Об’ємне регулювання

Для зміни швидкості робочих органів застосовують системи, у яких уся рідина від насосів надходить до гідродвигуна, а регулювання його швидкості досягається зміною робочого об’єму насоса або гідродвигуна.

Рисунок 9.3 – Об’ємне східчасте регулювання

Східчасте регулювання, будучи різновидом об’ємного, звичайно здійснюється або шляхом підключення в систему різних за продуктивністю насосів (різних за витратою гідродвигунів).

Зміна швидкості переміщення поршня гідроциліндра (рисунок 9.3) здійснюється в результаті з’єднання одного чи декількох насосів 1 із лінією зливу (за допомогою кранів 2). Зворотні клапани 3 у системі відключають розвантажений насос від лінії високого тиску.

Підключення в гідросистему трьох насосів різної продуктивності Q₁, Q₂ і Q₃ дозволяє одержувати до семи значень швидкостей руху вихідної ланки гідродвигуна.

Плавна зміна швидкості руху вихідної ланки гідропривода реалізується за рахунок зміни робочого об’єму або насоса, або двигуна, або за рахунок зміни робочого об’єму обох машин.

Регулювання шляхом зміни робочого об’єму насоса може бути використане в гідроприводах поступального, поворотного чи обертового рухів.

На рисунку 9.4, а наведена принципова схема гідропривода поступального руху із замкнутою циркуляцією, у якому регулювання швидкості руху штока гідроциліндра 1 здійснюється за рахунок зміни подачі насоса 4.

Зміна напрямку руху вихідної ланки гідропривода здійснюється завдяки реверсуванню потоку робочої рідини, що подається насосом (реверс подачі насоса). При цьому необхідно спочатку зменшити подачу насоса до нуля, а потім збільшити її, але в протилежному напрямку. Напірна й зливальна гідролінії міняються місцями. Для компенсації витоків у гідроприводі із замкнутою циркуляцією, а також для виключення можливості кавітації на вході в насос використовується допоміжний насос 3, що здійснює подачу робочої рідини в систему гідропривода через зворотні клапани 5.

При такому способі регулювання швидкості зусилля, що розвивається вихідною ланкою гідропривода, не залежить від швидкості руху. У цьому випадку діапазон регулювання визначається об’ємним ККД гідропривода, а також максимальною подачею насоса, обумовленою його робочим об’ємом.

На рисунку 9.4, б наведена залежність швидкості руху й потужності на вихідній ланці гідропривода від параметра регулювання при постійному навантаженні. e_Н – параметр регулювання насоса, дорівнює відношенню поточного значення робочого об’єму до максимального робочого об’єму. Така система об’ємного регулювання швидкості одержала найбільше поширення в гідроприводах дорожньо-будівельних і підйомно-транспортних машин.

Регулювання шляхом зміни робочого об’єму гідродвигуна застосовується тільки в гідроприводах обертового руху, де в якості гідродвигуна використовується регульований гідромотор (рисунок 9.5, а). У цьому випадку регулювання відбувається при постійній потужності, тому що зменшення робочого об’єму гідродвигуна збільшує швидкість вихідної ланки гідропривода й відповідно зменшує крутний момент, що розвивається на вихідній ланці. Частота обертання вала гідромотора n_М при P₁ < P_к визначається співвідношенням

Рисунок 9.4 – Гідропривод із регульованим насосом:

а – принципова схема; б – залежність швидкості й тиску від параметра регулювання; 1 – гідроциліндр; 2 – запобіжний клапан; 3 – допоміжний насос; 4 – регульований насос; 5 – зворотний клапан

, (9.4)

де q_{м max} – максимальний робочий об’єм гідромотора;

e_М – параметр регулювання гідромотора;

P₁ – тиск у напірній гідролінії;

r_с – коефіцієнт об’ємних втрат (витоків) у системі;

n_н – частота обертання вала насоса;

q_н – максимальний робочий об’єм гідронасоса.

З виразу (9.4) слідує, що при e_М → 0 n_М зростає до нескінченності. Практично існує мінімальне значення e’, при якому момент, що розвивається гідромотором, стає рівним моменту внутрішнього тертя, і гідромотор гальмується навіть при моменті навантаження, рівному нулю (P₁ = 0).

На рисунку 9.5, б наведена залежність частоти обертання й моменту, що розвивається, на валу гідромотора від параметра регулювання при постійному тиску P₁.

Регулювання шляхом зміни робочих об’ємів насоса й гідродвигуна використовують тільки в гідроприводах обертового руху з регульованим гідромотором. Швидкість вихідної ланки раціонально регулювати в такий спосіб:

1) запустити привідний двигун при e_Н = 0;

2) для зрушення й розгону вихідної ланки привода змінити e_Н від 0 до 1 при e_М = 1;

3) подальше збільшення швидкості здійснювати шляхом зміни e_М від 1 до e’ при e_Н = 1.

Рисунок 9.5 – Гідропривід із регульованим гідромотором:

а – принципова схема; б – залежність швидкості та тиску від параметра регулювання

Зменшення швидкості відбувається у зворотному порядку. Такий спосіб дозволяє одержати великий діапазон регулювання, він має всі переваги й недоліки вищерозглянутих схем об’ємного керування.

Рисунок 9.6 – Гідропривод із регульованим насосом і гідромотором

На рисунку 9.6 зображені принципова схема (а) та характеристика (б) гідропривода із замкнутою циркуляцією й нерегульованим насосом і регульованим гідромотором.