Лекции Гидравлические и пневматические машины. Общая характеристика привода Структурная схема гидропривода
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
7.4. Гидравлические аккумуляторы Гидравлическим аккумулятором называется гидроемкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе. В зависимости от носителя потенциальной энергии гидроаккумуляторы подразделяют на грузовые, пружинные и пневматические.  Рис.7.21. Гидроаккумуляторы: а - грузовой; б - пружинный; в - пневмогидравлический с упругим разделителем Грузовой аккумулятор (рис.7.21, а) состоит из цилиндра 1, плунжера 2 и груза 3 весом 2G. При зарядке плунжер поднимается (происходит увеличение потенциальной энергии), при разрядке - опускается. Давление разрядки постоянно, но громоздкость ограничивает их применение. Пружинный аккумулятор (рис.7.21, б) состоит из цилиндра 2, поршня 1, пружины 3, помещенной в корпусе 4. Зарядка и разрядка происходит через отверстие 5. Они компактны, но есть недостаток - неравномерность давления в начале и в конце цикла разрядки, малый полезный объем. Пневмогидравлический аккумулятор (рис.7.21, в) с упругим разделителем состоит из баллона 1 и эластичной диафрагмы 2, закрепленной в верхней части аккумулятора. Зарядку газом производят через отверстие 4, а рабочей жидкостью через отверстие 3. Верхняя часть заполняется газом до начального давления PН, соответствующего минимальному рабочему Pmin в гидросистеме. Рабочая жидкость заполняет нижнюю часть до давления Pmax, равного максимальному давлению в гидросистеме. Газ сжимается также до давления Pmax. Когда давление в гидросистеме станет меньше Pmax, рабочая жидкость вытесняется из гидроаккумулятора. Кольцо 5 предохраняет диафрагму от продавливания и повреждения. Достоинства: не требует частой подзарядки газом; безынерционен; пригоден к эксплуатации после длительного перерыва в работе и устанавливается в любом положении. Гидроаккумуляторы поддерживают на заданном уровне давление, компенсируют утечки, сглаживают пульсацию давления, создаваемую насосами, выполняют функцию демпфера, предохраняют систему от забросов давления вызванных наездом машин на дорожные препятствия. Так же используются для достижения большей скорости холостого хода при совместной работе с насосами. В схеме на рис.7.22 гидроаккумулятор 5 выполняет функцию компенсатора утечек и поддерживает постоянным давление в гидроприводе машины для удержания груза. При наложении грузозахватного органа на груз насос клапаном 2 разгружен, а требуемое давление в рабочей полости гидроцилиндра 6 поддерживается гидроаккумулятором. Обратный клапан 8 в этой схеме блокирует аккумулятор от линии слива при разгруженном насосе. Распределитель 1 управления клапаном 2 включается от реле давления 7, которое настраивают на рабочее давление. Дроссель 3 служит для регулирования расхода при разрядке аккумулятора. Зарядка аккумулятора происходит через обратный клапан 4 в конце сжатия груза.  Риc.7.22. Схема включения гидроаккумулятора для компенсации утечек: 1 - распределитель; 2 - предохранительный клапан непрямого действия; 3 - дроссель; 4, 8 - обратный клапан; 5 - гидроаккумулятор; 6 - гидроцилиндр; 7 - реле давления По сравнению с безаккумуляторным рассмотренный гидропривод имеет меньшие габарит, массу и может быть более экономичным, так как потребляемая насосом мощность будет меньше за счет уменьшения времени работы насоса под нагрузкой. 7.5. Гидрозамки Гидрозамком называется направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания потока рабочей жидкости в одном направлении при отсутствии управляющего воздействия, а при наличии управляющего воздействия - в обоих направлениях. По числу запорно-регулирующих элементов гидрозамки могут быть одно- и двухсторонними.  Рис.7.23. Односторонний гидрозамок а - подача рабочей жидкости к полости А; б - течение жидкости из полости А в полость Б; в - подача рабочей жидкости в полость Б; г - течение жидкости из полости Б в полость А при наличии управляющего воздействия; д - условное обозначение одностороннего гидрозамка Односторонний гидрозамок (рис.7.23) имеет толкатель 3, запорно-регулирующий элемент 1 и нерегулируемую пружину 2, которые образуют подобие обратного клапана. У одностороннего гидрозамка выполнено три подвода, соединенные с тремя полостями гидрозамка А, Б и У. При подаче рабочей жидкости под давлением в полость А (рис.7.23, а), открывается запорно-регулирующий элемент 1, и жидкость начинает свободно проходить в полость Б (рис. 7.23, б). Управляющее воздействие отсутствует, т.е. в полость У давление жидкости не подается. При подводе рабочей жидкости к полости Б клапан закрыт (рис.7.23, в). Однако, если одновременно с этим подвести жидкость к полости У (подать управляющее воздействие), то толкатель 3 перемещаясь вверх откроет запорно-регулирующий элемент. В этом случае жидкость будет свободно проходить из полости Б в полость А (рис.7.23, г), пока будет присутствовать управляющее воздействие в полости У. Односторонние гидрозамки применяются для блокировки движения выходного звена гидродвигателя в одном направлении. Для блокировки выходного звена в двух направлениях применяются двухсторонние гидрозамки. Двухсторонний гидрозамок (рис.7.24) имеет в своем корпусе два запорно-регулирующих элемента 1, две нерегулируемые пружины 2, а между ними плавающий толкатель 3 (рис.7.24, а). При подводе рабочей жидкости под давлением к каналу А открывается запорно-регулирующий элемент 1, и жидкость свободно поступает в канал В и далее к гидродвигателю (например в поршневую полость гидроцилиндра). Одновременно с этим толкатель 3 гидрозамка перемещается вправо и открывает второй запорно-регулирующий элемент, обеспечивая пропуск жидкости (например, от штоковой полости гидроцилиндра) из канала Г в канал Б и далее в сливную магистраль. Аналогично гидрозамок работает при реверсе движения выходного звена гидродвигателя. Если жидкость под давлением не подводится ни к одному из каналов (А или В), то рабочие элементы 1 снова занимают положение, указанное на рис.7.24, а. Полости гидродвигателя блокируются от слива, тем самым, блокируя выходное звено гидродвигателя от перемещений.  Рис.7.24. Двухсторонний гидрозамок: а - нейтральное положение; б - положение толкателя при подводе давления в канал А; в - положение толкателя при подводе давления в канал В; г - условные обозначения При установке гидрозамков необходимо учитывать их конструктивное исполнение (тип), способ нагружения выходного звена гидродвигателя, а также место размещения при этом дросселей с обратными клапанами - до или после гидрозамка. Дроссели с обратными клапанами свободно пропускают поток рабочей жидкости на подъем рабочего органа и ограничивают расход рабочей жидкости и соответственно скорость рабочего органа при его опускании (рис.7.25).  Рис.7.25. Схема установки одностороннего гидрозамка: а - без дросселя с обратным клапаном; б - дросселем и обратным клапаном Если в схеме привода гидроцилиндра грузоподъемного механизма с гидрозамком не будет установлен дроссель с обратным клапаном (рис.7.25, а), то при перемещении золотника гидрораспределителя в позицию "опускание" в гидролинии насоса и управления гидрозамком создается давление, достаточное для открытия гидрозамка. После его открытия рабочая жидкость из штоковой полости гидроцилиндра поступает на слив, и шток опускается под действием внешней нагрузки F. При этом скорость перемещения штока гидроцилиндра может превысить скорость, обусловленную подачей насоса. Тогда давление в противоположной (поршневой) полости гидроцилиндра и в гидролинии управления уменьшается, запорный элемент гидрозамка под действием пружины закрывается и движение прекращается. Затем давление в напорной гидролинии и в гидролинии управления снова возрастает, и гидрозамок открывается. Таким образом, происходят прерывистое движение рабочего органа и пульсация давления. Для исключения этого явления между гидрозамком и гидроцилиндром рекомендуется устанавливать дроссель с обратным клапаном (см. рис.7.25, б), сопротивление которого при опускании штока создает давление, необходимое для открытия обратного клапана гидрозамка и поддержания его в том положении. Давление управления для гидрозамков составляет от 0,02 (минимальное давление срабатывания ненагруженного клапана) до 32 МПа. В гидросистемах мобильных машин наибольшее применение получили односторонние гидрозамки с коническим запорным элементом, имеющие условный проход 16, 20, 25 и 32 мм. 7.6. Гидравлические реле давления и времени Реле давления применяется для последовательного включения или выключения отдельных исполнительных органов машины и для осуществления дистанционного управления. Реле давления может обеспечить контроль за давлением в гидросистеме с подачей электросигнала, свидетельствующего, например, о перегрузке системы. Реле давления Г62-21 (рис.7.26) состоит из корпуса 1, диафрагмы 2, пружины 3, рычага 4 с осью 5, винта 6, микропереключателя 7. Жидкость на контролируемой ветви гидросистемы подводится к отверстию 9. Если подведенное давление окажется выше установленного настройкой пружины 3, то диафрагма 2 деформируется и передает давление на рычаг 4, который при повороте вокруг оси 5 винтом 6 воздействует на микропереключатель 7. Регулировка реле давления осуществляется при помощи изменения сжатия пружины 3 винтом 8. С момента начала деформации диафрагмы 2 до момента срабатывания реле, т.е. до момента включения микропереключателя 7, произойдет увеличение давления, которое характеризует нечувствительность аппарата, где ΔL - путь перемещения рычага 4, необходимый для включения микропереключателя; c - жесткость пружины; Ω - активная площадь диафрагмы. Нечувствительность реле давления различных типоразмеров колеблется от 0,3 до 1,0 МПа. Контролируемое давление находится в диапазоне от 0,5 до 32 МПа.  Рис.7.26. Реле давления Г62-2: а - конструкция; б - условное обозначение реле давления; 1 - корпус; 2 - диафрагма; 3 - пружина; 4 - рычаг; 5 ось рычага; 6, 8 -винты; 9 - отверстие Гидравлическое реле времени (или гидроклапан выдержки времени) это направляющий гидроаппарат предназначенный для пуска или остановки потока рабочей жидкости через заданный промежуток времени после подачи управляющего сигнала. Гидравлические реле времени применяются для обеспечения определенной выдержки во времени между различными циклами срабатывания исполнительных механизмов машины. Время срабатывания реле времени определяется временем необходимым для вытеснения жидкости из гидроемкости 1. Поршень 3 приводит в движение пружина 4, а рычагом 5 осуществляется нажатие на штифт микропереключателя 6. Зарядка емкости реле времени происходит через обратный клапан 7 (рис.7.27, а).  Рис.7.27. Реле времени: а - принципиальная схема; б - вариант схемы включения Рассмотрим пример установки реле времени. В данной схеме шток гидроцилиндра автоматически совершает холостой и рабочий ход, останавливаясь в конце каждого хода на установленное время (рис.7.27, б). В положении распределителя 1 поршень гидроцилиндра движется вправо, совершая рабочий ход. Одновременно через гидрораспределитель 2 происходит зарядка емкости реле времени. К моменту нажатия упором на путевой переключатель 3 емкость будет уже заполнена, а рабочий ход завершен. Путевой переключатель 3 переключит гидрораспределитель 2, и начнется истечение жидкости через дроссель. После установленного времени (времени истечения рабочей жидкости из емкости реле времени) за счет выключателя 4 переключатся гидрораспределители 1 и 2. Начнется холостой ход штока, и одновременно будет заряжаться емкость реле времени. В конце холостого хода путевой переключатель 5 переключит распределитель 2 и емкость реле времени снова начнет разряжаться. После ее разрядки выключатель 4 переключит распределители в начальное положение, обеспечив рабочий ход.  Рис.7.28. Реле времени дроссельного типа 1, 11 - пружины; 2 - золотник; 3, 4 - подводящее и отводящее отверстия; 5, 8 - полости; 6 - канал; 7 - дроссель; 9 - сливное отверстие; 10 - шарик; 12 - колпачок; 13 - контрогайка  Рис.7.29. Реле времени объемного типа 1, 4 - отверстия; 2, 6, 7 - полости; 3, 5 - каналы; 8 - поршень; 9, 13 - пружины; 10 - шток; 11 - упор; 12 - золотник; 14 - сливное отверстие; 15 - винт; 16 – рукоятка По принципу работы реле времени делятся на дроссельные и объемные. На рис.7.28 дана схема реле времени дроссельного типа, предназначенного для отсекания давления от магистрали и включения слива с настроенной выдержкой времени. Пружина 1 отводит золотник 2 в крайнее правое положение, вследствие чего масло из отверстия нагнетания 3 отводится в отверстие 4. Если реле включено, то масло через штуцер направляется в полость 5, затем канал 6 и щель между дросселем 7 и корпусом и, наконец, в полость 8 под торец золотника 2. Под давлением масла золотник 2 медленно перемещается влево, сжимая пружину 1. Как только золотник 2 займет крайнее левое положение, отверстие 4 соединяется со сливным отверстием 9. При выключении реле времени масло из полости 8 идет под шарик 10, сжимая пружину 11. Золотник возвращается в крайнее правое положение, направляя масло в отверстие 4. Время выдержки реле времени регулируется за счет вращения дросселя 7. Для этого требуется предварительно отвернуть колпачок 12 и ослабить контргайку 13. При малых скоростях движения гидродвигателя, а также при значительном изменении температуры рабочей жидкости реле времени дроссельного типа не может дать точной выдержки времени. Поэтому в таких случаях применяют реле времени объемного типа. На рис.7.29 дана конструктивная схема реле времени объемного типа. Выдержка реле времени объемного типа зависит от продолжительности хода поршня 8 и регулируется винтом 15 при помощи рукоятки 16. Жидкость из гидросистемы подводится через отверстие 1 в полость 2 и к каналу 3, затем идет через отверстие 4, продольный канал 5 и в полость 6 и далее в полость 7. При этом опускается поршень 8, сжимая пружину 9, шток 10 поворачивает упор 11. Если даже давление в полости 2 возрастает, то золотник 12, сжимая пружину 13, поднимается вверх, вследствие чего произойдет соединение полости 7 со сливным отверстием 14. В свою очередь поршень 8 пружиной 9 поднимется верх, так как давление в полости 2 упадет, а золотник 12 опустится вниз, и вся система займет исходное первоначальное положение. 7.7. Средства измерения В процессе эксплуатации гидроприводов применяют средства измерения, имеющие нормированные метрологические свойства и предназначенные для нахождения значений физических величин, характеризующих работу этих гидроприводов. Применяемые средства измерения характеризуются ценой деления, абсолютной погрешностью и классом точности. Цена деления шкалы - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы прибора. Абсолютная погрешность - разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины. Класс точности - обобщенная характеристика средств измерения, определяемая отношением максимально допустимой погрешности ? к конечному значению n шкалы прибора, выраженным в процентах, т.е. При эксплуатации и испытаниях гидроприводов и отдельных гидроагрегатов измеряют давление, расход и температуру рабочей жидкости, скорость движения, усилия, крутящие моменты, развиваемые на выходных звеньях гидродвигателей. Измерение давления. Для измерения избыточного давления применяют манометры. Манометры по своему назначению подразделяются на приборы общего назначения (типа М, МТ, ОБМ) и образцовые (типа МО). Рабочие манометры и общего назначения имеют класс точности 1; 1,5; 2,5 и 4. Образцовые манометры имеют более высокие класс точности (0,15; 0,25; 0,4), их применяют для поверки манометров общего назначения и в испытательных стендах. По принципу действия манометры подразделяются на жидкостные, грузопоршневые, деформационные и электрические. Жидкостные манометры применяют для измерений небольших давлений и чаще всего представляют собой стеклянную трубку, присоединенную к резервуару (рис.7.30).
Грузопоршневые манометры (рис.7.31), состоящие из цилиндра 1 и поршня 2, преобразуют давление рабочей жидкости в усилие, развиваемое поршнем. Деформационные манометры получили в гидроприводе наибольшее распространение. Принцип их работы основан на зависимости деформации чувствительного элемента (мембраны, трубчатой пружины, сильфона) от измеряемого давления.  Рис.7.32. Деформационные манометры: а - мембранный; б - мембранный с двойной мембраной; в - с консольной балкой; г - сильфонный; 1 - мембрана; 2, 4 - активный и компенсирующий тензорезистор; 3 - консольная балочка В мембранный манометрах давление со стороны рабочей жидкости передается на мембрану (рис.7.32, а, б, в). На мембране установлены тензорезисторы, которые изгибаясь вместе с мембраной изменяют свое электрическое сопротивление. Изменение сопротивления регистрируется электрическими приборами и преобразуется в показания значения соответствующего давления. В сильфонных манометрах (рис.7.32, г) давление рабочей жидкости приводит к растяжению гофрированной упругой трубки пропорционально давлению. Мембранный и сильфонные манометры предназначены для измерения небольших давлений. Пружинный манометр (рис.7.33) имеет пружину в виде изогнутой латунной трубки (трубка Бурдона) 1 эллиптического поперечного сечения. Верхний конец трубки запаян, а нижний припаян к штуцеру 2, через который манометр присоединяется в гидросистему. При заполнении трубки рабочей средой под давлением она стремится выпрямиться. Через рычажный механизм 3, усиливающий деформацию трубки, перемещение ее свободного конца передается на стрелку 4, расположенную по центру шкалы прибора. Пружинные манометры просты по конструкции, ими можно измерять давление в широком диапазоне.  Рис.7.32. Деформационные манометры: а - мембранный; б - мембранный с двойной мембраной; в - с консольной балкой; г - сильфонный; 1 - мембрана; 2, 4 - активный и компенсирующий тензорезистор; 3 - консольная балочка Шкала всех манометров градуируется в паскалях или мегапаскалях. На старых образцах давление указывается в кгс/см2. На шкале наносится заводское обозначение; класс точности; номер ГОСТ; год выпуска; номер манометра и название рабочей среды (жидкость, пар, газ), в которой измеряется давление. Электрические манометры применяют для непрерывного измерения мгновенного значения давления в комплекте с осциллографами. Чувствительным элементом этих приборов может служить трубка Бурдона (рис.7.34, а) или тонкостенный полый стакан (рис.7.34, б) с наклеенными на их стенки тензодатчиками. Датчики с манганиновой проволокой (рис.7.34, в), электрическое сопротивление которой меняется при объемном сжатии, применяются для замера давления. Для замера пульсаций давления применяют пьезоэлектрические датчики (рис.7.34, г), регистрирующие только динамическую составляющую давления.  Рис.7.34. Электрические манометры: а - с трубкой Бурдона; б - тонкостенный цилиндрический датчик с наклеенными тензодатчиками; в - с манганиновой проволокой; г - пьезоэлектрический; 1 - трубка Бурдона; 2 - тензодатчики; 3 - тонкостенный стакан; 4 - манганиновый датчик; 5 - узкая щель; 6 - корпус; 7 - заливка эпоксидной смолой; 8 - пьезоэлектрический датчик; 9 - перегородка Измерение расхода. Для определения подачи рабочей жидкости используют расходомеры. По принципу действия различают расходомеры: счетчиковые, струйные, электромагнитные, ультразвуковые, тахометрические, а также основанные на перепаде давления и др.  Рис.7.35. Схемы расходомеров: а - струйный; б - ультразвуковой; в - турбинный; г - тепловой; 1 - мембрана; 2 - неподвижный электрод; 3 - трубопровод; 4 - направляющая; 5 - корпус; 6 - подшипник; 7 - турбина; 8 - успокоитель; 9 - преобразователь сигнала; 10 - излучатель сигнала; 11 - дополнительный излучатель; 12 - приемник; 13 - дополнительный приемник; 14 - пластина; 15 - термопара; 16 - теплоизоляция; 17 - нагреватель В струйных расходомерах (рис.7.35, а) на пути рабочей жидкости в трубопроводе 3 располагается некоторое препятствие типа плоской мембраны 1, отклонение которой является функцией скорости струи, а регистрирующий ток - функцией взаимного положения мембраны 3 и неподвижного электрода 2. Тахометрические турбинные расходомеры (рис.7.35, в) работают с малогабаритными электронными преобразователями. В таком расходомере поток рабочей жидкости приводит во вращение турбину, каждый проход лопасти которой наводит импульс ЭДС в обмотке индукционного преобразователя. Скорость потока определяется через частоту электрических импульсов на выходе преобразователя путем как непосредственного измерения, так и выводом на цифровые приборы или преобразованием в аналоговый сигнал. Такими расходомерами можно измерять расходы до 360 л/мин. Ультразвуковые расходомеры (рис.7.35, б) работают на основе ультразвуковых колебаний. Благодаря эффекту Доплера частота и фаза ультразвукового сигнала, проходящего от излучателя 11 к приемнику 13, будет изменяться в функции скорости протекания рабочей жидкости. Введение дополнительной пары излучатель 10 - приемник 12 обеспечивает компенсацию температурной нестабильности. Тепловой неконтактный расходомер применяется для определения подачи насосом рабочей жидкости без разборки гидросистемы (рис.7.35, г). Он имеет стабилизированный источник питания (СИП), датчик и измерительный прибор (ИП). СИП обеспечивает питание нагревателя и ИП, включающий в себя дифференциальную термопару, позволяет определить скорость потока рабочей жидкости по разности температур входящего потока рабочей жидкости и нагревателя. Измерение температуры. Температуру рабочей жидкости в гидроприводах измеряют термометрами, которые по принципу действия делятся на термометры расширения, сопротивления и теплоэлектрические. При диагностировании гидроприводов наибольшее распространение получили термометры расширения, имеющие границы измерений от -60 до +250 С. Измерение крутящего момента на валах гидромашин определяют балансирными динамометрами или торсионометрами, первые из которых получили наибольшее распространение. Балансирные динамометры бывают электрические, тормозные, гидравлические и механические. |
