Гидроприводы с регулируемым насосом

Гидропривод (рис. 5.1) состоит из реверсивного регули­руемого насоса Н, соединенного по замкнутой схеме с не ре­гулируемым гидромотором М. Предохранительные клапаны

Рис. 5.1. Принципиальная схема гидропривода с регулируе­мым насосом

КП1 и КП2 ограничивают максимальное давление в соот­ветствующей напорной гидролинии до значения . Подпиточный насос НП расположен в корпусе основного насоса, их валы соединены между собой зубчатой передачей и при­водятся в движение от одного приводящего двигателя. Дав­ление подпитки, составляющее обычно 0,8—1,1 МПа [10], определяется настройкой клапана давления К, работающего в режиме переливного клапана. Подача рабочей жидкости для восполнения утечек в гидромашинах производится во всасывающую гидролинию через один из обратных клапанов КО, второй клапан закрыт давлением напорной гидролинии. Источником подачи рабочей жидкости служит подпиточный насос НП, давление на выходе из которого поддерживает­ся переливным клапаном К. Избыточное давление во всасывающей гидролинии насоса улучшает условия всасывания, [Обеспечивая бескавитационный режим работы насоса и надёжное заполнение жидкостью его рабочих камер. От подпиточного насоса часть рабочей жидкости может отводить­ся потоком для питания гидравлических устройств изме­нения рабочего объема насоса.

Замкнутый поток рабочей жидкости позволяет осущест­вить реверс выходного звена гидродвигателя за счет измене­ния направления подачи насоса без использования направ­ляющих распределителей.

Уравнение равновесия ротора гидромотора имеет следую­щий вид:

(5.1)

где — теоретический момент, развиваемый гидромото­ром, определяемый давлением напорной гидролинии; — момент, затрачиваемый на преодоление внешней нагрузки; — момент, затрачиваемый на преодоление механических потерь в гидромоторе; — момент, затрачиваемый на пре­одоление подпора в сливной гидролинии.

Подставив в (5.1) выражение для составляющих момен­тов, получим

откуда связь между давлениями в гидроприводе без учета потерь в гидролиниях будет иметь следующий вид:

(5.2)

где — перепад давления, определяемый механичес­кими потерями в гидромоторе; — рабочий объем гидромотора.

Из выражения (5.2) видно, что давление в напорной гидролинии определяется внешней нагрузкой на валу гидромотора и пропорционально ей. Зависимость давлений от удельной внешней нагрузки

представлена на рис. 5.2, а.

Наибольший момент от внешней нагрузки, который мо­жет преодолеть гидромотор, равен

Теоретическая частота вращения вала гидромотора , определяется выражением (3.1).

Рис. 5.2. Статические характеристики гидропривода с регулируе­мым насосом

Представим рабочий объем насоса в виде

(5.4)

где параметр регулирования насоса ( = 0—1). Подставив (5.4) в (3.1), получим

(5.5)

Таким образом, теоретически частота вращения вала гидромотора не зависит от нагрузки. Следовательно, структурное построение гидропривода с машинным управлением дает жесткую нагрузочную характеристику (рис. 5.2, б, кривые 1). При увеличении нагрузки срабатывает пре­дохранительный клапан, пропуская часть расхода жидкости из напорной гидролинии в сливную. При вся подача насоса направляется в сливную гидролинию.

С учетом утечек рабочей жидкости в насосе и гидро­моторе , которые можно считать пропорциональными пе­репаду давления во внешних гидролиниях [2], частота вра­щения вала гидромотора определяется из следующего выражения:

(5.6)

где и — коэффициенты объемных потерь в насосе и гидромоторе.

Выражение (5.6) может быть представлено также в виде

(5.7)

где ; ;

Нагрузочная характеристика гидропривода с учетом уте­чек представлена на рис. 5.2, б, кривые 2.

Из выражения (5.6) следует, что гидропривод с машин­ным управлением имеет зону нечувствительности при изме­нении положения регулирующего органа насоса. Определим нечувствительность гидропривода , положив в (5.6) :

(5.8)

Наибольшее влияние на нечувствительность привода ока­зывают утечки рабочей жидкости в гидромашинах. Поэтому при увеличении внешней нагрузки на валу гидромотора нечувствительность увеличивается.

Мощность, развиваемая гидромотором , отличается от потребляемой насосом от приводящего двигателя, на ве­личину, затрачиваемую на привод насоса подпитки

или

(5.9)

где — подача подпиточного насоса.

С учетом потерь мощности в гидромашинах выражение (5.9) приобретает вид

(5.10)

Кривые мощности показаны на рис. 5.2, в. Кривые 1 со­ответствуют приводу без учета потерь в гидромашинах, кри­вые 2 — с учетом потерь.

КПД привода с машинным управлением, определяемый самим принципом регулирования скорости, равен единице. Если привод выполнен с замкнутым потоком рабочей жид­кости, и, следовательно, в его состав входит насос подпитки, то

(5.11)

Подставив в (5.11) выражение (5.9), получим

(5.12)

Зависимость КПД от нагрузки показана на рис. 5.2, г (кривая 1). Учитывая, что мощность, потребляемая подпиточным насосом, обычно не превышает 5% [10] от наибольшей мощности, передаваемой гидроприводом, КПД приво­да в большом диапазоне изменения нагрузки достаточно высок. С учетом потерь мощности в гидромашинах измене­ние КПД привода соответствует кривой 2.

Рассмотрим регулировочные характеристики гидропривода с регулируемым насосом, которые представляют собой зависимость выходных параметров гидропривода от параметра регулирования. Для получения качественных зависи­мостей пренебрежем потерями мощности в приводе.

Зависимость частоты вращения вала гидромотора от параметра регулирования определяется выражением (5.5). Момент, развиваемый гидромотором

есть постоянная величина. Мощность, развиваемая гидромотором, равна

(5.13)

На рис. 5.3 представлены графические зависимости рассмотренных характеристик. Из них видно, что гидропривод с регулируемым насосом развивает постоянный при задан­ной нагрузке момент, независимый от частоты вращения вала гидромотора, а развиваемая им мощность пропорциональна частоте вращения.

Рис. 5.3. Регулировочные характеристики гидропривода с регулируемым насосом

Диапазон регулирования скорости в рассматриваемом гидроприводе, выражаемый отношением максимальной частоты вращения вала гидромотора к минимальной,

(5.14)

теоретически равен бесконечности, так как при .

В действительности гидромотор устойчиво работает лишь начиная с частоты вращения вала . Это связано с наличием утечек и перетечек жидкости в гидромоторе и «падающей» характеристикой механического трения (рис. 5.4).

Так, если при регулировании необходимо уменьшать частоту вращения вала, то при некотором можно достичь (кривая 1), но при установлении "< ' увеличивается давление, необходимое для преодоления механических потерь в

Рис. 5.4. Характеристика механических потерь в гидромоторе

гидромоторе. При этом увеличиваются и утечки жидкости, в результате чего частота вращения вала снижается, что приводит к еще большему увеличению и так далее пока вал гидромотора не остановится. Таким образом, . Для серийно выпускаемых аксиально-поршневых гидромоторов типа Г15—2 [13] =52,5—90. Пластинчатые гидромоторы имеют более низкий диапазон регулирования.

Диапазон регулирования может быть увеличен за счет снижения механических потерь при скоростях вращения вала гидромотора близких к нулю. Например, в ролико-лопастных гидромоторах [8] за счет гидростатической разгрузки рабочих органов зависимость потерь от частоты вращения не имеет участка с подающей характеристикой (кривая 1 рис. 5.4), благодаря чему эти гидромоторы могут устойчи­во работать с =0,5—1 об/мин.

Гидроприводы с регулируемым насосом нашли наиболь­шее применение в классе приводов с машинным управле­нием. Они применяются там, где силовые возможности гид­ропривода не должны зависеть от скорости движения вы­ходных звеньев. Например, они применяются в гидроприво­дах станков, колесно-гусеничных машин, поворотных соору­жений и т. п.