Гидравлические системы. Гидропривод

Общие сведения о гидравлическом приводе.

Основные понятия и определения

ГП (гидропривод) – это гидравлическая система - совокупность ГМ (гидромашин) с соответствующей регулирующей и распределительной гидроаппаратурой, вспомогательных устройств и гидролиний (трубопроводов), предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости на расстояние.

При помощи ГП можно передавать и преобразовывать энергию с одновременным выполнением функции регулирования и реверсирования скорости выходного звена, а также преобразовывать один вид движения в другой.

Энергия – величина, характеризующая состояние системы. Состояние системы меняется, когда в системе тел производится работа. Различают два вида механической энергии: кинетическую - энергию движения, зависящую от относительной скорости тел, и потенциальную – энергию положения, зависящую от относительного расположения тел.

Любые сложные системы, раскладывают на подсистемы различного уровня. В ГП выделяют: 1. гидропередача; 2. гидроаппаратура; 3. вспомогательные устройства.

1. Гидравлическая передача -этосоставная силовая часть ГП, которая состоит из ГМ и гидролиний, онана входе преобразует механическую энергию в гидравлическую, которая передается жидкостью, затем на выходе снова переходит в механическую, приводящую в действие исполнительные механизмы.

По принципу рабочего процесса гидравлические передачи подразделяются на объемные и гидродинамические.

2. Гидроаппаратура – это устройства управления ГП, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и низких давлений жидкости. К гидроаппаратуре относятся дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители – устройства для изменения направления потока жидкости.

3. Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры РЖ (рабочей жидкости), обеспечивающие ее качество и состояние. Это различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы.

Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется РЖ.

Объемный гидропривод

ОГП (объемный гидропривод)- это совокупность объемных ГМ, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

Принцип действия ОГП основан на малой сжимаемости капельных жидкостей и передаче давления в них по закону Паскаля – давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкостии по всем направлениям одинаково.

Схема простейшей гидро передачи приведена на рис. 1.1. Два цилиндра 1 и 2 заполнены жидкостью и соединены между собой трубопроводом. Поршень цилиндра 1 под действием силы F₁ перемещается вниз на расстояние h₁, вытесняя жидкость в цилиндр 2. Поршень цилиндра 2 преодолевает силу F₂ и поднимается на h₂.

Рис. 1.1. Схема простейшей гидро передачи

Если пренебречь потерями давления в системе, то по закону Паскаля давление в цилиндрах будет одинаковым и равным

1. Р = F₁ / S₁ = F₂ / S₂, [ Па = Н/м² ]

где S₁ и S₂ – площади поршней цилиндров 1 и 2 в м².

Часто применяют мегапаскаль –1МПа=10⁶Па= 1 Н/мм².

Считая жидкость практически несжимаемой, можно записать

2. q = S₁ h₁ = S₂ h₂ или 3. Q = S₁V₁ = S₂V₂,

где q – рабочий объем в м³; h – ход поршней в м: Q – подача (расход) жидкости в м³/с; V – скорости перемещения поршней в м/с.

Мощность, затрачиваемая на перемещение поршня в цилиндре 1, выражается соотношением

4. N = F₁ V₁ = Р S₁V₁. [ Вт = Нм/с ]

Так как расход жидкости Q = S₁V₁, то условие передачи энергии (при отсутствии сил трения) можно представить в виде

5. N = F₁ V₁ = Р Q = F₂ V₂,

где РQ – мощность потока жидкости; F₂V₂ – мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2, т.е. это работа выходного звена, отнесенная к единице времени.

Гидравлическое передаточное число, равное отношению сил на выходе и входе гидропередачи, можно представить как отношение диаметров цилиндров (в квадрате) во второй степени. (Механическое передаточное число равно отношению плеч действия сил в первой степени). Учитывая F = Р S_, получим

 

6. U_г = F₂ / F₁ = (S₂/ S₁) = (πd₂²/4) / (πd₁²/4) = (d₂ / d₁)².

Каждый ОГП содержит источник энергии, т.е. жидкость под давлением. По виду источника энергии ОГП разделяют на три типа: насосный, аккумуляторный и магистральный.

1. Насосный ГП – это ОГП, в котором РЖ подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого ГП. Он применяется наиболее широко.

Термин насосный ГП включает в себя понятие объемная гидропередача – это силовая часть насосного ГП, состоящая из насоса, гидродвигателя (одного или нескольких) и связывающих их гидролиний.

Для привода насоса в насосном ГП могут быть использованы различные двигатели. В связи с этим, если в понятие насосного ГП включают также приводной двигатель, то в зависимости от типа этого двигателя различают электро гидропривод, турбо гидропривод, дизель гидропривод и т.д.

2. Аккумуляторный ГП – в нем РЖ подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие ГП используют в системах с кратковременным рабочим циклом или ограниченным числом циклов.

3. Магистральный ГП – в нем РЖ поступает в гидродвигатель из гидромагистрали. Напор РЖ в гидромагистрали создается насосной станцией, состоящей из одного или нескольких насосов и питающей несколько ГП.