Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Элементы объемного гидропривода. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Институт радиотехнических систем и управления
Федерального государственного автономного образовательного
учреждения высшего образования
«Южный федеральный университет»
В. В. СОЛОВЬЕВ, Е. В. ЗАРГАРЯН, Ю. А. ЗАРГАРЯН,
И. О. ШАПОВАЛОВ, Е. Ю. КОСЕНКО
ЭЛЕМЕНТЫ ОБЪЕМНОГО
ГИДРОПРИВОДА
Учебное пособие
Допущено учебно-методическим объединением вузов по
образованию в области автоматизированного машиностроения
(УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки
15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и
производств
Таганрог
Издательство Южного федерального университета
2015
2
УДК 62-34/-38
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, декан факультета
«Информационные технологии и управление» ФГБОУ ВПО
РГУПС Бутакова М. А.;
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой
информатики Таганрогского института имени А.П. Чехова
(филиал) Ростовского государственного экономического
университета (РИНХ) Ромм Я. Е.
Соловьев В. В., Заргарян Е. В., Заргарян Ю. А.,
Шаповалов И. О., Косенко Е. Ю. Элементы объемногогидро-
привода.: учебное пособие. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2015. –
106 с.
Учебное поcобие пpедназначено для подготовки
бакалавров по специальности 15.03.04 «Автоматизация
технологических процессов и производств».В пособии
изложены сведения, полезные для студентов и других
специальностей, изучающиx дисциплины, связанные с
изучением систем управления автоматизированными
комплексами.
В данном учебном пособии рассматриваются элементы
объемного гидропривода.
Табл. 4. Ил. 59. Библиогр.: 19 назв.
© ЮФУ, 2015
© Соловьев В.В., 2015
©Заргарян Е.В., 2015
© Заргарян Ю.А., 2015
© Шаповалов И.О., 2015
© Косенко Е.Ю., 2015
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 7
Контрольные вопросы 10
2. БАЗОВЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ
ДЛЯ ГИДРОНАСОСОВИ ГИДРОМОТОРОВ 11
Контрольные вопросы 16
3. РОТОРНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ 17
3.1. Радиально-поршневые гидромашины 22
3.2. Высокомоментные радиально-поршневые
гидромоторы 26
3.3. Аксиально-поршневые гидромашины 30
3.4. Пластинчатые гидромашины 38
3.5. Шестеренные гидромашины 45
3.6. Винтовые гидромашины 51
Контрольные вопросы 54
4. ГИДРОЦИЛИНДРЫ 56
Контрольные задания к главе 4 63
5. ПОВОРОТНЫЕ ГИДРОДВИГАТЕЛИ 65
Контрольные вопросы 68
6. ГИДРОАППАРАТУРА 69
6.1. Гидрораспределители 69
6.2. Клапаны 74
6.3. Дроссели и регуляторы расхода 80
Контрольные вопросы 88
7. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ГИДРОПРИВОДА 89
Контрольные вопросы 101
Заключение 102
Библиографический список 104
4
ВВЕДЕНИЕ
Внешний
приводной двигатель
Управление Выход Механизм
Электродвигатель
ДВС
ручной привод
Гидронасос
Гидро-
аппараты
Гидро-
двигатель
Рабочие
органы
Гидравлическая энергия
Вход
Коммуникации
Механическая
энергия
Механическая
энергия
На современном судне для привода в действие механизмов
и устройств широко используются объемные гидроприводы.
Распространение гидроприводов подтверждается рядом
достоинств:
- возможность плавного регулирования скорости в широком
диапазоне: с предельно большой или предельно малой
скоростью;
- создание больших передаточных отношений при неболь-
ших габаритных размерах;
- низкая инерционность движущихся рабочих органов;
- возможность аккумулирования энергии;
- возможность организации простой и надежной защиты от
перегрузок;
- взрывобезопасное исполнение;
- самосмазываемость.
Гидравлическими системами управления называют
автоматические системы контроля, стабилизации и
регулирования рабочих параметров исполнительных устройств,
функционирование которых связано с использованием рабочей
жидкости под давлением.
Порядок преобразования энергии в гидравлической системе
показан на рис.В1 [1]. Механическая энергия преобразуется в
гидравлическую, в этой форме перемещается и управляется, и
далее преобразуется в механическую энергию.
Рис.В1. Порядок преобразования энергии
в гидравлической системе
5
Для передачи сил и движений в гидроприводе
используются гидравлические (рабочие) жидкости.
В составе любой гидравлической системы можно выделить:
энергообеспечивающую, исполнительную, управляющую и
коммуникационную части.
Энергообеспечивающая часть предназначена для
подготовки и подачи рабочей жидкости под давлением в
гидросистему.Она содержит насосы с приводными двигателями,
гидробак, фильтры рабочей жидкости, теплообменники,
различную контрольно-измерительную аппаратуру,гидроаккумулятор.
Исполнительная частьпредназначена для преобразования
энергии рабочей жидкости в энергию механического движения
выходного звена гидропривода. Исполнительная часть
гидропривода получила название
гидродвигатель.Распространение получили гидродвигатели
поступательного действия – гидроцилиндры, вращательного
действия – гидромо-торы и поворотные гидродвигатели.
Управляющая частьпредназначена для управления
функционированием всей гидросистемы. Она содержит
аппаратуру для изменения направления и мощности потока
рабочей жидкости, а также устройства управления сигналами.
С помощью направляющих гидроаппаратов изменяется
направление движения жидкости и осуществляется изменение
направления перемещения гидродвигателя. В состав
направляющих гидроаппаратов входят гидрораспределители,
обратные клапаны и пр.
Для изменения мощности потока рабочей жидкости
используются регулирующие гидроаппараты. С их помощью
изменяют давление и расход рабочей жидкости путем изменения
проходного сечения.К этой группе аппаратов относят клапаны
давления, дроссели, регуляторы расхода, делители и сумматоры
потока и дросселирующие гидрораспределители.
Устройства управления сигналами разделяются на
устройства ввода сигналов и устройства обработки сигналов.
Коммуникационная частьпредназначена для соединения
элементов в единую гидравлическую систему. Она содержит
трубопроводы и их соединения.
6
В пособии рассмотрены элементы гидропривода. Учебное
пособие используется при подготовке морских инженеров по
специальности 180305 «Корабельные информационноуправляющие системы и комплексы».
7
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Объемной называется гидромашина, рабочий процесс
которой основан на попеременном заполнении и вытеснении
жидкости из рабочей камеры [2, 3].
Рабочей камерой объемной гидромашиныназывается
ограниченное пространство внутри машины, периодически
изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с
местами входа и выхода рабочей жидкости.Для повышения
эффективности гидромашины снабжаются несколькими
рабочими камерами.
Объемный гидронасос (ОГН) – это объемная гидромашина,
предназначенная для преобразования энергии приводного звена
в энергию движения потока жидкости.
Перемещение жидкости в ОГН осуществляется путем
вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями. Вытеснителем
является узел гидромашины, совершающий работу вытеснения
рабочей жидкости.
Вытеснителями могут быть пластины, винты, поршни,
плунжеры и т.д. Под плунжером понимается длинный
цилиндрический вытеснитель, причем в отличие от поршня
уплотнения расположены не на вытеснителе, а на неподвижной
части рабочей камеры. Далее различий между плунжером и
поршнем проводить не будем.
ОГН можно классифицировать по характеру процесса
вытеснения рабочей жидкости и по характеру движения
выходного звена [3].
По характеру процесса вытеснения жидкости можно
выделить поршневые (плунжерные) и роторные ОГН. В
поршневом (плунжерном) насосе жидкость вытесняется из
неподвижных камер в результате возвратно-поступательного
движения вытеснителей.В роторном насосе жидкость
вытесняется из перемещаемых рабочих камер в результате
вращательного или вращательно-поступательного движения
вытеснителей.
8
По характеру движения входного звена ОГНразделяют на
машины с вращательным движением входного звена и машины с
возвратно-поступательным движением входного звена.
Объемный гидродвигатель (ОГД)– это объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока
жидкости в энергию движения выходного звена.
По характеру движения выходного звена ОГД можно
выделить:
- машины с возвратно-поступательным движением выход-
ного звена– гидроцилиндры (см. рис. 1.1, а);
- машины с непрерывным вращательным движением
выход-ного звена–гидромоторы (см. рис. 1.1, б);
- машины с ограниченным углом поворота выходного зве-
на- поворотные гидродвигатели.
Рис. 1.1Виды ОГД: а – гидроцилиндры, б – гидромоторы
Объемный гидропривод (ОГП)– это совокупность
объемныхгидромашин, гидроаппаратуры и вспомогательных
устройств, предназначенных для передачи механической
энергии и преобразования движения посредством жидкости.
Гидроаппаратурой являютсяустройства для управления
потоком жидкости в гидроприводе, посредством которых
осуществляется регулирование гидропривода. По способу
управления гидроаппаратура делится на переключающуюся
вручную и автоматическую.
Вспомогательными устройствами называют кондиционеры
рабочей жидкости, фильтры, теплообменники и гидроаккумуля-
9
торы, предназначенные для обеспечения качества и состояния
1F2F1S2S1p2
p
1
2
3
1h2
h
рабочей жидкости, а также для ее аккумулирования.
Все элементы гидропривода соединены между собой
гидролиниями, по которым перемещается рабочая жидкость.
Принцип действия объемного гидропривода основан на
передаче давления в жидкостях с малой сжимаемостью согласно
закону Паскаля. Основной закон гидростатики (закон Паскаля)
формулируется так: давление, производимое на жидкость или
газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях.
Рассмотрим принцип действия объемного гидропривода на
примере рис. 1.2 [2]. Цилиндры 1 и 2 заполнены жидкостью и
соединены между собой трубопроводом 3. Под действием силы
F1 поршень цилиндра 1 перемещается вниз, вытесняя жидкость в
цилиндр 2. При этом поршень цилиндра 2 перемещается вверх и
преодолевает силу нагрузки F2. По закону Паскаля давление в
цилиндрах будет одинаковым и выразится соотношением:
p1=p2=p=F1/S1=F2/S2. (1.1)
где S1 и S2– площади поршней цилиндров1 и 2 соответственно.
Допустим, что жидкость несжимаемая, тогда можно
записать соотношения для изменения объемов и расходов
жидкости в цилиндрах:
V1=V2 h1S1=h2S2и Q1=Q2 v1S1=v2S2, (1.2)
гдеh1, h2– перемещения поршней;v1, v2– скорости перемещения
поршней.
Рис. 1.2.Принцип действия объемного гидропривода:
1, 2 – цилиндры; 3 – трубопровод
10
При отсутствии сил трения можно записать условие
передачи энергии:
N1=F1v1=pS1v1=pS2v2=F2v2=N2, (1.3)
где N1 – мощность, затрачиваемая на перемещение поршня в
цилиндре 1; N2 – мощность, развиваемая поршнем в цилиндре 2.
Последнее соотношение показывает, что выигрыша в
энергии в гидроприводе не возникает, но существует выигрыш в
силе. При небольшой внешней силе F1 возникает на выходе
гидропривода бóльшая сила F2. Кроме того, из соотношения
(1.3) видно, что мощность зависит от давления p и от расхода
Q=Sv. Для увеличения мощности необходимо либо увеличивать
расход, что ведет к увеличению геометрических размеров
агрегатов, либо увеличивать рабочее давление, в этом
направлении и идет развитие современного гидропривода.
Контрольные вопросы
1. Как можно классифицировать объемный гидронасос?
2. Дайте основные понятия и определения гидромашины.
3. Как можно классифицировать объемный
гидродвигатель?
4. На чем основан принцип работы объемного
гидропривода?
5. Что называется гидроаппаратурой?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]