Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование гидроприводов. Учебное пособие
.pdf
Настройки компонентов:
– внешняя нагрузка гидроцилиндра F = 1000 Н;
– давление настройки клапана в насосной установке 10 МПа;
– производительность насосной установки 5 л/мин;
– прочие настройки оставить без изменений.
2. В процессе имитации работы гидропривода необходимо изме-
нять производительность насосной установки от 5 до 21 л/мин с шагом 1 л/мин. При этом необходимо фиксировать скорость движения
штока v и рабочее давление в системе p (по манометру насосной установки). Все значения фиксируются, когда гидроцилиндр работает под
нагрузкой, т. е. шток должен двигаться слева направо (рис. 1.19). После снятия всех параметров постройте зависимости
и
()vfQ
н
.
()р fQ
н
3. Далее замените в схеме гидроцилиндр на гидромотор. Задайте
внешний крутящий момент величиной в 1 Нꞏм, прочие настройки
оставьте без изменений. Проверьте работоспособность собранной
схемы.
4. Фиксируйте частоту вращения вала гидромотора
бочее давление
при изменении производительности насос-
()р fQ
н
и ра-
()nfQ
н
ной установки от 5 до 21 л/мин с шагом 1 л/мин. Показания частоты
вращения необходимо фиксировать при работе гидромотора под нагрузкой (частота вращения будет меньше).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называют гидроприводом?
2. Какими преимуществами и недостатками обладает гидропривод?
3. Опишите назначение элементов гидропривода, изображенного на
рис. 1.19.
4. Почему без нагрузки скорость прямого хода штока гидроцилиндра отличается от обратного?
5. Чем объясняется наличие «ступеньки» на построенных графиках?
6. Назовите основные характеристики объемного гидравлического
насоса?
21
7. В каких единицах принято измерять давление в гидроприводе?
8. В каких единицах принято измерять производительность насоса в
гидроприводе? От чего зависит производительность насоса?
9. Назовите основные характеристики гидроцилиндров.
10. От чего зависит скорость движения штока гидроцилиндра?
22
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕГУЛИРУЕМОГО
ГИДРОПРИВОДА
2.1. СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДА
По виду управления все гидроприводы классифицируют на гидроприводы с дроссельным, объемным (машинным) и частотно-регулируемым управлением. Гидроприводом с дроссельным управлением называется гидропривод, в котором управление параметром движения выходного звена гидродвигателя осуществляется при помощи регулируемого
дросселя или дросселирующего распределителя. Изменение скорости
движения достигается изменением расхода рабочей жидкости путем
дросселирования. При этом лишняя часть потока рабочей жидкости сливается в бак либо через напорный клапан при установке регулируемого
дросселя последовательно, либо через сам регулируемый дроссель,
установленный параллельно. Основными преимуществами гидроприводов с дроссельным управлением являются: высокая чувствительность и
большое быстродействие; простота конструкции гидроустройств и невысокая их стоимость; возможность автономного управления гидродвигателями, работающими от одного насоса. К недостаткам можно отнести: сложность обеспечения дистанционного управления гидроприводом или объемной гидропередачей, в состав которых входят регулируемые дроссели и регуляторы расхода; более низкий по сравнению с гидроприводом с объемным управлением КПД, обусловленный самим
принципом дросселирования рабочей жидкости. Гидроприводы и объемные гидропередачи с дроссельным управлением обычно применяют
при мощности не более 5 кВт.
Гидроприводом с объемным (машинным) управлением называется
гидропривод, в котором управление параметрами движения выходного
23
звена гидродвигателя осуществляется регулируемым насосом или регулируемым гидромотором, или обеими регулируемыми гидромашинами
(насосом и гидромотором). Частота вращения вала насоса для гидроприводов с объемным управлением постоянна, следовательно, осуществлять управление частотой вращения вала гидромотора можно
тремя способами: изменять рабочий объем либо насоса, либо гидромотора, или одновременно изменять рабочие объемы и насоса, и гидромотора. Первым способом пользуются в гидроприводах поступательного поворотного и вращательного движения, вторым и третьим –
только в гидроприводах вращательного движения. К основным преимуществам гидроприводов и объемных передач с объемным управлением по сравнению с гидроприводами с дроссельным управлением относятся: меньшие гидравлические потери и более высокий КПД из-за
отсутствия дросселирования потока рабочей жидкости; более плавное
реверсирование и торможение гидродвигателей. Благодаря перечисленным преимуществам объемное управление применяется в гидроприводах и объемных гидропередачах средней и большой мощности.
Основным недостатком гидроприводов и объемных гидропередач с
объемным управлением является сложность системы автоматического
управления и высокая стоимость.
Частотно-регулируемый привод представляет собой систему регулирования частоты вращения электродвигателя переменного тока. Он
регулирует частоту электропитания, подаваемого на приводной электродвигатель насоса.
2.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОССЕЛЯ
Гидравлические дроссели (рис. 2.1) предназначены для регулирования расхода жидкости и создания перепада давления на определенных
участках гидролиний.
Дроссели могут быть нерегулируемыми и регулируемыми. Нерегулируемые дроссели имеют постоянное рабочее проходное сечение. Они
служат для ограничения расхода рабочей жидкости. Регулируемые
дроссели, имеющие переменное
проходное сечение, служат для измене-
ния расхода рабочей жидкости.
24
а б
Рис. 2.1. Внешний вид регулируемого гидравлического дросселя (а)
и его обозначение на принципиальных гидравлических схемах (б)
По принципу действия различают турбулентные и ламинарные
дроссели. В турбулентных дросселях сопротивление создается в основном за счет потерь на внезапное сужение и расширение потока жидкости, характерное для щелевых проходных сечений. Благодаря этому коэффициент расхода жидкости, определяющий зависимость расхода от
перепада давления на дросселе, зависит только от числа Рейнольдса
и
не зависит от вязкости (и температуры) рабочей жидкости. В ламинарных дросселях сопротивление создается в основном силами жидкостного трения, в результате чего расход рабочей жидкости в значительной
степени зависит от ее температуры.
Конструктивные схемы наиболее часто используемых дросселей
представлены на рис. 2.2.
К основным параметрам регулируемых дросселей относятся: услов-
ный проход
D
, характеризующий размер проходного сечения; номи-
y
нальный и максимальный расход жидкости Q; рабочее давление p, а
также перепад давлений Δp при полностью открытом дросселе и номинальном расходе рабочей жидкости.
К статическим характеристикам регулируемых дросселей относятся
регулировочная и расходно-перепадная. Регулировочная характеристика
()Qff
– зависимость расхода Q от площади проходного
др
25
сечения дросселя
f
при постоянном перепаде давления Δp = const или
др
с учетом зависимости площади проходного сечения дросселя от угла положения регулировочного винта Q = f(φ). Расходно-перепадная характеристика
на входе
( )Qfp p
и выходе
p
1
12
– зависимость расхода от разности давлений
дросселя при его постоянном проходном сече-
p
2
нии.
а б в г
Рис. 2.2. Схемы регулируемых дросселей:
а и б – ламинарные; в и г – турбулентные
Для турбулентного дросселя зависимость, связывающая перечис-
ленные параметры, имеет вид
2 p
др
,
Qf
где μ – коэффициент расхода дросселя;
ного сечения; ρ – плотность рабочей жидкости;
f
– площадь рабочего проход-
др
pp p
– перепад
12
давления, создаваемый дросселем.
Для ламинарных дросселей справедливо выражение
Qkp,
где k – постоянная ламинарного дросселя, зависящая от формы канала
дросселя, его длины l, вязкости и плотности рабочей жидкости.
Расходно-перепадная характеристика турбулентного дросселя имеет
квадратичную зависимость, в результате чего такие дроссели также называются квадратичными, соответственно ламинарные дроссели называются линейными. Такая зависимость необходима при установке дросселя
26
во многих системах автоматического регулирования, а также при использовании дросселя в качестве демпфера. Чувствительность каждого типа дросселя к изменению температуры рабочей жидкости была
отмечена выше.
2.3. СХЕМЫ ГИДРОПРИВОДОВ
С ДРОССЕЛЬНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
Дроссельный способ регулирования скорости гидроприводов с нерегулируемым насосом основан на том, что часть жидкости, подаваемой
насосом, отводится в сливную гидролинию и не совершает полезной работы.
Простейшим регулятором скорости является регулируемый дроссель, который устанавливается либо последовательно с гидродвигателем (рис. 2.3, а, б), либо в гидролинии управления параллельно гидродвигателю (рис. 2.3, в). Последовательное включение дросселя может
осуществляться: на входе гидродвигателя, на выходе гидродвигателя, на
входе и выходе гидродвигателя (рис 2.3, г). При этом излишки рабочей
жидкости поступают в сливную гидролинию через переливной клапан,
поддерживающий давление на выходе из насоса постоянным.
Гидропривод с дросселем на входе (рис. 2.3, а) допускает регулирование скорости гидродвигателя путем изменения проходного сечения
дросселя только в том случае, если направление действия нагрузки противоположно направлению движения выходного звена (положительная
нагрузка). Когда направление нагрузки совпадает с направлением движения выходного звена, гидроцилиндр перемещается под действием
этой нагрузки, преодолевая только силу трения и противодавления в
сливной гидролинии. При положительной нагрузке, направленной по
движению поршня, может произойти разрыв сплошности потока рабочей жидкости, особенно при зарытом дросселе, когда поршень продолжает движение под действием сил инерции.
Гидропривод с дросселем на сливной линии (рис. 2.3, б) допускает регулирование скорости гидродвигателя при знакопеременной
нагрузке, так как при любом направлении действия силы
измене-
F
н
нию скорости препятствует сопротивление дросселя, через который
рабочая жидкость поступает в гидробак.
27
28
28
а б
29
29
в напорной и сливной линиях
Рис. 2.3. Способы подключения дросселя:
в г
– дроссель в напорной линии; б – дроссель в сливной линии; в – дроссель включен параллельно; г – два дросселя
а
При установке дросселя в сливной гидролинии тепло, выделившееся
при дросселировании потока рабочей жидкости, отводится в бак без
нагрева гидродвигателя, как это показано в схеме с дросселем на входе.
В результате гидродвигатель работает в более эффективном режиме.
Существенным недостатком рассмотренных схем последовательного включения дросселя является нестабильность скорости v штока
гидроцилиндра при изменении нагрузки. В этом отношении более
выгодным оказывается гидропривод с дросселем на входе и выходе
(рис. 2.3, г), причем в качестве регулятора скорости целесообразно
использовать дросселирующий гидрораспределитель, сочетающий в
себе функции дросселя и распределителя.
При параллельном включении дросселя (рис. 2.3, в) рабочая жидкость, подаваемая насосом, разделяется на два потока. Один поток проходит через дроссель, другой – через гидродвигатель. Регулирование
скорости производится изменением величины проводимости дросселя,
т. е. увеличением или уменьшением расхода рабочей жидкости через
гидролинию управления.
При таком способе включения дросселя регулировать скорость
можно только при положительной нагрузке. Точность регулирования
скорости и ее стабильность при изменении нагрузки данным способом
ниже, чем в предыдущих схемах, где
н
. Достоинством схемы
constр
является наименьший нагрев рабочей жидкости, поскольку давление
зависит от нагрузки
р
н
и лишь при максимальном ее значении
F
н
достигает величины, на которую отрегулирован переливной клапан.
Следовательно, дросселирование происходит при меньшем перепаде
давлений, и жидкость нагревается меньше. К тому же нагретая жидкость
поступает прямо на слив.
Все рассмотренные схемы дроссельного регулирования в той или
иной степени не обеспечивают постоянства скорости выходного звена
гидропривода при изменении нагрузки и потому применяются только в
гидроприводах различных вспомогательных устройств (при мало меняющихся нагрузках). В основных гидроприводах машин применяют специальные гидроаппараты – регуляторы потока, обеспечивающие стабильность установленной скорости вне зависимости от колебаний
нагрузки.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]