Порядок выполнения работы и обработка опытных данных для получения кавитационной характеристики.
Для получения кавитационной характеристики Dhдоп=f(Q) необходимо:
1. По каждой частной кавитационной характеристике Hi= f(Dh) определить допускаемый кавитационный запас Dhдоп= АDhкр, предварительно определив критический кавитационный запас Dhкр по падению напора на 2% на кривой Hi=f(Dh) и коэффициент кавитационного запаса A= f(Dhкр ) из табл. 3.
Таблица 3.
DhКР, м | 0-2.5 | ³14 | |||||||
А | 1.3 | 1.25 | 1.2 | 1.13 | 1.1 | 1.09 | 1.08 | 1.07 | 1.06 |
2. Результаты расчетов свести в табл.4. и построить по данным этой таблицы кавитационную характеристику Dhдоп= f(Q) (см. рис. 2.).
Таблица 4
Q, л/с | Dhкр, м | А | Dhдоп, м |
Qmin Qн Qmax | Dhкр1 Dhкр2 Dhкр3 | А1 А2 А3 | Dhдоп1 Dhдоп2 Dhдоп3 |
Испытания нерегулируемого объемного насоса
Объемным насосом называется насос, в котором жидкость перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса. К объемным «насосам относятся: возвратно-поступательные и роторные насосы.
Возвратно-поступательные насосы- объемные насосы с прямолинейным возвратно-поступательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса. Рабочими органами могут быть поршень, плунжер, диафрагма, а насосы соответственно- поршневыми, плунжерными и диафрагменными. Эти насосы широко применяются для перемещения (перекачивания) различных жидкостей. Среди них поршневые насосы являются наиболее простыми.
Роторные насосы- объем ные насосы с вращательным или вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса. К ним относятся: аксиально-поршневые, радиально-поршневые, пластинчатые, шестеренные, винтовые. Роторные насосы применяются в основном в объемных гидроприводах. Объемные насосы могут развивать давление до 250 МПа. Они могут быть нерегулируемыми (с постоянной подачей) и регулируемыми (с изменяемой подачей). Ниже будут рассмотрены нерегулируемые насосы.
Поршневые насосы -объемные насосы, у которых вытеснение жидкости из неподвижных рабочих камер производится в результате прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня..
Роторные аксиально-поршневые насосы- насосы, у которых оси поршней или плунжеров параллельны оси вращения ротора блока) цилиндров или составляют с ней угол менее 45°. Такие (насосы являются наиболее распространенными в гидроприводах Они способны обеспечить высокую подачу при большом давлении и высоком КПД, высокую частоту вращения рабочего органа и. точность регулирования подачи при малых габаритах, весе и малой инерционности. Насосы развивают давление до 32 МПа, реже до 55 МПа. При оптимальном режиме объемный КПД составляет 0,97... 0,98, а КПД насоса - до 0,95. Эти насосы могут иметь до 7 ... 9 цилиндров диаметром 10-50 мм при угле наклона блока цилиндра или диска 20 ... 30". Существует большое количество конструкций аксиально-поршневых насосов, однако их можно разделить на две группы, отличающиеся схемой связи блока цилиндров с приводом (рис.1. а, б, в): с наклонным блоком цилиндров (а) и с наклонным диском (б, в). Для обеспечения подачи насоса необходимо возвратно - поступательное движение поршней, которое возможно при наличии угла наклона блока цилиндров или диска. У нерегулируемых насосов этот угол постоянный. На рис. 2. показана конструкция бескарданного нерегулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком цилиндров типа 210 Вал 1 вращается в шарикоподшипниках 2 и заканчивается диском 4. Вращение блока цилиндров 5 и перемещение поршней 9 в цилиндрах происходит с помощью штоков 10. Каждый шток одной сферической головкой закреплен в диске 4, а второй- в поршне. Блок цилиндров имеет семь поршней и вращается на центральном шипе 6, который опирается с одной стороны сферической головкой на диск, а с другой- на втулку сферического распределителя. Смазка деталей блока цилиндров осуществляется из рабочих камер по сверлениям в днищах поршней, штоков и сферического распределителя 7. Распределитель 7 крепится неподвижно к внутренней поверхности крыши 8. Два серпообразных выреза распределителя совмещены с отверстиями крышки, и через них со всасывающей и напорной гидролиниями.
Роторные радиально-поршневые насосы- насосы, у которых оси поршней или плунжеров перпендикулярны оси вращения ротора или составляют с ней углы более 45°.
Насосы имеют звездообразное расположение цилиндров.
В одном ряду может располагаться от 5 до 13 цилиндров, а количество рядов может достигать 6. Такие насосы могут обеспечить давление до 100 Мпа. Они имеют большой срок службы, но более громоздки, чем остальные насосы и имеют более высокие моменты инерции, менее приёмисты и более тихоходные. Принципиальная схема радиально-поршневого насоса однократного действия приведена на рис.3. 0н состоит из статора 6, ротора 2, плунжеров 4, распределителя 3. При вращении ротора плунжеры сферическими головками соприкасаются с внутренней поверхностьюстатора и совершают возвратно-поступательное движение относительно цилиндров. Последние своими каналами соединяются с всасывающим каналом 5, когда плунжеры отходят от распределителя 3, и с напорным каналом 1, когда плунжеры вытесняют жидкость из цилиндров.
Наличие эксцентриситета е определяет величину хода плунжера, а следовательно, и подачу насоса. У нерегулируемых насосов е = const.
Пластинчатые насосы. Эти насосы просты по конструкции, имеют малые габариты и вес, развивают давление до 17 МПа. Схема пластинчатого насоса однократного действия показана на рис.4. Насос состоит из ротора 2, ось вращения которого смещена относительно оси статора 3 на величину эксцентриситета е. В пазах ротора установлены (радиально или под углом к радиусу) от 6 до 12 пластин 1, которые прижимаются к внутренней поверхности статора давлением жидкости, пружинами или центробежными силами. При вращении ротора пластины совершают, кроме вращательного, и возвратно-поступательное движение в пазах ротора, образуя замкнутые объемы-камеры, которые непрерывно меняют свою величину. При увеличении объема происходит всасывание, при уменьшении - нагнетание. В насосах за один оборот ротора два раза происходит всасывание, нагнетание жидкости. Насосы двукратного действия - нерегулируемые.
Шестерённые насосы. Бывают низкого и высокого давления.
Насосы низкого давления применяются в системах смазки или системах подпитки гидроприводов, насосы высокого давления - в гидроприводах.
Шестерённые насосы состоят из двух одинаковых цилиндрических шестерен, совершающих вращательное движение (рис.5). При вращении шестерён в противоположные стороны зубья выходят из зацепления, и объем впадин шестерен заполняется жидкостью и переносится на сторону нагнетания, где и вытесняется при входе зубьев в зацепление. Шестерённые насосы малого давления (0,4...0,6 МПа) применяются в системах смазки различных машин, а с давлением 7 ... 16 Мпа - в гидроприводах. Широкое распространение получили насосы типа НШ. Они развивают номинальное давление 10...16 МПа и максимальное - до 25 МПа, объемный КПД их- 0,92, а КПД насоса - до 0,85.
Винтовые насосы. Отличаются высокой надежностью, компактностью, бесшумностью в работе и равномерной подачей жидкости. Они выпускаются в двух и трех винтовом исполнении. Трех винтовой насос (рис. 6) состоит из трех винтовых роторов, средний из которых, (диаметром Дн) является ведущим, а два боковых (диаметром dн) служат в качестве уплотнителей ведущего винта. При вращении винтов их нарезки, взаимно замыкаясь, отсекают во впадинах некоторые объемы жидкости и перемещают их вдоль оси вращения. Насосы развивают давление до 20 МПа и имеют КПД 0,8¸0,85.Винтовые насосы - нерегулируемые. Применяются в гидроприводах, маслосистемах турбин и для подачи вязких жидкостей. Основными техническими показателями объемного насоса являются: по дача, рабочий объем, давление, мощность и КПД. Все они, кроме рабочего объема, были рассмотрены ранее (см. работу 2.1), поэтому на них в данной работе останавливаться не будем. Рабочий объем насоса qн-разность наибольшего и наименьшего значений замкнутого объема за оборот или двойной ход рабочего органа насоса. Он связан с идеальной подачей зависимостью:
(1)
где Qт и nн- идеальная подача и частота вращения.
Характеристики нерегулируемых объемных насосов. Характеристика объемного насоса- графические зависимости подачи Q, мощности N и КПДh) от давления р при постоянных значениях частоты вращения и плотности жидкости на входе в насос, т. е. Q= f(р), N= f(p), h= f(p). Объемные насосы различных типов имеют аналогичные характеристики (рис. 7).
1. Напорная характеристика нерегулируемого насоса естьQ= (p). Идеальная подача Qт не зависит от давления, поскольку Qт= qнnн. Очевидно, Qт= f(р) при nн= const изобразится прямой, параллельной оси р (см. прямую 1 на рис.7). Напорная характеристика для реальной подачи Q= f(P) при nн= const (прямая 2 на рис.7) несколько отклонится вниз от прямой 1. Такое отклонение связано с наличием утечек жидкости DQ в насосе через зазоры из области нагнетания в область всасывания. Утечки жидкости прямо пропорциональны давлению и обратно пропорциональны вязкости жидкости. Если вязкость жидкости m2<m1, то утечки будут больше и прямая 3 на рис.7 будет проходить ниже прямой 2, если m2>m1- выше.
2.
Напорная характеристика нерегулируемого насоса с переливным клапаном (рис.8). Для того, чтобы обезопасить насос 2 и гидросеть 3 от чрезмерного повышения давления при уменьшении подачи до Qc, параллельно насосу 2 ставят переливной (перепускной) клапан, который открывается под действием повышенного давления и пропускает часть подачи насоса QКЛ через клапан в бак. Наличие клапана изменяет (ломает) характеристику насоса в точке 2. Прямая 2-3 отклоняется от вертикали. Величина участка 3-4 составляет 10...15% от давления настройки клапана рНК и зависит от характеристики клапана.
На участке 2-3 подача жидкости в гидросеть равна:
(2)
Наряду с рассмотренными находят применение универсальные или топографические характеристики. На них изображаются напорные характеристики для различных значений частот вращения nН и кривые равных КПД и мощностей. Эти характеристики получают при испытаниях насоса на специальных установках.
Цель работы:
1. Усвоить принцип действия и изучить работу насосной установки с объемным нерегулируемым насосом.
2. Освоить методику испытаний нерегулируемого объемного насоса.
3. Получить характеристику нерегулируемого объемного насоса.
Описание установки. Установка с открытой системой циркуляции жидкости (рис.9) включает в себя: объемный насос 1, балансирный электродвигатель 114, бак 8, всасывающий 6 и нагнетательный 3 трубопроводы, дроссель 15, теплообменнике, фильтр 10, предохранительный клапан 2 и контрольно-измерительную аппаратуру, служащую для замера: подачи (расходомер II), давления (манометр 4 и вакуумметр 5), мощности-насоса (балансирный электродвигатель 14 с весами и рычагом 13 и тахометром 12), .температуры рабочей жидкости (термометр 7). При работе установки рабочая жидкость по всасывающему трубопроводу 6 поступает в насос, затем по напорному трубопроводу 3 через регулируемый дроссель 15 (если он открыт) к расходомеру 11, фильтру 10 и теплообменнику 9 в бак 8. В случае, если дроссель закрыт или открыт частично, давление за насосом повышается и, если станет больше давления настройки клапана рНК, предохранительный клапан 2 откроется и будет пропускать через себя в бак всю жидкость или часть её.
Порядок выполнения работы и обработка опытных данных:1.Включить установку и добиться требуемого температурного режима.
2. Изменяя положение дросселя 15, обеспечить давление на выходе из насоса равным: минимально возможному (нуль), 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 и 1,05 номинального давления.
3. При каждом режиме работы снять показания: манометра- рм, вакуумметра - рв, расходомера- Qon , тахометра- nоп, весов- F, термометра t°C и записать их в табл. 1.
4. Выключить установку.
5. Вычислить технические параметры работы насоса и результаты записать в табл.1.
Давление насоса
При Zм<2м допускается принимать
Подача насоса Qоп определяется расходомером или объемным способом, в последнем случае необходимо знать время наполнения измеряемого объема в мерном баке. Идеальная подача Qт находится по графику Qт= f(р) на продолжении кривой при значении давления р = 0.
Мощность насоса Nоп
где L- плечо балансирного электродвигателя, м; F- усилие на весах, Н; F0- начальное усилие на весах (определяется при отключенном насосе),H.
Полезная мощность Nnon
КПД насоса hн
(3)
Объемный КПД h0
Механический (гидромеханический) КПД* hм
Таблица 1
Измеряемые параметры | Рассчитываемые параметры | ||||||||||||
рм, Па | Рн, Па | Qon, л/с | non, об/ мин | F, н | t, C | Pon, МПа | Non, кВт | Nnon, кВт | N, кВт | Q, л/с | hн | h0 | hм |
Характеристику насоса, т. е. графические зависимости Q= f(p), N= f(p), hн= f(р), следует построить по приведенным к номинальной частоте вращения nн значениям, подачи, мощности
и значению КПД, вычисленному по формуле *(3).
Дополнительно следует построить графики h0= f(p) и hm = f(p).
Определение характеристик гидропривода с объемным регулированием
Объемный гидропривод – совокупность устройств, состоящая из объемного насоса, гидродвигателя, гидросети и гидроаппаратуры, предназначенная для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости.
Объемная гидропередача–это силовой узел гидропривода, состоящий из объемного насоса, гидродвигателя и гидросети. В объемных гидроприводах обычно применяют роторные насосы: аксиально-поршневые, радиально-поршневые, пластинчатые и шестеренные. В качестве гидродвигателей используются гидроцилиндры, гидромоторы и поворотные гидродвигатели (с углом поворота вала менее 360°).
В зависимости от типа применяемого гидродвигателя различают гидроприводы вращательного, поступательного и поворотного движения. У первых гидродвигателем является гидромотор, у вторых – гидроцилиндр, у третьих - поворотный гидродвигатель.
Гидропривод, в котором скорость выходного звена объемного гидродвигателя может регулироваться по определенному закону, называют регулируемым.
Различают гидроприводы с объемным и дроссельным регулированием. В гидроприводе с объемным регулированием скорость выходного звена регулируется изменением количества рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель, что достигается путем изменения рабочего объема насоса qn, или гидромотора qм или того и другого одновременно (при nн=соnst). В случае отсутствия утечек жидкости
Qнт=Qмт или qн nн=qм nм (1)
(2)
откуда получают зависимость для определения частоты вращения гидромотора.
В выражениях (1) и (2) nн, nм, qн, qм – соответственно частоты вращения и рабочие объемы насоса и гидромотора. На основе аналогичных рассуждений можно получить формулу для определения скорости поршня (штока) гидропривода поступательного движения
(3)
где u, Fn– скорость перемещения поршня (штока) и площадь поршня, на которую действует жидкость.
По способу циркуляции жидкости гидроприводы бывают с замкнутой и разомкнутой циркуляцией. В гидроприводах с замкнутой циркуляцией рабочая жидкость от гидродвигателя 4 поступает во всасывающую гидролинию насоса 16, а в гидроприводах с разомкнутой циркуляцией – в гидробак.
Принцип действия объемного гидропривода рассмотрим на гидравлической схеме установки, которая является типичной схемой регулируемого гидропривода вращательного движения с замкнутой циркуляцией жидкости (см. рис. 1.).
Гидропривод состоит из: гидропередачи, включающей в себя регулируемый насос 12, нерегулируемый гидромотор 4 и гидросеть 9,16;гидроаппаратуры, состоящей из предохранительных клапанов 8;системы подпитки ивспомогательных устройств(фильтр 28, охладитель 18). Наличие реверсивного объемного насоса 12 позволяет изменять направление вращения гидромотора 4.
При включении насоса создается поток жидкости, направление движения которого показано стрелкой. Жидкость под давлением с определенной скоростью по напорной гидролинии 9 поступает в гидромотор 4, преодолевая нагрузку (момент на гидромоторе), а затем по всасывающей гидролинии 16–в насос. Если момент на гидромоторе превысит определенную величину, что приведет к увеличению давления в напорной гидролинии выше заданного, предохранительный клапан 8 откроется и через него начнется перепуск части жидкости во всасывающую гидролинию 16.
Для компенсации утечек в гидропередаче служит система подпитки, которая обеспечивает во всасывающей гидролинии давление подпитки, равное 0,5 ... 1,0 МПа. Это происходит следующим образом. Насос подпитки создает поток жидкости, который через охладитель и фильтр поступает к обратным клапанам . Если во всасывающей гидролинии 16 давление вследствие утечек снизится на некоторую величину, то часть жидкости из системы подпитки поступит через обратный клапан во всасывающую линию и компенсирует снижение давления. Остальная часть жидкости через предохранительный клапан будет сливаться в гидробак. Необходимое давление во всасывающей гидролинии обеспечивается настройкой предохранительного клапана .
Гидропривод, по сравнению с другими приводами, обладает следующими преимуществами:
1. Позволяет в широких пределах бесступенчато изменять скорость выходного звена, обеспечивает получение больших усилий и крутящих моментов, высокое быстродействие, легко управляется и автоматизируется, что дает возможность создавать следящие системы.
2. Надежно ограничивает величину нагрузки и создает удобства в компоновке машины, благодаря возможности отделения насоса от гидродвигателя.
3. Имеет небольшие удельную массу и объем (отношение массы и объема к мощности) и высокую долговечность.
Эти важные преимущества гидропривода явились причиной его широкого внедрения в народное хозяйство. Так, например, применение гидропривода на экскаваторах позволило облегчить их конструкцию и увеличить производительность в 1,2... 1,5 раза по сравнению с механическим приводом.
В последнее время вместо механических трансмиссий на тракторах, экскаваторах и других машинах применяются гидравлические. Применение бесступенчатых гидротрансмиссий позволяет существенно повысить загрузку двигателей, снизить утомляемость водителей (появляется возможность одной рукояткой плавно изменять скорость на ходу, направление движения и осуществлять динамическое торможение.). В конечном итоге коэффициент использования рабочего времени машинотракторных агрегатов повышается на 15... 25%.
По мере развития гидропривода изменяется и применяемое давление. Так, например, если в начале оно составляло порядка 5 МПа, то в последнее время–16 ... 25 МПа и более. Анализ показывает, что общая стоимость гидропривода снижается с увеличением давления.
Оценка качества гидропривода в целом производится по характеристикам.Характеристикой гидропривода называют аналитически или графически выраженные зависимости: скорости выходного звена v, nм, коэффициента полезного действия η) и мощности N от приложенной нагрузки Р, М при постоянном расходе Q, т. е. зависимости v= f(P), N= =f(P), η= f (Р) или nм= f(М), N= f(M), η= f(M). При этом v= f(P) или nм= =f(М) называют механическими характеристиками, a N= f(P), η= f(P) или N= f(M), η= f (M) – энергетическими.
Наряду с указанными применяют регулировочные характеристики u= f(un) или nм= f(uн). Типичные характеристики гидропривода с объемным регулированием (регулируемым насосом и нерегулируемым гидромотором) приведены на рис. 2. Каждая характеристика получена при определенной подаче насоса (последняя оценивается величиной параметра регулирования uн ).
|
Для большей наглядности целесообразно на одном графике совмещать регулировочную и механическую характеристики (рис. 3). Такой график называют универсальной характеристикой.
Цель работы: 1. Изучить принцип действия, устройство и работу гидропривода с объемным регулированием.
2. Освоить методику испытаний объемного гидропривода.
3. Получить характеристики объемного гидропривода.
Описание установки. Установка (рис.1) представляет собой гидропривод вращательного движения с замкнутой циркуляцией жидкости, оснащенный контрольно-измерительной аппаратурой. Установка включает в себя: регулируемый насос 12, нерегулируемый гидромотор 4, напорную 9 и всасывающую 16 гидролинии, предохранительные клапаны 8, фильтр 28, охладитель 18 и систему подпитки (насос подпитки с электродвигателем, фильтр, охладитель, предохранительный клапан, обратные клапаны и бак 25). Приборы, входящие в состав контрольно-измерительной аппаратуры, служат для замера: подачи―(расходомер 29) , давления на входе в насос pвх (манометр 11), на выходе из него pвых (манометр 10), давления на входе в гидромотор pм (манометр 5), мощности насоса (балансирный электродвигатель 13 с весами и рычагом 14 и тахометром 15), полезной мощности гидромотора (тормоз 2 с весами и рычагом 3 и тахометром 1), температуры рабочей жидкости (термометр 17). При необходимости замера утечек из насоса и гидромотора по гидролиниям и необходимо иметь мерную емкость и секундомер.
Установка работает следующим образом. Регулируемый реверсивный насос 12 приводится в действие балансирным электродвигателем 13 с регулируемой частотой вращения. Рабочая жидкость по напорной гидролинии 9 подается в гидромотор 4, далее проходит через расходомер 29, фильтр 28, охладитель 18 и по всасывающей гидролинии 16 в насос 12. Для предохранения установки от перегрузки служат предохранительные клапаны 8, которые пропускают через себя часть жидкости во всасывающую гидролинию при давлении, большем давления настройки клапана pн∙к. Утечка жидкости компенсируется системой подпитки (на схеме не показана). Насос подпитки приводится в действие электродвигателем. Уменьшение давления во всасывающей гидролинии, по сравнению с давлением подпитки pпод= (0,5÷1,0) МПа, на которое настроен предохранительный клапан , приводит к открытию обратного клапана , благодаря чему жидкость поступает во всасывающую гидролинию. Когда давление во всасывающей гидролинии достигает величины давления подпитки pпод , поступление жидкости в нее прекращается и в дальнейшем жидкость от насоса подпитки через клапан поступает в бак 5.
Описанная выше установка позволяет проводить испытания регулируемого (нерегулируемого) насоса, нерегулируемого (регулируемого) гидромотора и гидропривода с замкнутой циркуляцией жидкости в целом.
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 рн=рн∙к=const; б) с переменным 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 Qкл от давления т. е. Qкл= f(р). Из характеристики следует, что при увеличении расхода через клапан давление за ним увеличивается за счет поджатия 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 Рн∙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).
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 рнк. В качестве дросселя служит отверстие В. Принцип действия клапана аналогичен принципу для схемы на рис. 2.20 г.
Переливной клапан предназначен для поддержания заданного давления путем непрерывного слива части рабочей жидкости во время работы.
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 рн в полость 6 с давлением pред <pн. Клапан будет закрыт, если сила пружины Fпр будет меньше силы давления pред ∙ fп , т. е.Fпр>pред∙fп. открыт, если Fпр>pред ∙ fп .
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.
На рис. 2.23 а…г показаны дроссели: линейный (см. рис. 2.23 а), нелинейные (см. рис. 2.65 б, в, г). Расход через дроссель Одр определяется по формуле:
где μдр–коэффициент расхода дросселя (0,6–0,7); fдр–площадь проходного сечения дросселя; Δpдр–перепад давления на дросселе;
p–плотность жидкости.
Из выражения (2.44) видно, что расход жидкости через дроссель зависит от перепада давления Δpдр и, поскольку в процессе работы величина Δpдр 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 Δpдр–редукционным клапаном.
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 даныусловные изображения: четырехлинейного трехпозиционного распределителя (а–исходная позиция; б–в левой рабочей позиции; в–в правой рабо чей позиции); г–распределителя непрерывного действия (дросселирующего распределителя).
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). По конструктивному исполнению распределители делятся на золотниковые, крановые и клапанные. Наибольшее распространение получили цилиндрические золотниковые распределители, схема работы одного из них (четырехлинейного трехпозиционного) приведена на рис.2.25 е. 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 пока
зана конструкция золотникового распределителя с ручным управлением. Расход жидкости Qдр через золотниковый дросселирующий распределитель (см. рис. 2.25 г) можно определить по формуле:
где μдр–коэффициент расхода дросселпрующсго распределителя;, х–величина открытия щели: Δpдр–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 данном случае штока). Среднюю скорость штока (поршня) v определяют по формуле:
|
Если гидропривод вращательного движения, вместо средней скорости v определяют частоту вращения гидромотора nм по формуле:
где qм–рабочий объем гидромотора; Δpдр= рн∙к –( M / kм ), М–момент на гидромоторе; kм=1/2π ∙qм - 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 Δрдр=рш∙n- рсл (здесь рсл–давление в сливной гидролинии). Давление в штоковой полости рш.n. определяется из условия равновесия поршня рн∙к∙Fn=Р+рш∙n ∙Fш∙n и равно Рш∙n=pн. к Fn -P / Fш. n (при рсл=0). В случае двухштокового гидроцилиндра ∆рдр определяется по формуле (2.47).В случае применения дросселирующего распределителя (см. рис. 2.67г) скорость штока определяется по выражению:
где fдр max= πDXmax; uдр= X / Xmax ;D, X, Хmах- 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 (рн= pн.к= соnst; Q= const).
|
дроссель 3 на слив. При этом скорость штока равна:
где Q–подача насоса;
Если гидропривод вращательного движения, вместо V определяют частоту вращения гидромотора по формуле:
Для рассматриваемого случая мощность, потребляемая насосом, уже зависит от нагрузки гидродвигателя, поэтому способ дроссельного регулирования с переменным давлением насоса более экономичный, чем с постоянным давлением, однако применять его можно только при несовпадении направлений действия нагрузки и движения выходного звена.
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 (Δрдр=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 nм= 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 nм= f(M) для гидропривода с дроссельным регулированием при постоянном (а) и переменном (б) давлении насоса. Эти кривые называют механическими характеристиками гидропривода.
Цель работы:
1. Изучить принцип действия и работу гидропривода поступательного движения 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 рвх и выходе рвых из насоса 11); манометры 2 и 36 (для измерения давления на входе рц и выходе р из гидроцилиндра 1); манометры 3 и 2 (для измерения перепада давления на дросселе Др. 1); манометр 27 (для измерения давления нагрузки рнаг 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 рн=рн∙ 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 рн равно давлению настройки предохранительного клапана рн=рн∙к; подача насоса– максимальная.
При смещении распределителя в левую рабочую позицию (рис. 2.25 б) и частичном открытии дросселя Др.1 (uдр>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 Pнаг=pнаг ∙ Fнаг, где рнаг–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 рн=рд≠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, uдр=0 или, что то же, Qдр=0 или частично (Q-Qдр), Другой поток (Qдр) 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.
Испытания гидродинамической передачи
Гидродинамической передачей называется гидравлическая передача, состоящая из лопастных колес с общей рабочей полостью, в которой крутящий момент передается за счет изменения момента количества движения рабочей жидкости, а перенос энергии от ведущего звена к ведомому осуществляется потоком жидкости.
Гидродинамические передачи применяются на судовых установках, автомобилях, автобусах, тепловозах, строительных, дорожных, землеройных, горных, торфяных и других машинах, где позволяют плавно и автоматически изменять крутящий момент и частоту вращения выходного вала, надежно защищать трансмиссии от поломок, двигатели от перегрузок и значительно повышать долговечность машин и механизмов. Так, например, применение гидротрансформатора позволяет увеличить срок службы двигателя от 20 до 40%, повысить производительность экскаватора на 15… 20% без увеличения мощности, улучшить комфортабельность автомобиля, плавность разгона и изменение момента при увеличении сопротивления движению, упростить управление (отсутствие педали сцепления) и уменьшить утомляемость водителя. Гидродинамическая передача позволяет нагрузку на ведомом звене приводить в соответствие с нагрузкой на ведущем звене. По характеру изменения передаваемого момента гидродинамические передачи разделяются на гидродинамические муфты (гидромуфты) и гидродинамические трансформаторы (гидротрансформаторы).
В гидромуфтах крутящий момент передается без изменения его величины, а в гидротрансформаторах передаваемый момент можно изменять по величине, а иногда и по знаку.
Гидротрансформатор состоит из двух лопастных колес (рис. 1): насосного 2, соединенного с входным валом 1, и турбинного 4, соединенного с выходным валом 6. Между насосным и турбинным колесами имеется осевой зазор, равный 3-6 мм. Лопастное колесо реактора 3 жестко соединяется с корпусом 5 и воспринимает момент, возникающий на реакторе. Насосное колесо, вращаясь от двигателя, приводит в движение жидкость, заполняющую гидродинамическую передачу. В колесе происходит приращение момента количества движения. При протекании жидкости через реактор момент количества движения изменяется, что приводит к возникновению момента на турбинном колесе. Выйдя из турбинного колеса, жидкость поступит вновь на насосное и в гидродинамической передаче устанавливается циркуляция жидкости между лопастными колесами.
Более сложные гидропередачи имеют по несколько насосных, турбинных колес и реакторов. В гидромуфте (рис.2.) реактор отсутствует, поэтому трансформации момента не происходит и крутящий момент на валах обоих колес одинаков. Гидромуфта может плавно менять частоту вращения выходного вала изменением заполнения её рабочей полости жидкостью, дросселированием потока жидкости и раздвиганием колес.
Выйдя из турбинного колеса, жидкость поступит вновь на насосное и в гидродинамической передаче устанавливается циркуляция жидкости между лопастными колесами.
Более сложные гидропередачи имеют несколько насосных, турбинных колес и реакторов.
В гидромуфте (рис.2.) реактор отсутствует, поэтому трансформации момента не происходит и крутящий момент на валах обоих колес одинаков. Гидромуфта может плавно менять частоту вращения выходного вала изменением заполнения её рабочей полости жидкостью, дросселированием потока жидкости и раздвиганием колес.
Алгебраическая сумма моментов гидродинамической передачи равна нулю
МН + МТ + МР = 0, (1)
где Мн, Мт, Мр- моменты на насосном и турбинном лопастных колесах и на реакторе.
Мощность на входном валу (на валу насосного колеса) N и на выходном валу (на валу турбинного колеса) Nn может быть определена по крутящему момент
(2)
(3)
где wн, nн, wт nт,- угловая частота и частота вращения насосного и турбинного лопастных колес. Коэффициент полезного действия
(4)
Если i= nт/nн - передаточное отношение; k = Мт /Мн - коэффициент трансформации момента. Тогда,
h = ki(5)
КПД учитывает потери в насосном и турбинном колесах, в реакторе, а также механические потери в подшипниках и потери на трение лопастных колес о жидкость.
В гидромуфте крутящий момент не изменяется, следовательно, k = 1, тогда h = i,
Поскольку преобразование энергии происходит с потерями, то максимальный КПД h = i = 0,97-0,98. Следовательно, при передаче мощности через гидромуфту частота вращения выходного (турбинного) вала nт всегда меньше частоты вращения входного (насосного) вала nн.
Разность частот вращения входного и выходного валов, отнесенная к частоте вращения входного вала, называется скольжением.
(6)
Обычно S= 0,02¸0,03
Гидротрансформаторы, как правило, служат для увеличения крутящего момента, т. е. когда k > 1. Обычно для гидротрансформаторов k = 1,75¸1,1, максимальный КПД hmax= 0,8¸0,9 и передаточное отношение i = 0,5¼0,8.Внешней характеристикой гидродинамической передачи называются графики, выражающие зависимость мощности и моментов на входном и выходном валах и КПД от передаточного отношения при постоянных: вязкости, плотности рабочей жидкости, а также частоте вращения входного вала. Такие графики изображены на рис.3. а, б. Из рис. 3. а видно, что для полностью заполненной жидкостью гидромуфты при i = 0 (nт=0) момент на турбинном колесе (Мт=Мн) будет максимальным. В зависимости от конструкции величина максимального момента может составлять Мmax = (5¸7) M ном. С увеличением i момент падает до нуля. То же самое можно сказать и о мощности на входном валу Nн. Мощность на ведомом валу Nт равна нулю при i = 0 и i = 1, а максимальное значение Nт наблюдается при 1,0 > i > 0, КПД с увеличением i увеличивается и изобразится прямой линией, идущей от 0 до 1. Однако КПД не может равняться единице, так как при i = 1 кривая КПД изобразится круто снижающейся пунктирной линией.
Внешняя характеристика гидротрансформатора (рис.3. б) отличается от таковой для гидромуфты. Момент на турбинном колесе имеет максимальное значение при i = 0, затем падает до нуля. Момент на насосном колесе может быть постоянным (кривая 1), уменьшаться (кривая 2) или возрастать (кривая 3). КПД увеличивается с возрастанием i, имеет максимум при i = 0,5¸0,7 затем падает до нуля при i = l, Внешняя характеристика является наиболее важной зависимостью, по которой можно судить о качестве гидродинамической передачи, возможности и целесообразности применения её для определенных условий эксплуатации.
Кроме внешней используются универсальная и приведенная характеристики (рис.4. а, б).
Универсальная внешняя характеристика гидродинамической передачи совокупность внешних характеристик при различных частотах вращения входного вала (см. рис.4.а)
Приведенная характеристика гидродинамической передачи - зависимость коэффициента момента входного вала l, коэффициента трансформации момента k, полного КПД h от передаточного отношения i при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости к частоте вращения входного вала (см. рис.4.б).
Коэффициент момента входного вала l определяется по формуле
(7)
где М, n - момент и частота вращения входного вала; D - активный диаметр гидродинамической передачи; r - плотность жидкости.
Приведенная характеристика действительна не только для одной, но и для ряда геометрически подобных гидропередач. Гидромуфты бывают: ограничивающие, предохранительные, пусковые и пускотормозные.
Ограничивающая гидромуфта служит для ограничения величины передаваемого крутящего момента; предохранительная - для защиты приводного двигателя на установившихся режимах работы от внезапных перегрузок.
Пусковая гидромуфта служит для защиты приводного двигателя от перегрузок в процессе пуска машин с большими моментами инерции вращающихся частей; пускотормозная - для пуска и торможения.
Гидромуфты также делятся на проточные и непроточные. В проточной гидромуфтево внутренних полостях происходит проток рабочей жидкости за счет внешней системы питания с целью охлаждения её или регулирования частоты вращения выходного вала; в непроточной - во внутренних полостях находится неизменяемое во время работы количество рабочей жидкости.
Режим работы гидромуфты выбирают так, чтобы при номинальном режиме (длительная эксплуатация) она работала вблизи оптимального режима, для которого hном» hmax. В связи с этим iном = hном = 0,94-0,98. Момент номинальный Мн в несколько раз ниже максимального момента. Момент, передаваемый при i = 0, можно уменьшить, снизив расход жидкости через лопастные колеса, что достигается уменьшением наполнения гидромуфты. При меньшем наполнении гидромуфты уменьшается расход на всех режимах работы и
Дата добавления: 2018-09-24; просмотров: 343;