранительные клапаны предназначены для исключения возможности повышения давления в напорной линии сверх до­ пустимого. Это может иметь место при возросшем сопротивле­ нии на ведомом звене исполнительного гидромеханизма, при вне­ запном перекрытии магистралей, резко увеличившемся гидрав­ лическом сопротивлении в напорной магистрали и в других случаях. При достижении строго установленного давления жид­ кости в напорной магистрали срабатывает предохранительный клапан и излишек жидкости, нагнетаемой насосом, сливается обратно в резервуар.

При дроссельном регулировании скорости жидкости на опре­ деленном участке магистрали необходимо обеспечивать постоян­ ное давление независимо от перепада давления. В этом случае производительность насоса принимается больше расхода жидко­

создавать определенное давление жидкости, что может быть осу­ ществлено при помощи так называемого подпорного клапана.

Принципиально устройство предохранительного, перепускно­ го и подпорного клапанов может быть одинаковым. Однако раз­ личные условия работы указанных клапанов определяют их

46

некоторые конструктивные различия. Так, в практике получили применение предохранительные клапаны тарельчатые (с плос­ ким, коническим и фигурным седлом), шариковые и плунжерные.

В зависимости от характера действия предохранительные, перепускные и подпорные клапаны разделяют на простые, диф­ ференциальные и комбинированные.

изменения давления жидкости при прохождении ею щели. В ре­ зультате увеличения активной площади клапана, на которую действует давление жидкости, пружина будет воспринимать при неизменном давлении большее усилие по сравнению с усилием в момент отрыва клапана.

Давление при открытии и закрытии клапана будет одинако­ вым, если гнездо имеет острую кромку.

Количество жидкости, проходящее через предохранительный клапан, можно выразить через площадь проходного сечения, образовавшегося при подъеме клапана на величину h, и перепад давления от р{ в напорной линии до рч — в сливной:

Q — andh {Р\—Рз),

где а — коэффициент расхода, зависящий от вязкости жидкости, сужения струи и пр.; для конических и шариковых кла­ панов можно принять а = 0,52 ч- 0,55;

47

ние, распределенное по кольцевой поверхности среднего диамет­ ра d i + d 2 шириной d l Вследствие этого при большой про­ пускной способности клапана пружина может быть взята доста­

точно эластичной.

С целью уменьшения шума при работе перепускных клапанов применяют демпфирующие устройства, смягчающие удар при от­ крытии и закрытии клапана.

Одним из средств, устраняющих большое изменение давления при открытии и закрытии клапана, является выполнение комби­ нированных клапанов, сочетающих конструкции перепускного золотникового клапана с предохранительным шариковым. Схема такого клапана показана на рис. 29, а.

При закрытом шариковом клапане 3 с пружиной 4, отрегули­ рованной на определенное давление, давления р\ в нагнетающей магистрали и р3 в камере над дифференциальным клапаном 2 одинаковы. Клапан 2 прижимается к седлу действием слабой пружины 1 и давлением жидкости. Как только давление в камере достигнет значения, при котором срабатывает шариковый предо­ хранительный клапан 3, давление в камере d понижается вслед­ ствие дросселирующего действия отверстия с малого диаметра

48

и ступенчатый плунжер открывает проходное сечение для жид­

Расход жидкости через дросселирующее отверстие с и шариковый предохранительный клапан одинаков. Вследствие этого дифференциальный плунжер всегда установится в положе­ ние, при котором силы давления жидкости и упругости пружины будут уравновешиваться.

Этот комбинированный клапан может быть использован как клапан постоянного давления, для чего необходимо, чтобы насос

J v

Рис. 29

мог развить давление р{ больше давления р2 в напорной линии. При понижении давления р\, следовательно, при данном поло­ жении плунжера и давлении рг, плунжер под действием пружи­ ны 1 опускается до тех пор, пока не восстановится заданное со­ отношение между давлениями.

На рис. 29, б показана характеристика клапана рассматри­ ваемого типа, из которой видно, что рабочее давление при дости­ жении значения р\ сохраняется постоянным независимо от вели­

краном соединяется со сливной линией.

На рис. 30 показан редукционный клапан с регулятором, ко­ торый может быть использован при создании постоянного давле­ ния, сниженного по сравнению с давлением, развиваемым насо­ сом. Действие клапана заключается в следующем. Ступенчатый