Гидроприводы с машинно-дроссельным управлением, работающие при постоянном давлении
Принципиальная схема гидропривода показана на рис. 6.1. Привод состоит из насоса Н переменной подачи, оснащенного регулятором автоматического изменения подачи в зависимости от давления в напорной гидролинии насоса. В качестве аппарата регулирования расхода жидкости может быть использовано любое дроссельное устройство, которое устанавливается в подводящей или отводящей гидролиниях гидродвигателя. В рассматриваемой схеме таким устройством является регулятор расхода РР, установленный на входе в гидроцилиндр Ц. Направляющий распределитель р выполняет свое обычное назначение.
Рис. 6.1. Принципиальная схема гидропривода с машинно-дроссельным управлением, работающего при постоянном давлении | Рис. 6.2. Схема регулятора подачи насоса |
Схема регулятора подачи насоса показана на рис. 6.2. В качестве примера рассмотрен аксиально-поршневой насос 1 с наклонным диском 4. Исполнительным устройством регулятора является гидроцилиндр 3, на поршень которого с одной стороны действует усилие пружины, а с другой — давление жидкости . В исходном положении регулятора пружина устанавливает регулирующий орган насоса в положение максимальной подачи. Дроссель 2 выполняет роль демпфера подвижного узла регулятора.
Максимальная подача насоса выбирается таким образом, чтобы при полностью открытом дросселе поршень гидроцилиндра перемещался бы с максимальной требуемой скоростью. Для уменьшения скорости проходное сечение дросселя прикрывается, тем самым уменьшается его пропускная способность. Это приводит к росту давления , которое, воздействуя на поршень регулятора, смещает регулирующий орган насоса в положение меньшей подачи. Рост давления и перемещение регулирующего органа будут происходить до тех пор, пока подача насоса не станет равной пропускной способности дросселя .
Таким образом, главной особенностью данного гидропривода является то, что подача насоса в каждый момент времени пропорциональна скорости движения выходного звена гидродвигателя.
Гидропривод, выполненный по рассмотренной схеме, может функционировать без предохранительного клапана. Так, например, если полностью перекрыть дроссель регулятора расхода, вызванный этим рост давления переместит поршень регулятора в крайнее левое положение (см. рис. 6.2), которое соответствует нулевой подаче насоса, т. е. защиту гидропривода от перегрузки давлением обеспечивает сам регулятор подачи насоса. Но предохранительный клапан в напорной гидролинии насоса все же устанавливается с целью повышения надежности работы гидропривода на случай отказа регулятора подачи.
Определим расходную характеристику насоса . Регулятор подачи насоса начинает работать при достижении в напорной гидролинии некоторого минимального уровня давления, который может быть определен из уравнения
(6.1)
где — площадь поршня регулятора; — коэффициент жесткости пружины; — предварительное сжатие пружины.
При давлении
(6.2)
подача насоса максимальна . Некоторый наклон расходной характеристики насоса определяется ростом внутренних утечек в насосе с увеличением давления (кривая 1, рис. 6.3).
Рис. 6.3. Расходная характеристика насоса, регулируемого по давлению
При давлении поршень цилиндра регулятора смещается, и уравнение его равновесия принимает следующий вид:
(6.3)
где R — плечо действия силы на регулирующий орган насоса; , — текущее и максимальное значения угла наклона регулирующего органа.
Преобразуем выражение (6.3) к виду
С учетом того, что подача насоса
и выразив в виде параметра регулирования насоса , получим
(6.4)
Подставив в (6.4) выражение (6.2) и проведя преобразования, получим
(6.5)
Этому режиму работы насоса на рис. 6.3 соответствует кривая 2. Из выражения (6.5) можем получить наибольшее давление на выходе из насоса, приняв = 0:
(6.6)
Таким образом, при изменении потребной подачи в гидроприводе от до давление насоса меняется в диапазоне от до . Определим неравномерность этого давления в виде
(6.7)
где .
В насосах, в которых поршень регулятора непосредственно перемещает регулирующий орган насоса, =10—15% [8]. Такая относительно высокая неравномерность давления объясняется большой величиной перемещения поршня регулятора b и ограничениями в увеличении предварительного сжатия пружины из-за достаточно больших сил, необходимых для смещения регулирующего органа насоса.
Неравномерность давления желательно иметь как можно меньше, так как в этом случае более стабильными будут регулировочные характеристики дроссельного устройства и привода в целом, больше КПД привода, что будет показало ниже, а также снижается взаимовлияние нескольких гидродвигателей, работающих от одного насоса.
Неравномерность давления может быть уменьшена путем введения в регулятор следящего устройства, выполняющего роль гидроусилителя, перемещающего регулирующий орган насоса.
Схема такого регулятора показана на рис. 6.4. Регулирующий орган 2 аксиально-поршневого насоса 1 поворачивается при смещении штока гидроцилиндра 3. В исходном положении пружина ставит регулирующий орган насоса в положение максимальной подачи. В качестве гидроусилителя применен двухщелевой золотниковый распределитель с открытыми на величину рабочими щелями. С одной стороны на золотник гидроусилителя действует давление напорной линии насоса, с другой — пружина, усилие сжатия которой регулируется с помощью винта и настраивается на требуемое в гидросистеме давление.
Рис. 6.4. Схема регулятора подачи насоса с гидроусилителем
При давлении в напорной гидролинии насоса золотник находится в крайнем правом положении. Как и в предыдущей схеме (рис. 6.2).
При этом поршень гидроцилиндра будет находиться в крайнем правом положении, так как щель а .
При увеличении давления золотник пропорционально ему смещается влево, открывая щель , и уменьшая проходное сечение щели . При этом давление уменьшается и поршень смещается влево, уменьшая подачу насоса. Перемещение поршня будет проходить до тех пор, пока не наступит равновесие сил, определяемое равенством
где переменной величиной является давление зависящее от смещения золотника, которое в свою очередь пропорционально увеличению давления . Следовательно, и подача насоса является величиной, пропорциональной .
Рис. 6.5. Зависимость КПД от нагрузки в гидроприводе с машинно-дроссельным управлением, работающем при постоянном давлении
Неравномерность давления , также вычисляемая по формуле (6.7), при применении регулятора с гидроусилителем значительно меньше (кривая 3, рис. 6.3), так как в этой схеме она определяется параметрами пружины золотника. Смещение золотника происходит в пределах сотых долей миллиметра, т. е. оно мало по сравнению с предварительным сжатием пружины.
Регуляторы подачи насоса с гидроусилителем имеют неравномерность в пределах 1—3%. Так, неравномерность давления в системе при использовании насоса 2Г15-1 не превышает 1,5%.
Рассмотрим статические характеристики гидропривода с машинно-дроссельным управлением. Зависимости давления и скорости от нагрузки на гидродвигателе определяются видом дроссельного устройства привода, что было подробно рассмотрено в гл. 4. Изменение подачи насоса сказывается на энергетических характеристиках привода.
КПД гидропривода определяем с учетом потерь, вызванных принципом регулирования (см. рис. 6.1):
где — мощность, подводимая к гидроцилиндру; — мощность, развиваемая насосом.
Учитывая, что , имеем
(6.8)
Таким образом, если считать =const, то КПД привода (рис. 6.5) не зависит от проходного сечения дросселя и, следовательно, от скорости движения выходного звена гидродвигателя. Это дает значительное увеличение КПД по сравнению с гидроприводом дроссельного управления, особенно при работе на малых скоростях.
Подставив в (6.8) выражение для из уравнения (6.4), получим
(6.9)
Из этого выражения видно, что чем меньше будет неравномерность давления на выходе из насоса, тем выше будет КПД, особенно при малых и, следовательно, малых скоростях движения выходного звена гидродвигателя.
Благодаря малым потерям мощности гидроприводы с машинно-дроссельным управлением применяются при передаче мощностей до 10—15 кВт и выше. В частности они нашли применение в гидроприводах станков, в гидросистемах летательных аппаратов.
Дата добавления: 2021-02-19; просмотров: 578;