
- •Глава XIII динамика и регулирование скорости гидропривода
- •§ 1. Динамика и расчет насосного гидропривода
- •§ 2. Динамика и расчет аккумуляторного гидропривода
- •§ 3. Гидравлический удар
- •§ 4. Гидропривод с мультипликатором
- •§ 5. Регулирование скорости
- •Дроссельное регулирование
- •Объемное регулирование
- •Ступенчатое регулирование
- •Торможение гидропривода
§ 5. Регулирование скорости
Регулирование скорости перемещения механизмов литейных машин включает изменение скорости механизмов при настройке машины на новый режим работы, стабилизацию скорости, изменения скорости по заданному закону в течение одного рабочего хода. Например, при установке пресс-формы для новой отливки на машинах литья под давлением необходимо изменять скорость механизма прессования. Кантователи, поворотные столы требуют стабилизации скорости; автоматические заливочные устройства требуют изменения скорости по заданному закону в функции пути.
Одним из основных преимуществ гидропривода является простота регулирования скорости перемещения механизмов в широких диапазонах. Если в пневмоприводе скорость механизмов в значительной мере зависит от колебаний нагрузки, то в гидроприводе эта зависимость проявляется в меньшей степени и опрделяется методом регулирования. Скорость движения выходного элемента гидродвигателя зависит от количества жидкости, подаваемой к нему или отводимой от него.
Методы регулирования скорости гидропривода можно разделить на три группы:
1) дроссельное регулирование (при уменьшении проходного сечения дросселя увеличивается его сопротивление и уменьшается расход жидкости, проходящей через него);
2) объемное регулирование (используют насосы переменной производительности);
3) ступенчатое регулирование (скорость изменяют включением в систему одного или нескольких насосов постоянной производительности, а также переключением полостей двигателя).
Дроссельное регулирование
В некоторых гидросистемах основным органом, регулирующим скорость, является дроссель, изменяющий величину прохода для жидкости в трубопроводе. Чем больше перекрыт дроссель, тем большее сопротивление испытывает жидкость при проходе через него и тем меньше расход жидкости. В гидроприводах литейных машин применяют щелевые и игольчатые дроссели.
Вщелевом дросселе (рис. 164) поворотом
трубки изменяют площадь щели 5, сообщающейся
с отверстием7.
Трубка 6
соединена
с рукояткой 1.
При настройке дросселя гайка 2 отжимается, и поворотом рукоятки изменяется положение трубки 6 и устанавливается необходимая площадь сечения щели, обеспечивающая нужную скорость движения. Заданное положение дросселя фиксируется гайкой 2, путем поджима последней к лимбу 3. Крайнее положение дросселя фиксируется упором 4, входящим в дуговую канавку лимба.
В крупных машинах литья под давлением иногда применяют игольчатые дроссели, площадь пропускного сечения которых изменяется при подъеме и опускании иглы.
Дроссели должны обеспечивать плавную настройку и не засоряться при малых расходах. Щелевые дроссели меньше засоряются при малых расходах, так как имеют наименьшее отношение периметра сечения к его площади. Однако при больших расходах у них труднее осуществить герметизацию.
В зависимости от места установки дросселя в гидросистеме различают несколько схем дроссельного регулирования.
Дроссель
установлен на входе в гидроцилиндр
(рис. 165,а).
Количество
жидкости Q, поступающей через дроссель
5
в рабочую полость 2
цилиндра,
а следовательно, и скорость поршня
зависят от проходного сечения fд
дросселя и перепада давления в сети 4
и
рабочей полости 2.
Избыток
жидкости Q
от насоса 5 производительностью Qн
сливается
в бак через клапан 6
с
давлением настройки рпк.
Полость
3
цилиндра
сообщается с баком.
Условие равновесия сил, действующих на поршень цилиндра в установившемся режиме
откуда
,
(205)
где р и рв – давление соответственно в рабочей полости и полости противодавления;
F и Fв – активная площадь поршня со стороны рабочей полости и полости противодавления;
P – полезная нагрузка;
Ртр – сила трения в уплотнениях.
Перепад давления на дросселе
.
Тогда
расход через дроссель определяется по
формуле (170) с учетом Q
= fд
.
(206)
При постоянной нагрузке расход через дроссель и, следовательно, скорость поршня можно регулировать изменением площади пропускного сечения, дросселя.
Из формулы (205) следует, что при повышении нагрузки P увеличивается и давление р в рабочей полости цилиндра. При рпк = const и увеличении р перепад давления на дросселе уменьшается, что, в свою очередь, уменьшает расход жидкости Q через дроссель и скорость поршня цилиндра.
С увеличением площади сечения дросселя и уменьшением нагрузки скорость поршня повышается (рис. 166).
Дроссель
установлен на выходе цилиндра (рис. 165,б).
При
установке дросселя 1
между
полостью противодавления 3
и
баком давление в рабочей полости 2
остается
постоянным и равным рпк.
В данном случае условие равновесия сил,
действующих на поршень, будет выражаться
уравнением
.
Если рв = pд, то
.
Таким образом, при постоянной нагрузке перепад давления на дросселе остается постоянным. Расход и скорость можно изменять регулированием площади пропускного сечения дросселя. При увеличении нагрузки перепад на дросселе уменьшается. Это вызывает также уменьшение расхода жидкости через дроссель и, следовательно, скорости поршня.
Описанные выше системы регулирования скорости при изменении нагрузки не обеспечивают постоянства скорости. Это недопустимо по условиям работы ряда машин и механизмов. Например, в автоматической заливочной установке с каждым циклом работы уменьшается вес металла в ковше и, следовательно, нагрузка на гидроцилиндр поворота. В результате скорость заливки постепенно увеличивается.
Схемы дроссельного регулирования можно применять только в случаях, когда нагрузка изменяется мало или когда не предъявляются особые требования к стабилизации скорости. Предпочтение надо отдавать системам с дросселем на выходе, поскольку они обеспечивают более плавное движение поршня.
Дроссель
с регулятором давления. Основной причиной
изменения скорости является изменение
перепада давления на дросселе. Если
перед дросселем, установленным на
выходе, обеспечить постоянное давление,
то перепад давления на дросселе будет
постоянным. Расход через дроссель будет
зависеть только от площади его пропускного
сечения. Постоянство давления перед
дросселем можно поддерживать при помощи
редукционного клапана.
В системах регулирования скорости используют редукционный клапан и дроссель, изготовленные в одном корпусе (рис. 167).
Жидкость при переменном давлении поступает к отверстию 10 и через проточки 11 и 8 направляется к дросселю 1, в котором имеется щель 2. Пройдя через эту щель, жидкость выходит из регулятора через отверстие 14. Проточка 8 через отверстия 13, 5 соединяется с камерами 12 и 6, вследствие чего давление жидкости перед дросселем стремится переместить золотник 7 вверх, преодолевая действие пружины 4 и закрывая проход жидкости от проточки 11 в проточку 8. Поршень 9 золотника 7, поднимаясь, уменьшает проход жидкости, поступающей к дросселю 1, обеспечивая постоянное давление перед дросселем рр = 0,3…0,35 МПа (3…3,5 кгс/см2), что определяется натяжением пружины 4.
Если, например, давление жидкости во входном отверстии 10 уменьшится и вследствие этого давление перед дросселем 1 снизится, то пружина переместит золотник вниз, увеличивая поток жидкости к дросселю до тех пор, пока возросшее давление перед дросселем не начнет опять перемещать золотник вверх. Таким образом, золотник 7 автоматически поддерживает постоянную разность давления на дросселе, независимую от давления на входе в регулятор.
Расход жидкости, а следовательно, и скорость рабочих органов регулируют поворотом дросселя при помощи лимба 3.
Схема
включения дросселя с регулятором на
выходе приведена на рис. 168,а.
Жидкость
от насоса 1
при давлении рпк,
соответствующем
давлению настройки предохранительного
клапана 6,
поступает
в рабочую полость 2
цилиндра.
Жидкость из полости противодавления
3
вытесняется
в бак через дроссель 7
с регулятором 5.
При
изменении нагрузки давление рв
перед
регулятором изменяется в соответствии
с уравнением равновесия поршня. Однако
перед дросселем оно всегда будет
постоянным и равным рр.
Поскольку
после дросселя давление близко к
атмосферному, то рд
= рр.
Таким образом, расход жидкости из полости противодавления не зависит от нагрузки и определяется настройкой дросселя 7. График скорости (рис. 168, б) показывает, что в широком диапазоне изменения нагрузки скорость остается постоянной. И только при высоких нагрузках, когда рв < рр, равновесие в регуляторе нарушается, и скорость начинает резко падать.
Во всех дроссельных системах регулирования скорости производительность насоса всегда должна быть больше того количества жидкости, которое необходимо подать в цилиндр для обеспечения заданной скорости, т. е.
,
где
–
скорость поршня;
F – площадь поршня.
Дроссельные системы регулирования работают с большими потерями энергии. Избыток жидкости Q = Qн - Q проходит через переливной клапан при высоком давлении рпк, что вызывает значительный нагрев жидкости. Это способствует быстрому выходу из строя насосов, а изменение температуры жидкости изменяет ее вязкость и, следовательно, скорость гидравлических исполнительных механизмов.