3 Розрахунок акумуляторів

Мета заняття – навчитись проводити розрахунки акумуляторів.

3.1 Джерела живлення гідравлічних та пневматичних приводів

Для забезпечення енергією гідравлічних та пневматичних приводів застосовуються акумуляторні, насосні та магістральні джерела живлення. Кожне з цих джерел має свої переваги та недоліки.

Перевагою акумуляторних джерел живлення є простота їх конструкції та висока надійність і мала вартість. Недолік – обмежений запас енергії.

Перевага насосних джерел живлення – необмежений запас енергії (насос забезпечує енергією гідравлічний привід доти, поки працює двигун). Недоліки – складність конструкції, менша (відносно акумулятора) надійність та висока вартість.

При магістральному живленні декілька гідравлічних приводів забезпечуються енергією від однієї насосної станції. При цьому зберігається основна перевага насосного джерела живлення – необмежений запас енергії, вартість насоса відноситься на декілька приводів. Однак суттєвим недоліком таких джерел живлення є необхідність роботи насоса при роботі хоча б одного привода та досить висока вартість трубопроводів, що підводять рідину до привода.

3.2 Акумулятори

Гідравлічним акумулятором називається місткість, яка призначена для накопичення (акумулювання) енергії рідини, що знаходиться під тиском, з наступним поверненням її в гідросистему.

Процес накопичення енергії в акумуляторі називається зарядкою, а процес повернення енергії в гідросистему – розрядкою.

У залежності від способу накопичення енергії акумулятори діляться на:

- вантажні;

- пружинні;

- пневмогідравлічні.

Найчастіше акумулятори застосовуються для накопичення гідравлічної енергії при зупинках або повільних рухах робочих органів машин, щоб потім забезпечити короткочасні великі витрати рідини для прискореного руху. Це дозволяє зменшити подачу насоса, що живить гідросистему. У гідроприводах, де необхідно забезпечити зупинку робочого органу при наявності навантаження (преси для гумотехнічних виробів, пристрої для затиску), акумулятори застосовуються для підтримання тиску при виключеному або розвантаженому насосі. Акумулятори також застосовуються для зменшення пульсацій тиску або виключення пікових значень тиску в перехідних режимах.

3.2.1 Вантажні акумулятори

В вантажних акумуляторах накопичення і повернення енергії в систему відбувається за рахунок зміни потенціальної енергії вантажу. Вантажний акумулятор (рис. 3.1,а) – це плунжерний гідроциліндр, встановлений вертикально. Плунжер акумулятора зв’язаний з масивним вантажем, на який діють гравітаційні сили. При зарядці вантажного акумулятора плунжер з вантажем під дією сили тиску робочої рідини піднімається вгору. При цьому робота, виконана рідиною, перетворюється в потенціальну енергію піднятої маси. Якщо в гідросистемі, де встановлено такий акумулятор, виникає потреба в короткочасному значному збільшенні витрат робочої рідини, акумулятор розряджається. Під час розрядки акумулятора вантаж під дією гравітаційної сили опускається вниз, витісняючи в гідросистему рідину, потенційна енергія вантажу перетворюється в гідравлічну енергію рідини. Використовуючи закон збереження енергії, можна записати

(3.1)

д е m – маса вантажу; h₀ – величина ходу плунжера; V_max, V_min – мінімальний і максимальний об’єм рідини в акумуляторі в процесі його зарядки (розрядки). Якщо знехтувати силами тертя, то тиск рідини можна вважати постійним. При цьому рівняння (3.1) запишеться у вигляді

(3.2)

де – зміна об’єму рідини в акумуляторі. Величина V₀ називається робочим (маневровим) об’ємом акумулятора.

Зважаючи на те, що з формули (3.2) отримаємо

.

(3.3)

де S – площа плунжера.

Незаперечною перевагою вантажних акумуляторів є сталий тиск, який вони підтримують у гідросистемі. Поряд із цим вантажні акумулятори мають і суттєві недоліки: значні габарити і маса; необхідність строго вертикальної установки; неможливість роботи при вібраційних навантаженнях. Тому такі акумулятори застосовуються виключно в стаціонарних гідравлічних приводах, де висуваються вимоги до величини зміни тиску підчас роботи.