ИСПЫТАНИЯ ГИДРОПРИВОДА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ДРОССЕЛЬНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Дроссельное регулирование осуществляется путем изменения гидравлического сопротивления гидросети дросселем, в результате чего только часть жидкости, подаваемой насосом, поступает к гидродвигателю. Этот способ регулирования позволяет иметь простые нерегулируемые насос и гидродвигатель, однако является неэкономичным, поскольку имеет низкий КПД (0,3¸0,4) и, кроме того, создает трудности при отводе значительного количества тепла, вы­деляющегося при дросселировании. В связи с этим дроссельное регулирование применяется при небольших мощностях, при крат­ковременном режиме работы, или, когда другой способ регулирования практически невозможен. Например, если в гидроприводе один насос или несколько параллельно работающих гидродвига­телей с различными нагрузками.

Дроссельный способ регулирования может быть: а)с постоян­ным давлением насоса (независимо от нагрузки), равным давлению настройки переливного клапана р_н=р_н∙к=const; б) сперемен­ным давлением насоса, зависящим от нагрузки. В первом случае дроссель устанавливается последовательно гидродвигателю (на входе или на выходе из него), во втором—параллельно ему.

При рассмотрении дроссельного регулирования примем потери напора по длине и местные (за исключением потерь в дросселе), равными нулю.

Гидроприводы с дроссельным регулированием обычно являют­ся гидроприводами с разомкнутой циркуляцией жидкости.

В состав гидропривода с дроссельным регулированием, кроме гидропередачи (нерегулируемые насос и гидродвигатель, гидроли­нии) могут входить: предохранительный (переливной) клапан, дрос­сель, регулятор потока, распределитель и т. д., которые являются специфическими элементами, влияющими на характеристики гид­ропривода. Для лучшего уяснения их роли рассмотрим их работу и свойства.

Клапан — устройство, в котором величина открытия проходно­го сечения изменяется под воздействием проходящего через него по­тока рабочей жидкости. У клапана прямого действия величина от­крытия проходного сечения изменяется в результате непосредственного воздействия потока рабочей жидкости на клапан, а у клапана непрямого действия—в результате воздействия потока рабочей жидкости на вспомогательный клапан.

Предохранительный клапанприменяется для защиты гидро­привода от превышения давления над установленным. Включается он в напорную гидролинию и находится в закрытом положении ; в случае превышения установленного давления клапан открывается для слива части жидкости, а при восстановлении давления—зак­рывается. Принципиальная схема предохранительного клапана прямого действия шарикового типа показана на рис. 2.20 а, а его условное изображение—на рис. 2. 20 в. Шариковый клапан обес­печивает надежную работу до давления 5 МПа, для более вы­соких давлений применяются ко­нусные или плунжерные клапаны, которые обладают лучшими уп­лотняющими свойствами. На рис. 2.20 б приведена характеристика клапана — зависимость расхода через клапан Q_кл от давления т. е. Q_кл= f(р). Из характери­стики следует, что при увели­чении расхода через клапан давление за ним увеличивает­ся за счет поджатия

Рис. 2. 20. Схемы клапанов и их характеристики.

пружины, необходимого для пропуска большего количества жидкости.

Клапан непрямого действия (см. рис. 2. 62 г) состоит из двух клапанов— основного 3 и вспомогательного 8. В закры­том состоянии плунжер 7 гид­равлически уравновешен и опу­щен вниз силой пружины 2.

Вспомогательный клапан 8 на­страивается на открытие при: заданном давлении Р_н∙к и про­пускает малый расход q. По­скольку в дросселе 4 теряется часть давления, за клапаном оно становится ниже, что и заставляет основной клапан подняться и пропустить жид­кость. Можно подобрать раз­меры дросселя и вспомогатель­ного клапана такими, которые обеспечат практически постоянное давление за клапаном (рис. 2.62 д).

Рис.2.21. Клапан непрямого действия

На рис. 2.21 приведен клапан непрямого действия типа Г52—1 (клапан предохранительный с переливным золотником), который состоит из основного клапана 5 с пружиной 4 и вспомогательного 2 с пружиной 1,

настроенной на необходимое давление р_нк. В ка­честве дросселя служит отверстие В. Принцип действия клапана аналогичен принципу для схемы на рис. 2.20 г.

Наличие предохранительного клапана в напорной гидролинии ломает (изменяет) напорную характеристику объемного насоса (см. рис. 2.7).

Переливной клапан предназначен для поддержания заданного давления путем непрерывного слива части рабочей жидкости во время работы.

Рис. 2.22. Схема редукционного клапана.

Редукционный клапан предназначен для поддержания давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости более низкого, чем давление в подводимом пото­ке. На рис. 2.22 приведены схе­ма и условное обозначение ре­дукционного клапана. Рабочим элементом клапана служит плун­жер 3 с дросселирующей голов­кой 5 и поршеньком 2, помещен­ным в корпусе1. Плунжер под.действием пружины 7 постоянно удерживается в открытом положении, обеспечивая движение жид­кости из полости 4 с давлением р_н в полость 6 с давлением p_ред <p_н. Клапан будет закрыт, если сила пружины F_пр будет меньше силы давления p_ред ∙ f_п , т. е.F_пр>p_ред∙f_п. открыт, если F_пр>_pред ∙ f_п .

Дроссель—это регулирую­щее устройство, предназна­ченное для ограничения подачи жидкости к исполни­тельному органу (гидроци­линдру, гидромотору) с целью регулирования скоро­сти его движения.

Дроссели бывают с линей­ной и нелинейной характери­стиками расхода. В линей­ных дросселях потери давле­ния пропорциональны расхо­ду в первой степени, а в не­линейных—во второй.

Рис. 2.23. Схемы дросселей.

где μ_др—коэффициент расхода дросселя (0,6—0,7); f_др—площадь проходного сечения дросселя; Δp_др—перепад давления на дроссе­ле;

p—плотность жидкости.

Из выражения (2.44) видно, что расход жидкости через дрос­сель зависит от перепада давления Δp_др и, поскольку в процессе работы величина Δp_др изменяется с изменением нагрузки на исполнительном. органе, изменяется и расход жидкости. Следовательно дроссель не обеспечивает постоянства расхода.

Регулятор потока—это регулирующее устройство, предназна­ченное для поддержания заданной величины расхода вне зависимо­сти от величины перепада давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости (рис.2.24). Регулятор потока состоит из дросселя 2 и редукционного клапана 1, помещенных в одном корпусе. Необходимый расход обеспечивается дросселем, а посто­янство перепада давления Δp_др—редукционным клапаном.

Рис 2.24 Регулятор потока

Распределитель—это устройство, предназначенное для направ­ления потока рабочей жидкости в ту или иную гидролинию с целью изменения направления движения исполнительного органа. По чи­слу фиксированных позиций рабочего органа различают двух-,трех-, и многопозиционные, а по числу внешних линий—двух-, трех-, четы­рех- я многолинейные распределители.

При изображении распределителей на схемах число позиций изображается квадратами, каналы—линиями со стрелками, пока­зывающими направление потоков в каждой позиции, места соеди­нений отмечены точкой, а перекрытие канала—знаком «Т». На рис. 2.25 а, б, в, г даны условные изображения: четырехлинейного трехпозиционного распределителя (а—исходная позиция; б—в ле­вой рабочей позиции; в—в правой рабочей позиции); г—распре­делителя непрерывного действия (дросселирующего распредели­теля).

Рис. 2.25. Схемы распределителей.

По конструктивному исполнению распределители делятся на золотниковые, крановые и клапанные. Наибольшее распространение получили цилиндрические золотниковые распределители, схема работы одного из них (четырехлинейного трех­позиционного) приведена

Рис.2.26. Золотниковый распределитель с ручным управлением.

на рис.2.25 е. Рабочим элементом является ци­линдрический золотник 1 с кольцевыми выточками, перемещающийся в кор­пусе 2. Показанный на рисунке золотник смеща­ется с исходной позиции в правую рабочую позицию на величину щели X; при этом жидкость поступает в штоковую полость гндроцилиндра 7 по каналам 4 и 8 и вытесняется из поршневой полости по каналам 6 и 5. При перемещении золотни­ка в левую рабочую позицию жидкость в цилиндр будет поступать по каналам 4 и 6 и вытесняться из него по 8 и 3.

Управление распределителем может быть: ручным, электриче­ским, гидравлическим и электрогидравлическим. На рис. 2.26 пока­зана конструкция золотникового распределителя с ручным управ­лением.

где μ_др—коэффициент расхода дросселпрующсго распределителя;, х—величина открытия щели: Δp_др—перепад давлений на распре­делителе; Д—диаметр золотника.

Золотниковые распределители просты в изготовлении, надеж­ны в работе, легко управляемы, однако в процессе эксплуатации происходит износ поверхности трущейся пары (золотник и корпус), что приводит к увеличению утечек. Значительно большей герметич­ностью обладают клапанные распределители.

Гидропривод поступательного движения с постоянным давлением насоса (с дросселем на входе в гидроцилиндр)—рис. 2.27 а, включает в себя: нерегулируемый насос 1, гидроцилиндр 6, гидро­линию 4, систему управления, состоящую из распределителя 5, ре­гулируемого дросселя 3, предохранительных клапанов 2 и 8, а так­же фильтр 7 и гидробак 9. Такой гидропривод применяют, когда направление действия нагрузки не совпадает с направлением дви­жения выходного звена (в днном

случае штока). Среднюю скорость штока (поршня) v определяют по формуле:

где Q_др—расход через дроссель, равный расходу гидроцилиндра;

Рис. 2.27. Схемы гидропривода с дроссельным регулированием.

Если гидропривод вращательного движения, вместо средней скорости

где q_м—рабочий объем гидромотора; Δp_др= р_н∙к –( M / k_м ), М—момент на гидромоторе; k_м=1/2π ∙q_м - коэффициент момента.

Гидропривод поступательного движения с постоянным давле­нием насоса (с дросселем на выходе из гидроцилиндра) допускает регулирование скорости гидродвигателя при знакопеременной на­грузке, так как при любом направлении действия силы Р изменению скорости препятствует сопротивление дросселя, через который ра­бочая жидкость поступает из штоковой полости гидроцилиндра на слив.

Скорость штока в этом случае определяется по формуле (2. 46), где Δр_др=р_ш∙n- р_сл (здесь р_сл—давление в сливной гидролинии). Давление в штоковой полости р_ш.n. определяется из условия равновесия поршня р_н∙к∙F_n=Р+р_ш∙n ∙F_ш∙n и равно Р_ш∙n=p_{н. к} F_n -P / F_{ш. n} (при р_сл=0). В случае двухштокового гидроцилиндра ∆р_др опре­деляется по формуле (2.47).В случае применения дросселирующего распределителя (см. рис. 2.67г) скорость штока определяется по выражению:

где f_{др max}= πDX_max; u_др= X / X_max ;D, X, Х_mах- диаметр, ход и макси-мальный ход плунжера дросселирующего распределителя.

Дросселирующий распределитель можно рассматривать как два дросселя, установленных на входе и выходе. Зависимость от на­грузки в этом случае меньше, чем в рассмотренных выше случаях.

Мощность N, потребляемая насосом, во всех рассмотренных случаях остается постоянной и не зависит от нагрузки, поскольку давление и подача насоса остаются постоянными (р_н= p_н._к= соnst; Q= const).

В случаегидропривода поступательного движения с перемен­ным давлением насоса (при параллельном включении дросселя), рис. 2.27 в, рабочая жидкость, подаваемая насосом, распределя­ется на два потока. Один поток проходит к гидродвигателю 6, Дру­гой — через дроссель 3 на слив. При этом скорость штока равна:

где Q—подача насоса;

Все рассмотренные случаи дроссельного регулирования не обеспечивают постоянства скорости выходного звена гидропривода при изменении нагрузки, поэтому применяются только в гидропри­водах при мало изменяющейся нагрузке.

Для обеспечения постоянства скорости (независимо от нагруз­ки) применяют регулятор потока (рис. 2.27 б), состоящий из регулируемого дросселя 3 и редукционного клапана 7. Необходимый расход обеспечивается дросселем, а его постоянство — редукцион­ным клапаном, поддерживающим неизменный перепад давления на дросселе (Δр_др=соnst).

Основным достоинством дроссельного регулирования является простота конструкции и надежность в работе; основным недостат­ком—низкий КПД, обусловленный самим принципом дроссельного регулирования.

Характеристиками гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием называют зависимости скорости вы­ходного звена, КПД и мощности гидропривода от приложенной к нему нагрузки, т. е. зависимости: v= f(P); η= f(P); N= f(P) или n_м= f(M); η= f(M); N= f(M) при постоянном расходе. На рис. 2.28 а, б приведены типичные формы кривых v= f(P) или n_м= f(M) для гидропривода с дроссельным регулированием при пос­тоянном (а) и переменном (б) давлении насоса. Эти кривые на­зывают механическими характеристиками гидропривода.

Рис. 2.28. Механические характеристики гидропривода.

Цель работы: 1. Изучить принцип действия и работу гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием.

Рис. 2.29. Схема установки для испытания гидропривода с дроссельным регули­рованием.

2. Освоить методику испытания гидропривода.

3. Получить характеристики гидропривода поступательного движе­ния с дроссельным регулированием при постоянном и переменном

давлении насоса.

Описание установки. Установка (рис. 2.29) включает в себя гидро­привод поступательного движения с дроссельным регулированием, устройство для создания нагрузки и контрольно-измерительную аппаратуру.

Гидропривод поступательного движения с разомкнутой цирку­ляцией жидкости состоит из насоса 11, который может быть регулируемым и нерегулируемым, гидроцилиндра 1, всасывающей 15, напорной 8 и сливной 23 гидролиний, предохранительного (пере­ливного) клапана 20, трехпозиционного распределителя золотни­кового типа с ручным управлением 6, дросселей: 4 (ДР. 1), 5 (ДР. 2), 22 (ДР. 3), фильтра 21, охладителя 19 и бака 16.

Устройство для создания нагрузки 29, которое включает в себя гидроцилиндр нагрузки 28, дроссель 25 (ДР. Н), обратный клапан 26 и гидролинию 18.

Контрольно-измерительная аппаратура: расходомер 24 (для замера подачи); манометры 10 и 9 (для измерения давления на вхо­де р_вх и выходе р_вых из насоса 11); манометры 2 и 36 (для изме­рения давления на входе р_ц и выходе р из гидроцилиндра 1); манометры 3 и 2 (для измерения перепада давления на дросселе Др. 1); манометр 27 (для измерения давления нагрузки р_наг в гидро­цилиндре 28); устройство 33, состоящее из включателя секундо­мера 31, секундомера 32, рычага 34 для приведения в действие включателя (для измерения скорости движения поршня 37 гидро­цилиндра 1); балансирный электродвигатель 12 с рычагом 14, весы и тахометр 13 (для измерения мощности насоса); устройство 7 (для измерения перемещений плунжера распределителя 6); тер­мометр 17 для измерения температуры рабочей жидкости.

Работа установки. 1. Постоянное давление насоса р_н=р_{н∙ к} незави­симо от нагрузки. Дроссели Др. 1 и Др. 2 установлены последова­тельно гидроцилиндру, причем Др. 1 расположен на входе в гидро­цилиндр.

А. Дроссель Др. 2 открыт максимально, дроссель Др.3 закрыт.

Работа установки зависит от положения трехпозиционного рас­пределителя 6. Если распределитель находится в исходной пози­ции, как показано на рис. 2.25 а, то при включенном насосе жид­кость будет поступать через предохранительный клапан на слив. Давление насоса р_н равно давлению настройки предохранительно­го клапана р_н=р_н∙к; подача насоса— максимальная.

При смещении распределителя в левую рабочую позицию (рис. 2.25 б) и частичном открытии дросселя Др.1 (u_др>0) жидкость по напорной линии 8 (через распределитель 6 и дроссель Др.1) поступает в гидроцилиндр 1 и перемещает поршень 37 влево. Из штоковой полости жидкость вытесняется в сливную гидролинию 23 через открытый дроссель Др. 2, распредитель 6, расходомер 24, фильтр 21, охладитель 19 в бак 16.

Перемещение поршня 37 влево вызывает перемещение штока 35 и связанного с ним штока 30 и поршня нагрузочного гидроцилиндра 28, который вытесняет жидкость, находящуюся в поршне­вой полости. Изменением сопротивления дросселя нагрузки Др. н можно изменять давление на нем, а следовательно и нагрузку на поршень нагрузочного цилиндра 28 P_наг=p_наг ∙ F_наг, где р_наг—давление нагрузки, показываемое манометром 27.

Для возвращения поршня 37 в исходное положение распредитель следует сместить в правую рабочую позицию (рис. 2.67 в). Жидкость от насоса по напорной гидролинии поступит к распре­делителю 6, затем через дроссель Др.2—в штоковую полость гид­роцилиндра перемещает поршень вправо, который вытесняет жид­кость из поршневой полости через дроссель Др. 1, распредитель 6, расходомер 24, фильтр и охладитель в бак. При этом поршень на­грузочного гидроцилиндра 28 перемещается вправо, вытеснив жид­кость из штоковой полости в гидросеть, через обратный клапан 26 в поршневую полость. Недостающий объем жидкости в поршне­вой полости компенсируется поступлением её из бака под атмос­ферным давлением. Б. Дроссель Др. 1 открыт максимально, а дроссель Др. 3 закрыт.

Работа установки аналогична предыдущей. 11. Переменное давление насоса р_н=р_д≠соnst, зависящее от на­грузки. Дроссель Др. 3 установлен параллельно гидроцилиндру 1 (Дроссели Др. 1 и Др.2 открыты максимально).

В этом случае жидкость после насоса разделяется на два пото­ка. Один поток через распределитель поступает в гидроцилиндр 1 (полностью, если дроссель Др.3 закрыт, u_др=0 или, что то же, Q_др=0 или частично (Q-Q_др), Другой поток (Q_др) через дроссель Др. 3 и охладитель идет на слив, не выполнив никакой работы.

Работа устройства 33 для замера скорости движения поршня заключается в следующем. Перемещаясь влево вместе со штоком 35, рычаг с роликом 34 набегает на планку включателя 31 и вклю­чает секундомер 32, а после схода ролика с планки — выключает его. За это время Т поршень пройдет путь 1, который заранее из­вестен.

Порядок выполнения работы: Для получения характеристик гидро­привода необходимо:

1. Подготовить установку к работе, для чего установить: дрос­сель Др последовательно или параллельно гидроцилиндру, распре­делитель в исходную (нейтральную) позицию и максимальную площадь проходного сечения нагрузочного дросселя Др. н.

2. Включить установку и обеспечить температурный режим.

3. Установить заданное положение дросселя Uдр

4. Поставить секундомер в исходное положение, а нагрузочный дросель Др. н.— в положение, обеспечивающее нагрузку.

5. Установить распределитель в рабочую позицию, обеспечиваю­щую поступление жидкости в поршневую полость.

6. Снять показания: манометра 27—р_наг; секундомера 32—Т; весов 14- G; тахометра 13 — n_н; термометра 17 — t°C. Полученные дан­ные записать в табл. 2.8.

7. Перевести распределитель в позицию, обеспечивающую возвра­щение поршня в исходное для работы положение.

8. Не изменяя положения дросселя Др. (α=Const), выполнить еще шесть — восемь опытов, изменяя в каждом нагрузку гидроцилиндра ступенями до максимального значения.

9. При необходимости получить характеристики при других зна­чениях αповторить опыты, как указано в пунктах 3—8.

10. Выключить установку.

11. Вычислить следующие параметры, необходимые для построе­ния характеристики гидропривода:

где α , α_mах — текущее и максимальное значения деления на шка­ле дросселя;

скорость поршня

где l — путь поршня во время которого автоматически включен секундометр; Т—время прохождения поршнем расстояния l;

мощность гидропривода

КПД гидропривода

12. Результаты вычислений записать в табл. 2.8.

Т а б л и ц а 2. 8

13. Построить по данным табл. 2.8 механические v= f(P) и энер­гетические η= f(P), N= f(P) характеристики гидропривода. Типич­ная форма характеристик для гидропривода поступательного дви­жения с дросселем, установленным на входе в гидроцилиндр, при­ведена на рис. 2.30.

Рис. 2.30. Типичная форма характеристик гидропривода с дроссельным регулированием при постоянном давлении насоса.