Объемный гидропривод. Назначение и элементы объемного гидропривода

Гидропривод подразделяют на динамический и объемный. В динамическом гидроприводе работа выходного звена совершается за счет кинетической энергии потока жидкости, которая преобразуется в механическую энергию гидравлической турбиной. В объемном гидроприводе наибольшее значение имеет энергия пьезометрического напора (энергия давления – ), преобразуемая в механическую энергию с помощью объемных гидравлических двигателей.

Назначение и элементы объемного гидропривода

Объемным гидравлическим приводом называют совокупность устройств, предназначенных для привода в движение механизмов машин и машин посредством рабочей жидкости под давлением.

В состав гидропривода входят:

· источник гидравлической энергии ( насос);

· приемник гидравлической энергии (гидравлический двигатель);

· гидроаппаратура управления;

· соединительная арматура (трубопроводы и соединительные устройства).

Рис.12.1

Объемный гидропривод широко используется в металлорежущих станках, промышленных роботах и манипуляторах, космической, авиационной, автомобильной и сельскохозяйственной технике. Основное достоинство объемного гидропривода – большая мощность исполнительного механизма при малых размерах привода, что облегчает задачи компоновки машины и снижает ее вес. Приведем принципиальную схему объемного гидропривода (рис. 12.1). Масло из бака 1 по всасывающему трубопроводу поступает в насос 2, имея давление . За счет внешнего источника энергии давление жидкости повышается. На выходе из насоса давление имеет значение . Количество жидкости, поступающей в напорную магистраль, регулируется дроссельным краном 3, а ее избыток сливается обратно в бак через предохранительный клапан 6. Через управляющий кран 4 жидкость поступает в полость А или В гидроцилиндра 5. Жидкость воздействуя на поршень гидроцилиндра создает на его штоке усилие , необходимое для выполнения требуемой работы. Все элементы объемного гидропривода соединены трубопроводами с использованием стандартных гидравлических соединений (гидравлической арматуры).

Гидравлические насосы и их характеристики

Насосом называют гидравлическую машину, предназначенную для преобразования механической энергии в энергию потока жидкости.

По конструкции и принципу работы насосы подразделяют на насосы объемные и динамические.

В динамическом насосе жидкость в результате силового воздействия перемещается в рабочей камере, которая постоянно сообщается с входом и выходом. Наиболее известным динамическим насосом является центробежный насос, схема которого приведена на рис. 12.2.

Рис. 12.2

Основной рабочий орган центробежного насоса – рабочее колесо 1. Вращаясь с большим числом оборотов, рабочее колесо сообщает жидкости, заполняющей объем между лопатками, кинетическую энергию. За счет торможения в расширяющихся межлопаточных каналах и расширяющемся канале спиральной камеры кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. Давление жидкости на выходе из спиральной камеры превышает давление жидкости на входе в межлопаточные каналы ( ). Вход в насос и выход из спиральной камеры сообщаются между собой постоянно.

В объемных насосах рабочая жидкость периодически подвергается механическому воздействию в изменяемом объеме, который попеременно сообщается с входом и выходом. Схема поршневого одноцилиндрового насоса показана на рис. 12.2

Рис.12.2

Поршень 1, приводимый в движение кривошипно-шатунным механизмом 2, совершает возвратно поступательное движение в цилиндре. В головке цилиндра установлены два клапана: всасывающий 3 и нагнетающий 4. При движении поршня вправо (см. рисунок) жидкость из полости цилиндра через нагнетающий клапан вытесняется в напорную магистраль 5. Клапан 4 открывается под воздействием возрастающего давления жидкости в цилиндре. Это же давление прижимает всасывающий клапан 3 к седлу, перекрывая слив жидкости во всасывающую магистраль 6. При изменении направления движения поршня на противоположное (движение влево) клапан 4 под действием пружины закрывается, а клапан 3 открывается. Под действием атмосферного давления жидкость из расходного бака поступает в полость цилиндра под поршень. Объем жидкости, перемещаемой насосом за один ход поршня, определяется его ходом в цилиндре .

Основными параметрами, характеризующими работу насоса, являются:

· производительность (объемная подача);

· высота всасывания;

· напор;

· потребляемая мощность;

· полезная мощность;

· коэффициент полезного действия.

Объемная подача – это объем жидкости, подаваемый насосом в напорную магистраль за единицу времени ( ). Теоретическая подача объемного насоса в секунду определяется:

· – объемом рабочей камеры;

· –числом рабочих камер;

· –числом оборотов вала насоса в минуту;

.

(12.1)

Для поршневого насоса (рис.12.2) объем рабочей камеры определяется диаметром цилиндра и ходом поршня . Теоретическая подача всегда больше фактической на величину объемных потерь

.

(12.2)

Напор – это прирост удельной энергии, которую приобретает в насосе единица веса прокачиваемой жидкости. Если ( ) – параметры жидкости на входе в насос, а ( ) – на выходе, то напор определяется по формуле

.

(12.3)

Высота всасывания определяется как максимальная высота подъема жидкости по всасывающему трубопроводу, выраженная в метрах водяного столба, при которой давление на входе в насос превышает с некоторым запасом давление насыщенных паров жидкости при заданных условиях, что необходимо для обеспечения работы насоса без кавитации. Определяется высота всасывания по формуле

,

(12.4)

где

· – давление на срезе всасывающей трубы;

· – давление на входе в насос;

· – жидкости в сечении на входе в насос.

Теоретическое значение высоты всасывания не может превышать 10 м водяного столба.

Полезной мощностью насоса называют количество энергии, которое насос сообщает всему потоку прокачиваемой жидкости ежесекундно. По определению

.

(12.5)

Как и всякая машина, насос потребляет мощности больше, чем отдает. Отношение полезной мощности к потребляемой называют коэффициентом полезного действия насоса

.

(12.6)

Отсюда потребляемая мощность насоса равна

.

(12.7)