Принцип действия гидроприводов. Удельная энергия идеальной жидкости определяется уравнением

, (4.1)

где E– полная энергия жидкости плотностью;m– масса жидкости, текущей со скоростьюU;zg– удельная энергия положения;g– ускорение свободного падения;p/– удельная энергия давления;V²/2 – удельная кинетическая энергия жидкости.

Передачу энергии жидкостью можно осуществлять, изменяя любой из членов написанного выше уравнения. Применительно к рассматриваемым объемным гидроприводам из указанных трех видов механической энергии жидкости основным видом является энергия давления, которая легко может быть преобразована в механическую работу с помощью гидродвигателей.

Для управляющих, главным образом командных, цепей используется также кинетическая энергия. Энергией положения в объемных гидроприводах обычно пренебрегают, поскольку разности высот z между отдельными элементами гидросистемы малы и энергия положения несоизмеримо мала в сравнении с действующей в ней энергией давления жидкости. Эта энергия положения учитывается лишь при расчетах и исследованиях всасывающих характеристик насосов.

Принцип действия объемных гидроприводов основан на высоком объемном модуле упругости жидкости и на законе известного французского ученого Б. Паскаля, утверждающего, что всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся капельной жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в другие точки без изменения.

Закон сохраняется, если возьмем два соединенных между собой гидроцилиндра1и2с герметичными поршнями, имеющими площадиS₁иS₂(рис. 4.2.).

Допуская, что поршни 1и2герметичны, жидкость не сжимаемая, а трением поршней о цилиндр пренебрегаем, можно записать:

,

отсюда

и.

Из этого следует, что сила F₂больше силыF₂вS₂/S₁раз.

Произведение силы F₁на скорость перемещения1поршняV₁дает мощность

N=F₁V₁.

Учитывая, что F₁=PS₁, получим

N=PS₁V₁

или

N=PQ,

где Q– расход жидкости при движении поршней.

Поскольку расход, который идет от поршня, равен расходу, который подводится ко 2поршню? можно записать

Q=V₁S₁=V₂S₂.

Отсюда

.

Из этого следует, что скорость 2поршня меньше скорости1поршня вS₁/S₂раз.

Равновесие сил, рассмотренных на схеме (см. рис. 4.2), можно сравнить с механическим аналогом, которым является рычаг (рис. 4.3.).

Из рис. 4.3. видно, что

F₁l₁=F₂l₂

и

,

где l₁иl₂– длина плеч рычага, на которые действуют силыF₁ иF₂.

Поэтому сила F₂больше силыF₁вl₁/l₂раз.

Гидравлический объемный привод делится на два больших класса:

1. Гидравлический привод с дроссельным регулированием скорости гидродвигателя.

2. Гидравлический привод с объемным регулированием скорости гидродвигателя.

Для примера рассмотрим обе простейшие схемы регулирования скорости.

На рис. 4.4. представлена схема дроссельного регулирования скорости штока гидроцилиндра. Схема включает насос1, который через дроссель 3подает жидкость к распределителю4, на выходе насоса установлен предохранительный клапан2. От распределителя жидкость поступает в гидроцилиндр5, а от последнего опять же через распределитель сливается в бак6. При положенииBраспределителя (как показано на рис. 4.4.) насос перекачивает жидкость через клапан2в бак6, так как распределитель закрыт. При положенииCраспределителя жидкость от насоса через дроссель3и распределитель4поступает в поршневую полость гидроцилиндра5и поршень поднимается вверх со скоростью, которая определяется площадью проходного сечения дросселя.

Из штоковой полости жидкость, опять же через распределитель, сливается в бак.

Когда распределитель поставлен в положение A, происходит реверс скорости движения поршня гидроцилиндра.

Схема объемного регулирования скорости гидромотора показана на рис. 4.5.

Если насос регулируемой производительности 1подает жидкость в магистраль I, то она подводится к аварийному предохранительному клапану2и гидромотору4, который преодолевает моментМсо скоростьюn. С гидромотора жидкость поступает снова на вход насоса1по магистралиII. В этом случае обратный клапан5открывается и пропускает через себя жидкость из бака7, в случае появления утечек в схеме. Регулирование скорости вала гидромотора осуществляется изменением рабочего объема насоса1или гидромотора2. Реверсирование скорости вала гидромотора осуществляется изменением направления подачи жидкости от насоса в магистральII. Теперь схема работает аналогичным образом, только в ней задействованы аварийный предохранительный клапан3и обратный клапан6.

Как видно, в любой из этих схем есть источник энергии – насос, исполнительный механизм – гидроцилиндр, гидромотор и контрольно-регулирующая и направляющая аппаратура – клапаны, дроссель и распределитель.