Гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика

Ю.Н. Гондин, И.В. Рукосуев

 

ГИДРОПНЕВМОПРИВОД И ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА

 

 

КОМПЛЕКС УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

 

Рекомендовано Ученым советом Нижегородского государственного

технического университета в качестве учебно-методического пособия

для студентов заочной и дистанционной форм обучения по специальностям:

151002.65 «Металлообрабатывающие станки и комплексы»,

150202.65 «Оборудование и технология сварочного производства»,

170102.65 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие»

 

 

Нижний Новгород 2006

УДК 007.52.62

 

 

Гондин Ю.Н., Рукосуев И.В. Гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика: комплекс учебно-методических материалов / Ю.Н. Гондин, И.В. Рукосуев; Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород, 2006. – 103 с.

 

Освещаются вопросы применения гидро- и пневмоприводов технологического оборудования машиностроительного производства. Рассмотрены устройства и принцип работы гидравлических и пневматических элементов приводов, методы их расчета и выбора.

Пособие предназначено для студентов дневной, заочной и дистанционной форм обучения технических специальностей.

 

Рецензент кандидат технических наук, доцент Б.П. Конищев

 

Редактор Э.Б. Абросимова

 

 

Подп. в печ. 15.09.06. Формат 60х84¹/₁₆. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 6,5. Уч.-изд. л. 6. Тираж 100. Заказ .

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603390, Н.Новгород, ул.Минина, 24.

 

© Нижегородский государственный

технический университет, 2006

 

© Гондин Ю.Н., Рукосуев И.В., 2006

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Пояснительная записка.......................................	4
2. Рабочая учебная программа по дисциплине......................	5
3. Опорный конспект лекций....................................	8
4. Описание практических занятий...............................	62
5. Контроль знаний.............................................	97
6. Глоссарий...................................................	100
7. Список литературы...........................................	103

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Курс «Гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика» базируется на общетехнических дисциплинах «Гидравлика», «Термодинамика», а также на дисциплинах «Технология конструкционных материалов» и «Металлорежущие станки».

Целью преподавания рассматриваемой дисциплины является подготовка студентов указанных специальностей по основам проектирования гидравлических и пневматических приводов технологической оснастки машиностроительного производства. Предметом изучения являются как отдельные стандартные гидравлические и пневматические устройства, так и системы гидропневмоавтоматики, применяемые в технологическом оборудовании.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

1. Знать:

– типы, принцип действия, конструктивные особенности гидравлических и пневматических элементов приводов, их совместную работу;

– инженерные методики их статического расчета.

2. Уметь:

– самостоятельно разбираться в принципиальных схемах гидро- и пневмоприводов оборудования;

– разрабатывать структурные принципиальные схемы;

– подбирать по справочникам и каталогам гидравлическую и пневматическую аппаратуру.

Все вышесказанное определило структуру учебно-методического пособия и содержание основных его разделов.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

 

Ведомость числа часов по рабочим учебным планам

Направление подготовки, направление специальности, специальность (шифр и наименование)	Форма обучения	Объем работы студентов (час)						Распределение по семестрам
		Всего	Аудиторной			Внеаудиторной
			Лекции	Лабораторные занятия	Курсовой проект	Индивидуальные занятия	Самостоятельная работа	Экзамен	Зачет	Курсовое проектирование
150900.62 – «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» 151000.65 – «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» 151002.65 – «Металлообрабатывающие станки и комплексы»	ФАМ, очное	101	34	17	–	–	50	9	–	–
150400.62 – «Технологические машины и оборудование» 150200.65 – «Машиностроительные технологии и оборудование» 150202.65 – «Оборудование и технология сварочного производства»	ФАМ, очное	98	51	17	–	–	30	7	–	–
170100.65 – «Оружие и системы вооружения» 170102.65 – «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие»	ФАМ, очное	98	34	17	–	–	47	–	7	–
150200.65 – «Машиностроительные технологии и оборудование» 150202.65 – «Оборудование и технология сварочного производства»	Выкса, заочное	150	10	8	–	–	132	–	8	8*

 

* – Расчетно-графическая работа

Раздел 1. Гидропередачи

 

1.1. Роль гидропневмоавтоматики в технологическом оборудовании. Область промышленного применения гидро- и пневмоприводов. Структурная схема гидропривода и основные его элементы. Достоинства, недостатки. Рабочие жидкости. Гидросети.

1.2. Гидравлические исполнительные механизмы. Гидравлические насосы. Классификация, принцип работы, основные параметры. Гидродвигатели. Гидроцилиндры и гидромоторы. Классификация, принцип работы, основные параметры.

1.3. Способы регулирования скорости движения силовых исполнительных гидравлических механизмов. Объемное регулирование, дроссельное регулирование. Статические характеристики. Стабилизация скорости движения исполнительных механизмов.

1.4. Аппаратура управления. Классификация, принцип работы. Вспомогательные гидравлические устройства.

 

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Привод состоит из трех основных частей: источника движения, передачи, связывающей двигатель с рабочим органом, и системы управления.

Автоматизированный привод – самодвижущийся привод с частичным участием человека.

Автоматический привод – самодвижущийся привод без участия человека.

По виду энергии приводы разделяются на электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные.

В гидроприводе источником энергии является энергия движущегося потока жидкости, а в пневмоприводе – энергия сжатого воздуха (газа).

В технологическом оборудовании гидро- и пневмоприводы используются в зажимных приспособлениях, в приводах подач (продольно-фрезерные, шлифовальные и т.д. станки), в механизмах зажима инструментальных оправок шпиндельных узлов, в механизмах управления (переключение скоростей), в шпиндельных узлах (подшипники скольжения с жидкостной смазкой), в системах управления гидрокопировальных станков и станков с ЧПУ.

Гидро- и пневмоприводы позволяют сравнительно простыми средствами автоматизировать технологические процессы, механизировать тяжелые трудоемкие операции, упростить управление и кинематику, повысить точность и надежность работы, а также снизить металлоемкость.

Для приведения в действие рабочего органа оборудования применяют гидравлические и пневматические устройства, обеспечивающие необходимые скорость и силу. Скорость регулируют за счет изменения объема рабочей среды, поступающей в двигатель, а силу – за счет изменения давления.

К достоинствам гидроприводов относятся большая компактность и малая металлоемкость, возможность реализации бесступенчатого регулирования скорости, малая инерционность движущихся рабочих органов, автоматическое предохранение от перегрузки и самосмазываемость механизмов.

Их недостатками являются потеря энергии на трение рабочей жидкости, изменение вязкости с изменением температуры, утечки, запаздывание в отработке сигналов вследствие сжимаемости жидкости и высокая точность изготовления, а следовательно высокая стоимость.

К достоинствам пневмоприводов относятся простота конструкции пневмодвигателя (пневмоцилиндр или турбина), высокое быстродействие, надежность работы в широком диапазоне температур и отсутствие возвратных пневмолиний.

К недостаткам следует отнести низкий КПД, низкие жесткостные характеристики из-за сжимаемости воздуха, бóльшие габариты пневмоцилиндров при одинаковых тяговых усилиях по сравнению с гидроцилиндрами.

ГИДРОПРИВОДЫ

 

Гидроприводы различаются:

1. По характеру движения ведомого звена:

а) вращательного движения (гидромотор);

б) возвратно-поступательного движения (гидроцилиндр);

в) возвратно-поворотного движения (моментный гидроцилиндр).

2. По характеру циркуляции рабочей жидкости:

а) с закрытой циркуляцией (отсутствует гидравлический бак);

б) с открытой циркуляцией.

3. По способу регулирования выходного элемента гидродвигателя:

а) регулируемые;

б) нерегулируемые.

На рис.1.1 показана структурная схема гидравлического привода.

 

 

 

Рис. 1.1. Структурная схема гидравлического привода:

1 – приводной электродвигатель; 2 – насос; 3 – гидравлический двигатель

(гидромотор или гидроцилиндр); 4 – рабочий орган (стол станка); 5 – система

Таблица 1

Основные свойства масел

Марка масла	ρ	Е	n	t всп	t заст
И-12А	901	1350	10–14	165	–30
И-50А	901	1530	47–55	200	–20
Турбинное ТП-22	900	1780	20–23	186	–15

 

Основным параметром при выборе масла является вязкость, которая в большей степени влияет на эксплуатационные качества привода. Чем выше скорость исполнительного органа и меньше величина давления в системе, тем вязкость масла должна быть ниже; при малых скоростях и больших давлениях вязкость должна быть выше.

В первом случае в основном рекомендуются индустриальные масла И-12А, во втором случае – И-50А.

 

ОБОРУДОВАНИЯ

Насосы

 

В технологическом оборудовании используются только роторные объемные насосы. К ним относятся:

– роторно-зубчатые;

– роторно-пластинчатые;

– роторно-поршневые;

– кулачковые.

Насос - гидравлическая машина, предназначенная для перемещения жидкости в процессе преобразования механической энергии ведущего звена в энергию потока жидкости.

По виду вытеснителей, осуществляющих процесс перемещения рабочей жидкости из камеры всасывания в камеру нагнетания, насосы подразделяются на коловратные (вытеснители совершают только вращательное движение) и кулисные (вытеснители совершают вращательное движение вокруг своей оси и одновременно возвратно-поступательные движения).

К основным параметрам насосов относятся подача насоса, рабочий объем, вакуумметрическая высота всасывания, давление, крутящий момент, мощность, коэффициент подачи, полный гидравлический и механический КПД.

Подача (Q _н) – это отношение объема подаваемой жидкости ко времени, л/мин.

Рабочий объем (n_о) – подача на один оборот ротора.

Вакуумметрическая высота всасывания(Н _в) – разряжение во всасывающей полости насоса, м.

Механическая характеристика насоса представлена на рис.2.1.

 

Рис. 2.1. Механическая характеристика насоса:

P _н – давление, развиваемое насосом; Q _о – теоретическая производительность насоса

 

Давление насоса P _н, устанавливаемое предохранительным клапаном, равно

 

P _н = D Р + Р ₁,

где D Р – потеря давления в напорной магистрали, P ₁ – давление, необходимое для преодоления нагрузки гидродвигателем.

Отрезок Q _s – объемные потери при наибольшем давлении; C ₁ – теоретическая механическая характеристика насоса; C – реальная механическая характеристика.

Мощность насоса N _нзависит от мощности, затрачиваемой на преодоление рабочей полезной мощности и преодоление потерь давления на трение:

N _н = N + å N _т = N + N _тр + N _г + N_v,

где N – мощность, затрачиваемая на полезную работу; N _тр – мощность, затрачиваемая на трение; N _г – мощность, затрачиваемая на гидравлические потери; N_v – мощность, затрачиваемая на компенсацию объемных потерь в насосе.

На практике приводная мощность насоса определяется из формулы

 

где Р _нв МПа, Q _н в л/мин.

К роторно-зубчатым насосам относятся шестеренные, винтовые и героторные. Наибольшее применение в технологическом оборудовании нашли шестеренные насосы из-за простоты конструкции, небольших габаритов, достаточно высокой надежности, технологичности изготовления и высокого КПД. Их недостатки – шум и пульсация потока, а соответственно давления масла в системе.

Существуют различные конструкции шестеренных насосов: с внутренним и наружным зацеплением, c прямыми и винтовыми зубьями. На рис.2.2. показана принципиальная схема насоса с внешним зацеплением

 

Рис. 2.2. Схема насоса с внешним зацеплением:

Р _а – атмосферное давление; Р ₁ – давление в камере всасывания;

Р ₂ – давление в камере нагнетания

 

Камера А – камера всасывания, где в результате выхода зубьев из зацепления происходит увеличение объема. Из-за разности давлений в гидробаке и в камере А происходит всасывание рабочей жидкости. Затем рабочая жидкость попадает во впадины между зубьями и переносится в камеру Б. Давление в этой камере повышается и становится выше атмосферного, а затем рабочая жидкость поступает в гидравлическую систему привода. Насосы с внешним зацеплением могут работать при давлении до 30 МПа, обеспечивая подачу до 300 л/мин. Частота вращения приводного вала находится в пределах 400-4000 мин^-1.

Производительность (подача) подсчитывается по формуле

Q _н = 10^-6 p D_t (D_e – D_t) B n h _v, м³/мин,

где D_t – диаметр делительной окружности зубчатых колес; D_e –диаметр окружности выступов; B –ширина зуба; n –частота вращения; h _v = 0,8-0,9– объемный КПД насоса.

Пластинчатые насосы бывают одинарного действия (неразгруженные) и двойного действия (разгруженные). Применяют насосы только двойного действия. В них две зоны всасывания и две зоны нагнетания. Применяются в приводах с дроссельным регулированием скорости гидродвигателей при больших тяговых усилиях на рабочих органах станка. На рис.2.3 показана принципиальная схема такого насоса.

Рис. 2.3. Схема пластинчатого насоса двойного действия:

1 – статор (его внутреннее отверстие выполнено в форме эллипса); 2 – ротор

(его наружная поверхность имеет цилиндрическую форму); 3 – пластины;

А – камера всасывания; Б – камера нагнетания; S – толщина пластины;

R и r – радиусы эллипса

 

В роторе пластинчатого насоса выполнены пазы, по которым перемещаются пластины 3. Под действием центробежных сил пластины прижимаются к внутренней поверхности статора. Две соседние пластины образуют замкнутую полость. При вращении ротора происходит изменение объема камер, заключенных между двумя соседними пластинами, поверхностями ротора и статора. Там, где происходит увеличение объема камеры, образуется зона разряжения. Там, где происходит уменьшение объема камеры – зона нагнетания. Через окно А происходит всасывание рабочей жидкости, а через окно Б – нагнетание в систему.

Производительность насоса (подача) рассчитывается по формуле

 м³/мин,

где B – ширина ротора, см; R – большая полуось отверстия статора, см; r –малая полуось отверстия статора, см; S –толщина пластин, см; z –число пластин; a–угол наклона пластин к радиусу ротора; n – частота вращения ротора, мин^-1; h _v = 0,7-0,9–объемный КПД насоса.

Производительность определяется геометрическими размерами ротора и его частотой вращения. Эти насосы не реверсивные (работают только в одном направлении). Могут развивать давление рабочей жидкости до 14-20 МПа, обеспечивая подачу до 200 л/мин. Частота вращения ротора может быть в пределах 750-3000 мин^-1.

Роторно-поршневые насосы делятся на три группы, в качестве вытеснителей в которых используются поршни или плунжеры: аксиальные, радиальные и кулачковые. Роторно-поршневые насосы позволяют работать с очень высоким давлением (выше 20 МПа). Они также имеют малые габариты и высокий КПД.

Аксиально-поршневые насосы получили свое название от способа монтажа поршней. Они могут быть расположены параллельно оси вращения ротора или под углом к ней не более 45° (рис.2.4, а и рис.2.4, б).

 

а)

б)

Рис. 2.4. Схема роторно-поршневого насоса:

1 – ротор; 2 – плунжеры (поршни); 3 – наклонная шайба; 4 – распределительный диск; 5 – карданная передача; А – камера всасывания; Б – камера нагнетания

Существуют три способа прижима поршней к наклонному диску:

1) за счет давления масла подаваемого в камеру всасывания от подпиточного насоса;

2) за счет пружин в рабочих камерах;

3) принудительное прижатие за счет карданной передачи.

Количество поршней в роторе 7 или 9. Недостатками этих насосов являются пульсация масла и неуравновешенность вращающегося ротора из-за дисбаланса, отсюда n = 500-2000 мин^-1.

Такие насосы могут быть реверсивными без изменения направления вращения ротора.

Производительность регулируется за счет изменения угла наклона a:

 м³/мин,

где d – диаметр плунжеров, см; R – радиус, на котором расположены плунжеры, см; a –угол наклона шайбы; z – количество поршней; n –частота вращения приводного вала, мин^-1; h _v = 0,8-0,9–объемный КПД насоса.

 

Гидродвигатели

 

Гидродвигателем называется гидравлическая машина, предназначенная для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию ведомого звена. Их можно разделять на гидравлические цилиндры и гидравлические моторы. В приводах наибольшее распространение получили гидравлические цилиндры. Они широко применяются в приводах подач фрезерных, строгальных, шлифовальных станков. Гидромоторы используются реже. Они могут выполнять роль датчиков скорости.

Основными характеристиками гидродвигателя являются расход рабочей жидкости Q, величина крутящего момента M_кр, величина тягового усилия штока гидроцилиндра Q _тяг, величина хода штока и номинальная скорость движения.

Гидроцилиндры по виду движения ведомого звена подразделяются на силовые и моментные. Силовые, в свою очередь, могут быть одностороннего и двустороннего действия. Ведомое звено в них перемещается возвратно-поступательно, а в моментных совершает возвратно-колебательное движение вокруг оси на угол менее 360°. С точки зрения конструктивного исполнения гидроцилиндры бывают плунжерными, суммирующими, телескопическими и мембранными. На рис.2.5 схематически показаны силовые гидроцилиндры двухстороннего (симметричные) и одностороннего (несимметричные) действия.

Скорость штока гидроцилиндра определяется по формуле

,

где F - площадь поршня; Q – производительность насоса.

а)

б)

 

Рис. 2.5. Силовые гидроцилиндры:

а – гидроцилиндр двустороннего действия; б – гидроцилиндр одностороннего действия

В силовых цилиндрах с двухсторонним штоком, у которых площади поршней равны (F ₁ = F ₂), скорость движения поршня будет одинакова в обе стороны и равна

.

 

В гидроцилиндрах с односторонним штоком скорости движения поршня вправо V ₁ и влево V ₂ будут различными (V ₁ ¹ V ₂):

 

, а .

Отношение скоростей будет:

.

 

В случае, если скорости штока должны быть одинаковыми в обе стороны, то гидроцилиндр одностороннего действия подключают по дифференциальной схеме, как показано на рис.2.6.

 

Рис. 2.6. Дифференциальная схема подключения

Со скоростью V ₁ шток гидроцилиндра перемещается вправо, так как давление P ₁ = P ₂, а площадь поршня F ₁ > F ₂. Масло от насоса из правой полости цилиндра будет поступать в левую полость. В этом случае скорость поршня вправо будет равна

 

.

При соединении правой (штоковой) полости цилиндра с насосом, а левой – со сливом, сила на поршне вправо будет меньше, чем влево, поэтому поршень будет перемещаться влево со скоростью

 

.

Так как V ₁ = V ₂, отношение их скоростей

.

Следовательно

 

,

откуда

d = 0,71 D.

Таким образом, для получения одинаковых скоростей вправо и влево необходимо:

1) цилиндр подключить по дифференциальной схеме для перемещения штока вправо;

2) выполнить размеры цилиндра таким образом, чтобы d = 0,71 D.

Величина тягового усилия Q _тяг на штоке гидроцилиндра складывается из следующих составляющих:

,

 

,

 

где Т _н – трение в направляющих рабочего органа, ;

T _ш – трение в штоке (штоковом уплотнении), ;

T _п – трение в поршне, ;

T _о – усилие от противодавления, ;

T _и – сила инерции, .

Здесь P_x, P_y, P_z – составляющие усилий резания;

f – коэффициент трения;

К – коэффициент, учитывающий неравномерность зазоров в направляющих;

P _yп – давление со стороны уплотнения на поверхность штока;

f _y – коэффициент трения в уплотнении;

p Db – площадь контакта;

z – количество уплотнительных колец;

P _к – удельное давление уплотнительных колец;

t_а – время разгона до требуемой скорости.

Расчетная схема для определения тягового усилия представлена на рис.2.7.

 

Рис. 2.7. Расчетная схема:

Р _н – давление масла в рабочей полости цилиндра; Р _о – величина противодавления;

L – длина уплотнения штока; В – ширина уплотнительного кольца поршня; G – масса

перемещаемого узла; S _м – величина минутной подачи (скорость); R_р – внешняя нагрузка

К гидравлическим двигателям, осуществляющим вращательное движение, относятся гидравлические моторы объемного действия. Они бывают роторно-зубчатыми, роторно-пластинчатыми и роторно-поршневыми. Наибольшее распространение получили из пластинчатых радиально-пластинчатые, а из поршневых аксиально-поршневые гидромоторы.

Основными их параметрами являются рабочий объем, крутящий момент (номинальный, пусковой), частота вращения вала (номинальная, максимальная, минимальная), давление на входе (максимальное, номинальное) и расход жидкости.

Радиально-пластинчатые гидромоторы, как правило, двойного действия (с двумя противоположно расположенными камерами). Принцип работы можно объяснить с помощью рис.2.8.

Масло, поступающее от насоса в рабочую камеру под давлением Р _н, действует на пластины (S ₁ и S ₂ – площади пластин). А так как их площади не одинаковы, то возникает составляющая усилия, которая приводит во вращение ротор, а соответственно и вал. Величина крутящего момента определяется:

M_кр = P _н В (R ² – r ²),

где B – ширина пластин; R и r – соответственно большая и малая полуоси эллипса отверстия в статоре.

а)

б)

Рис. 2.8. Схема конструкции пластинчатого гидромотора

 

Принцип действия аксиально-поршневого гидромотора (рис.2.9) состоит в следующем. При подаче жидкости под торцы плунжеров возникает осевая сила Р, действующая на поверхность наклонной шайбы. Окружная составляющая этой силы Т создает крутящий момент:

 

.

Рис. 2.9. Схема аксиально-поршневого гидромотора:

j₁ – текущий угол координаты плунжера относительно оси;

P – сила, с которой плунжер воздействует на наклонную шайбу

Без учета сил трения можно написать, что

, а .

Крутящий момент от одного плунжера составит

M₁ = T x ₁,

 

где  - плечо силы T. D - диаметр окружности, на которой расположены оси цилиндров в роторе, а j₁ - угол поворота ротора.

Крутящий момент от всех поршней, расположенных в рабочей зоне, будет равен

 

.

 

Теоретический крутящий момент, развиваемый аксиальным гидромотором:

.

 

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Гидродвигатели чаще всего используются в приводах подач металлообрабатывающих станков, где величина скорости регулируется за счет изменения количества масла.

Существуют следующие способы регулирования скорости гидродвигателей:

1) объемное регулирование;

2) дроссельное регулирование:

– регулирование с помощью дросселя, установленного «на выходе»;

– регулирование с помощью дросселя, установленного «на входе»;

– регулирование с помощью дросселя, установленного параллельно гидродвигателю;

– дифференциально-дроссельное регулирование.

Регулирование скорости

 

Объемное регулирование

При этом виде регулирования применяют насосы переменной производительности. К достоинствам этого способа следует отнести высокий КПД (0,65-0,7) и возможность получения широкого диапазона регулирования (10-12).

Работа такого привода осуществляется следующим образом (см. рис.1.3). Насос переменной производительности 1 подает масло в реверсивный гидромотор 3. При этом могут иметь место наружные утечки, что для замкнутой гидросистемы недопустимо. Поэтому предусматривается подпиточный насос 2, который всегда обеспечивает подкачку масла во всасывающую полость насоса 1 за счет обратных клапанов 7. Постоянство давления подпора поддерживается настройкой предохранительного клапана 6. Клапаны 4 и 5 ограничивают максимально допустимое давление в напорной магистрали. При регулировании частоты вращения вала гидромотора 3 насосом 1, можно получить привод с постоянным крутящим моментом. При регулировании гидромотором мощность привода будет зависеть лишь от нагрузки. Если последняя постоянна, то и потребляемая мощность будет постоянной.

Объемное регулирование скорости можно осуществить и с помощью нерегулируемых гидронасосов, но тогда их должно быть не менее двух. С двумя можно получить четыре скорости в одну и другую стороны. С тремя насосами – не менее восьми скоростей и т.д. При этом насосы приводятся во вращение от одного электродвигателя. Таким образом, получается ступенчатое объемное регулирование.

Дроссельное регулирование

Этот способ регулирования основан на использовании нерегулируемых насосов и дросселей, к которым предъявляются следующие требования. Во-первых, необходимо обеспечить постоянство давления на его входе или на выходе, а во-вторых, выбирать дроссель таким, чтобы его сопротивление было наибольшим среди других сопротивлений трубопроводов и аппаратов. Данный способ отличается большим быстродействием, простотой конструкции, надежностью работы, а также позволяет реализовать возможность плавного непрерывного изменения скорости в широком диапазоне.

Регулирование с помощью дросселя, установленного «на входе» (рис.3.1)

 

Рис. 3.1. Дроссель «на входе». Шток толкающий

 

В этом случае Р ₂ = 0, а скорость вправо

 

,

 

где Р _н – давление масла перед дросселем; G – нелинейная гидравлическая проводимость, определяемая конструктивными характеристиками дросселя; m – коэффициент, зависящий от конструкции дросселя (m = 0,5-1).

Если на сливе установлен подпорный клапан, то , а скорость вправо

 

.

 

При тянущем штоке, перемещающемся влево, и без установки на сливе подпорного клапана , а

 

.

 

Регулирование с помощью дросселя, установленного «на выходе» (рис.3.2)

 

Рис. 3.2. Дроссель «на выходе». Шток толкающий

В схеме, представленной на рис.3.2, как и в предыдущей, давление в напорной гидролинии насоса определяется настройкой предохранительного клапана, т.е. Р ₁ = Р _н. При толкающем штоке и движении вправо Р ₂ = 0, скорость

 

.

 

Следует заметить, что обе схемы последовательного регулирования содержат в себе элементы, в которых идет интенсивное тепловыделение: это сам дроссель и предохранительный клапан. Поэтому в гидроприводе должна быть предусмотрена система охлаждения масла.

Регулирование с помощью дросселя, установленного параллельно гидродвигателю (рис.3.3)

В схеме, представленной на рис.3.3, предохранительный клапан закрыт в процессе работы привода, а давление в напорной гидролинии зависит от нагрузки R _р на гидродвигателе и сил трения. Таким образом, при увеличении проходного сечения дросселя в гидродвигатель поступает меньший поток жидкости и скорость будет уменьшаться.

Рис. 3.3. Дроссель установлен параллельно гидродвигателю. Шток толкающий

В соответствии со схемой Р ₁ = Р _н, а Р ₂ = 0. Скорость штока вправо

.

,

 

где Q _н и Q _пк – расход насоса и расход через предохранительный клапан соответственно.

При тянущем штоке Р ₁ = 0, а . Скорость влево

.

 

Схема дифференциально-дроссельного регулирования (рис.3.4)

Регулирование скорости движения применимо лишь для приводов, использующих в качестве гидродвигателей дифференциальные цилиндры.

Изменяя проходное сечение f _д дросселя, регулируем скорость и направление перемещения штока гидроцилиндра. Скорость изменяется от минимальной до максимальной величины вправо и влево. Данный способ регулирования позволяет обходиться без гидрораспределителя. Работу можно условно разбить на три этапа.

1. Щель f _д = 0, слива нет.

Поэтому P ₁ = P ₂, F ₁ P ₁ > F ₂ P ₂.

Шток перемещается вправо со скоростью V _max.

2. Щель f _д максимально открыта (бесштоковая полость соединена со сливом).

Поэтому P ₂ > P ₁, F ₂ P ₂ > F ₁ P ₁.

Шток перемещается влево со скоростью V _max.

3. Щель f _д имеет среднее значение проходного сечения. При этом скорость штока V = 0.

 

 

Рис. 3.4. Дифференциально-дроссельное регулирование:

1 – насос; 2 – плунжер; 3 – демпфирующее отверстие (дроссель с постоянным сечением)

 

В общем случае скорость штока определяется по формуле

 

.

 

Дифференциально-дроссельное регулирование позволяет работать с высокой чувствительностью и малым влиянием утечек на скорость. Такие схемы рекомендуется применять в гидравлических следящих приводах.

На рис.3.5 показаны ста