Четыре тенденции мировой промышленности
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
Элементы гидроприводов и гидроавтоматики (клапаны, золотники, гироцилиндры. Гидронасосы. В состав гидропривода входят следующие элементы: гидропередача состоит из насоса, гидродвигателя и соединяющих их трубопроводов (гидролиний). Насос преобразует энергию приводно го двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости, передавае мую по трубопроводам к гидродвигателю, а последний преобразует ее в механическую энергию поступательного или вращательного движе ния; гидроаппаратура служит для управления гидроприводом и состоит из распределителей (манипуляторов), позволяющих изменять направ ление потока рабочей жидкости, и клапанов, предназначенных для регулирования давления, скорости и объема потока жидкости; гидробаки, фильтры, теплообменники и гидроаккумуляторы относятся к вспомогательным устройствам. В гидроприводе используются объемные роторные насосы и следующие разновидности гидродвигателей: гидроцилиндры одно стороннего и двустороннего действия, сообщающие выходному звену поступательное движение; поворотные гидродвигатели пластинчатого или винтового типов, сообщающие выходному валу вращательное движение с углом поворота менее 360°, гидромоторы, сообщающие выходному валу вращательное движение. Все роторные насосы могут быть использованы в качестве гидромо торов благодаря свойству обратимости, заключающемуся в том, что жидкость, подводимая к насосу под давлением, приводит во вращение его ротор и вал. Однако наибольшее распространение в гидроприводах получили аксиально-поршневые, радиально-поршневые и пластинчатые гидромоторы. Гидрораспределители по типу запорно-регули-рующих элементов подразделяются на золотниковые, крановые и клапанные. В системах гидравлики широко применяются золотнико вые распределители с ручным, механическим, электрическим, гидрав лическим и пневматическим управлением. С помощью золотниковых распределителей изменяют направление потоков рабочей жидкости в гидролиниях. Клапаны в гидросистемах выполняют функции автоматических устройств управления и поддержания параметров рабочих жидкостей. Предохранительные клапаны защищают систему от перегрузки, они срабатывают при давлении, превышающем заданное, и отводят излиш ки жидкости в бак. В отличие от них переливные клапаны для поддер жания заданного давления осуществляют постоянный или периодиче ский перепуск жидкости. При значительном расходе жидкости через предохранительный клапан прямого действия резко возрастает перепад давлений, из-за чего не обеспечивается постоянство давления в защищаемом трубопро воде. Снижение перепада давлений можно достичь уменьшением жесткости пружины при увеличении ее размеров, что приведет к увеличению размеров клапана. Используя предохранительные клапаны непрямого действия, имеющие сравнительно небольшие габаритные размеры, можно обеспечить незначительный перепад давлений при возрастающем расходе жидкости. Редукционные клапаны понижают давление в гидролинии до требуемого и поддерживают его независимо от изменений расхода рабочей жидкости. Гидродвигатели. Схемы управления гидродвигателями. Электрогидропривод. Гидродвигатель – устройство динамического типа, преобразующее с помощью турбинки механическую энергию движения жидкости в механическую энергию передаточной оси. Простейшие схемы управления гидроприводом и схемы включения основных элементов гидросистем будут показаны на примерах. Приводом управляют с помощью четырехходового трехпозиционного гидрораспределителя с электроуправлением. Минеральное масло из бака всасывается в гидросистему нерегулируемым насосом. По пути к распределителю масло фильтруется. Для поддержания постоянного давления и предохранения гидросистемы от перегрузки после фильтра установлен предохранительный клапан. Гидрораспределитель изображен в исходной (средней) позиции, когда открыт канал, соединяющий нагнетательную магистраль со сливной. При включении насоса давление в системе не поднимается, так как масло вхолостую перекачивается насосом. В качестве гидродвигателя применен цилиндр двустороннего действия с односторонним штоком, который действует на РО. При срабатывании электромагнита распределителя золотник занимает правую крайнюю позицию. Нагнетательная магистраль соединяется со штоковой полостью цилиндра; поршень, а следовательно и РО перемещаются влево. Поршневая полость цилиндра соединена в этом случае со сливной магистралью. При срабатывании магнита нагнетательная магистраль соединяется с поршневой полостью, сливная — со штоковой. РО перемещается в обратную сторону. При нажатии на кнопку КУ ток будет проходить по обмотке промежуточного реле. Реле сработает. Один контакт этого реле блокирует кнопку КУ, второй, находящийся в силовой части схемы, включает электромагнит гидрораспределителя. РО начнет перемещаться влево до тех пор, пока не сработает конечный выключатель с самовозвратом. При срабатывании включается промежуточное реле, своими контактами блокирует конечный выключатель и включает электромагнит. Золотник распределителя меняет позицию, происходит реверсирование привода, РО начинает перемещаться в обратную сторону до тех пор, пока не сработает конечный выключатель. При срабатывании цепь катушки разрывается и РО останавливается в исходной позиции. При необходимости вместо кнопки управления КУ ставят контакт реле, срабатывающего от конечного выключателя смежного механизма. В этом случае управление будет автоматическим. С помощью предохранительного клапана поддерживается постоянное давление в магистрали. Разгрузочный клапан подключают к предохранительному трубой для автоматической разгрузки системы с помощью реле давления. При повышении давления выше заданного регулировочным винтом, на электромагнит разгрузочного клапана поступает электрический сигнал, золотник клапана перемещается и пропускает масло на слив. Система разгружается. С помощью дросселя, установленного на входе, регулируют расход масла, поступающего в гидродвигатель (не изображен). От расхода масла зависит скорость движения выходного звена гидродвигателя.  Включение редукционного клапана. От насоса масло одновременно подается в гидромотор, работающий при давлении, определяемом настройкой предохранительного клапана, и в цилиндр, работающий при более низком давлении. Редукционный клапан понижает давление. Скорость в гидроприводах регулируют изменением расхода жидкости, поступающей в гидродвигатель. В зависимости от способа изменения расхода жидкости различают гидроприводы с дроссельным и объемным регулированием. Дроссельное регулирование более предпочтительно для гидроприводов малых и средних мощностей. Оно основано на изменении расхода жидкости с помощью регулируемого дросселя. К достоинствам гидропривода с дроссельным регулированием относят надежность в работе, простоту управления гидрораспределителем, быстродействие и возможность питать одним насосом несколько независимых гидродвигателей. Объемное регулирование скорости гидропривода основано на применении насоса регулируемой производительности. В зависимости от количества масла, нагнетаемого насосом в единицу времени, изменяется скорость гидропривода. Достоинством гидроприводов с объемным регулированием является высокий коэффициент полезного действия. Преимущества этих гидроприводов наиболее полно проявляются при больших мощностях. В некоторых гидроприводах производительность насоса регулируют изменением частоты вращения его привода. Возможна параллельная совместная работа насосов постоянной и регулируемой производительности. Включение цилиндра по дифференциальной схеме, работа напорного золотника (напорного клапана). Поток масла, подаваемый насосом в гидросистему, разветвляется по двум направлениям: идет к цилиндру и через регулятор скорости в бак (так как регулятор скорости — нормально открытый аппарат, состоящий из дросселя и редуктора). При полном перекрытии регулятора (его дросселя) скорость поршня будет максимальной. По мере открывания проходного сечения в регуляторе часть масла отводится в бак, а при полном открывании все масло, нагнетаемое насосом, поступает в бак — движение поршня прекращается. Для предохранения гидросистемы от перегрузки и поддержания постоянного давления установлен предохранительный клапан с переливным золотником. Для реверсирования привода и дифференциального способа подключения цилиндра применен двухпозиционный распределитель с открытым центром. Ввиду того, что цилиндр расположен вертикально, для устранения самопроизвольного опускания РО при отключении насоса к поршневой полости подключен напорный золотник с обратным клапаном, который пропускает масло из поршневой полости, только когда давление в ней превысит усилие настройки его пружины. Электрогидропривод является дешёвым и аварийнобезопасным решением для управления поршневыми четверть- оборотными приводами с пружинным возвратом. Устанавливается как на приводы с кулисным механизмом Scotch Yoke, так и на приводы с рейкой и шестерней. Устройство привода: 1. Привод. 2. Гидравлический блок. 3. Элекрический блок. 4. Масляный бак. Физические принципы электромеханического преобразования энергии. Все электрические машины представляют собой электромеханический преобразователь для преобразования электрической энергии в механическую и обратно (кроме двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в обычной схеме включения), хотя и могут конструктивно отличаться друг от друга. Все дело в том, что они подчиняются одним законам электромеханического преобразования энергии. Сформулируем эти три закона. 1. Электромеханическое преобразование энергии не может осуществляться с КПД, равным 100 %. 2. Все электромеханические преобразователи (ЭМП) обратимы, то есть могут работать как в двигательном, так и в генераторном режимах (кроме двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в обычной схеме включения). Одно из следствий первого и второго законов — это определение ЭМП как концентраторов энергии. В индуктивных электрических машинах электромагнитная энергия концентрируется в воздушном зазоре между статором и ротором. Например, в асинхронных двигателях удельная мощность воздушного зазора составляет примерно 0,5 Вт/мм3. 3. Электромеханическое преобразование энергии осуществляется полями, неподвижными друг относительно друга. Третий закон облегчает анализ процессов преобразования в ЭМП, на его основе производится запись уравнений электромеханического преобразования энергии. Используя общие законы электромеханического преобразования энергии, можно математически описать происходящие физические процессы с общих позиций электромеханики, например, рассматривая электромеханический преобразователь энергии (ЭМПЭ) в качестве электромеханического многополюсника, на вход которого поступают управляющие воздействия в виде напряжений U, Ui,...,Un по числу обмоток, а на выходе получают электромагнитный момент М, вращающий ротор со скоростью со (рис. 2.1). Представление электродвигателя в виде электромеханического преобразователя удобно тем, что можно увязать в единое целое параметры механической части через М и со и электрическую сис-  Рнс. 2.1. Электромеханический преобразователь энергии тему управления через напряжения Uit I72,..., U„, изучая их совместное влияние на работу электропривода. Из теории электрических машин известно, что: 1) электромеханическая связь в электродвигателе проявляется в наличии результирующей электродвижущей силы (ЭДС), наведенной в обмотках машины из-за вращения ротора; 2) процесс преобразования энергии в электрической машине математически описывают совокупностью уравнений электрического равновесия обмоток машины и уравнением электромагнитного момента. Трансформаторы. Конструкция, уравнения и схема замещения однофазного трансформатора; холостой ход и испытательное короткое замыкание; рабочие характеристики трансформатора; энергетическия диаграмма. Электрический трансформатор - это устройство, предназначенное для изменения величины напряжения в сети переменного тока. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, в обмотках генерируется магнитное поле, которые взывает ЭДМ во вторичных обмотках. Данная ЭДС пропорциональна числу витков в первичных и вторичных обмотках. Отношение электродвижующей силы в первичной обомотке/вторичной называется коэффициентом трансформации. Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод (обычно замкнутого типа). Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства. Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией, для предотвращения возникновения «паразитных» токов внутри магнитопровода. Зачастую часть вторичной обмотки служит часть первичной и наоборот. Данный тип трансформаторов называют автотрансформаторами. В этом случае концы первичных обмоток подключаются к сети переменного напряжения, а концы вторичной присоединяются к потребителям электроэнергии.   Рисунок 1000000 – схема замещения  Рисунок 10000010242 – энергетическая диаграмма Различают несколько режимов работы трансформатора, имеющего номинальную полную мощность S„ом = 51ном = • номинальный режим, т. е. режим при номинальных значениях напряжения Ux - UlH0M и тока /, = /1ном первичной обмотки трансформатора; • рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему: Ul« UlH0M, а ток /, меньше своего номинального значения /,ном или равен ему и определяется нагрузкой трансформатора, т. е. током /2; • режим холостого хода, т. е. режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (/2 = 0) или подключена к приемнику с большим сопротивлением нагрузки (например, к вольтметру); • режим короткого замыкания трансформатора, при котором его вторичная обмотка коротко замкнута (?/, = 0) или подключена к приемнику с малым сопротивлением нагрузки (например, к амперметру). Режимы холостого хода и короткого замыкания специально создаются при испытании трансформатора. В режиме холостого хода (рис. 9.11) трансформатор превращается в катушку с магнитопроводом, к обмотке которой с числом витков w, подключен источник синусоидального напряжения. Поэтому векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе (рис. 9.12) подобна векторной диаграмме катушки с магнитопроводом (см. рис. 8.7), отличаясь от нее некоторыми обозначениями и дополнительно построенным вектором ЭДС вторичной обмотки Ё2х. Опытом холостого хода называется испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении Ulx = UlH0M. На основании этого опыта по показаниям измерительных приборов определяют коэффициент трансформации и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора. Опыт холостого хода является обязательным при заводском испытании трансформатора. При номинальном первичном напряжении Ulx = ?/1ном ток холостого хода /1х составляет 2—8 % номинального первичного тока /1ном (тем меньше, чем больше номинальная полная мощность трансформатора), т. е. по (9.11) Ulx« Е1х. Кроме того, при разомкнутой цепи вторичной обмотки U2x = Е2х. Поэтому, измерив вольтметром первичное Ulx и вторичное U2x напряжения в режиме холостого хода, определяют коэффициент трансформации повышающего или понижающего трансформатора:  Коэффициент трансформации указывается на щитке трансформатора в виде отношения напряжений высшего к низшему в режиме холостого хода, например «6000/230 В». Мощность потерь в трансформаторах в режиме холостого хода РХх складывается из мощности потерь в магнитопроводе, мощности потерь в проводах первичной обмотки (/?el/fx), а также мощности добавочных потерь (потери из-за вибрации листов стали в местах их стыков, в конструктивных деталях вследствие потока рассеяния и т. д.). При холостом ходе ток /1х«/1ном и мощность потерь в проводах ничтожна по сравнению с мощностью потерь в магнитопроводе (исключение составляют трансформаторы с номинальной полной мощностью меньше 1000 В - А). То же относится и к мощности добавочных потерь. Поэтому опыт холостого хода служит для определения мощности потерь в магнитопроводе трансформатора. Мощность потерь в трансформаторе в режиме холостого хода мала и составляет 0,3—1,4 % его номинальной полной мощности (тем меньше, чем больше номинальная полная мощность трансформатора). Тем не менее мощность потерь в маг- нитопроводе имеет важное практическое значение, так как силовые трансформаторы редко отключаются от первичной сети.   Ток холостого хода /]х, как и ток катушки с магнитопроводом, состоит из реактивной /1рх и активной /1ах составляющих. В большинстве случаев активная составляющая /1а х меньше 10 % реактивной составляющей /1рх, и можно считать, что ток холостого хода отстает по фазе от первичного напряжения практически на угол Ф1х»я/2 (см. рис. 9.12). При ограниченных возможностях охлаждения важно знать, как изменится режим холостого хода трансформатора при изменении первичного напряжения. Зависимости 4х=/(*4) и 4=/(<4) называются характеристиками холостого хода трансформатора (рис. 9.13). Сначала при повышении первичного напряжения С71х от нулевого значения магнитопровод не насыщен и ток 4 увеличивается пропорционально напряжению; затем начинает сказываться насыщение магнитопровода, например при 4х>0,84ном, и ток холостого хода 4 быстро нарастает. Мощность потерь в магнитопро- воде при индукции больше 1 Тл пропорциональна квадрату амплитуды магнитного потока (8.11) и (8.12) и, учитывая (9.1) и Е1х» Ulx, квадрату действующего значения напряжения ?4- Для большинства силовых трансформаторов допустимый верхний предел длительного повышения первичного напряжения в режиме холостого хода равен 1,Ш1н0мСледует различать режим короткого замыкания в эксплуатационных условиях и опыт короткого замыкания. Первый представляет собой аварийный режим, так как трансформатор сильно нагревается и перегрев может вызвать его разрушение. Опытом короткого замыкания называется испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки, пониженном первичном напряжении Z71kUlH0M и номинальном первичном токе /1к=/1ном- Этот опыт (рис. 9.14) служит для определения мощности потерь в проводах обмоток и треугольника внутреннего падения напряжений. Опыт короткого замыкания, как и опыт холостого хода, обязателен при заводских испытаниях. В режиме короткого замыкания (Ц, = 0) ЭДС Е2к, индуцируемая во вторичной обмотке (9.11), равна сумме напряжений на активном сопротивлении и индуктивном сопротивлении рассеяния вторичной обмотки:  в то время как в рабочем режиме  В опыте короткого замыкания действующее значение ЭДС Е2к составляет 2—5 % его значения в рабочем режиме. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток в магнитопроводе (9.1), а вместе с ним намагничивающий ток (9.4) и мощность потерь в магнитопроводе (8.11) и (8.12). Поэтому опыт короткого замыкания служит для определения мощности потерь в проводах первичной и вторичной обмоток:  или, полагая малым ток намагничивания,  Мощность потерь в трансформаторе в опыте короткого замыкания составляет 1—4 % его номинальной полной мощности (тем меньше, чем больше номинальная полная мощность трансформатора). Из опыта короткого замыкания определяют: • полное сопротивление короткого замыкания трансформатора  • активное сопротивление короткого замыкания трансформатора  На рис. 9.15, а и б построены треугольник сопротивлений и подобный ему треугольник внутреннего падения напряжений, стороны которого представляют в процентах номинального напряжения i7lH0M первичное напряжение в опыте короткого замыкания UlK и его активную и индуктивную составляющие:   Рис. 9.14 Рис. 9.15 • индуктивное сопротивление короткого замыкания трансформатора  Напряжение короткого замыкания ик является важным параметром трансформатора и указывается на его щитке. Оно определяет изменение вторичного напряжения нагруженного трансформатора (см. § 9.8). Напряжение короткого замыкания составляет 5—10 % номинального первичного напряжения и тем больше, чем выше номинальные напряжения обмоток трансформатора. Это объясняется тем, что с увеличением толщины изоляции проводов возрастают потокосцеп- ления рассеяния, а следовательно, и индуктивные сопротивления рассеяния Храс1 и Jpac2. Пренебрегая током холостого хода /1х в схеме замещения трансформатора на рис. 9.9 и определив параметры трансформатора RK и Хк из опыта короткого замыкания, получим упрощенную эквивалентную схему замещения трансформатора (рис. 9.16, а), для которой на рис. 9.16, б построена векторная диаграмма. Опыт короткого замыкания служит также контрольным опытом для определения коэффициента трансформации. При коротком замы-  Рис. 9.16 кании в уравнении (9.5) составляющая /lxw, мала и ею можно пренебречь. Следовательно, коэффициенты трансформации повышающего и понижающего трансформаторов (9.13) равны:  |