Дроссельное регулирование скорости движения поршня

Принцип дроссельного регулирования заключается в том, что поток жидкости, поступающий в напорную линию от насоса постоянной производительности, делят на две части.Одна часть подачи насоса отводится в бак, другая часть поступает в рабочую полость гидродвигателя.

Изменяя количественное соотношение между этими частями подачи насоса можно регулировать скорость выходного звена гидродвигателя.

Деление потока жидкости осуществляется совместной работой регулируемого дросселя и клапана ограничения давления

Процесс регулирования происходит следующим образом. Пока давление, создаваемое насосомв точке А (рис. 10.24), меньше давления настройки клапана ограничения давления – клапан закрыт и вся подача насоса поступает в гидродвигатель. При увеличении нагрузки на выходном звене гидродвигателя давление в линии нагнетания (а значит и в точке А) вырастет. При небольшом превышении давления в точке А над давлением настройки клапана ограничения давления , он начнет открываться и степень его откры– крытия будет увеличиваться с увеличением давления в точке А гидроли линии. При этом все большая часть подачи насоса возвраща­ется в бак.

Рис. 10.24. Схема дроссельного регулирования подачи насоса

Расход жидкости Q_Ц, поступающей в гидродвигатель:

Q_Ц = Q_НОМ – Q_КЛ – q_у,

где Q_НОМ – номинальная подача насоса;

Q_КЛ – расход через клапан;

q_у – величина утечек.

На рис. 10.25 представлена характеристика нерегулируемого объемного насоса при совместной работе с переливным клапаном. Участок АВ характеристики определяется характеристикой насоса, участок BС– характеристикой клапана ограничения давления.

На участке АВ клапан закрыт, точка В – открытие (или закрытие) клапана; на участке ВС, часть подачи насоса уходит в бак через клапан, а в точке С вся подача насоса возвращается обратно в бак (в точке С движения поршня нет, хотя насос работает на полную мощность).

Эти участки характеристики приближенно могут быть аппроксимированы линейными функциями.

Участок ВС можно описать уравнением:

,(10.1)

где – давление настройки клапана ограничения давления, т.е. давление при котором весь расход насоса сливается в бак через переливной клапан;

– действующее давление перед клапаном ограничения давления (давление в точке А на рис. 10.25);

– подача насоса;

– коэффициент пропорциональности для клапана давления.

Рис. 10.25. Характеристика насоса постоянной производительности

Значение коэффициента определяется по формуле:

, (10.2)

здесь перепад давления на клапане ограничения давления при изменении расхода через него от до (все эти параметры приводятся в технической характеристике клапанов давления).

Участок АВ апроксимируется линейной функцией:

,(10.3)

где р_М и A_MQ постоянныекоэффициенты, определяющие характеристику насоса:

,

Наибольшее давление р_max , на которое рассчитан насос, его номинальная подача Q_НОМ и объем ный КПД приводятся в технической характеристике насоса.

Этот способ регулирования подачи насоса неэкономичен, так как часть подачи (мошщности привода) насоса (а в точке С вся подача) теряется в клапане. Такой способ применяется при использовании насосов постоянной производительности небольшой мощности (до 3 кВт): шестеренных, винтовых и других.

Возможны два принципиально разных способа включения регулируемого дросселя в гидравлическую схему привода:

· последовательно с гидродвигателем (рис. 10.26, а, б);

· параллельно гидродвигателю (рис. 10.26, в).

Рис. 10.26. Варианты установки дросселей:

а, б – последовательная; в – параллельная

В свою очередь, существуют три варианта последовательной установки регулируемых дросселей:

· регулируемый дроссель установлен на входе в гидродвигатель;

· регулируемый дроссель установлен на выходе из гидродвигателя;

· регулируемые дроссели одновременно функционируют на входе в гидродвигатель и на выходе из гидродвигателя (дросселирующий распределитель).

При дроссельном регулировании переливной клапан постоянно открыт, насос работает с максимальной для данного режима нагрузкой. Это один из недостатков дроссельного регулирования.

При увеличении нагрузки, приложенной к штоку гидроцилиндра, давление в бесштоковой полости станет больше. Соответственно вырастет давление на выходе дросселя, в то время как давление на входе в дроссель останется почти на прежнем уровне (оно определяется настройкой переливного клапана). Перепад давления на дросселе изменится, следовательно, изменится расход жидкости, поступающей в полость цилиндра. Скорость поршня также уменьшится, из этого вытекает второй недостаток регулируемых дросселей: скорость выходного звена гидродвигателя зависит от нагрузки на этом звене (рис. 10.27, б, кривая под номером 1) . Причем, это справедливо для всех вариантов установки дросселей в гидросхему.

а б

Рис. 10.27. Характеристики дроссельного регулирования скорости:

а – регулировочная характеристика:
1 – последовательная схема; 2 – параллельная схема;

б – нагрузочная характеристика:

1 – дроссель последовательно с гидродвигателем; 2 – схема с регулятором расхода

При первом варианте установки дросселя при его полном открытии скорость поршня будет максимальной. При полном закрытии дросселя вся подача насоса будет идти через переливной клапан в бак.

Установка дросселя на входе в гидроцилиндр (рис. 10.27, а) целесообразна при необходимости иметь малую скорость движения гидродвигателя при постоянной нагрузке на штоке (поступление небольшого количества жидкости в бесштоковую полость вызовет меньшую скорость движения поршня, чем тоже количество жидкости при выходе из штоковой полости).

Недостатком установки дросселя на входе является то, что тепло, выделившееся на дросселе вследствие потери энергии давления, переносится в гидродвигатель. Изменение геометрических размеров гидродвигателя из-за теплового расширения его деталей может негативно отразится на точности работы прецизионного механизма,связанного с выходным звено гидро двигателя.

При установке дросселя на выходе из штоковой полости гидродвигателя (рис. 10.27, б) этот эффект сохраняется, т.к. давление в штоковой полости также связано с нагрузкой на штоке (эффект преобрзования давлений). Избыточное давление жидкости на выходе в бак практически равно нулю, т.е. давление на выходе из дросселя при разных нагрузках практически одно и тоже.

Дросселирование потока на выходе имеет следующие преимущества:

· схема с установкой дросселя на выходе обеспечивает двухстороннюю гидравлическую жесткость выходного звена гидродвигателя и плавность движения выходного звена гидродвигателя;

· так как дроссель в линии слива создает подпор, то это дает возможность работы привода при отрицательной силе, т. е. когда сила и скорость направлены в одну сторону;

· при отсутствии подпора может произойти отрыв поршня от жидкости, т.к. жидкость поступает в полость цилиндра с установившейся скоростью, а поршень начинает двигатся ускоренно под действием приложенной силы; отрыв поршня от жидкости создаст в цилиндре область пониженного давления (вакуум), в которую из жидкости будет активно выделяться воздух; следствием этого будет понижение модуля упругости жидкости, что проявится нестабильной работой гидродвигателя;

· тепло, выделившееся на дросселе, отводится жидкостью в бак, минуя гидродвигатель; это существенно для высокоточных устройств, связанных непосредственно с гидродвигателем; схемы с дросселем на выходе из гидродвигателя более устойчивы против автоколебаний, чем схемы с дросселем на входе в гидродвигатель;

· дроссель на выходе гидродвигателя обеспечивает более равномерную скорость силового органа, особенно при скорости движения меньше 1 м/мин.

При установке дросселя параллельно гидродвигателю (рис.10.27.в)

переливной клапан становится предохранительным – открывается лишь при чрезмерном увеличении давления в линии нагнетания. Подача насоса делится на два потока: один поток идет через распределитель в гидродвигатель (Q _Ц), другой поток идет через регулируемый дроссель (Q_Д). Скор сть выходного звена регулируется степенью открытия дросселя. Чем меньше степень открытия дросселя, тем большая часть жидкости уходит к гидродвигателю. При полном закрытии дросселя скорость поршня наибольшая. При полном открытии дросселя скорость поршня равна нулю или имеет минимальное значение (зависит от нагрузки).

При параллельном включении дросселя исключается возможность регулирования скорости поршня при действии силы, приложенной к штоку, в направлении перемещения штока. Эта схема регулирования скорости наиболее экономична, но ее недостатком является пониженная жесткость и необходимость индивидуального насоса для каждого гидродвигателя, меньшая точность регулирования и она менее стабильна в работе по сравнению с двумя предыдущими.

Как показывает практика, при данной установке дросселя скорость движения выходного звена зависит от нагрузки на выходном звене гидродвигателя в большей степени, чем в рассмотренных ранее вариантах установки дросселя. Кроие тогопри такой установке дросселя на скорость выходного звена оказывает влияние неравномерность подачи насоса и неравномерность вращения вала электродвигателя.