конспект механика жидкости и газа. Конспект+лекций. Курс лекций по опд гидравлика тема Предмет и методология гидравлики Курс "Гидравлика" включает в себя несколько самостоятельных дисциплин, которые объединяет такое понятие, как гидравлические и пневматические системы.
 Скачать 1.15 Mb.
|
|
цилиндра 7, заставляя перемещаться его поршень вместе с рабочим органом 8 со скоростью V, причем жидкость из противоположной полости через распределитель 5 и дроссель 9 (регулирует скорость движения) вытесняется в бак 1. На практике принцип работы любого гидропривода представляют не по полуконструктивному изображению, а по графической схеме состоящей из условных обозначений основных элементов. Ниже (табл. 10) приводятся условные графические обозначения основных гидроэлементов. Таблица Условные обозначения основных гидроэлементов Гидролинии: напорная сливная основная соединение линий дренажная перекрещивание линий (без соединения) управления место выпуска воздуха рукав высокого давления вентиль штуцерное резьбовое соединение фланцевое соединение Объемные гидродвигатели поворотный гидродвигатель Гидроцилиндры Основного исполнения С подводом масла через односторонний шток Одностороннего действия С подводом масла через двусторонний шток С возвратной пружиной С торможением в конце хода справа Двустороннего действия с односторонним штоком С торможением в конце хода с обеих сторон Двустороннего действия с двусторонним штоком С регулируемым торможением в конце хода плунжерный дифференциальный Гидромоторы нерегулируемые с постоянным направлением вращения нерегулируемые с переменным направлением вращения Регулируемые реверсивные Насосы нерегулируемые общее обозначение) шестеренные регулируемые с постоянным направлением потока пластинчатые регулируемые с переменным направлением потока радиально - поршневые аксиально - поршневые Направляющая гидроаппаратура Гидрораспределители четырехлинейный, трех- позиционный с электромагнитным управлением е исполнение) четырехлинейный, двухпозиционный с одним электромагнитом четырехлинейный, двухпозиционный с электромагнитным управлением Кран управления четырехлинейный, трех- позиционный с ручным управлением (е исполнение) пятилинейный, трех- позиционный с ручным управлением е исполнение) четырехлинейный, трехпозиционный с ручным управлением е исполнение) четырехлинейный, трехпозиционный с электрогидравлическим управлением е исполнение) упрощенное и полное обозначение) четырехлинейный, дросселирующий с механическим управлением (от копира) Обратные клапаны гидроклапан с логической функцией ИЛИ обратный клапан клапан обратный управляемый односторонний (гидрозамок) клапан обратный управляемый двусторонний Регулирующая гидроаппаратура Дроссели и регуляторы расхода дроссель нерегулируемый дроссель регулируемый дроссель с обратным клапаном регулятор расхода с предохранительным клапаном регулятор расхода основного исполнения регулятор расхода упрощенное обозначение Клапаны давления 95 гидроклапан давления редукционный клапан гидроклапан давления с обратным клапаном предохранительный клапан Вспомогательные устройства гидропривода фильтр заливная горловина маслоохладитель гидробак нагреватель масла Гидравлические аккумуляторы Без указания принципа действия пневмогидравличе- ский грузовой пружинный На рис. 77 представлено схематическое изображение в условных графических обозначениях гидропривода, изображенного на рисунке 76 . Рис. Схема гидропривода поступательного движения 1 - гидробак; 2 - насос нерегулируемый 3 - гидроклапан давления 4 – фильтр 5 - гидро- распределитель 6 – гидролиния; 7 – гидроцилиндр 9 – дроссель регулируемый 10 - манометр- электродвигатель Основные элементы гидропривода Гидролинии. Применяют стальные, медные, алюминиевые, латунные трубы и рукава высокого давления. Для монтажа трубопроводов используют соединения с развальцовкой, шаровым ниппелем, врезающимся кольцом, а также разборные соединения для рукавов. Рабочая жидкость. Роль переносчика энергии в гидроприводе выполняют рабочие жидкости. К ним предъявляются следующие основные требования наличие оптимальной вязкости, минимально изменяющейся в рабочем диапазоне температур хорошие смазочные и антикоррозионные свойства большой модуль упругости химическая стабильность в процессе длительной (до 6 – 8 тыс. ч) эксплуатации сопротивление вспениванию совместимость с материалами гидросистемы малые плотность и способность к растворению воздуха высокие теплопроводность, температура кипения и удельная теплоемкость низкое давление паров и т.д. Жидкость должна производится в достаточном количестве и иметь низкую стоимость. Указанным условиям в наибольшей степени на данный момент удовлетворяет минеральное масло с присадками. В процессе эксплуатации свойства рабочей жидкости меняются. Изменения обусловлены повышением кислотности, содержания воздуха и влаги, загрязнением механическими примесями и т.п. В соответствии с регламентом обслуживания рекомендуется проводить анализ масла через каждые 700… 1000 ч работы оборудования. В зависимости от условий эксплуатации и качества масла его долговечность колеблется в пределах 0,5… 20 тыс. ч. Отработанное масло после регенерации на станциях очистки может использоваться повторно. Фильтры. Для удаления постоянно появляющихся в рабочей жидкости твердых частиц в схемах гидропривода предусмотрены фильтры. Фильтры обеспечивают необходимую чистоту масла, работая в режимах полнопроточной или пропорциональной фильтрации. Они могут оснащаться средствами визуальной или электрической индикации загрязненности. Поскольку фильтр эффективно защищает лишь элемент гидросистемы, установленный непосредственно после него, схемы фильтрации обычно содержат комбинацию фильтров, установленных на разных линиях гидросистемы. По месту установки различают воздушные (сапуны), заливные, приемные (всасывающие, сливные и напорные фильтры. По конструкции – сетчатые, щелевые, магнитные, магнитно-пористые. Гидродвигатель за счет срабатывания (понижения) давления жидкости производит работу по перемещению подвижного элемента приводимого механизма (работу по преодолению нагрузки. Гидрораспределитель по отношению к потоку жидкости выполняет роль "диспетчера. Он соединяет линию нагнетания попеременно стой или иной полостью гидродвигателя, а другую полость – с линией слива жидкости в бак. Тем самым он позволяет изменять направление движения штока гидроцилиндра. 97 В соответствии с ГОСТ 26890 присоединения каналов гидрораспре- делителей обозначаются Р – входное отверстие основного потока в распределитель, напорная линия (подвод А, В – отверстия подключения распределителя к потребителю Т – выходное отверстие основного потока, возвращаемого в бак, сливная линия (слив X, Y, V – отверстия потока управления дренажное отверстие (слив утечек М – отверстие для подключения манометра. Гидроклапан давления служит для слива жидкости в бак в тех случаях, когда давление в линии нагнетания из-за чрезмерного повышения нагрузки на гидродвигатель возрастает сверх допустимой величины. Гидробак выполняет две функции 1) размещение необходимого запаса рабочей жидкости 2) охлаждение рабочей жидкости. Охлаждение рабочей жидкости необходимо особенно в тех случаях, когда гидропривод работает длительное время без перерывов, так как жидкость нагревается из-за тепла, выделяемого при ее циркуляции в системе. Как правило гидробак изолирован от внешней среды и имеет воздушный (сапун) и заливной фильтры. На практике применяются более сложные регулируемые гидроприводы. Виды управления приводами По способу регулирования (дозирования) потоков энергии в гидроприводах для получения заданной скорости движения выходного звена или заданного усилия (момента) различают приводы двух типов с дроссельными объемным регулированием. В приводах первого типа регулирующим элементом является распределитель, изменяющий площадь проходного сечения каналов, связывающих рабочие полости двигателя с источником питания и со сливом (окружающей средой. В приводах второго типа интенсивность подачи энергии к двигателю регулируется непосредственно в источнике питания, например в гидро- насосе, путем изменения его объемной подачи. Так как в приводах с объемным регулированием дросселирование минимально, их КПД выше, чем КПД приводов с дроссельным регулированием (например, КПД гидроприводов в первом случае составляет 60 ... 70%, а во втором не более 30%. В пневматических приводах применяется исключительно дроссельное регулирование, поскольку нет компрессоров переменной объемной подачи и их нельзя считать сколько-нибудь перспективными вследствие высокой сжимаемости воздуха. Кроме того на большинстве промышленных предприятий налажена система централизованного питания, что позволяет эффективно использовать дроссельное регулирование. В робототехнике применяют в основном гидроприводы с дроссельным регулированием, поскольку они более удобны при работе нескольких двигателей от одного источника питания, кроме того они обеспечивают более высокое усиление по мощности и лучшие динамические качества. В гидравлических приводах станков и мобильных машин применяются оба способа регулирования. Объемное регулирование обычно применяют, когда существенными являются энергетические показатели, например, в гидроприводах большой мощности и с длительными режимами их непрерывной работы. Гидроприводы с дроссельным регулированием и недорогими, например, шестеренными насосами используют обычно в маломощных системах (до 5 кВт, а также когда режимы непрерывной работы гидропривода кратковременные. Гидропривод с объемным регулированием. Гидроприводом с объемным регулированием называется регулируемый гидропривод, в котором регулирование осуществляется регулируемым насосом или регулируемым мотором или обеими объемными гидромашина- ми. При объемном регулировании возможны три варианта. 1) Регулирование изменением рабочего объема насоса. Регулирование при этом варианте заключается в плавном изменении скорости движения выходного звена путем изменения рабочего объема насоса Рис. 78. Как видно из графика (рис. 77), мощность, передаваемая ОГП гидро- двигателю при постоянном давлении в системе и постоянных оборотах вала насоса, возрастает при увеличении рабочего объема насоса. Скорость выходного звена (частота вращения вала гидромотора м) при этом возрастает, а момент навалу гидромотора остается постоянным. Этот вариант регулирования используется главным образом в грузоподъемных механизмах машин и оборудования, где как рази требуется регулирование скорости подъема или опускания груза при постоянном моменте, обусловленном действием груза. 2) Регулирование изменением рабочего объема гидромотора (рис. 78). Регулирование при этом варианте возможно лишь в ОГП вращательного движения. Рис. 79. Уменьшение рабочего объема гидромотора от максимального его значения до минимального вызывает увеличение частоты вращения вала гид- ромотора и уменьшение крутящего момента навалу гидромотора. Полезная мощность гидромотора при этом остается практически постоянной. 3) Регулирование насосом и гидромотором (рис. 79). Этот вариант регулирования позволяет плавно изменять обороты гид- ромотора в широком диапазоне и, поэтому, является наиболее подходящим для использования на транспортных средствах. В этом случае регулирование производится в следующем порядке. Рис. 80. 1. Насос устанавливается в положение нулевого рабочего объема, а гидромотор – максимального нм. Приводной двигатель выводят на заданную постоянную частоту вращения. 2. Рабочий объём насоса постепенно увеличивают дон вследствие чего (при Мкр = const) скорость выходного звена гидромотора возрастает до значения соответствующего номинальной мощности ОГП. 3. Увеличивают частоту вращения выходного звена гидромотора уменьшением его рабочего объема дом. При этом способе регулирования Мкр и Nпм изменяются в зависимости от м следующим образом. Для автоматического бесступенчатого регулирования скоростей мобильных машин насос и гидромотор оснащаются регуляторами мощности. Регулируемый насос оснащается прямым регулятором мощности, при работе которого с увеличением внешней нагрузки (те. давления в напорной гид- ролинии) рабочий объём насоса уменьшается. Регулируемый гидромотор оснащается обратным регулятором мощности, автоматически увеличивающим рабочий объём, а следовательно и Мкр, пропорционально увеличивающейся внешней нагрузки. Использование регуляторов мощности позволяет получить гидропе- редачи с более высокими эксплуатационными свойствами (быстродействием, надежной защитой от перегрузок, простотой в управлении. Привод с дроссельным регулированием Гидроприводом с дроссельным регулированием называется регулируемый гидропривод, в котором регулирование осуществляется регулирующим аппаратом. Принцип действия дроссельного регулирования основан на том, что в разветвленной сети трубопроводов устанавливаются расходы обратно- пропорциональные их сопротивлениям. При дроссельном регулировании возможны три способа установки регулирующего аппарата в гидросистеме на входе в гидродвигатель, на выходе из гидродвигателя и на ответвлении. Установка регулирующего гидроаппарата перед гидродвигателем нецелесообразно, т. к. жидкость в нём нагревается, из-за этого ее вязкость уменьшается ив гидродвигателе увеличиваются утечки. Кроме этого, при отрицательной нагрузке у гидропривода поступательного движения возможен отрыв поршня от жидкости, а это очень опасно, поскольку после реверса может возникнуть гидроудар. Поэтому, такой способ установки регулирующего гидроаппарата используется только в том случае, когда функцию дросселя выполняет распределитель. Установка регулирующего аппарата после гидродвигателя предпочтительна (см. рис. 81), так как в этом случае обеспечивается лучшая равномерность движения выходного звена, поскольку на выходе из гидродвигате- ля имеется значительное противодавление, создаваемое регулирующим гидроаппаратом. Рис. 81. Этот способ установки регулирующего аппарата свободен от недостатков предыдущего способа. Однако, как и при предыдущем способе, в процессе регулирования часть жидкости сливается через переливной клапан. Теряется (переходит в тепло) часть энергии переданной насосом жидкости и, как следствие, существенно снижается кпд. гидропривода. В гидросистемах машин с регулирующим аппаратом, установленным параллельно гидродвигателю (рис. 82), регулирование скорости производится без перелива части потока через переливной клапан. Рис. 82. При этом кпд. гидросистемы с параллельным включением регулирующего аппарата (при одинаковой глубине регулирования и нагрузках) всегда выше. При регулировании с помощью регулирующего аппарата скорость выходного звена может изменяться от нагрузки. Дроссели устанавливают, когда не требуется удерживать скорость выходного звена постоянной. В противном случае - используют дроссель с регулятором (регулятор расхода. Объемное регулирование, как менее энергоемкое, но более дорогое, обычно применяют в гидроприводах большой мощности и с длительным режимом непрерывной работы. Гидроприводы с дроссельным регулированием используют обычно в маломощных системах (до 5 кВт, а также, когда режим работы гидропривода кратковременный. Гидропривод с объёмно-дросселным регулированием При малых подачах регулируемого насоса и переменных нагрузках, преодолеваемых гидродвигателем, машинное (объемное) регулирование не обеспечивает достижения нужной равномерности движения выходного звена гидродвигателя из-за влияния на расход изменяющихся утечек рабочей жидкости в насосе. В этих условиях применимо машинно-дроссельное регулирование гидропривода, которое сочетает машинное и дроссельное управления. В таких гидроприводах при сравнительно больших расходах скорость движения выходного звена гидродвигателя регулируется машинным способом, а устойчивые малые скорости движения получают путем дроссельного регулирования при постоянной подаче насоса. Стабилизированный гидропривод. Стабилизированным гидроприводом называется регулируемый гидропривод, в котором скорость движения выходного звена поддерживается постоянной. Программный гидропривод. Программным гидроприводом называется регулируемый гидропривод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по заранее заданной программе. Следящий гидропривод. Следящим гидроприводом называется регулируемый гидропривод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия, величина которого заранее неизвестна. Следящий гидропривод (гидроусилители) применяются, когда необходимо, чтобы исполнительный механизм автоматически воспроизводил сигнал задающего устройства с одновременным усилением его мощности. Наиболее часто применяют золотниковые следящие системы, системы со струйной трубкой и системы с соплом-заслонкой. Простейшая золотниковая следящая система гидропривода с ручным управлением (рис. 83) имеет рукоятку 1, рычаги подвижный блок с входящими в него золотниковым гидрораспределителем 4, гидроцилиндром 7 и поршнем 8. К золотниковому распределителю 4 подключены линия высокого давления Р и линии слива Т. Золотник соединен двумя каналами 6 и 9 с гидроцилиндром 7. Рис. 83. При повороте рукоятки 1 влево рычаг 2, повернувшись относительно неподвижной опоры А почасовой стрелке, сместит плунжер распределителя вправо и жидкость начнет поступать по каналу 6 в правую полость гидроцилиндра, а из левой полости вытекать по каналу 9 в сливную линию. Гидроцилиндра сними весь блок, под давлением жидкости пойдет вправо. Плунжер распределителя 4 сместится влево, перекроет каналы 6 и 9 и цилиндра сними весь блок, остановится. Гидроцилиндр 7 как бы "следит" за движением плунжера, а обратная связь между ними осуществляется с помощью жесткости подвижного блока. Благодаря обратной связи рассогласование между движением плунжера и цилиндра всё время стремится уменьшиться. В этом и заключается одна из важнейших особенностей следящей системы с обратной связью. На рис. 84 изображен составленный из условных обозначений пример гидравлической схемы привода поворота стрелы челюстного погрузчика. Схема состоит из бака, нерегулируемого гидромотора, трехпозиционного гидрораспределителя, двух регулируемых дросселей с параллельно подключенными к ним обратными клапанами, двух гидроцилиндров, фильтра и предохранительного клапана. Рис. 84. Гидросхема привода поворота стрелы Принцип работы гидропривода заключается в следующем. Из бака рабочая жидкость (масло) забирается насосом и подается к гидрораспределителю. В нейтральном положении золотника гидрораспределителя при работающем насосе на участке трубопровода между насосом и распределителем начинает увеличиваться давление, при этом срабатывает предохранительный клапан и жидкость сливается обратно в бак. При смене позиции золотника (нижняя позиция на схеме) открываются проходные сечения в гидрораспределителе, и жидкость начинает поступать в полости нагнетания гидродвигателей (поршневые полости гидроцилиндров. Из штоковой полости гидроцилиндров масло по гидролинии слива проходит через регулируемые дроссели, гидрораспредели- тель и. очищаясь фильтром, попадает на слив в бак. Скорость поступательного движения штоков гидроцилиндров регулируется дросселями. Реверсирование движения штоков осуществляется путем переключения позиций гидрораспределителя. При обратном движении штоков без нагрузки их скорость не регулируется и зависит от расхода рабочей жидкости в штоковые полости. При аварийной остановке штоков (например, не 106 |