Специальности 1502, 1709, 2903, 2905, 2906, 2915

Лекция 1- введение

Основная литература

1. А. В. Лепишкин и др. Гидропневмопривод. Ч. 2 Гидромашины и гидропневмопривод. М. 2005. г.

2. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидропневмоприводов: Учебник для ВУЗов. – М.: Машиностроение. 1991г. – 384 с.

3. Попов Д. Н. Механика гидро- и пневмоприводов: Учебн. Для вузов. – М.: Изд-во МГТУим. Н. Э. Баумана, 2001. –320 с.

Приводом называют энергосиловое устройство, посред­ством которого осуществляется движение какой-либо маши­ны или механизма. Такое устройство состоит из двигателя (электрического, теплового, гидравлического, пневматическо­го) и аппаратуры управления. Двигатель, используя подводи­мую к нему энергию, приводит в движение машину или меха­низм. Аппаратура управления служит для стабилизации или изменения параметров этого движения: перемещений, скоро­стей, ускорений. Двигатель иногда заменяют отдающим зара­нее накопленную энергию пружинным или инерционным меха­низмом.

В различных областях техники широко распространены приводы, выполняющие силовые функции в системах упра­вления разнообразными объектами, которыми могут быть в том числе и энергетические машины. Используемые в приво­дах систем управления двигатели называют исполнительны­ми. В качестве таких двигателей чаще всего применяют элек­трические и работающие на жидкости или газе устройства. Если рабочей средой для исполнительного двигателя является жидкость или газ, то привод называют соответственно гидро- или пневмоприводом.

Рис. 1. Общая схема объемного гидро-или пневмопривода

Принцип действия объемного привода состоит в том, что жидкость или газ под давлением изменяют объем камер дви­гателя, вызывая тем самым перемещение рабочего органа дви­гателя и соединенного с ним выходного звена (рис. В.1). Ис­полнительный двигатель выполнен в виде цилиндра с поступа­тельно перемещающимся в нем поршнем, шток которого слу­жит выходным звеном. От источника энергопитания (ИЭ) ра­бочая среда (жидкость или газ) поступает по напорной ма­гистрали к аппарату управления (АУ). При подаче сигнала (стрелка "II" на схеме) аппарат управления соединяет напор­ную магистраль 1 с одной из полостей цилиндра 2, а полость, расположенную по другую сторону поршня 5, — со сливной магистралью 4. Создаваемое ИЭ давление рабочей среды в напорной магистрали больше, чем в сливной, поэтому на пор­шень 3 начинает действовать сила, вызывающая его движе­ние вместе со штоком в направлении х. Перемещение штока передается механизму, управляющему каким-либо объектом. При движении поршня объем полости цилиндра (камеры ис­полнительного двигателя), в которую поступает рабочая сре­да, увеличивается, а объем камеры, из которой рабочая среда вытесняется в сливную магистраль, уменьшается.

Направле­ние движения поршня можно изменить на обратное, поменяв при помощи аппарата управления соединение полостей цилин­дра с напорной и сливной магистралями на противоположное предыдущему. Для остановки поршня оба канала, идущие к полостям цилиндра, должны быть перекрыты в аппарате упра­вления (такой аппарат управления называется трёхпозиционным распределителем).

Приводы, принцип действия которых основан на гидроди­намическом воздействии потока жидкости или газа на рабо­чий орган исполнительного двигателя (например, в двигателе турбинного типа), применяют в системах управления не столь широко, как объемные приводы. Это вызвано сложностью ре­версирования движения выходных звеньев приводов с гидро- или газодинамическими двигателями, необходимостью уста­новки дополнительных редукторов для согласования обычно высоких скоростей вращения валов двигателей с более низки­ми скоростями движения управляемых устройств и другими их конструктивными особенностями. Однако если в источни­ке энергопитания объемного гидро- или пневмопривода нецеле­сообразно или недопустимо (по условиям взрывобезопасности или другим причинам) иметь насос или компрессор с электро­двигателем, то вместо него применяют гидравлический или га­зовый двигатель турбинного типа. Такие же двигатели могут быть использованы для передачи энергии от одной машины к другой или для того, чтобы приводить в движение транспорт­ные средства (примером могут служить гидродинамические передачи).

При создании приводов, прежде всего, решают задачи проектирования, ориентированные на получение наилучшего из возможных вариантов привода, удовлетворяющего техни­ческим требованиям. Выбор проектного варианта во многом зависит от схемы и конструкции привода, технологии изго­товления устройств привода и ряда других условий, которые могут быть противоречивыми. Показатели, необходимые для оценки проектного варианта, при современных методах про­ектирования конструктор имеет возможность находить рассчитывая на ЭВМ характеристики и параметры приводов. В процессе таких расчетов приходится рассматривать одну из сформулированных в теоретической ме­ханике фундаментальных задач динамики: определение зако­нов движения составляющих систему тел при известных силах или вычисление сил, обеспечивающих заданные законы дви­жения тел.

При проверке характеристик изготовленного привода, а также в случае прогнозирования ситуаций, возникающих при эксплуатации систем с приводами, схема, конструкция и боль­шинство параметров привода заранее известны, что несколько упрощает решение указанных выше задач динамики.

Как в том, так и другом случае для исследования и расче­та системы с приводом необходимо иметь его математическую модель, достоверно описывающую свойства привода и своей сложностью не препятствующую получению в достаточной ме­ре обозримых результатов. С позиций математического моде­лирования особенности гидро- и пневмоприводов обусловлены рабочей средой, для описания взаимодействия с которой эле­ментов привода требуется использовать не только уравнения механики твердого тела, но и уравнения механики жидкости и газа. Кроме того, гидро- и пневмоприводы представляют собой управляемые системы, снабжаемые энергией от внеш­них источников питания рабочей средой под давлением и от­дающие энергию в окружающую среду при своей работе, что также оказывает влияние на математическое моделирование протекающих в приводах динамических процессов. Исходя из сказанного, в механике гидро- и пневмоприводов выделяют сле­дующие важные вопросы:

определение сил при взаимодействии элементов приводов с жидкостью или газом;

энергоснабжение гидро- и пневмоприводов;

математическое моделирование гидро- и пневмоприводов;

исследование устойчивости гидро- и пневмоприводов и корректирование их характеристик;

расчет колебательных и переходных процессов в гидро- и пневмоприводах.

Предварительно рассмотрим устройство и принцип действия, ГПП, их классификацию, а так­же основные сведения о свойствах используемых в при­водах рабочих сред.