Принципы действия объёмных гидроприводов

Энергия идеальной жидкости определяется уравнением:

,

где энергия положения;

энергия давления;

кинетическая энергия.

Передачу энергии жидкостью можно осуществлять, изменяя любой из членов данного уравнения. Для объёмных гидроприводов из трёх составляющих определяющей является энергия давления. Энергией положения в объемных гидроприводах обычно пренебрегают ввиду незначительности разности высот отдельных элементов гидропривода. А кинетическая энергия учитывается при расчёте гидродинамических передач и в специальных видах расчётов объёмных приводов.

Принципы действия объёмных приводов основаны на высоком объёмном модуле упругости жидкости (малой сжимаемости) и на законе Паскаля, согласно которому всякое изменение давление в какой–либо точке покоящейся капельной жидкости, не нарушающее её равновесия, передаётся в другие точки без изменения.

Из рисунка 1а следует, что при приложении силы Р к закрытому сосуду через поршень эта сила уравновешивается силой давления жидкости (силой трения пренебрегаем и силой тяжести тоже)

Положение сохраняется, если в качестве сосуда возьмём два гидроцилиндра, соединённых гидролинией (рисунок 1б)

Рисунок 1 - Схемы, иллюстрирующие принцип действия объёмного гидропривода.

Положение сохраняется, если в качестве сосуда возьмём два гидроцилиндра, соединённых гидролинией (рисунок 1б)

При перемещении поршня 1 произойдёт вытеснение жидкости под поршнем 2. Если учесть, что жидкость несжимаема, то

, то ,

где Q – расход.

2. Термины и общие определения

Насос – машина для создания потока жидкой среды. В объёмном насосе жидкая среда перемещается путём периодического изменения объёма занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Объёмный гидродвигатель – машина для преобразования энергии потока рабочей среды в энергию выходного звена. Объёмный гидродвигатель с вращательным движением выходного звена называется гидромотором; с прямолинейным – гидроцилиндром; с возвратно-поступательным движением ведомого звена на угол - гидроповоротником.

Объёмный гидропривод – гидравлическая система, включающая объёмный насос и гидродвигатель с устройствами управления.

Гидроаппаратурой называются устройства, предназначенные для изменения параметров потока рабочей жидкости или для поддержания их на определённом постоянном уровне (давление, расход и направление движения).

На рисунке 2а показана принципиальная схема гидропривода возвратно-поступательного движения.

Регулирование скорости гидродвигателя (гидроцилиндра) по этой схеме достигается установкой дросселя, с помощью которого создаётся сопротивление на входе насоса, в результате часть жидкости отводится (переливается) через предохранительный клапан в бак. Такая система пригодна при мощности до 7 кВт, т. к. при большей передаваемой мощности будет иметь место значительный нагрев жидкости и неэффективное использование энергии.

На рисунке 3б приведена схема гидропривода вращательного движения.

Реверсирование вращения гидромотора осуществляется с помощью распределителя 3

По схеме на рисунке 2а и 2б рабочая среда поступает от объёмного гидродвигателя в бак или во всасывающую линию насоса. Такой гидропривод называется гидроприводом с открытой циркуляцией.

Реверсирование гидромотора можно осуществить также изменением направления потока жидкости, направляемого насосом (рисунок 2в).

Гидросистема в данном случае должна быть снабжена обратными клапанами 7, отсоединяющими нагнетательную линию от бака и одновременно обеспечивают подпитку всасывающей полости насоса в случае, если в последней в результате утечки жидкости образуется вакуум. Такая система называется с закрытой циркуляцией.

1 - насос; 2 - гидроцилиндр; 3 – распределитель; 4 – дроссель; 5, 9 – предохранительные клапаны; 6 – гидробак; 7 – гидромотор; 8 – обратный клапан.

Рисунок 2 - Принципиальные схемы гидроприводов прямолинейного (а) и вращательного (б и в) движений.

По виду источника энергии гидропривод разделяют на 3 типа: магистральные (жидкость подаётся от единой магистрали не входящей в состав гидропривода и питающей несколько гидроприводов); насосный (насос входит в состав привода); аккумуляторный (рабочая жидкость подаётся в гидродвигатель от аккумулятора, заряжаемого, в свою очередь насосом).

По характеру управления параметром движения выходного звена гидроприводы бывают:

а) с дроссельным регулированием;

б) с объёмным регулированием (с помощью регулируемого насоса);

в) с управлением приводящим двигателем (изменение скорости вращения эл. двигателя);

г) с машинно-дроссельным регулированием.

3. Насосы

3.1 Классификация

Для создания потока жидкой среды в гидроприводах используются насосы:

а) с вращательным движением ведущего звена;

б) с возвратно-поступательным движением;

в) с вращательным и возвратно-поступательным движением.

Насосы с вращательным и совместно вращательным и поступательным движением называют роторными.

Наибольшее применение имеют насосы:

1) шестерённые - роторно-вращательные насосы с перемещением зубчатой среды в плоскости, перпендикулярной оси вращения рабочих органов, выполненных в виде шестерён;

2) кривошипно-поршневые насосы – возвратно-поступательные насосы с рабочими органами в виде поршней, с вращательным движением ведущего звена и кривошипно-шатунным механизмом передачи движения рабочим органам;

3) радиально – поршневые насосы – роторно-поршневые насосы, у которых ось вращения ротора перпендикулярна осям рабочих органов (или составляет с ними угол более 45 градусов);

4) аксиально-поршневые насосы – роторно-поршневые насосы, у которых ось вращения ротора параллельна осям рабочих органов (или составляет с ними угол менее 45 градусов);

5) пластинчатые – роторно-вращательные с перемещением жидкой среды в плоскости, перпендикулярной оси вращения пластин;

6) винтовые – роторно-вращательные насосы с перемещением жидкой среды параллельно оси вращения винтов.

Условное обозначение насосов на гидравлических схемах представлено в таблице 1.

Таблица 1. Условное обозначение насосов.

3.2 Основные параметры насосов.

1. Рабочий объём ( ) - разность наибольшего и наименьшего рабочего пространства за один оборот (цикл работы) рабочего органа.

2. Объёмная подача – это объём подаваемой рабочей жидкости в единицу времени

,

где n- частота вращения.

3. Номинальное давление ( )- наибольшее давление на выходе насоса, при котором он работает установленный срок службы.

4. Крутящий момент

где - перепад давлений, Па.

5. Характеристика насоса – зависимость подачи от давления нагнетания при постоянном числе оборотов (рисунок 3).

Рисунок 3 - Механическая характеристика насоса.

6. Неравномерность подачи насоса, оценивается коэффициентом пульсации К_П

где Q max и Q min – максимальное и минимальное значение подачи;

Q_ср - среднее значение подачи;

7. Объёмный кпд – это отношение подачи насоса при номинальном давлении Qn к теоретической подачи Q_Т

8. Теоретическая мощность на валу насоса

где - теоретическая подача, м³/с;

- перепад давлений, кПа.

9. Механический кпд насоса, обусловлен механическим трением и гидравлическим сопротивлением, создающими на валу дополнительный момент трения, который необходимо преодолеть

10. Полный или общий кпд насоса, определяется как произведение объёмного и механического кпд