|
ГІДРОПРИВОД Електронний підручник |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. ОБ’ЄМНИЙ ГІДРОПРИВОД 1. Загальні відомості про
гідравлічні приводи і гідропередачі. Приклади застосування об’ємного гідроприводу. Гідропривод (гідравлічний привод) — сукупність гідравлічної апаратури і гідроліній для приведення в дію
робочих органів машин та механізмів за допомогою потенціальної
енергії рідини, що перебуває під тиском. При цьому енергія передається
за допомогою переміщення окремих об'ємів рідини.
Види гідроприводів За принципом роботи гідроприводи бувають об'ємними
(гідростатичними), гідродинамічними і змішаними: -у гідродинамічних приводах використовується
в основному кінетична енергія потоку рідини; -у об'ємних гідроприводах використовується
потенційна енергія тиску робочої рідини; -у змішаних гідроприводах поєднуються
властивості перших двох видів. За характером руху вихідної ланки гідродвигуна гідравлічні приводи
поділяються на: -гідроприводи обертального руху (гідродвигуном служить гідромотор); -гідроприводи поступального руху (гідродвигуном служить
у переважній більшості гідроциліндр); -гідроприводи поворотного руху (гідродвигуном служить поворотний
гідродвигун). За схемою циркуляції рідини у приводі: -гідропривод із замкнутою схемою
циркуляції, у якому робоча рідина від гідродвигуна одразу повертається у всмоктуючу гідролінію насоса; -гідропривод з розімкненою системою
циркуляції, у якому робоча рідина знаходиться у гідробаку
і постійно контактує атмосферою. Рис.2. Принципова
гідравлічна схема гідроприводу обертального руху з розімкненою
(вгорі) і замкнутою циркуляцією (внизу). Гідропривод із замкнутою
циркуляцією робочої рідини компактний, має невелику масу і допускає велику
частоту обертання ротора насоса без небезпеки виникнення кавітації, оскільки в такій системі
у всмоктуючій лінії тиск завжди вищий за атмосферний. До недоліків слід
віднести погані умови для охолодження робочої рідини, а також необхідність
зливу робочої рідини та заповнення гідросистеми при заміні або ремонті
гідроапаратури. Переваги
розімкненої схеми — хороші умови для охолодження і очищення робочої
рідини. Проте такі гідроприводи громіздкі і мають велику масу, а частота
обертання ротора насоса обмежується швидкостями руху робочої рідини, що
допускаються (з умов безкавітаційної роботи
насоса), у всмоктуючому трубопроводі. За
можливостями і видом
регулювання гідропривод
може бути нерегульованим і регульованим, останній у свою чергу буває: -об'ємного регулювання; -дросельного регулювання. За задачами регулювання,
гідроприводи бувають: -стабілізаційні; -слідкувальної
дії; -програмного керування. Переваги
гідроприводів Значне поширення
гідроприводів у різних галузях зумовлюється низкою істотних переваг, до яких
у першу чергу належать: -можливість одержання
великих сил та обертальних моментів при порівняно малих розмірах та масі гідродвигунів; -передача великих потужностей при малій масі гідроприводу; -плавність рухів вихідних
ланок; -можливість безступінчастого
регулювання швидкості у широкому діапазоні; -мала інерційність; -простота керування та
автоматизації; -висока експлуатаційна
надійність та стійкість до перевантажень; -простота реалізації
основних видів рухів: обертального, зворотно-поступального і
зворотно-поворотного. Недоліки
гідроприводів При незаперечних високих якостях
гідравлічного приводу слід відзначити і властиві йому недоліки: -гідроприводи поступаються електричним у відстані
транспортування енергії від джерела до споживача та швидкості передачі
командних сигналів; -у
гідроприводах актуальним є питанням забезпечення герметичності порожнин, що
знаходяться під тиском; -чутливість до в'язкості
робочої рідини, котра у свою чергу залежить від температури; -нижчий к.к.д.
у порівнянні з механічними передачами у приводах. Застосування
гідроприводів Гідропривод застосовується в
нафтовидобувному обладнанні (гідропоршневі глибинні
насосні установки, гідрокачалки, бурові установки
тощо), гірничому машинобудуванні (прохідницькі та вугільні комбайни, щити для
прокладання тунелів, механізоване кріплення гірничих лав та ін.), на транспортних, сільськогосподарських,
дорожньо-будівельних, кар'єрних та інших машинах. Верстатобудівна галузь належить до тих галузей, де
гідравлічні приводи використовуються традиційно, а саме: у металорізальних
верстатах та ковальсько-пресовому обладнанні гідропривод використовується для
здійснення як головних, так і допоміжних рухів і приводу робочих органів
технологічних машин та роботів-маніпуляторів, затискних, фіксуючих,
транспортних пристроїв. Широко застосовують гідроприводи в літальних та
підводних апаратах. 2. Дросельне регулювання швидкості вихідної
ланки. Принцип дії, галузі
застосування. Характеристики дросельного регулювання. Способи розвантаження
насосів від тиску У гідроприводах, в яких гідродвигуни працюють
нетривало, необхідно влаштовувати системи розвантаження насоса від тиску.
Завдяки цьому зменшуються експлуатаційні витрати, збільшується ККД системи і
підвищується довговічність насоса. Розвантаження через розподільник здійснюється
шляхом з'єднання напірної лінії насоса безпосередньо через розподільник з
баком. На рис.3, а показаний момент розвантаження насоса за допомогою
трипозиційного реверсивного розподільника з електромагнітним керуванням.
Розвантаження здійснюється при середньому положенні плунжера за рахунок
каналів, зроблених в плунжері золотника. Розвантаження насоса з утриманням в гідромагістралі
усталеного тиску необхідна для
гідросистем машин з притиском або затискачем
деталей при їх обробці (у верстатобудуванні) або в гідросистемах, де тривалий
час має підтримуватися високий тиск при відсутності витрати. У таких випадках
застосовують гідроакумулятори. Розглянемо ще один варіант розвантаження. На
рис.3, б представлена гідросхеми, де розвантаження насоса з утриманням тиску в гідромагістралі здійснюється наступним чином. Після
притиску штоком поршня вантажу 1 до упору починається зарядка
гідроакумулятора 2. В цей же час рідина під високим тиском по лінії
управління 3 підводиться до напірного клапану. Коли тиск досягне значення, на яке налаштований
клапан 4, він відкриється і з'єднає напірну лінію з гідробаком.
Насос розвантажиться від високого тиску, при цьому зворотний клапан 5 блокує
магістраль від зливу, а потрібний тиск підтримується гідроакумулятором 2.
Гідроакумулятор при цьому компенсує витоку робочої рідини в гидроаппаратуре і перетікання в гідродвигуні.
Розвантаження насоса в положенні
"стоп" виконавчого механізму застосовують у верстатах, що працюють
по циклах: робочий хід - "стоп" - реверс - холостий хід. У цьому
випадку до гідроциліндра і гідромагістралі
необхідно підключити зворотні клапани (рис.3, в, г). При досягненні поршнем
крайнього правого положення (рис.3, в) насос розвантажується по лінії
1-2-3-4-5-6-7, а при досягненні крайнього лівого положення (рис.3, г) - по
лінії 1-2 -6-8-9-3-7. Дросельне регулювання Дуже часто в багатьох робочих процесах
необхідно змінювати швидкості руху вихідних ланок гідродвигунів. Зміна
швидкості може здійснюватися різними способами. Одним з них є дросельне
управління. Дросельний спосіб регулювання швидкості
гідроприводу з нерегульованим насосом заснований на тому, що частина рідини,
що подається насосом, відводиться в зливну гидролінію
і не робить корисної роботи. Найпростішим регулятором швидкості є
регульований дросель, який встановлюється в системі або послідовно з гідродвигуном, або в гідролінії
управління паралельно гідродвигуна. При паралельному включенні дроселя (рис.4, а) робоча рідина, що подається насосом, розділяється на два потоки. один потік проходить через гідродвигун, інший - через регульований дросель. Швидкість поршня для цієї схеми визначиться
виразом
У такій системі при постійної зовнішньої
навантаженні F Н = const, швидкість руху буде
змінюватися від υ min до
υ max при зміні S др від S др
max до S др = 0. Оскільки в розглянутому
гідроприводі тиск на виході насоса залежить від навантаження P H = F H /S і не є постійною величиною, таку
систему називають системою з перемінним тиском. Клапан, встановлений в системі, є
запобіжним. Ця система дозволяє регулювати швидкість тільки в тому випадку,
якщо напрямок дії навантаження протилежно напрямку руху вихідної ланки
гідроприводу (негативна навантаження).
а - з паралельним включенням дроселя; б - з
дроселем на вході гідродвигуна;
в - з дроселем на виході гідродвигуна; г - з чотирьохлінійним
дроселюючим розподільником. Послідовне включення дроселя
здійснюється на вході в гідродвигун, на виході гідродвигуна, на вході і виході
гідродвигуна. При цьому у всіх трьох випадках система регулювання швидкості
будується на принципі підтримки постійного значення тиску PH на виході
нерегульованого насоса за рахунок зливу частини робочої рідини через
переливний клапан. Тому система дросельного регулювання з послідовним
включенням дроселів отримала назву система
з постійним тиском. Гідропривід з дроселем на вході (рис.4, б)
допускає регулювання швидкості тільки при негативній навантаженні. При
позитивній навантаженні, спрямованої по руху поршня, може відбутися розрив
суцільності потоку робочої рідини, особливо при закритому дроселі, коли
поршень продовжує рух під дією сил інерції. Швидкість руху поршня в такому гідроприводі
визначається виразом
Недоліком дросельного регулювання є те, що при
регулюванні частина енергії витрачається на подолання опору в дроселі і
запобіжному клапані, внаслідок чого підвищується температура рідини, а це
негативно позначається на роботі гідросистеми. При дросельному регулюванні
знижується ККД гідроприводу, і відсутня сталість швидкості руху вихідної
ланки гідродвигуна при змінному навантаженні.
гідродвигуном змінного робочого об’єму. Порівняння різних способів регулювання швидкості
руху вихідного елементу
об’ємного гідроприводу. Об'ємне регулювання Для зміни швидкості робочих органів
застосовують системи, у яких вся рідина від насосів надходить до гідродвигуна,
а регулювання його швидкості досягається зміною робочого об'єму насоса або
гідродвигуна. Ступінчасте регулювання, будучи різновидом об'ємного, зазвичай здійснюється або шляхом підключення в систему різних за продуктивністю насосів (різних по витраті гідродвигунів). Зміна швидкості переміщення поршня
гідроциліндра (рис.5) здійснюється в результаті з'єднання одного або
декількох насосів 1 з лінією зливу (за допомогою кранів 2). Зворотні клапани
3 в системі відключають розвантажений насос від лінії високого тиску.
Плавна зміна швидкості руху вихідної ланки
гідроприводу реалізується за рахунок зміни робочого об'єму або насоса, або
двигуна, або за рахунок зміни робочого об'єму обох машин. Регулювання шляхом зміни
робочого об'єму насоса може бути
використано в гідроприводу поступального, поворотного або обертального рухів. На рис.6, а наведена принципова схема
гідроприводу поступального руху з замкнутої циркуляцією, в якому регулювання
швидкості руху штока гідроциліндра 1 здійснюється за рахунок зміни подачі
насоса 4. Вираз для швидкості руху штока при F H / S <P до записується у вигляді
Зміна напрямку руху вихідної ланки гідроприводу
здійснюється завдяки реверсування потоку робочої рідини, що подається насосом
(реверс подачі насоса). При цьому необхідно спочатку зменшити подачу насоса
до нуля, а потім збільшити її, але в протилежному напрямку. Напірна і зливна гідролінії міняються місцями. Для компенсації витоків у
гідроприводі з замкнутої циркуляцією, а також для виключення можливості
кавітації на вході в насос використовується допоміжний насос 3, який здійснює
подачу робочої рідини в систему гідроприводу через зворотні клапани 5. При такому способі регулювання швидкості
зусилля, що розвивається вихідним ланкою гідроприводу, не залежить від
швидкості руху. У цьому випадку діапазон регулювання визначається об'ємним
ККД гідроприводу, а також максимальної подачею насоса, який визначається його
робочим об'ємом. На рис.6, б представлена залежність швидкості руху та потужності на вихідному ланці
гідроприводу від параметра регулювання при постійному навантаженні. Така
система об'ємного регулювання швидкості набула найбільшого поширення в
гідроприводу дорожньо-будівельних і підйомно-транспортних машин.
Регулювання шляхом зміни робочого об'єму
гідродвигуна застосовується тільки в гідроприводу обертального руху, де в
якості гідродвигуна використовується регульований гідромотор (рис.7, а). У
цьому випадку регулювання відбувається при постійній потужності, так як
зменшення робочого об'єму гідродвигуна збільшує швидкість вихідної ланки
гідроприводу і відповідно зменшує крутний момент, що розвивається на
вихідному ланці. Частота обертання вала гідромотора n М при P 1 <P до визначається співвідношенням
З цього виразу випливає, що при e М →0 n М зростає
до нескінченності. Практично існує мінімальне значення e 'M, при якому момент, що розвивається
гідромотором, стає рівним моменту внутрішнього тертя, і гідромотор
гальмується навіть при моменті навантаження, що дорівнює нулю (P 1 = 0). На рис.7, б представлена залежність частоти обертання і развиваємого
моменту на валу гідромотора від параметра регулювання при постійному тиску P 1.
1) запустити приводний двигун при e Н = 0; 2) для рушання і розгону вихідної ланки приводу змінити e Н від 0 до 1 при e М = 1; 3)
подальше
збільшення швидкості здійснювати шляхом зміни e М від 1 до e 'M при e Н = 1. Зменшення швидкості відбувається в зворотному
порядку. Такий спосіб дозволяє отримати великий діапазон регулювання, він
володіє всіма достоїнствами і недоліками вище розглянутих схем об'ємного
управління.
На рис.8 представлені принципова схема (а) і характеристика (б) гідроприводу з замкнутою циркуляцією і регульованим насосом і гідромотором.
Комбіноване регулювання або об'ємно-дросельне регулювання швидкості руху вихідної ланки
гідродвигуна полягає в тому, що в систему дросельного регулювання з постійним
тиском встановлюється регульований насос і тиск підтримується постійним нема
за сет зливу частини робочої рідини через переливний клапан, а за рахунок
зміни подачі насоса. У такій системі регулювання відсутні втрати в
переливному клапані. На рис.9 представлена схема
гідроприводу поступального руху з об'ємно-дросельним управлінням швидкістю.
Постійний тиск P Н підтримується шляхом спільної роботи
регулятора 1 і аксіально-поршневого регульованого насоса 2. Зміна тиску P Н призводить до зміни положення поршня
регулятора 1 і пов'язаного з ним похилого диска насоса 2. Зміна положення
диска призводить до зміни подачі насоса Q.
Порівняльну оцінку різних систем регулювання
швидкості гідроприводів доцільно проводити за двома показниками:
навантажувальної характеристиці приводу υ = f (F H) і ККД системи регулювання. На рис.10,
а наведені навантажувальні характеристики, побудовані для гідроприводів з
однаковою максимальним навантаженням (1 - система зі змінним тиском, 2 -
система постійним тиском, 3 - об'ємне управління).
Так як для керованих гідроприводів найбільший
інтерес представляє не значення ККД на одному з режимів роботи, а характер
зміни ККД у всьому діапазоні регулювання при різних навантаженнях, то
порівняння систем найкраще проводити за характеристиками:
На рис.10, б наведені характеристики ККД систем
регулювання (1 - паралельне включення дроселя; 2 - послідовне включення
дроселя при оптимальному навантаженні; 3 - об'ємно-дросельне управління при
оптимальному навантаженні і об'ємне управління), а на рис.10, в - залежно ККД
системи регулювання від навантаження при максимальній швидкості руху вихідної
ланки приводу (1 - паралельне включення дроселя і об'ємне управління; 2 -
об'ємно-дросельне управління; 3 - послідовне включення дроселя). Порівняння характеристик на рис.10 показує, що
гідропривід з об'ємним управлінням має найбільш стабільну характеристику
швидкості у всьому діапазоні зміни навантажень та найвищий ККД системи
регулювання у всьому діапазоні регулювання швидкості. Однак вартість регульованих гідромашин вище,
ніж нерегульованих, і тому тільки в гідроприводу великої потужності (N>10
кВт), де виграш в енергетиці компенсує збільшення вартості, доцільно
використовувати систему об'ємного управління. У приводах ж невеликої
потужності раціонально використовувати системи дросельного регулювання,
забезпечивши при цьому стабільність швидкості при зміні навантаження. 4. Правила експлуатації, технічного обслуговування
і діагностики. Вимоги
діючих стандартів до об’ємних
гідроприводів. Безпечні умови праці. Ознаки та способи усунення несправностей. Експлуатацію, технічне обслуговування і дрібний ремонт
гідроприводів повинен виконувати персонал, який обслуговує с.г. машини. У своїй роботі обслуговуючий персонал
повинен керуватись відповідними інструкціями заводів-виготовлювачів машин і
гідро пристроїв. Для того щоб експлуатація і технічне обслуговування були
кваліфіковані, необхідно знати будову і принцип дії гідро пристроїв та
гідроприводу в цілому, уміти читати принципові гідравлічні схеми, аналізувати
роботу гідроприводу і окремих його функціональних ділянок, уміти підготувати
гідропривод до роботи, виявляти і усувати його несправності. Надійність роботи
гідроприводу значною мірою залежить від грамотної і кваліфікованої наладки і
не менш кваліфікованої експлуатації його гідропристроїв.
Залежно від тривалості
роботи під навантаженням, температури, забрудненості повітря та динамічних
навантажень режими експлуатації гідроприводу поділяють на три види: легкий,
середній і важкий. Основною причиною
відмов гідроприводів є забруднення робочої рідини. Так при моторесурсі
насосів 9000 мотогодин і гідро розподільників 6000 мотогодин в реальних умовах роботи с.г.
техніки, він зменшується втричі і більше. На відмови гідропристроїв
припадає 30 – 40% причин, що зумовлюється забрудненням. Забруднення робочої рідини
відбувається під час її виробництва (2 – 4%), транспортування (14%),
зберігання (20%) і заправлення (40%), що в цілому сягає 0,06 – 0,07% за
масою. Слід пам’ятати, що у період експлуатації забруднення р.р. продовжує зростати. Тому через кожні 100 – 250 годин
роботи необхідне очищення р.р. чи її регенерація
або повна її заміна. В процесі експлуатації змінюється хімічний склад р.р., а головне властивості, що призводить до підвищення
зношення робочих поверхонь деталей гідропристроїв,
виходу з ладу ущільнень, зниженню ККД гідроприводу. Перед запуском
гідроприводу необхідно: 1. Перевірити наявність оливи в баці
і при необхідності долити її. 2. Перевірити ступінь забрудненості фільтрів і при необхідності
промити або замінити їх. Приблизні строки промивання фільтрів такі: сітчастих
– 200 – 300 мотогодин; магістральних – 200 мотогодин; пластинчастих – не менше двох разів на рік. 3. Перевіряють правильність монтажу рукавів і відповідність їх
стану технічним умовам, при наявності дефектів усувають їх. 4. Ретельно перевіряють надійність кріплень всіх гідропристроїв. При експлуатації гідроприводу зважаючи на
складність конструкції багатьох його елементів, неминуче виникають різного
роду несправності, які необхідно вчасно визначати і усувати. У таблиці
наводяться основні неполадки в гідросистемах машин, їх причин та способи
усунення.
Запитання
для самоконтролю 1. Основні види
гідроприводів. 2. Назвіть переваги
гідроприводів. 3. Назвіть недоліки
гідроприводів. 4. Застосування
гідроприводів. 5. Поясніть способи розвантаження насосів від тиску?
6. Як здійснюється
дросельне регулювання швидкості вихідної ланки? 7. Як здійснюється
об’ємне регулювання швидкості вихідної ланки? 8. За якими
показниками виконують порівняння
способів регулювання швидкості гідроприводів? |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||