Гидроприводы с регулятором расхода

Общей особенностью гидроприводов дроссельного управления с дросселем (рис. 4.1, 4.3, 4.4) является зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от нагрузки на нем. Так как это влияние возникает в результате изменения перепада давления на дросселе, стабилизация скорости возможна при обеспечении постоянства перепада давления. При различных режимах работы привода.

Рис. 4.6. Принципиальная схема гидропривода с регулятором расхода (дроссель + редукционный клапан)

Эта задача решена в гидроприводах с регуляторами расхода, в которых перепад давления на регулируемом дросселе поддерживается постоянным с помощью клапана давления. В соответствии с двумя схемами исполнения регуляторов расхода рассмотрим следующие виды гидроприводов.

На рис. 4.6 показана принципиальная схема гидроприво­да, в котором применен двухходовой регулятор расхода, со­стоящий из дросселя и редукционного клапана. Регулятор расхода РР устанавливается либо в напорной линии гидро­двигателя, либо в сливной. Параллельно насосу Н установ­лен клапан давления К, работающий в режиме переливного клапана. Этот клапан поддерживает постоянным давление перед регулятором расхода, для чего в гидроприводе долж­но быть обеспечено неравенство

(4.23)

Регулирование скорости поршня гидроцилиндра Ц обес­печивается изменением проходного сечения дросселя ДР. Редукционный клапан обеспечивает автоматическое изменение давления перед дросселем в зависимости от давления за ним [4], тем самым перепад давления на дросселе под­держивается постоянным.

Рис. 4.7. Схема регулятора расхода с редук­ционным клапаном

Рассмотрим основные статические характеристики тако­го привода. Перепад давления на дросселе равен (рис. 4.7)

(4.24)

где — наибольший диаметр золотника, определяющий площадь поверхностей, на которые действуют давления жид­кости , и ; — сила предварительного сжатия пру­жины, соответствующая положению золотника, при котором величина открытия рабочей щели равна нулю; C — коэффи­циент жесткости пружины; h — открытие рабочей щели зо­лотника.

Учитывая, что смещение золотника намного меньше пред­варительного сжатия пружины, перепад давления можно считать постоянным, т. е.

. (4.25)

Пружина золотника имеет небольшую жесткость, доста­точную лишь для преодоления сил трения. Поэтому перепад давления обычно составляет 0,2—0,3 МПа. При этом чувст­вительность золотника регулятора расхода к облитерацион­ным явлениям небольшая.

Рис. 4.8. Статические характеристики гидропривода с регулятором расхода (дроссель + редукционный клапан)

Давление в рабочей полости гидродвигателя пропорцио­нально нагрузке, что видно из соотношения (4.2). На рис. 4.8, а дано графическое представление перечисленных зави­симостей.

Давление в рабочей полости гидродвигателя пропорцио­нально нагрузке, что видно из соотношения (4.2). На рис. 4.8, а дано графическое представление перечисленных зави­симостей.

Скорость движения поршня гидроцилиндра определяется расходом через дроссель и рабочей площадью гидроци­линдра F

(4.26)

Наибольшая удельная нагрузка , которую может преодо­леть гидропривод поддерживая постоянной скорость движе­ния поршня, составляет величину . При нагрузке ' про­исходит полное торможение гидродвигателя.

Нагрузочная характеристика привода (рис. 4.8,б), по­строенная при , свидетельствует о высокой жест­кости привода, даже при учете некоторого уменьшения рас­хода через дроссель при увеличении давления за ним [4].

Мощность, потребляемая насосом, постоянна

. (4.27)

Мощность, развиваемая гидродвигателем (без учета по­терь в нём), определяется выражением

(4.28)

и ее зависимость от удельной нагрузки представлена на рис. 4.8, в.

С учетом выражения (4.23) КПД привода равен

(4.29)

Максимальное значение КПД имеет при (рис. 4.8, г) и составляет

(4.30)

На основании рассмотренных характеристик можно от­метить следующие преимущества гидропривода с регулято­ром расхода, состоящего из дросселя и редукционного кла­пана, по сравнению с гидроприводом, в котором применен обычный дроссель: 1) высокий КПД; 2) стабильность ско­рости при переменной нагрузке; 3) возможность получения устойчивых малых скоростей, так как облитерация щелей проявляется в меньшей степени. Недостатком является не­которое увеличение стоимости гидроаппарата.

Второй вид гидропривода, в котором в качестве регули­рующего аппарата применен трехходовой регулятор расхо­да, состоящий из дросселя и напорного клапана, показан на рис. 4.9. Такой регулятор расхода может быть установ­лен только в напорной гидролинии двигателя.

Рис. 4.9. Принципиальная схема гидропривода с регулятором расхода (дроссель + напорный клапан)

Рис. 4.10. Схема регулятора расхода с напорным клапаном

Напорный клапан КН установлен параллельно дросселю ДР и работает в режиме переливного клапана, т. е. в гидроприводе должно быть обеспечено неравенство (4.23)

Напорный клапан обеспечивает постоянный перепад давления на дросселе (рис. 4.10)

(4.31)

Главной особенностью регулятора расхода с напорным клапаном является то, что насос работает при переменном

Рис. 4.11. Статические характеристики гидропривода с регулятором расхода (дроссель + напорный клапан)

давлении в напорной гидролинии, определяемом уровнем нагрузки на выходном звене гидродвигателя:

(4.32)

Зависимости давлений в гидросистеме привода от нагруз­ки приведены на рис. 4.11, а. Наибольшая нагрузка, преодо­леваемая приводом в рабочем режиме, составляет а тормозная нагрузка '. Наибольшее давление в гидроприводе определяется настройкой пружины предохранительного кла­пана КП (см. рис. 4.9).

Регулирование скорости движения выходного звена гид­ропривода обеспечивается с помощью изменения проходного сечения дросселя. Зависимость скорости от нагрузки на выходном звене представлена на рис. 4.11,б, где

Мощность, потребляемая насосом, определяется выражением

(4.33)

а мощность, развиваемая гидродвигателем, равна

(4.34)

Таким образом, гидропривод потребляет мощность , пропорциональную нагрузке на выходном звене гидродвигателя. Наименьшее и наибольшее значения этой мощности приведены на рис. 4.11, в.

Выражение для КПД гидропривода с учетом (4.31) имеет следующий вид:

(4.35)

Графическая зависимость КПД от удельной нагрузки имеет вид гиперболы (рис.4.11, г).

Максимальное значение КПД такое же, как и в предыдущей схеме, и имеет место при . Но в рабочем диапазоне изменения нагрузки КПД выше.

Таким образом, преимущество гидропривода с регулятором расхода, состоящим из дросселя и напорного клапана, состоит в более высоком КПД, в меньших тепловыделениях и в возможности более компактного исполнения управляющих устройств. Однако, ввиду переменности давления на выходе из насоса, привод каждого рабочего органа машины должен быть индивидуальным, т. е. от одного насоса можно управлять лишь одним гидродвигателем.

Общими преимуществами гидропривода с дроссельным управлением являются простота конструкции, высокая надежность и низкая стоимость регулирующей аппаратуры и насосов, широкий диапазон регулирования скорости, воз­можность в ряде схем осуществления перемещений с малы­ми скоростями, простота получения жесткой нагрузочной ха­рактеристики, высокое быстродействие. Но в силу больших потерь мощности при малых скоростях перемещения испол­нительных устройств, они применяются при небольших мощ­ностях, обычно не более 3 кВт.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем состоит принцип регулирования скорости в гидроприводах с дроссельным управлением?

2. Почему давление на выходе из насоса в гидроприводе с последо­вательно расположенным дросселем постоянно?

3. Каким образом можно обеспечить работу гидропривода с последовательно расположенным дросселем с максимальным КПД?

4. Назовите условия, при которых КПД гидропривода с последова­тельно расположенным дросселем будет меньше 38%.

5. Какие виды гидроприводов с дроссельным управлением и почему могут воспринимать знакопеременную нагрузку?

6. Какие характеристики приобретает гидропривод при переносе уп­равляющего дросселя с входа в гидродвигатель на выход из него?

7. В чем отличие в работе напорного клапана в гидроприводе с па­раллельно расположенным дросселем по сравнению с гидроприводом с последовательной его установкой?

8. В каких режимах и почему КПД гидропривода с параллельно расположенным дросселем больше, чем при последовательной его уста­новке?

9. Какие преимущества приобретает гидропривод при замене обыч­ного дросселя регулятором расхода?

10. Чем определяется перепад давления на регулируемом дросселе в каждом виде регулятора расхода?

11. Объясните увеличение КПД в гидроприводе с регулятором расхода, включающим напорный клапан, по сравнению с регулятором расхо­да с редукционным клапаном.

12. В чем состоят преимущества и недостатки гидроприводов с дрос­сельным управлением?