ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ, КПД НЕРЕГУЛИРУЕМОГО ГИДРОПРИВОДА

На рис. 12.2 приведены принципиальные схемы, соответствую­щие трем классам гидроприводов, которые различаются характе­ром движения выходного звена. В гидроприводе, схема которого представлена на рис. 12.2, а, в качестве гидродвигателя использу­ется гидроцилиндр, на рис. 12.2, б-поворотный гидродвигатель, на рис. 12.2, в - гидромотор. На схеме рис. 12.2, а гидрораспреде­литель двухпозиционный с управлением от кулачка и с пружин­ным возвратом, на рис. 12.2, б - трехпозиционный с управлени­ем от электромагнитов, на рис. 12.2, в - трехпозиционный с руч­ным управлением.

.

Насос 4 засасывает жидкость из гидробака 3 и нагнетает ее в гидродвигатель 1 через гидрораспределитель 2. Из гидродвигателя жидкость движется через другой канал гидрораспределителя и сли­вaeTcя в гидробак Предохранительный клапан 5 отрегулирован на предельно допустимое давление и предохраняет систему гидро­привода с приводящим двигателем от перегрузок.

Для улучшения условий всасывания жидкости из гидробака и предотвращения кавитации в насосе в гидроприводе вращательного движения (см. рис. 12.2, в) применен гидробак с наддувом, т.е. давлением газа над поверхностью жидкости выше атмосферного.

Изменение направления движения выходного звена гидродви­гателя (реверсирование) осуществляется изменением позиции гидрораспределителя, а регулирование скорости этого движения ­увеличением или уменьшением рабочего объема насоса.

Представленные на рис. 12.2 принципиальные схемы гидропри­водов являются схемами гидроприводов с разомкнутой циркуля­цией жидкости. Разрыв циркуляции происходит в гидробаке, при этом исключается возможность реверсирования гидродвигателей путем изменения направления подачи насоса (реверса подачи). для этой цели обязательно применение гидрораспределителей.

На рис. 12.3 показана схема гидропривода вращательного дви­жения с замкнутой циркуляцией жидкости. На схеме изображены регулируемый насос 1 с реверсом подачи; гидродвигатель (регу­лируемый гидромотор) с реверсом вращения; предохранитель­ные клапаны 5, защищающие гидролинии а и bот чрезмерно

. высоких давлений (каждая из них может оказаться напорной);

. Принципиальные схемы гидропривода:

а - поступательного движения; б - поворотного движения; в - вращательного движения; 1 - гидродвигатель; 2 - гидрораспределитель; 3 - гидробак; 4 ­регулируемый насос; 5 - предохранительный клапан; F - действующая сила

Схема гидропривода с замкнутой циркуляцией жидкости:

1- регулируемый насос; 2- вспо­могательный насос; 3 - перелив­ной клапан; 4 - обратный клапан; 5 - предохранительные клапаны; 6 - гидродвигатель (регулируемый гидромотор); а, ь - гидролинии

система подпитки, состоящая из вспомогательного насоса 2, пе­реливного клапана 3 и двух обратных клапанов 4 и предохраняю­щая гидролинии а и Ь от чрезмерно низких давлений (в целях избежания кавитации в насосе).

На рис. 12.2 и 12.3 изображены схемы гидроприводов раздель­ного исполнения - такие, -в которых гидродвигатели расположе­ны на расстоянии от насоса и соединены с ним трубопроводом, длина которого может составлять десятки метров. Часто, особенно в самоходных машинах (строительные, дорожные, сельскохозяй­ственные машины и др.), применяют гидроприводы в нераздель­ном исполнении. В таких гидроприводах насос, гидромоторы и гидроаппаратура расположены в общем корпусе и образуют ком­пактную гидротрансмиссию, способную бесступенчато изменять частоту вращения ведомого вала и удобную для автоматизации управления приводимой машины. В таких трансмиссиях, заменя­ющих ступенчатые коробки передач, как правило, используют регулируемые аксиально-поршневые гидромашины.

Коэффициент полезного действия нерегулируемого гидропри­вода определяется потерями энергии в насосе, гидромоторе, а также в соединяющих их трубопроводах и гидроаппаратах, через которые движется жидкость от насоса к гидродвигателю и обратно.

Рассмотрим объемный КПД гидропривода и основные кине­матические соотношения. Величины, относящиеся к насосу, обо­значим индексом «н», К гидродвигателю - индексом «г».

При закрытых предохранительных и обратных клапанах, а так­же при отсутствии циркуляции жидкости в целях охлаждения по­дача насоса равна расходу жидкости через гидродвигатель:

где Q" = V_онn_нη_он ; V_он - рабочий объем насоса; n_н- частота вращения вала насоса;

η_он - объемный КПД насоса.

В гидроприводе поступательного движения скорость поршня гидроцилиндра

где ηо.г - объемный КПД гидродвигателя; SП - площадь поршня гидроцилиндра; ηО - объемный КПД гидропривода, ηО = ηо.нηо.г.

В гидроприводе вращательного движения частота вращения вала гидродвигателя

.n_г = Q η_о.г. / V_о.г. = V_о.н n_н η_о.н η_о.г/ V_о.г. = V _о.н η _о n _н/ V_о.г

где V_о.г. - рабочий объем гидродвигателя.

В обоих случаях утечки в насосе и гидродвигателе снижают ско­рость движения выходного звена - вызывают потери мощности.

Полезная мощность:

гидропривода поступательного движения

гидропривода вращательного движения

где F_Г - нагрузка (сила вдоль штока); М_Г - момент на валу гидро­двигателя; ώ_г - угловая скорость вала гидродвигателя.

Полезную мощность гидропривода можно выразить через пе­репад давлений в гидродвигателе Рг, расход Qr и КПД гидродвига­теля η_г:

N_п._г = Q_г р_г η_г,

где η_г = η_о.г η _м.г, η _м.г - механический КПД гидродвигателя.

Полезная мощность насоса, выраженная через подачу Q_н и дав­ление насоса р_н

N_пн._и = Q_н р_н

а потребляемая насосом мощность

N_H = мн ώн = Q_н р_н/η_н

где мн- момент на валу насоса; ώн - угловая скорость вала насоса; η_н - КПД насоса.

По определению КПД гидропривода η_{г п} = N_{п г}._г/ N_н. Тогда

для поступательного движения выходного звена гидропривода

η_{г п} = F _г v _п / M _н ώн = Q _г р_г η _н η_г / Q_н р_н

для вращательного движения выходного звена гидропривода

η_{г п} = M _г ώг / M _н ώн = Q _г р_г η _н η_г / Q_н р_н

Характеристика нерегу­лируемого аксиально-поршнево­го гидропривода:

n_н - частота вращения вала насоса; N - мощность; p- давление; η - КПД

Так как Q_н = Q _г , то

η_{г п} = η _н η_г η _тp ,

где η_{г п} - гидравлический КПД гидропривода, учитывает суммар­ные гидравлические потери давления Ртр в трубопроводах, η тр = Рг/ Рн.

Перепад давлений на гидродвигателе меньше давления насоса на величину этих потерь:

Рн - Рг = ΣР_тр

КПД гидропривода можно представить в виде:

η_{г п} = η _о η_м η _тp

_где η _о и η_{м -} объемный и механический КПД гидропривода.

Коэффициент полезного действия нерегулируемого гидропри­вода, как и КПД объемных гидромашин, зависит от давления в системе, которое определяется нагрузкой на выходном звене, ча­стоты вращения ротора (скорости поршня), вязкости жидкости.

На рис. приведена экспериментальная характеристика не­регулируемого аксиально-поршневого гидропривода.

Как и для отдельной роторной гидромашины, КПД гидропри­вода круто падает при уменьшении мощности (давления) и по­степенно уменьшается при отклонении от оптимальной мощнос­ти в сторону ее увеличения.