ДИСЦИПЛИНА Наименование дисциплины ГИДРАВЛИКА Направление подготовки /специальность, шифр - Нефтегазовое дело 23.03.01 УП, форма обучения ОЧНАЯ Академическая группа 18-НГД Кафедра АГДПМиСМ Конспект лекций. Проф. Ваганов А.Б. (Часть 3. Гидравлические машины и гидропневмоприводы) ВВЕДЕНИЕ Гидравлические машины - механизмы, сообщающие протекающей через них жидкости механическую энергию (насос), либо получающие от жидкости часть механической энергии для передачи ее рабочему органу с целью полезного использования (гидравлический двигатель). Насосы и гидродвигатели применяют в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от первичного двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости движения рабочего органа. Гидропередача состоит из насоса, гидродвигателя, трубопроводов и регулирующей гидроаппаратуры. В современной технике применяется большое количество разновидностей гидромашин. Однако их можно разделить на два основных класса: лопастные и объемные. Глава 1. Лопастные гидромашины. 1. Принцип действия и основные параметры лопастных гидромашин. Рабочим органом лопастной гидромашины является рабочее колесо, снабженное лопастями. Энергия от рабочего колеса жидкости (или, наоборот, от жидкости колесу) передается путем динамического взаимодействия лопастей с обтекающей их жидкостью. при этом происходит перемещение жидкости от центра колеса к его периферии (центробежные насосы) или в осевом направлении (осевые насосы). 4 Q 1 2 Q 3 Рисунок 1 - Схема центробежного насоса 1 - подвод ; 2 - рабочее колесо ; 3 - отвод ; 4 - диффузор Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов: подвода, рабочего колеса и отвода. По подводу жидкость поступает в рабочее колесо в осевом направлении. Рабочее колесо состоит из двух дисков, между которыми находятся лопатки, изогнутые чаще всего в сторону, противоположную вращению. В рабочем колесе жидкость движется от оси колеса к его периферии и собирается в улиткообразном отводе. На выходе из отвода устанавливается диффузор для некоторого повышения давления. Поток жидкости между лопатками характеризуется величиной и направлением абсолютной скорости жидких частиц c , которая может быть определена путем сложения окружной скорости рабочего колеса и относительной скорости движения жидких частиц вдоль лопасти u . 2 c2 2 u1 c1 R 1 1 r u2 O Рисунок 2 При большом числе лопастей относительное движение жидкости вдоль лопасти можно рассматривать как струйное и скорости u направлены по касательной к лопасти. Наоснове закона об изменении момента количества движения Эйлером выведено основное уравнение лопастных гидромашин: u 2 c 2 cos 2 u 1 c1 cos 1 - для насоса; g u 2 c 2 cos 2 u 1 c1 cos 1 H ТЕОР - для турбины. g В турбине происходит обратное движение жидкости от периферии рабочего колеса к его центру. H ТЕОР Q Рисунок 3 Мощность, сообщаемая рабочим колесом жидкости: N ТЕОР g Q H , где Q - подача жидкости насосом, м3/с. 2. Центробежные насосы В технике применяются центробежные насосы конструкций, классифируемых по следующим признакам: самых различных 1) По числу ступеней давления - одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые. Состоят из ряда последовательно насаженных на один вал рабочих колес. Жидкость с периферии первого колеса поступает на центр второго и так далее. При этом увеличивается напор (давление) на выходе насоса. 2) Насосы с односторонним и двухсторонним входом. При том же напоре насосы с двухсторонним входом обеспечивают большую подачу жидкость. 3) Насосы с вертикальным и горизонтальным валом. Наиболее распространенным типом центробежного насоса является одноступенчатый насос с односторонним входом и горизонтальным валом. Работа насоса характеризуется его подачей Q, напором HH, потребляемой мощностью NH, коэффициентом полезного действия H и частотой вращения рабочего колеса. Мощность насоса равна: NH N ТЕОР g Q H H - кг / м3 ; g - м / с2 ; Q - м3 / с ; HH - м ; NТЕОР - Вт Коэффициент полезного действия насоса учитывает: механические потери, объемные потери и гидравлические потери: М О Г Механические потери обуславливаются трением в подшипниках и в уплотнениях вала рабочего колеса. Характеризуются М . Объемные потери связаны с перетеканием жидкости из отвода рабочего колеса через зазоры обратно в подвод. Характеризуется О . Гидравлические потери связаны с преодолением жидкостью гидравлического сопротивления аодвода, рабочего колеса и отвода. Характеризуется Г . Характеристиками центробежного насоса являются зависимости HН(Q), H(Q), NH(Q). NH HH Н (Q) H N (Q) (Q) H Q 0 Рисунок 4 3. Работа центробежного насоса на трубопроводную сеть. Управление системой При проектировании трубопроводных систем, включающих насосы, необходимо чтобы насос по своим характеристикам соответствовал результатам гидравлического расчета трубопровода. И, наоборот, параметры трубопровода должны обеспечивать работу насоса в зоне максимального значения к.п.д. Уравнение баланса энергий потока жидкости в трубопроводе с насосом: 1 u 12 p1 2 u 22 p Z1 H H 2 Z2 H W 2g g 2g g или 2 u 22 1 u 12 p 2 p1 HH Z 2 Z1 H W 2 g g Обозначим: 2 u 22 1 u 12 p 2 p1 H ПОТР Z 2 Z1 H W - потребный напор, 2 g g показывающий какой энергией должен обладать поток жидкости для её продвижения по трубопроводу. HПОТР представляет собой функцию от расхода жидкости. 2 H ПОТР H СТАТ ПОТР K Q ; H СТАТ ПОТР p 2 p1 Z 2 Z1 - статический потребный напор при Q=0. g K C d4 0,0827 - коэффициент пропорциональности. Зависимость HПОТР(Q) называют характеристикой трубопровода. Тогда уравнение балланса энергии рабочего режима примет вид: H H H ПОТР При графическом способе определения рабочей точки на одном графике наносятся характеристики трубопровода и насоса. H H ПОТ Р (Q) Н (Q) H A (Q) СТАТ H ПОТ Р Q 0 Рисунок 5 Управление режимом работы системы трубопровод - насос может осуществляться путем изменения характеристик трубопровода или насоса. Изменение характеристики трубопровода возможно за счет изменения коэффициента полного сопротивления С установкой регулируемого дросселя в трубопроводе. H H ПОТР (Q) H ПОТР (Q) c2 > c0 A2 Увеличение c = c0 A0 A1 c H ПОТР (Q) c1 < c0 Уменьшение c Q Рисунок 6 Вторым способом изменения режима работы системы является изменение характеристики насоса, например, путем изменения частоты вращения рабочего колеса. H H ПОТР(Q) n2 > n0 A2 n = n0 n1 < n0 A1 A0 Q Рисунок 7 В некоторых случаях на один трубопровод могут работать несколько насосов, установленных параллельно или последовательно. При параллельном соединении насосов: N Q Q i , при H = const i 1 Q Q1 Q2 HH H H(Q) HH1(Q) Рисунок 8 При последовательном соединении насосов: N H H i , при Q = const i 1 HH2(Q) Q H Q HH2(Q) H H(Q) HH1(Q) Q Q Q Рисунок 9 4. Гидродинамические передачи Гидродинамические передачи (гидропередачи) состоят из соосно расположенных и предельно сближенных в общем корпусе рабочих органов лопастного насоса и гидравлической турбины. Они передают мощность от первичного двигателя приводимой машине посредством потока жидкости. Жесткое соединение входного и выходного валов при этом отсутствует. Гидропередачи разделяют на гидродинамические муфты (гидромуфты), которые передают мощность не изменяя момента, и гидродинамические трансформаторы (гидротрансформаторы), способные изменять передаваемый момент. 3 1 Двигатель M1 2 M2 Приводимая машина Рисунок 10 Гидромуфты состоят из расположенных в общем корпусе 3 насосоного колеса 1 и турбинного колеса 2. Насосное колесо соединено с валом двигателя, а турбинное колесо соединено с валом приводимой машины. Лопасти насосного и турбинного колес прикреплены к торообразным направляющим поверхностям, которые образуют рабочие полости, в которых циркулирует поток жидкости (чаще всего маловязкого минерального масла), обтекающий лопасти колес. Насосное колесо получает энергию от двигателя и сообщает посредством своих лопастей жидкости. Поток жидкости обтекает лопасти турбинного колеса, приводит его во вращение и сообщает при этом энергию, используемую приводной машиной. Гидропередачи способны ограничивать момент сопротивления M2 и согласовывать его пульсации при неравномерной нагрузке ударного характера. Этим они защищают двигатель и механическую часть трансмиссии от перегрузок. Гидропередачи устраняют перегрузки при пусках двигателя и разгоне приводимых объектов с большой инерцией. В гидротрансформаторах между насосным и турбинным колесами устанавливают колесо реактора. Это дает возможность бесступенчатого изменения передаваемого момента в зависимости от изменения частоты вращения выходного вала. При возрастании сопротивления потребителя и следовательно, при снижении частоты вращения выходного вала передаваемый момент увеличивается. При этом улучшается использование двигателя по мощности. M Гидромуфта M Гидротрансформатор n2 n2 Рисунок 11 ГЛАВА 2. Объемные гидромашины. 1. Принцип действия и основные параметры объемных гидромашин. Под общим названием объемные гидромашины объединяют объемные насосы и гидродвигатели. Объемные насосы служат для подачи жидкости под давлением, а гидродвигатели - для преобразования потенциальной энергии давления жидкости в механическую исполнительного органа. В современных гидроприводах применяют настолько высокое давление, что по сравнению с ними скоростной и геометрический напоры пренебрежимо малы. Поэтому расчет преимущественно ведется в давлениях, а не в напорах. Отличительной особенностью объемных гидромашин является возвратнопоступательное или вращательное движение вытеснителя, выполненного в виде скользящего или вращающегося поршня. В объемной гидромашине под воздействием поршня происходит изменение потенциальной энергии давления при практически неизменных величинах кинетической энергии и потенциальной энергии положения. По конструкции объемные гидромашины разделяют на поршневые, роторнопоршневые, роторно-пластинчатые и роторно-зубчатые. Объемные гидромашины могут выступать в роли насоса и в роли гидродвигателя, т.е. они взаимо обратимы. Принцип действия объемных гидромашин можно показать напримере поршневого насоса. Q 6 3 2 1 F s q 4 5 1 - Поршень; 2 - Корпус - цилиндр; 3 - Выпускной клапан; 4 - Впускной клапан; 5 - Резервуар - питатель; 6 Предохранительный клапан. Рисунок 12 При движении поршня вправо давление в рабочей полости уменьшается. Выпускной клапан 3 закрывается, а впускной клапан 4 открывается и жидкость под действием атмосферного давления устремляется в рабочую полость насоса. При движении поршня налево, впускной клапан закрывается, а выпускной, наоборот, открывается и жидкость из рабочей зоны вытесняется в поглотительный трубопровод. Благодаря таким циклическим движениям поршня осуществляется подача жидкости в трубопровод. Давление p, создаваемое насосом: D2 pF 4 При полной герметичности рабочего объема подача жидкости объемной гидромашины не зависит от давления. Теоретически подача определяется D2 s и частотой циклов n: величиной рабочего объема V0 4 Q теор V0 n , где s - ход поршня. Теоретическая характеристика вертикальную линию. объемной гидромашины представляет Теоретическая характеристика ОГМ p A q pA Q Q Q теор Рисунок 13 В действительности рабочий объем невозможно выполнить абсолютно герметичным. При любом давлении имеют место утечки жидкости через зазоры в поршне и клапанах. Кроме того, во избежание поломки ОГМ от чрезмерно большого давления в гидросистеме устанавливают предохранительный клапан на определенной давление pA . Поэтому действительная подача Q будет меньше теоретической и равна: Q Q теор q ; 0 Q теор q Q теор - объемный кпд. 2. Конструктивные схемы ОГМ и их основные характеристики. 2.1 Характеристики поршневого насоса. Принципиальная схема схема работы поршневого насоса рассмотрена ранее. Подача поршневого насоса: Q V0 n 0 , где V0 - рабочий объем, равный D2 V0 s0 , 4 где s0 - ход поршня; 0 - объемный кпд насоса, учитывающий утечки жидкости; n - частота циклов. Достоинством поршневого насоса является их способность к самовсасыванию. Подача поршневого насоса пульсирующая ввиду наличия двух тактов: * всасывание жидкости в рабочую полость; * вытеснение жидкости в питательный трубопровод. Q всасывание нагнетание t 0 Tцикла Рисунок 14 2.2 Роторно-поршневые гидромашины Подача одноцилиндровых поршневых насосов отличается большой неравномерностью. В некоторых случаях это неприемлемо. Для устранения неравномерности подачи можно идти по пути увеличения числа цилиндров, которые объединяются в одном блоке, а движение поршней сдвинуто по фазе относительно друг друга. 4 1 2 3 1 - ротор; 2 - статор; 3 - поршень; 4 - всасывающая полость; 5 - нагнетательная полость. 5 Рисунок 15 Вытеснение жидкости осуществляется несколькими поршнями последовательно, приводимыми в движение двигателями вращательного действия. Такие многоцилиндровые поршневые гидромашины называют роторнопоршневые. Характерной особенностью таких машин является отсутствие всасывающих и питательных клапанов. Различают радиально-поршневые и аксиально-поршенвые гидромашины. В радиально-поршневых гидромашинах ротор 1 расположен эксцентрично статора 2. В роторе имеются радиальные цилиндрические отверстия - цилиндры. Поршень 3 при вращении ротора совершает в цилиндре возвратнопоступательные движения, скользя своими сферическими головками по внутренней поверхности статора. Донышки цилиндра имеют сверления и сообщаются поочередно с верхним и с нижним сегментами распределительной цапоры: 5 - нагнететельным и 4 - всасывающим. Таким образом, при данном направлении вращения ротора верхний поршень будет двигаться под действием пружины вверх и совершать такт всасывания жидкости, а нижний поршень будет двигаться к донышку цилиндра и вытеснять жидкость в нагнетательный сегмент. За один оборот ротора поршень совершает полный цикл: всасывание и нагнетание. Но поскольку цилиндров несколько и они сдвинуты по фазе, подача становится более равномерной: V0 2 d Q ср s 0 z n 0 ; 4 Q Q ср t Рисунок 16 где d - диаметр поршня; s0 - ход поршня = 2 e; z - число цилиндров; n - частота вращения ротора; 0 - объемный кпд. Роторно-поршневые насосы обратимы. Они могут работать в качестве насоса и в качестве двигателя. У аксиально-поршневых гидромашин цилиндры расположены в аксиальном направлении. 2.3 Роторные гидромашины. 2.3.1 Роторно-пластинчатые гидромашины. Роторно-пластинчатые гидромашины являются одними из наиболее простых объемных гидромашин. Рассмотрим схему роторно-пластинчатого насоса. Ротор 1 размещен между двумя, плотно прижатыми к нему дисками. В радиальных пазах ротора установлены пластины 3. Ось ротора расположена эксцентрично по отношению к статору 2. Прижатые к статору с помощью пружин пластины вращаются вместе с ротором, совершая в пазах возвратно-поступательные движения. Из-за эксцентриситета объем между пластинами в левой верхней части увеличивается, давление уменьшается и туда устремляется жидкость. Жидкость из всасывающей полости переносится в нагнетательную полость, где объем между пластинами уменьшается и вытесняется в нагнетательный трубопровод. 2 3 Q Q e 1 Рисунок 17 Подача роторно-пластинчатого насоса: V 0 Q 4 r e b n 0 , где e - эксцентриситет; r - внутренний радиус статора; b - ширина пластин; n - частота вращения ротора. Роторно-пластинчатые гидромашины обратимые. 2.3.2. Шестереночные насосы. Конструкция шестереночного насоса предельно проста. Главными рабочими деталями являются две одинаковые шестерни, находящиеся в зацеплении и помещенные в корпус между двумя плотно прижатыми к ним дисками. При вращении шестерен в зоне А выхода зубьев из зацепления образуется разрежение (вакуум) и туда устремляется жидкость из всасывающего трубопровода, заполняя пространство между зубьями. Далее жидкость переносится в зону B, где в пространство между зубьями одной шестерни входят зубья другой шестерни, вытесняя жидкость в нагнетательный трубопровод. Q 3 B 1 - ведущая шестерня 2 - ведомая шестерня 3 - корпус 2 1 A Q Рисунок 18 Подача жидкости: Q D Н 2 m b n 0 , где 2m - высота зуба ( m - модуль зацепления ); DН - диаметр начальной окружности шестерни; b - ширина шестерни; n - частота вращения. Шестереночные объемные гидромашины обратимые. 2.3.3 Винтовые гидромашины. Основными рабочими органами винтовой гидромашины являются винты, размещенные в корпусе, с весьма малым зазором. Впадины между зубьями винтов заполняются жидкостью, которая при вращении винта переносится из всасывающей полости в нагнетательную. По числу винтов различают: одно, двух и трехвинтовые гидромашины. Наибольшее распространение получили трехвинтовые гидромашины с циклоидальным зацеплением. Q Q Рисунок 19 Подача винтового насоса: Q k D 3H n 0 , где k - коэффициент, зависящий от геометрических характеристик нарезки; DН - диаметр основной окружности ведущего винта; n - частота вращения. 3. Рабочие жидкости ОГМ В зависимости от назначения гидромаштны рабочей жидкостью могут быть самые различные жидкости: вода, нефтяные масла, синтетические жидкости, спиртово-глицериновые смеси и другие. Принципиально, объемные гидромашины могут работать на всякой капельной жидкости. Однако рабочая жидкость, выполняя функцию промежуточной Среды, одновременно является и смазывающим веществом для деталей гидромашины. Поэтому к жидкости предъявляются противоречивые требования: с одной стороны, для уменьшения гидравлических потерь жидкость должна обладать малой вязкостью, а с другой стороны, для уменьшения утечек через зазоры и уплотнения жидкость должна образовывать прочную масляную пленку. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют маловязкие нефтяные маста высокой очистки. Свойства рабочей жидкости оказывают существенное влияние на работоспособность и долговечность гидромашин. К рабочим жидксотям предъявляются следующие требования: 1. Рабочие жидкости в уплотнениях должны создавать прочную масляную пленку. 2. Для обеспечения высокой точности, долговечности и безотказной работы жидкость должна обладать антикоррозионными свойствами. 3. Рабочая жидкость должна обладать малой вязкостью и хорошими вязкостно-температурными свойствами в пределах определенного диапазона температур. 4. Жидкость должна быть чистой и однородной. 5. Рабочая жидкость должна иметь стабильный модуль упругости. Она не должна поглощать и выделять газы, особенно при больших перепадах давления. Глава 3. Объемный гидропривод и его элементы 1. Назначение и классификация объемных гидроприводов. Объемный гидропривод - совокупность объемных гидромашин, гидролиний (трубопроводов), гидроаппаратуры и вспомогательных устройств, предназначенная для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости. К числу гидромашин относятся насосы и гидродвигатели, которых может быть несколько. Гидроаппартура - это устройства управления гидроприводом, а также средства защиты его от чрезмерно высоких или низких давлений: дроссели, клапаны, гидрораспределители. Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры рабочей жидкости: фильтры, теплообменники, гидробаки, гидроаккумуляторы. Все элементы гидропривода связаны между собой гидролиниями. По виду гидродвигателя гидроприводы различают: поступательного, поворотного и вращательного движений. По виду управления гидроприводом различают на нерегулируемые, регулируемые с ручным управлением, регулируемые с автоматическим управлением и следящие. Каждый гидропривод содержит источник энергии. По виду источника энергии гидроприводы разделяют на три типа: * насосный гидропривод, в котором рабочая жидкость поступает гидродвигатель от объемного насоса; * аккумуляторный гидропривод; в котором жидкость поступает в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора. газ зарядка к гидродвигателю Рисунок 20 * магистральный гидропривод, в котором рабочая жидкость поступает из магистрали от насосной станции для мелких потребителей. Объемные гидроприводы обладают высоким быстродействием, незначительными размерами и массой. Высокий модуль упругости рабочей жидкости и герметичность гидроаппаратов обеспечивают механическую жесткость связи между ведущими и ведомыми звеньями. Исключение поломок в машинах и механизмах с объемным обеспечивается предохранительными клапанами. Полный к.п.д. гидропривода сранительно высок и составляет в среднем от 80% до 85 %. К.П.Д. объемного гидропривода: Н М Г , где Н - к.п.д. насоса; М - к.п.д. гидромотора или гидродвигателя; Г - гидравлический к.п.д., учитывающий потери в гидролиниях. Он равен: Г 1 p , pu где p - потери давления в трубопроводе и гидроаппаратах. Условные графические обозначения элементов объемного гидропривода и их буквенные позиционные обозначения Трубопроводы Гидробак под атмосферным давлением Соединение трубопроводов Фильтр Перекрещивание трубопроводов (без соединения) Гидродроссель регулируемый Насос постоянной производительности с постоянным направлением потока Гидромотор нерегулируемый с постоянным направлением потока Насос регулируемый с постоянным направлением потока Гидромотор нерегулируемый с реверсивным потоком Насос регулируемый с реверсивным потоком Аккумулятор газогидравлический Гидроцилиндр поршневой одностороннего действия с односторонним штоком Гидрораспределитель направляющий четырехлинейный двухпозиционный с ручным управлением Гидроцилиндр поршневой двустороннего действия с двусторонним штоком Гидрораспределитель дросселирующий четырехлинейный трехпозиционный с ручным управлением Клапан обратный Гидроклапан напорный (предохранительный, переливной) 2. Насосы и гидродвигатели. 2.1 Насосы В объемном насосе перемещение жидкости осуществляется вытеснением ее из рабочих камер вытеснителями. Основной величиной, определяющей размер объемной гидромашины, является его рабочий объем V0 . Подача объемного насоса Q V0 n 0 Поскольку объемные насосы предназначены для создания больших давлений, приращением кинетической энергии жидкости в насосе обычно пренебрегают. Давление насоса представляет собой разность давлений на входе и выходе. p Н p 2 p1 p 2 Полезная мощность насоса: N П Q pН Мощность, потребляемая насосом от первичного двигателя. N NП Характеристикой объемных насосов называют зависимость давления насоса pН от подачи Q при постоянной частоте вращения вала: pН = f(Q). pН предохранител ьны й C кл апан Q B pНmax QН Q 0 A Рисунок 21 Отличительной особенностью объемных насосов является жесткость их характеристики, т.е. независимость подачи от величины давления. Жесткость характеристики может привести к опасному повышению давления, например при закрытии задвижки в напорном трубопроводе. Поэтому объемные насосы обязательно оборудуются предохранительными клапанами, ограничивающими максимально допустимое давление pНmax. ПК Клапан может быть встроен в корпус насоса, или установливается отдельно. Пока давление насоса pН < pНmax Предохранительный клапан закрыт (участок AB). При превышении давления насоса pН pНmax предохранительный клапан открывается и часть жидкости сливается обратно в гидробак или во всасывающий трубопровод ( участок BC). n Рисунок 22 Насосный агрегат с трубопроводами и оборудованием изображенный на схеме (рисунок 23) называют насосной станцией. Часто этот бло формируется и изготавливается как один агрегат. ГПАК ВН Состав НС: МН Н ЭД ПК n ВМ ОК Ф Н - насос; ЭД - электродвигатель; ПК - предохранительный клапан; Ф - фильтр; ОК - обратный клапан; Б - гидробак; МН - манометр; ВМ - вакуумметр; ГПАК - гидропневмоаккумулятор. ВН - запорно регулирующее устройство. Б Рисунок 23 Регулирование объемного насоса (изменение характеристики насосной станции) может быть достигнуто следующими способами: а) изменением частоты вращения насоса n; б) изменением величины рабочего объема насоса V0. в) изменением характеристики (путем изменения сопротивления) трубопроводной сети. p p Нпотр3(Q ) Нпотр2(Q ) H ПОТР (Q) n1 Q1 n2 Q2 n3 Нпотр1(Q ) Q3 Q2 Q3 Q1 Q 0 Q 0 Рисунок 24 Рисунок 25 2.2 Гидромоторы Гидромотор - это объемный гидродвигатель вращательного действия. Также, как и насос, гидромотор характеризуется величиной рабочего объема V0. Идеальный расход жидкости через гидромотор: Q И V0 n Действительный расход жидкости через гидромотор больше, потому что в отличие от насоса протечки жидкости через зазоры направлены в ту же сторону, что и основной поток. Q QИ или Q И Q 0 . 0 Частота вращения вала гидромотора n QИ . V0 Падение давления в гидромоторе p Д p1 p 2 , где p1 - давление на входе; p2 - давление на выходе. Мощность, потребляемая гидромотором из потока: N p Д Q К.П.Д. гидромотора: 0 ГМ , где ГМ - гидромеханический кпд. Момент на валу: MК V0 p Д ГМ 2 Полезная мощность гидромотора: N ПОЛ N ГМ p Д Q ГМ V0 n p Д ГМ . 0 2.3 Гидроцилиндры. Гидроцилиндр - это гидродвигатель, сообщающий выходному звену поступательное движение. нагнетательная полость 1 2 3 d D F 1- корпус; 2 - поршень; 3 - шток. сливная полость Q Рисунок 26 Гидроцилиндр двухстороннего действия имеет цилиндрический корпус 1, поршень 2,шток 3, уплотнения. Поршень и шток перемещаются разностью сил давления в нагнетательной и сливной полостях. Скорость U0 перемещения поршня определяется величиной подачи жидкости Q в нагнетательную полость. Q 0 - при движении поршня вправо; D4 4 Q U0 0 - при движении поршня влево. 2 2 D d 4 U0 Для перемещения поршня вправо необходимо левую полость гидроцилиндра соединить с насосом, а правую полость - с баком. Для движения поршня влево, наоборот, правую полость нужно соединить с насосом, а левую с баком. Величина создаваемого гидроцилиндром усилия F равна D2 F p Н p СЛ D 2 d 2 ГМ - при движении поршня 4 4 вправо; D2 2 2 F p Н D d p СЛ ГМ - при движении поршня 4 4 влево. 3. Гидроаппаратура и вспомогательные элементы. 3.1 Распределительные устройства. Распределительные устройства предназначены для распределения жидкости между узлами и элементами гидропривода. Их разделяют на крановые, золотниковые и клапанные. Наибольшее распространение получили золотниковые распределительные устройства. к гидродвигател ю от гид родвигателя 2 1 3 1 - золотник (плунжер с проточками); 2 - корпус; 3 - рукоятка. в бак от насоса Рисунок 27 I - движение II - стоп вправо л пр пр л пр л III - движение влево л пр Рисунок 28 За счет смещения рукоятки можно изменять направление движения гидродвигателя. 3.2 Дроссельные устройства. Дроссельные устройства применяются для ограничения и ррегулирования расхода жидкости и представляют собой гидравлические сопротивления. Различают нерегулируемые и регулируемые дроссели. В дросселе происходит падение давления , определяемое из правил истечения через отверстие Q S 2 p ДР ; где - коэффициент расхода; S - площадь проходного сечения. нерегулируемый дроссель регулируемый дроссель Q Q Рисунок 30 Рисунок 29 3.3 Клапаны При помощи клапанов предохраняют узлы гидропривода от перегрузок, устанавливают вполне определенную последовательность работы узлов гидропривода, создают определенное направление потока жидкости, устанавливают и поддерживают заданное давление. В связи с большим разнообразием видов клапаны разделяют по назначению, принципу работы и конструкции. По назначению клапаны разделяют на: обратные, предохранительные и редукционные. Обратные клапаны предназначены для пропуска жидкости только в одном направлении. OK Q Рисунок 31 При изменении направления движения жидкости в трубопроводе обратный клапан закрывается. Предохранительные клапаны предназначены для защиты гидросистемы от чрезмерных давлений. При превышении давления в магистральном трубопроводе p>p max предохранительный клапан открывается и пропускает жидкость помимо гидросистемы на слив в бак. Величина pmax регулируется путем установки предварительной затяжки пружины. на слив магистральны й трубопровод Q Рисунок 32 Редукционный клан предназначен для уменьшения гидромашине до значения, на которое он установлен. давления в p2>p1 РК p1 Рисунок 33 3.4 Трубопроводы и соединения МОНТАЖ ТРУБОПРОВОДОВ Скобы для крепления труб следует устанавливать возможно ближе к коленам или изгибам. При расположении на трубах каких-либо тяжелых устройств, не требующих специальных опор, расстояния между скобами для крепления труб уменьшают. Расстояние между опорами или скобами выбирают в зависимости от наружного диаметра трубы (табл.1). Желательно ко всем элементам трубопровода иметь свободный доступ. Трубопроводы должны отсоединяться без снятия агрегатов. Штуцера следует располагать так, чтобы можно было осуществлять сборку и разборку каждого соединения в отдельности. При большой длине трубопровода необходимо предусматривать компенсацию температурных расширений. В штуцерах, которыми трубопроводы присоединяют к агрегатам, нарезают цилиндрическую и коническую резьбы. Коническая резьба не требует уплотняющих прокладок, однако в соединениях, подвергаемых частой разборке, применять ее не следует, так как она теряет герметичность. Стальные трубы для присоединения конической резьбой приведены в табл. 3. При перемещениях одних частей механизма относительно других используют соединения с гибким шлангом, который не должен скручиваться при эксплуатации. Трубопроводы у места присоединения к ним шлангов должны иметь опоры. Радиус изгиба должен быть не менее десяти наружных диаметров шланга, Смонтированную систему проверяют на герметичность (обычно полуторным рабочим давлением). Внутреннее рабочее давление для бесшовных труб приведено в табл.2. Гидравлические трубопроводы следует проектировать без местных возвышений, чтобы в них не собирался воздух, а также без изгибов, препятствующих сливу жидкости. В воздухопроводах необходимо избегать резких изменений направления движения воздуха и «воздушных мешков», способствующих выделению влаги и скоплению конденсата. 1.Расстояния между опорами для крепления труб Размеры, мм Наружный диаметр трубы 6 8 10 12 15 18 24 Расстояние между опорами 400 450 500 550 600 650 700 или скобами 30 800 2. Внутреннее рабочее давление для труб бесшовных xолоднодеформируемых по ГОСТ 8734-75 Внутреннее рабочее давление p* dн мм 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 3.2 3.5 5 6 7 8 9 10 11 12 14 16 18 20 12.8 10.6 9.1 8.0 7.1 6.4 5.8 5.3 4.6 4.0 3.6 3.2 15.4 12.8 11.0 9.6 8.5 7.7 7.0 6.4 5.5 4.8 4.3 3.8 20.3 17.0 14.6 12.8 11.4 10.2 9.3 8.5 7.3 6.4 5.7 5.1 25.6 21.3 18.3 16.0 14.2 12.8 11.6 10.6 9.2 8.0 7.1 6.4 30.8 25.6 22.0 19.2 17.1 15.4 14.0 12.8 11.0 9.6 8.5 7.7 36.0 30.0 25.6 22.4 20.0 17.9 16.3 15.0 12.8 11.2 10.0 9.0 34.2 29.4 25.6 22.8 20.5 18.6 17.1 14.6 12.8 11.4 10.2 38.5 33.0 28.9 25.6 23.0 21.0 19.2 16.5 14.4 12.8 11.5 42.6 36.6 32.0 28.4 25.6 23.2 21.3 18.3 16.0 14.2 12.8 40.2 35.0 31.2 28.2 25.6 23.4 20.0 17.6 15.6 14.1 45.6 40.0 35.6 32.0 29.0 26.6 22.8 20.0 17.8 16.0 40.0 35.8 32.6 30.0 25.6 22.4 19.9 18.0 38.4 34.9 32.0 27.4 24.0 21.3 19.2 41.0 37.2 34.1 29.2 25.6 22.8 20.4 44.8 40.6 37.3 32.0 28.0 24.9 22.4 22 25 28 30 32 34 36 38 40 42 45 48 50 53 56 60 63 65 70 75 80 S5 90 95 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 2.9 2.6 2.3 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 3.5 3.1 2.7 2.6 2.4 2.3 2.1 2.0 1.9 4.7 4.1 3.7 3.4 3.2 3.0 2.9 2.7 2.6 5.8 5.1 4.6 4.3 4.0 3.8 3.5 3.4 3.2 3.0 2.8 2.7 2.6 2.4 2.3 2.1 2.0 2.0 1.8 1.7 7.0 6.1 5.5 5.1 4.8 4.5 4.3 4.0 3.8 3.7 3.4 3.2 3.1 2.9 2.7 2.6 2.4 2.4 2.2 2.1 8.2 7.2 6.4 6.0 5.6 5.3 5.0 4.7 4.5 4.3 4.0 3.7 3.6 3.4 3.2 3.0 2.8 2.8 2.6 2.4 2.2 2.1 2.0 1.9 9.3 8.2 7.3 6.8 6.4 6.0 5.7 5.4 5.1 4.9 4.6 4.3 4.1 3.9 3.7 3.4 3.2 3.2 2.9 2.7 2.6 2.4 2.3 2.2 2.0 1.9 1.7 10.5 9.2 8.2 7.7 7.2 6.8 6.4 6.1 5.8 5.5 5.1 4.8 4.6 4.3 4.1 3.8 3.7 3.5 3.3 3.1 2.9 2.7 2.6 2.4 2.3 2.1 1.9 11.6 10.2 9.1 8.5 8.0 7.5 7.1 6.7 6.4 6.1 5.7 5.3 5.1 4.8 4.6 4.3 4.1 3.9 3.7 3.4 3.2 3.0 2.8 2.7 2.6 2.3 2.1 12.8 11.3 10.1 9.4 8.8 8.3 7.8 7.4 7.0 6.7 6.3 5.9 5.6 5.3 5.0 4.7 4.5 4.3 4.0 3.8 3.5 3.3 3.1 3.0 2.8 2.6 2.3 14.5 12.8 11.4 10.6 10.0 9.4 8.9 8.4 8.0 7.6 7.1 6.7 6.4 6.0 5.7 5.3 5.1 4.9 4.6 4.3 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 2.9 2.7 2.5 16.3 14.4 12.8 12.0 11.2 10.6 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.2 6.8 6.4 6.0 5.7 5.5 5.1 4.8 4.5 4.2 4.0 3.8 3.6 3.3 3.0 2.8 17.4 15.3 13.7 12.8 12.0 11.3 10.6 10.1 9.6 9.1 8.5 8.0 7.7 7.2 6.9 6.4 6.1 5.9 5.5 5.1 4.8 4.5 4.3 4.0 3.8 3.5 3.2 2.9 2.7 2.6 18.6 16.4 14.6 13.6 12.8 12.0 11.4 10.8 10.2 9.7 9.1 8.5 8.2 7.7 7.3 6.8 6.5 6.3 5.8 5.5 5.1 4.8 4.5 4.3 4.1 3.7 3.4 3.1 2.9 2.7 3.5 Вспомогательные устройства Вспомогательные устройства это кондиционеры рабочей жидкости: фильтры, охладители или нагреватели, гидропневмоаккумуляторы. 20.3 17.9 16.0 14.9 14.0 13.2 12.4 11.8 11.2 10.6 10.0 9.3 9.0 8.4 8.0 7.5 7.1 6.9 6.4 6.0 5.6 5.3 5.0 4.7 4.5 4.1 3.7 3.4 3.2 3.0 2.8 2.5 2.3 4. Гидропривод возвратно-поступательного действия с дроссельным регулированием Принципиальная схема объемного насосного гидропривода поступательного движения приведена на рис. 1. Этот гидропривод состоит из насоса, гидродвигателя (гидроцилиндра), гидроаппаратов, гидробака, гидролиний и других устройств. Условные графические обозначения элементов гидропривода на схеме соответствуют ГОСТ 2.704-2011, 2.782-96 ЕСКД [1, 2]. Рис. 1 Гидравлическая схема ОГП с дросселем на входе в ГД Насос предаёт механическую энергию от двигателя к жидкости (потенциальную энергию давления) и создает напорный поток рабочей жидкости. Г и д р о д в и г а т е л ь преобразует потенциальную энергию потока рабочей жидкости в энергию движения выходного звена (движущегося штока или вращающегося вала). Г и д р о б а к служит для хранения, отстоя, очистки и охлаждения рабочей жидкости, используемой для работы ОГП. Гидроаппараты выполняют функции контроля, управления, регулирования, защиты от перегрузки гидропривода (фильтр, дроссель, гидрораспределитель, гидроклапан и другие). Д р о с с е л ь -гидроаппарат, предназначенный для поддержания заданной величины расхода в зависимости от величины перепада давления в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости. Дроссель представляет собой местное регулируемое ила нерегулируемое сопротивление. Гидрораспределитель -гидроаппарат, изменяющий направление движения рабочей жидкости в гидролиниях в зависимости от внешнего управляющего воздействия. По числу характерных состояний (позиций) запорнорегулирующего элемента гидрораспределители могут быть двухпозиционными, трехпозиционными и т.д., а по числу внешних гидролиний - двухлинейными, трехлинейными и т.д. Переливной клапан – гидроаппарат, предназначенный для поддержания заданного давления рн в подводимом к нему потоке. При подключении переливного клапана к напорной гидролинии на выходе из насоса, обеспечивается ограничение (или поддержание на заданном уровне) давления насоса рн , , путем слива части подачи насоса в гидробак. Г и д р о л и н и и предназначены для прохождения рабочей жидкости от одного гидроагрегата к другому в процессе работы ОГП. В гидроприводе обычно имеются: в с а с ы в а ю щ а я гидролиния - от бака к насосу, н а п о р н а я гидролиния - от насоса к гидрораспределителю, гидролинии у п р а в л е н и я - от гидрораспределителя к гидродвигателю и обратно, с л и в н а я гидролиния - от гидрораспределителя в гидробак. Гидролинии выполняются в виде трубопроводов (жёстких или гибких), а также каналов в корпусах гидроаппаратов. Ф и л ь т р служит для очистки рабочей жидкости, от твердых за-грязняющих примесей. Отделение твердых частиц происходит при прохождении рабочей жидкости через фильтрующий элемент. Действие гидропривода происходит следующим образом. В положении гидрораспределителя, изображенном на рис. 1, рабочая жидкость из гидробака подается насосом по гидролиниям в левую полость гидроцилиндра, перемещая его поршень вправо. Жидкость, вытесненная при этом поршнем из правой полости цилиндра, через гидролинии и распределитель вытесняется в гидробак. При установке распределителя в другое положение жидкость от насоса будет поступать в правую полость цилиндра и отводиться в бак из левой его полости; поршень цилиндра в этом случае будет перемещаться влево. Подобный гидропривод, в котором рабочая жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак, называется гидроприводом с разомкнутой ц и р к у л я ц и е й . Если рабочая жидкость от гидродвигателя сразу поступает во всасывающую гидролинию насоса, то гидропривод называется с замкнутой циркуляцией. Р е г у л и р о в а н и е О Г П - изменение состояния элементов ОГП с целью управления скоростью движения выходного звена. Способы регулирования и реверсирования объемного гидропривода. Основными параметрами, характеризующими поток рабочей жидкости в объемном гидроприводе, являются расход Q и давление p. От величины расхода жидкости зависит скорость движения выходного звена гидродвигателя. Давление жидкости определяется, главным образом, внешней нагрузкой, действующей на выходное звено. По возможности регулирования объемные гидроприводы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые [3, 4]. Основным видом регулирования работы гидропривода является управление скоростью движения выходного звена, которое производится путем изменения расхода рабочей жидкости через гидродвигатель. При наличии в гидроприводе регулируемых насоса или гидродвигателя применяется объемное регулирование скорости за счет изменения рабочего объема насоса или гидродвигателя, или обеих гидромашин одновременно. Если используются нерегулируемые насос и гидродвигатель, то изменение расхода рабочей жидкости через гидродвигатель и, следовательно, скорости выходного звена, осуществляется путем отвода части потока рабочей жидкости, подаваемой насосом, в сливную гидролинию, минуя гидродвигатель. Такое регулирование называется дроссельным, так как оно выполняется с применением гидродросселя. Расход жидкости через дроссель 𝑸др связан с перепадом давления на нём ∆𝒑др в нем следующей зависимостью: 𝑸др = 𝝁𝑺др √ 𝟐∆𝒑др 𝝆 , (1) где 𝑺др - площадь проходного сечения дросселя, 𝝁. - коэффициент расхода дросселя, 𝝆 - плотность рабочей жидкости. Регулирование расхода производится изменением площади проходного сечения дросселя 𝑺др . Применяется также смешанный объемно-дроссельный способ регулирования и регулирование приводящим двигателем путем изменения его скорости. Регулирование гидроприводов может осуществляться вручную - ОГП с ручным регулированием; автоматически - ОГП с автоматическим регулированием, по заданной программе -программируемый гидропривод. Выбор способа регулирования определяется многими факторами, а именно: назначением гидропривода, мощностью, давлением, характером изменения полезной нагрузки и другими. Кроме регулирования скорости выходного звена гидродвигателя, необходимо осуществлять реверсирование (изменение направления) его движения. В ОГП с регулируемым и реверсивным насосом реверсирование осуществляется путем изменения направления потока рабочей жидкости за счет реверса насоса. В гидроприводах с нерегулируемым и нереверсивным насосом реверсирование осуществляется гидрораспределителем. Гидропривод с дроссельным регулированием скорости широко применяется в качестве силового привода при управлении различными машинами, станками, энергетическими установками малой мощности. Главными преимуществами такого гидропривода являются непрерывное плавное изменение скорости, простота конструкции и управления, высокая чувствительность, большое быстродействие, надежность в работе. Дроссельное регулирование обеспечивает высокую равномерность и точность хода выходного звена на малых скоростях, так как в этом случае объемные потери компенсируются избыточной подачей насоса. Основные недостатки дроссельного регулирования - нагрев рабочей жидкости при дросселировании потока и уменьшение к.п.д. при снижении скорости выходного звена. Это объясняется тем, что часть потока рабочей жидкости отводится в гидробак, минуя гидродвигатель, т.е. не производя никакой полезной работы. Это сопровождается потерей мощности перепускаемого потока и снижает экономичность гидропривода. Однако дроссельное регулирование позволяет применять простые и дешевые нерегулируемые насосы и гидродвигатели. Вследствие малого значения к.п.д. дроссельное регулирование применяется для гидроприводов небольшой мощности (ориентировочно до 10 кВт). ОГП с объемным регулированием более экономичен, так как в нем отсутствуют указание недостатки дроссельного регулирования. Поэтому объемное регулирование гидроприводов применяется в установках средней и большой мощности, в которых энергетические показатели играют важную роль. В гидроприводах с объемным регулированием нагрев рабочей жидкости значительно меньше, чем при дроссельном регулировании, благодаря отсутствию дросселирования потока. По быстродействию гидропривод объемного регулирования уступает гидроприводу с дроссельным регулированием за счет меньшей гидравлической жесткости исполнительного механизма. Недостатком такого гидропривода является также ограниченная возможность объемного регулирования при малых скоростях движения выходного звена, когда величина утечек рабочей жидкости соизмерима с расходом через гидродвигатель. Характерные схемы гидроприводов с дроссельным регулированием При дроссельном регулировании в зависимости от заданных условий дроссель может быть установлен п о с л е д о в а т е л ь н о с гидродвигателем или п а р а л л е л ь н о ему. Последовательное включение дросселя может осуществляться: н а в х о д е в гидродвигатель (рис. 1), на в ы х о д е из гидродвигателя (рис. 2 ) , на входе и в ы х о д е гидродвигателя (рис. 3) . Во всех трех случаях рабочая жидкость, подаваемая насосом постоянной производительности, разделяется на два потока. Один поток проходит через дроссель к гидродвигателю, а другой поток перепускается через п е р е л и в н о й клапан. Скорость поршня гидроцилиндра изменяется в зависимости от величины сопротивления дросселя, которое определяется степенью открытия дросселя. Чем больше проходное сечение дросселя, тем больше рабочей жидкости будет проходить в гидродвигатель (смотри формулу (1)) и тем больше будет скорость его выходного звена. Сущность стационарных режимов работы ОГП удобно рассматривать в координатах (Q –p) ( расход – давление). На рис. 4 а представлены характерные зависимости для ОГП с последовательным включением дросселя. Нерегулируемый объемный насос обеспечивает приблизительно постоянную подачу 𝑸н в напорную гидролинию. Линия ab, является характеристикой насоса рн = 𝒇(𝑸н ), линия bc представляет собой линию ограничения давления рн действием переливного клапана. Вместе они образуют характеристику питающей установки гидропривода. Кривая dk является характеристикой гидросистемы рн = 𝐟(𝐐гд ). Отрезок od выражает перепад давления в гидроцилиндре △ ргд . затрачиваемый на преодоление полезной нагрузки и силы трения в уплотнениях поршня и штока, а линия dk - потери давления в гидролиниях 𝜮ргл . Рабочий режим гидропривода характеризуется точкой k пересечения характеристик системы и питающей установки (рабочей точкой), в которой определяются значения давления насоса рн и потребного расхода 𝑸пот при данном режиме. Рис. 2 Гидравлическая схема ОГП с дросселем на выходе из ГД Изменение внешней нагрузки на гидродвигатель влечет за собой изменение величины △ ргд , т.е. перемещение кривой dk по высоте. Изменение открытия дросселя вызывает изменение крутизны характеристики системы. В обоих случаях это приводит к перемещению рабочей точки, т.е. к изменению режима работы гидропривода. При сравнительно малой нагрузке и большой степени открытия дросселя рабочие точки находятся на ветви ab характеристики питающей установки (например,точка k’). Это соответствует режимам, при которых переливной клапан закрыт, расход через гидродвигатель практически постоянен: 𝑸гд = 𝑸н = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕 . В этом случае скорость выходного звена гидродвигателя постоянна и не регулируется. Давление, развиваемое насосом, не постоянно и зависит от степени открытия дросселя и величины нагрузки на выходном звене. Рис. 3 Гидравлическая схема ОГП с последовательными дросселями на входе и выходе из ОГП Рис. 4. Характеристики гидросистемы и питательной установки ОГП при последовательном (а) и параллельном (б) включении дросселя. При большой нагрузке и малой степени открытиях дросселя рабочая точка k находится на ветви bc характеристики питающей установки. При этом открывается переливной клапан, и часть расхода 𝑸кл перепускается через него на слив, минуя гидродвигатель. В этом случае 𝑸гд = 𝑸н − 𝑸кл , и скорость выходного звена зависит как от нагрузки, так и от степени открытия дросселя, а давление 𝒑н приблизительно постоянно и равно давлению 𝒑кл , на которое отрегулирован переливной клапан. При работе на этих режимах независимо от нагрузки гидродвигателя и скорости выходного звена насос потребляет постоянную максимальную мощность 𝑵 = 𝒑н 𝑸н ⁄𝜼н , соответствующую полной подаче насоса и максимальному давлению 𝒑н = 𝒑кл (здесь 𝜼н - к.п.д. насоса). Поэтому рассмотренные схемы с последовательным включением дросселя обладают относительно низким к.п.д. Левое крайнее положение С рабочей точки соответствует остановке гидродвигателя под нагрузкой. При дальнейшем увеличении нагрузки гидродвигатель начинает двигаться в обратном направлении, превращаясь в насос и изменяя направление движения рабочей жидкости. В этом случае расход через перепускной клапан складывается из подачи насоса и гидродвигателя. Рис. 5 Гидравлическая схема ОГП с параллельным дросселем При параллельном включении дросселя (рис. 5) рабочая жидкость, подаваемая насосом, разделяется на два, параллельных потока, один из которых через гидрораспределитель направляется в гидродвигатель и совершает полезную работу, а другой - через дроссель (а не через переливной клапан, как при последовательном включении дросселя) отводится в гидробак. В этой схеме перепускной клапан работает не постоянно, а играет роль предохранительного к л а п а н а , защищающего систему от чрезмерного повышения давления 𝒑н . Регулирование скорости производится изменением проходного сечения дросселя. При полностью закрытом дросселе вся рабочая жидкость подается в гидродвигатель; при этом достигается максимальная скорость движения поршня гидроцилиндра. Уменьшение скорости поршня осуществляется увеличением расхода рабочей жидкости через дроссель путем увеличения его проходного сечения (степени открытия). Работа гидропривода с параллельным включением дросселя рассмотрена на рис. 4б. Линия ab изображает характеристику насоса 𝒑н = 𝒇(𝑸н ) , а линия oe характеристику дросселя △ 𝒑др = 𝒇(𝑸гд ) , представляющую собой зависимость перепада давления на дросселе от расхода через него при определенной степени открытия дросселя. При параллельном включении дросселя △ 𝒑др = 𝒑н . Вычитая из характеристики насоса характеристику дросселя по расходам, получим характеристику ak питающей установки (наcоса вместе с дросселем) 𝒑н = 𝒇(𝑸гд ). Для этого следует при различных значениях 𝒑н вычитать из подачи насоса расход через дроссель. Пересечение характеристики питающей установки ak с характеристикой гидросистемы 𝒑пот = 𝒇(𝑸гд ) (линии ak ) определяет рабочую точку k , т.е. значения расхода через гидродвигатель 𝑸гд и давления насоса 𝒑н , соответствующих данному режиму работы ОГП. При любом изменении степени открытия дросселя изменяется его характеристика, а следовательно, и характеристика питающей установки. Изменение нагрузки на гидродвигатель вызывает изменение величины △ 𝒑гд , т.е. перемещение характеристики гидросистемы по высоте. В том и другом случае изменяется положение рабочей точки k, что приводит к изменению расхода 𝑸гд и скорости движения выходного звена гидродвигателя. При достаточно большой степени открытия дросселя, которой соответствует характеристика дрооселя оf и характеристика питающей установки ad , произойдет остановка гидродвигателя (рабочая точка d ). Дальнейшее увеличение открытия дросселя приведет к реверсированию гидродвигателя и его работе в режиме насоса. Остановка гидродвигателя произойдет также в случае увеличения нагрузки до предельной величина, при которой откроетcя предохранительный клапан. Отличительной особенностью работы схемы с параллельным включением дросселя является зависимость давления 𝒑н , развиваемого насосом, а, следовательно, и мощности насоса, от нагрузки на выходном звене гидродвигателя. При снижении нагрузки давление и мощность уменьшаются, а при повышении – увеличиваются (𝑵 = 𝑷н 𝑸н ⁄𝜼н ). Поэтому гидропривод с параллельным включением дросселя располагает меньшим избытком мощности и обеспечивает больший к.п.д. по сравнению с ОГП с последовательным дросселем. Оценивая различные схемы включения дросселя, следует отметить следующие особенности их работы. Гидропривод с дросселем на входе (рис. 1) допускает регулирование скорости гидродвигателя лишь в том случае, когда направление действия нагрузки не совпадает с направлением движения выходного звена. Если же направление действия нагрузки и движения штока совпадают, то последний перемещается с повышенной скоростью под действием этой нагрузки, преодолевая только силу трения в гидроцилиндре и противодавления в сливной гидролинии. При этом скорость поршня может быть настолько большой, что подача насоса может оказаться недостаточной для заполнения объема в цилиндре, освобождаемого движущимся поршнем. В результате возможен разрыв потека и появление кавитации из-за падения давления в потоке до давления насыщенных паров жидкости при данной температуре, что недопустимо. Гидропривод с дросселем на выходе (рис. 2) допускает регулирование скорости гидродвигателя при знакопеременной нагрузке, так как при любом направлении действия нагрузки изменению скорости препятствует сопротивление дросселя. Достоинством схемы является также то, что тепло, выделяющееся при прохождении жидкости через дроссель, отводится непосредственно, в гидробак без нагрева гидродвигателя, как это имеет место в схеме с дросселем на входе. При этом гидродвигатель работает в более выгодном режиме. В гидроприводе с дросселем на входе и выходе (рис. 3) в качестве регулятора скорости обычно используется дросселирующий гидрораспределитель, сочетающий функции дросселя и распределителя. Эта схема, как и предыдущая, позволяет регулировать скорость при знакопеременной нагрузке, обеспечивая при этом, как это показано ниже, большую стабильность скорости при изменении нагрузки. Однако нагрев рабочей жидкости в такой схеме больше из-за двойного дросселирования потока. При параллельном включении дросселя (рис. 5) регулировать скорость можно только при несовпадении направлений нагрузки и движения штока. Достоинством схемы является наименьший нагрев рабочей жидкости, поскольку давление 𝒑н зависит от нагрузки. Следовательно, дросселирование происходит при меньшем перепаде давлений, и жидкость нагревается меньше. К тому же нагретая жидкость поступает прямо на слив. Как показано выше, существенным недостатком всех рассмотренных схем является нестабильность скорости выходного звена гидродвигателя при изменении нагрузки F . Сравним с этой точки зрения различные схемы. Скорость поршня, без учета объемных потерь в гидродвигателе, 𝑸 𝝊 = гд , (2) 𝑺эф где 𝑺эф - эффективная площадь поршня гидроцилиндра, 𝑸гд - расход рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель. Без учета объемных потерь в гидроагрегатах при последовательном включении дросселя: 𝑸гд = 𝑸др = 𝑸н − 𝑸кл (3) При параллельном включении дросселя 𝑸гд = 𝑸н − 𝑸кл (4) Расход жидкости через дроссель при постоянной площади его проходного сечения определяется перепадом давления на дросселе (смотри формулу (1)), в которой сделаны следующие обозначения: ∆𝒑др = 𝒑вх − 𝒑вых . (5) 𝒑вх – давление на входе в дроссель; 𝒑вых – давление на выходе из дросселя. Пренебрегая гидравлическими потерями в гидролиниях, с учетом формул (1) – (4), легко получить следующие соотношения для рассматриваемых схем ОГП. Для ОГП с дросселем на входе (рис. 1): 𝒑вх = 𝒑н ; 𝒑вых = 𝟐 𝑭 𝑺эф 𝑸гд = 𝑸др = 𝝁𝑺др √ (𝒑н − 𝝆 △ 𝒑др = 𝒑н − ; 𝑭 ); 𝑺 эф 𝝊= 𝝁𝑺др 𝑺эф Для ОГП с дросселем на выходе (рис. 2): 𝑭 𝑺эф ; 𝟐 𝑭 𝝆 𝑺эф √ (𝒑н − ) (6) 𝒑вх = 𝒑н ± 𝑭 𝑺др 𝒑вых = 𝟎; ; 𝟐 𝑸гд = 𝑸др = 𝝁𝑺др √ (𝒑н ± 𝝆 △ 𝒑др = 𝒑н ± 𝑭 𝝊= ); 𝑺 эф 𝝁𝑺др 𝑺эф 𝑭 𝑺др ; 𝟐 𝑭 𝝆 𝑺эф √ (𝒑н ± ) (7) ) . (8) Для ОГП с дросселем на входе выходе (рис. 3): 𝒑вх𝟏 = 𝒑н ; 𝒑вых𝟏 = 𝒑н ± △ 𝒑др𝟏 = 𝒑н ± 𝑭 𝑭 𝑺др −△ 𝑷др𝟐 ; −△ 𝒑др𝟐 ; 𝑺др при △ 𝒑др𝟏 =△ 𝒑др𝟐 −△ 𝒑др𝟏,𝟐 = 𝟎, 𝟓 ( 𝒑н ± 𝟐 𝑸гд = 𝑸др = 𝝁𝑺др √ (𝒑н − 𝝆 𝑭 ); 𝑺 эф 𝝊= 𝝁𝑺др 𝑺эф 𝑭 𝑺др ); 𝟐 𝑭 𝝆 𝑺эф √ (𝒑н − Для ОГП с параллельным дросселем (рис. 5): 𝒑вх = 𝒑н = 𝑭 𝑺др 𝒑вых = 𝟎; ; 𝑸гд = 𝑸н − 𝝁𝑺др √ 𝟐 𝑭 𝝆 𝑺эф ; 𝝊= △ 𝒑др = 𝑸н 𝑺эф − 𝝁𝑺др 𝑺эф 𝟐 𝑭 √𝝆 𝑺 . эф 𝑭 𝑺эф ; (9) Из приведенных выражений следует, что перепад давления на дросселях, а, следовательно, и расход жидкости через них, будет изменяться во всех схемах с изменением нагрузки F на штоке гидроцилиндра. Таким образом, все рассмотренные варианты ОГП с дроссельным регулированием в той или иной мере не обеспечивают стабильной скорости выходного звена при колебаниях рабочей нагрузки и потому применяются лишь в гидроприводах, работающих при мало меняющихся нагрузках или при невысоких требованиях к постоянству скорости. Наиболее чувствительна к нагрузке схема с параллельным включением дросселя, наименее чувствительна - схема с дросселем на входе и выходе. При повышенных требованиях к стабильности скорости выходного звена при переменных нагрузках необходимо введение в схему специальных гидроаппаратов - р е г у л я т о р о в п о т о к а, которые обеспечивают постоянство скорости вне зависимости от колебаний нагрузки. Регулятор состоит из соединённых последовательно регулируемого дросселя и редукционного клапана, который при изменении нагрузки F , а, следовательно, и давления перед клапаном 𝒑кл , поддерживает постоянным давление перед дросселем 𝒑вх , обеспечивая тем самым постоянное значение расхода через дроссель и постоянную скорость выходного звена. ОГП, в котором скорость выходного звена поддерживается постоянной при изменении внешних воздействий, называется стабилизированным гидроприводом.
