Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование гидроприводов. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Р. В. ЧЕРНУХИН, И. В. ПЕТРОВА
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ГИДРОПРИВОДОВ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2021
1
УДК 62-82:004(075.8)
Ч-495
Рецензенты:
канд техн. наук, доцент Е. А. Зверев
канд. техн. наук, доцент А. А. Мезенов
Работа подготовлена на кафедре ПТМ для студентов очного и заочного отделений, обучающихся
по направлениям подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов
и производств», 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных
производств», 15.03.06 «Мехатроника и робототехника»», 15.03.02 «Технологические машины
и оборудование», 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»,
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Чернухин Р. В.
Ч-495 Моделирование гидроприводов: учебное пособие / Р. В. Чернухин, И. В. Пет-
рова. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2021. – 80 с.
ISBN 978-5-7782-4542-6
Пособие посвящено рассмотрению прикладных методов моделирования гидроприводов с применением специализированного программного приложения Festo FluidSim.
Даны основные теоретические сведения по гидроприводу и его базовым компонентам.
Приведены методики моделирования и симуляции гидропривода путем составления
принципиальных гидравлических схем. Адресовано студентам, обучающимся по указанным выше направлениям, а также будет полезно студентам при выполнении учебных
заданий по дисциплинам «Гидравлика и гидропривод», «Гидро- и пневмопривод», «Гидропневмоавтоматика», «Гидравлика, гидро- и пневмопривод».
УДК 62-82:004(075.8)
Чернухин Роман Владимирович
Петрова Ирина Владимировна
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОПРИВОДОВ
Учебное пособие
Редактор Л.Н. Ветчакова
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская
Компьютерная верстка Л.А. Веселовская
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)
__________________________________________________________________________
Подписано в печать 30.11.2021. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз.
Уч.-изд. л. 4,65. Печ. л. 5,0. Изд. № 201.
__________________________________________________________________________
Отпечатано в типографии
Новосибирского государственного технического университета
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Заказ № 732. Цена договорная
ISBN 978-5-7782-4542-6 © Чернухин Р. В., Петрова И. В., 2021
© Новосибирский государственный
технический университет, 2021
2
ВВЕДЕНИЕ
Современная машиностроительная продукция представляет собой
высокотехнологичные изделия, состоящие из механизмов и систем, которые приводятся в действие с помощью различных приводов. Значительную долю среди них составляют объемные гидравлические приводы. Объемный гидропривод представляет собой совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенных для передачи механической энергии и преобразования движения
посредством жидкости. Действие объемного гидропривода основано на
использовании энергии потока сжатого масла, т. е. масла, находящегося
под избыточным давлением (давлением сверх атмосферного).
К основным преимуществам гидропривода относятся:
бесступенчатое регулирование скорости движения исполнитель-
ного механизма в широком диапазоне значений и возможность создания
больших передаточных отношений;
малая удельная масса, т. е. масса гидропривода, отнесенная к пе-
редаваемой мощности (0,2…0,3 кг на 1 кВт);
возможность простой и надежной защиты приводного двигателя
от перегрузок;
малая инерционность вращающихся частей, обеспечивающая
быструю смену режимов работы (пуск, разгон, реверс, остановка);
простота получения как вращательного, так и поступательного
вида движения;
возможность расположения гидродвигателя отдельно от осталь-
ной части гидропривода и свобода компоновки;
жесткая механическая характеристика гидромоторов и возмож-
ность неограниченной по времени работы при малых скоростях.
3
Главными недостатками гидропривода являются:
КПД объемного гидропривода ниже, чем КПД механических и
электрических передач; он изменяется в процессе регулирования;
условия эксплуатации гидропривода (температура) влияют на его
характеристики;
гидравлические машины и аппараты требуют более высокого ка-
чества изготовления и соблюдения правил эксплуатации;
сложности при диагностировании и ремонте гидропривода;
чувствительность к загрязнению рабочей жидкости.
Кроме технических характеристик и конструкции компонентов гидропривода, инженеру необходимо также знать принципы построения
гидравлических схем. Проектирование машиностроительных изделий в
настоящее время ведется с помощью систем автоматизированного проектирования. В связи с развитием пакетов прикладных программ возможности по проектированию гидропривода существенно расширились, и для сокращения временных и материальных затрат широко применяется моделирование и последующее исследование гидросистем и
гидроприводов в виртуальных средах.
Цель данного пособия – развить у студентов практические навыки
моделирования гидравлических схем гидроприводов в среде Festo
FluidSim.
4
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОПРИВОДА
ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО
ДВИЖЕНИЯ
1.1. ОБЩАЯ СТРУКТУРА ГИДРОПРИВОДА
Структурный состав гидроприводов крайне разнообразен и может
различаться по назначению, принципу действия, числу источников гидравлической энергии и двигателей, а также отличаться конструкцией
устройств, составляющих систему, и по другим признакам.
В любом приводе элементы, входящие в его состав, в соответствии
с выполняемыми функциями подразделяются на взаимосвязанные части (рис. 1.1.): энергообеспечивающую подсистему, направляющую и
регулирующую подсистему, а также исполнительную подсистему.
Энергообеспечивающая часть гидропривода представляет собой
насосный агрегат или насосную установку. В состав насосного агрегата
входят насос (или несколько насосов) и приводной двигатель. В качестве приводного двигателя могут применяться электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины. Насосный агрегат вместе с гидробаком, кондиционером рабочей жидкости и другим комплектующим
оборудованием представляет собой насосную установку.
Типичный состав насосной установки включает в себя следующие
элементы: насос, предохранительный клапан, фильтр, манометр, гид-
робак.
Насос (рис. 1.2) представляет собой устройство, предназначенное
для преобразования механической энергии приводного двигателя в
энергию масла. Как правило, в гидроприводах применяются объемные
роторные насосы, в которых подвижные элементы, образующие рабочие камеры, совершают вращательное или вращательное и возвратнопоступательное движение одновременно.
5
Исполнительная подстистема:
выполнение полезной работы
Направляющая и регулирующая
подсистема:
управление гидравлической
энергией
Энергообеспечивающая
подсистема:
преобразование энергии внешнего
источника в гидравлическую
энергию потока рабочей жидкости;
кондиционирование рабочей
жидкости
Рис. 1.1. Структура гидропривода с гидроцилиндром одностороннего
действия
а б
Рис. 1.2. Общий вид (а) и обозначение гидравлических насосов
на принципиальных гидравлических схемах (б)
6
Основными характеристиками насосов являются:
3
– номинальный рабочий объем,
, смV
0
;
– частота вращения (номинальная, минимальная, максимальная),
n, об/мин;
– номинальная производительность,
– давление на выходе (номинальное и максимальное),
, л/мин;
Q
н
p
ном
, МПа
(bar, PSI);
– коэффициент полезного действия,
– номинальная мощность,
N
, кВт.
н
;
н
Насос, у которого конструкцией предусмотрена возможность изменения производительности, называется регулируемым, в противном
случае он является нерегулируемым.
Предохранительные клапаны (рис. 1.3) служат для защиты гидропривода от давления рабочей жидкости, превышающего установленное.
При нормальных нагрузках эти клапаны закрыты и открываются лишь
эпизодически.
а б
Рис. 1.3. Общий вид (а) и обозначение предохранительного клапана
на принципиальных гидравлических схемах (б)
Основными характеристиками предохранительных клапанов являются: диапазон настройки рабочего давления, максимальное рабочее
давление (МПа), максимальный расход (л/мин).
7
Гидравлический фильтр (рис. 1.4) предназначен для очистки рабочей жидкости путем ее пропускания через фильтрующую перегородку
(сетку, пакет из металлических пластин со щелями, пористую среду).
Гидравлический фильтр состоит из корпуса, внутри которого размещаются фильтрующий элемент и перепускной клапан, который при загрязнении фильтрующего элемента открывается и пропускает рабочую жидкость на выход из фильтра. Хотя рабочая жидкость при этом не подвергается очистке, этим обеспечивается работоспособность гидропривода.
Иногда конструкциями гидравлических фильтров предусматривается
возможность контроля засоренности фильтрующего элемента с помощью сигнализирующих устройств.
а б
Рис. 1.4. Общий вид (а) и обозначение гидравлических фильтров
на принципиальных гидравлических схемах (б)
В зависимости от того, в какую гидролинию установлены фильтры,
их называют всасывающими, напорными или сливными.
Основными параметрами фильтров являются номинальная тонкость
фильтрации δ (мкм), максимальное рабочее давление
симальный расход
Q
max
(л/мин).
(МПа), мак-
p
max
Контроль развиваемого гидравлическими насосами давления осуществляется с помощью манометров (рис. 1.5). Применяются деформационные и электрические манометры.
8
а б
Рис. 1.5. Общий вид (а) и обозначение манометров на принципиальных
гидравлических схемах (б)
При работе гидропривода возникает вибрация, которая может затруднять точное считывание показаний манометров из-за колебаний
стрелки, поэтому иногда полости манометров заполняют глицерином,
и стрелка манометра остается неподвижной. Такие манометры называют наполненными.
Гидробаком (рис. 1.6) называют емкость, предназначенную для размещения рабочей жидкости и питания ею гидропривода в процессе его
работы. Кроме того, гидробак обеспечивает отстаивание жидкости для
удаления из неё воздуха, осаждения частиц загрязнений и охлаждения
рабочей жидкости. Типичная конструкция гидробака может иметь маслозаливную горловину, пневмоклапан с воздушным фильтром (сапун),
сливную пробку, устройство для контроля уровня рабочей жидкости,
лючок для проведения технического обслуживания, отверстия и кронштейны для размещения прочего оборудования.
Геометрическая форма гидробака может быть выполнена в виде параллелепипеда, цилиндра либо иметь более сложную форму.
Направляющая и регулирующая подсистема гидропривода реализует управление гидроприводом путем изменения направления потоков
рабочей жидкости и изменения её подачи к потребителям. Эта часть
гидропривода может содержать гидрораспределители, обратные, редукционные, переливные клапаны, гидрозамки, гидравлические дроссели,
регуляторы расхода и другие гидроаппараты.
9
а б
Рис. 1.6. Общий вид (а) и обозначение гидробаков на принципиальных
гидравлических схемах (б)
Изменение направления потока жидкости, а также пуск и остановка
осуществляются с помощью гидрораспределителей (рис. 1.7). По числу
внешних гидролиний гидрораспределители классифицируют на двухлинейные, трехлинейные и т. д. По числу фиксированных позиций они
подразделяются на двухпозиционные, трехпозиционные и т. д. Кроме
того, по виду управления гидрораспределители бывают с ручным, механическим, электрическим и гидравлическим управлением.
а б
Рис. 1.7. Общий вид гидрораспределителей с ручным (а)
и электрическим управлением (б)
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]