Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Средства гидропневмоавтоматики

50 Глава 3

рованные перегородки, всасывающие и сливные насадки располагают в разных отсеках бака и ниже уровня жидкости. Для улавливания металлических частиц,образующихся в результате износа деталей гидросистемы,в баке применяется магнитная пробка.

Подача жидкости в бак (заполнение) не должна вызывать вспенивания и завихре­ ния её,для этого сливной (входной) насадок часто выполняется в виде полого цилин­ дра с глухим дном и с отверстиями в цилиндрической части насадка. Иногда на насад­ ке устанавливается сетчатое устройство или перфорированный колпак для дробления струи жидкости. Всасывающий насадок проектируется таким образом, чтобы потери энергии при входе жидкости в насадок были минимальными. С этой целью всасывающи11 насадок может выполняться в виде плавного расширения к его концу, либо в ви­ де трубы со скошенным под углом торцом.

Гидроцилиндр с подпружиненным поршнем согласно рис. 3.4 является гидравличе­ ской проточной ёмкостью. Гидравлическая цепь,состоящая из двух дросселей с сопро­

Из последнего уравнения находим давление в емкости при постоянных значениях давлений ра и pj.

Р о + Р г

Р \ =

U ) .

где f i - коэффициент расхода дросселя, зависящий от конструкции дросселя, вязко­ сти и скорости движения жидкости,чаще всего ^^=0,6...0,8; А - плошадь проходного се­

Проточная гидравлическая ёмкость (рис.3.4) может выполнять различные функции, в частности,может служить гидрогазовым аккумулятором,если полость Б заполнить га­ зом под давлением, а в полость А подавать рабочую жидкость или топливо; может осу­ ществлять роль исполнительного органа, если на выходе установить шток и соединить

его с поршнем. Часто в магистралях подачи жидкого топлива тяжелых ракет устанавли­ ваются в качестве гидравлических демпферов пружинные или газовые гидроаккумуля­ торы с целью снижения частоты собственных колебаний жидкости в топливных магис­ тралях.

3.3. Расчет резервуара цилиндрической формы

Под резервуаром понимается накопитель жидкости или газа —ёмкость.Резервуары мо­ гут выполняться в виде бака разной формы,баллона,камеры и т.д.Баллоны сжатого воз­

внутренним давлением подвергается двухосному растяжению — вдоль образующей ци­ линдра (напряжение oj) и тангенциальное растяжение (напряжение а,).Эти напряже­ ния записываются в виде:

p d . _ p d

=•2 5 ’

Ведя расчет по максимальному нормальному напряжению,получаем уравнение;

ь= p d + е.

2 Й

где 5 - толщина стенки; р — давление внутри резервуара; d - внутренний диаметр резервуара; е —прибавка для компенсации коррозии,обычно е=1...3 мм; [а] — допус­ каемое напряжение растяжения, например,для углеродистых и низколегированных ста­ лей принимается [а] = 140-160 Н/мм1Толщина стенки днища по расчетам получается несколько меньше 5,однако принимается при проектировании равной 8.

Расчет объема пневматического баллона (ресивера). Используемые в технике пнев­ мосистемы по режиму расходования сжатого воздуха можно разделить на два основных типа; 1) с циклическим потреблением сжатого воздуха; 2) с постоянным потреблени­ ем сжатого воздуха. К первым относятся,главным образом,пневмосистемы мобильных машин (автомобилей, тракторов, строительно-дорожных машин и т.д.), ко вторым - пневмосистемы технологического оборудования со стационарными компрессорными установками.Например,при работе пневмовибраторныхустройств,пневмомашин враща­ тельного действия и др.,можно при расчетах принимать массовый расход воздуха потре­ бителем постоянным. Впневмосистемах мобильных машин, например, в тормозных сис­ темах,в автоматических системах управления механизмами и агрегатами машины, чаще всего имеет место циклический режим потребления сжатого воздуха.

Впневмосистемах как мобильных машин, так и технологических объектов применя­ ются баллоны сжатого воздуха (ресиверы) с целью периодической разгрузки компрес­ сора,сглаживания (демпфирования) возможных значительных колебаний давления воз­ духа в системе и накопления объёма сжатого воздуха,достаточного для повторяющего­

52 Глава J

ся пикового его расходования,например,при торможениях машины.

Потребление сжатого воздуха т„ исполнительными органами обеспечивается пода­

р .-,К = р М . + К .)

где p„=p„i„\ V„ — суммарный объем исполнительных органов и внутренних каналов трубопроводов.

Из первого и последнего уравнений системы (3.10) находим:

где Лр — усредненный перепад давления в ресивере за один рабочий цикл, равный:

^= J^(Pmus-P,„n)

_1_

Р^ \ р 1 ' - р и .

Если используются стандартные ресиверы, то выбирается ресивер, ближайший по объему к расчетному,но больший расчётного.

При равномерном потреблении сжатого воздуха (m=const) расчет объема ресивера Ур производится исходя из условия: работа исполнительного органа осуществляется в тече­

а при г2<г<оо производная положительна и функция 1(г) возрастает. Значит, своего наименьшего значения эта функция достигает в точке г=г2 в которой её производная (3.16) обращается в нуль.

Следовательно,радиус и высоту резервуара,наилучшие с точки зрения условия ми­ нимальности 1(г), можно получить, приравняв правую часть (3.16) нулю:

/ Ь - 2 ю ,.

Окончательный выбор радиуса и высоты проектируемого резервуара будет опреде­ ляться тем,что более важно для конструктора: вес металла,из которого должен изготов­ ляться ресивер,либо длина сварочного шва. Эти или другие условия сводятся к отыска­ нию наименьшего (или наибольшего) значения той или иной функции,называемой це­ левой функцией или критерием качества.

Глава 4.

Распределительные элементы для управления гидравлическими и пневмашческими исполншелыпоми механизмами

Гидравлическим (пневматическим) распределителем называется устройство,которое в зависимости от внешнего упранляющего воздействия изменяет направление и распреде­ ляет между участками гидросистемы (пневмосистемы) поток рабочей жидкости (возду­ ха). Распределители различаются по следующим функциональным и конструктивным признакам:

а) по числу подведенных внешних линий:

-дв\'хлинейные,

-трехлинейные,

-четырехлинейные и т.д.;

б) по количеству фиксированных или характерных позиций:

-двухпозиционные.

-трехпозиционные.

-многопозиционные;

в) по конструктивному выполнению рабочего органа:

-золотниковые распределители, в которых распределение жидкости (воздуха) осу­ ществляется с помощью осевого смещения цилиндрического или плоского золотника,

-клапанные распределители, в которых распределение осуществляется путем после­

довательного открытия и закрытия расходных окон с помощью клапанов, - крановые, в которых распределение осуществляется путем поворота пробки крана; г) по принципу управления:

-распределители прямого действия, у которых внещнее управляющее воздействие приложено непосредственно к рабочему органу;

-распределители прямого действия, у которых внешнее управляющее воздействие передается на рабочий орган через дополнительное специааьное устройство (сервоуст­ ройство);

д) по виду вправления:

-распределители с ручным.механическим,электрическим.гидравлическим,пневма­

36 Глава 4

тическим и комбинированным уаравлением; е) по способу открытия рабочего проходного сечения:

- направляющие распределители,у которых рабочий орган занимает фиксированные положения (позиции) при дискретном внешнем управляющем воздействии,

- дросселирующие распределители, у которых рабочий орган может занимать беско­ нечное множество промежуточных рабочих положений,образуя дросселирующие щели. Внешнее управляющее воздействие при этом непрерывное (анатоговое).

При разработке принципиальных гидравлических и пневматических схем приняты ус­ ловные графические обозначения,являющиеся едиными для любых конструкций распре­ делителей (золотниковых,клапанных,крановых).Общие правила схематичного изображе­ ния распределителей регламентированы ГОСТ 2781-68, согласно которому в обозначе­ нии указываются следующие элементы; позиции рабочего органа,внешние линии связи, подведенные к распределителю, каналы и элементы управления. Кроме этого ГОСТ 2781- 6 8 устанавливает сокращенное цифровое обозначение распределителя в виде дроби, в числителе которой указывают число линий (ходов), а в знаменателе число характерных позиций, например, распределитель четырехходовой трехпозиционный обозначается "4/3”. Число позиций на схематическом изображении указывает соответствующим чис­ лом квадратов. Проходы в распределителе изображают прямыми линиями со стрелками, показывающими направление потоков рабочей жидкости в каждой позиции,а места со­ единений проходов выделяют точками. Перекрытый проход изображают тупиковой ли­ нией с поперечным отрезком. Внешние линии связи всегда подводят к исходной пози­ ции. При этом трубопроводы основных гидравлических и пневматических коммуникаций изображаются сплошными линиями,а трубопроводы управления —штриховыми.

Чтобы представить принцип работы распределителя в другой рабочей позиции, не­ обходимо мысленно передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении.

Примеры условных фафических обозначений распределителей приведены в табл.1. В гидроприводах и системах гидропневмоавтоматики наиболее широко применя­ ются золотниковые распределители. С их помощью легко осуществить многопозиционность, они уравновешены статическими силами давления, обладают малым трением, сравнительно просты по конструкции и наиболее пригодны для систем с автоматичес^

КИМ и дистанционным управлением.

4.1. Золотниковые дросселирующие гидрораспределители

в отличие от направляющих распределителей дросселирующие гидрораспределители не только изменяют направление потока рабочей жидкости.но и регулируют расход и давление рабочей жидкости в соответствии с изменением внешнего воздействия.Чем больше внешний управляющий сигнал,тем больше рабочее проходное сечение (щель).

Дросселирующие гидрораспределители золотникового типа применяются в качестве регулирующих устройств для изменения скорости гидродвигатслей.При этом в золотни­ ковых дросселирующих гидроусилителях можно достичь минимальных утечек при отсут­ ствии управляющего сигнала.что важно для силового гидропривода с точки зрения об­ щего баланса потребляемой мощности. Кроме того,благодаря конструктивным особен­ ностям золотниковых распределителей, силы, действующие на золотники от давления жидкости, незначительны. В тех случаях, когда эти силы достигают нежелательных вели­ чин, их можно простыми средствами уменьшить.

Золотниковые распределители в зависимости от конструкции рабочего органа делят­ ся на распределители с цилиндрическим и с плоским золотником. Распределители с цилиндрическим золотником удобно применять при электромагнитном и гидравличес­ ком управлении с передачей управляющего воздействия на торец золотника.

7.Направляющий распределитель

кой фиксацией среднего положения

Таблица 4.1. (окончание)

Условные графические обозначения распределителей

При выборе дросселирующего гидрораспределителя необходимо учитывать,что наибольщее влияние на его регулировочные характеристики оказываедчисло рабочих окон в золотнике. По этому признаку золотниковые дросселирующие гидрораспределители принято делить на одно-,двух и многощелевые.

На рис.4.1 приведена конструктивная схема однощелевого дросселирующего гидро­ распределителя с подсоединенным к нему гидродвигателем. В цилиндрическую расточ­ ку корпуса 1 вставлен цилиндрический золотник 2 , имеющий два пояска с острыми кромками. Корпус имеет одну проточку с острыми кромками. Рабочие проходные сече­ ния в распределителе возникают между

уменьшить или свести к нулю действие вредных сил,действующих на золотник. Конструктивная схема четырехщелевого дросселирующего золотникового распреде­

лителя приведена на рис.4.3.Вкорпусе 1 выполнены три проточки,которые перекрыва­ ются тремя поясками золотника 2. При смещении золотника в ту или иную сторону од­ новременно регулируется подача рабочей жидкости в одну полость гидроцилиндра 5 и расход жидкости,вытесняемой на слив из противоположной полости.Такой гидрораспре­ делитель позволяет эффективно управлять гидроцилиндрами различных конструкций.