Работа 4. Определение характеристик гидропривода с объёмным регулированием

Объемный гидропривод – совокупность устройств, состоящая из объёмного насоса, гидродвигателя, гидросети и гидроаппарату­ры, предназначенная для приведения в движение механизмов и ма­шин посредством рабочей жидкости.

Объемная гидропередача – силовой узел гидропривода, со­стоящий из объёмного насоса, гидродвигателя и гидросети. В объёмных гидроприводах обычно применяют роторные насосы: акси­ально-поршневые, радиально-поршневые, пластинчатые и шестерённые. В качестве гидродвигателей используют гидроцилиндры, гидромоторы и поворотные гидродвигатели (с углом поворота вала менее 360º).

В зависимости от типа гидродвигателя различа­ют гидроприводы вращательного, поступательного и поворотного движения. В 1‑х гидродвигатель – гидромотор, у 2‑ых – гидроцилиндр, у 3‑их – поворотный гидродвигатель.

Гидропривод, в котором скорость выходного звена объёмного гидродвигателя можно регулировать по определённому закону, называют регулируемым.

Различают гидроприводы с объёмным и дроссельным регулиро­ванием. В первых скорость выходного звена регулируется изменением количества рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель, что достигается путём изменения рабочего объема насоса q _n, или гидромотора q _n, или того и другого одновременно (при n _н = соnst). В случае от­сутствия утечек жидкости

Q н_т = Q м_т или q _н n _н = q _м n _м, (36)

откуда получают зависимость для определения частоты вращения гидромотора

(37)

В выражениях (36) и (37) n _н, n _м, q _н, q _м соответствен­но частоты вращения и рабочие объёмы насоса и гидромотора. На основе аналогичных рассуждений можно получить форму­лу для определения скорости поршня (штока) гидропривода по­ступательного движения

(38)

 

где v, F _n ‑ скорость перемещения поршня (штока) и площадь порш­ня, на которую действует жидкость.

По способу циркуляции жидкости гидроприводы бывают с зам­кнутой и разомкнутой циркуляцией.

В гидропроводах с замкнутой циркуляцией рабочая жидкость от гидродвигателя 4 поступает во всасывающую гидролинию насоса 16.

В гидроприводах с разомк­нутой циркуляцией – в гидробак.

Принцип действия объёмного гидропривода рассмотрим на гид­равлической схеме установки, (типичная схема регулируемого гидропривода вращательного движения с замкну­той циркуляцией жидкости, рис. 18). Гидропровод состоит из: гидропередачи, включающей регулируемый насос 12, нере­гулируемый гидромотор 4 и гидросеть 9, 16; гидроаппаратуры, со­стоящей из предохранительных клапанов 8; системы подпитки (насос 26, предохранительный клапан 22, фильтр 24, охла­дитель 23, обратные клапаны 7) и вспомогательных устройств (фильтр 28, охладитель 18). Наличие реверсивного объёмного на­соса 12 позволяет изменять направление вращения гидромотора 4.

При включении насоса возникает поток жидкости, направле­ние движения которого показано стрелкой. Жидкость под давле­нием с определённой скоростью по напорной гидролинии 9 посту­пает в гидромотор 4, преодолевая нагрузку (момент на гидромото­ре), а затем по всасывающей гидролинии 16 – в насос. Если мо­мент на гидромоторе превысит определённую величину (увеличение давления в напорной гидролинии выше заданно­го), предохранительный клапан 8 откроется и через него начнётся перепуск части жидкости во всасывающую гидролинию 16.

Для компенсации утечек в гидропередаче служит система под­питки. Она обеспечивает во всасывающей гидролинии давление подпитки 0,5…1,0 МПа. Это происходит следующим обра­зом. Насос 26 подпитки создаёт поток жидкости, который через ох­ладитель 23 и фильтр 24 поступает к обратным клапанам 7. Если во всасывающей гидролинии 16 давление вследствие утечек снизит­ся, то часть жидкости из системы подпит­ки поступит через обратный клапан во всасывающую линию и ком­пенсирует снижение давления. Остальная часть жидкости через предохранительный клапан 22 сольётся в гидробак. Давление во всасывающей гидролинии обеспечивается наст­ройкой предохранительного клапана 22.

Гидропривод, по сравнению с другими приводами, обладает сле­дующими преимуществами:

1. Он позволяет в широких пределах бесступенчато изменять ско­рость выходного звена и обеспечивает получение больших усилий и крутящих моментов, высокое быстродействие, легко управляется и автоматизируется, что даёт возможность создавать следящие си­стемы.

2. Он надёжно ограничивает нагрузку и создаёт удоб­ства в компоновке машины, благодаря возможности отделения на­соса от гидродвигателя.

3. Он имеет небольшие удельную массу и объём (отношение мас­сы и объёма к мощности) и высокую долговечность.

Эти важные преимущества гидропривода – причина его широкого внедрения в народное хозяйство. Так, например, применение гидропривода на экскаваторах позволило облегчить их конструкцию и увеличить производительность в 1,2…1,5 раза по сравнению с механическим приводом.

В последнее время вместо механических трансмиссий на трак­торах, экскаваторах и других машинах применяются гидроприводы. Применение бесступенчатых гидротрансмиссий позволяет су­щественно повысить загрузку двигателей, снизить утомляемость водителей (возможно одной рукояткой плавно из­менять скорость на ходу, направление движения и осуществлять динамическое торможение). В конечном итоге коэффициент исполь­зования рабочего времени машинотракторных агрегатов повыша­ется на 15…25%.

По мере развития гидропривода изменяется и применяемое давление. Так, например, если в начале оно составляло порядка 5 МПа, то в последнее время – 16…25 МПа и более. Анализ пока­зывает, что общая стоимость гидропривода снижается с увеличе­нием давления.

Оценка качества гидропривода в целом производится по харак­теристикам. Характеристикой гидропривода называют аналити­чески или графически выраженные зависимости: скорости v выходного звена, n _м, коэффициента полезного действия η и мощности N от приложенной нагрузки Р, М при постоянном расходе Q, т.е. зависимости v = f (P), N = f (P), η = f (Р) или n_м = f (М), N = f (M), η = f (M). При этом v = f (P) или n _м = f (М) называют механическими характеристиками, a N = f (P), η = f (P) или N = f (M), η = f (M) – энергетическими.

Наряду с указанными, применяют регулировочные характери­стики v = f (u _n) или n _м = f (u _н). Типичные характеристики гидро­привода с объёмным регулированием (регулируемым насосом и нерегулируемым гидромотором приведены на рис. 17). Каждая характеристика получена при определённой подаче насоса (последняя оценивается величиной параметра регулирования u _н ).

Рис. 17. Типичные характеристики гидропривода.

Для большей наглядности це­лесообразно на одном графике совмещать регулировочную и механическую характеристики (рис. 18). Такой график называют универсальной характеристикой.

Рис. 19. Механические характеристики гидропривода.

Цель работы:

1. Изучить принцип действия, устройство и работу гидропривода с объёмным регулированием.

2. Освоить методику испытаний объёмного гидропривода.

3. Получить характеристики объёмного гидропривода.

Описание установки.

Установка (рис. 16) представляет гидропривод вращательного движения с замкнутой циркуляцией жидкости, оснащенный контрольно-измерительной аппаратурой (гидравлическая схема – рис. 18). Установка включает: регулируемый насос 12, нерегулируемый гидромотор 4, напорную 9 и всасывающую 16 гидролинии, предохранительные клапаны 8, фильтр 28, охладитель 18 и систему подпитки 19 (насос подпитки 26 с электродвигателем 27, фильтр 24, охладитель 23, предохранительный клапан 22, обратные клапаны 7 и бак 25). Приборы, входящие в состав контрольно-измерительной аппаратуры, служат для замера: подачи (расходомер 29), давления на входе в насос p _вх (манометр 11), на выходе из него p _вых (манометр 10), давления на входе в гидромотор p _м (манометр 5), мощности насоса (балансирный электродвигатель 13 с весами и рычагом 14 и тахометром 15), полезной мощности гидромотора (тормоз 2 с весами и рычагом 3 и тахометром 1), температуры рабочей жидкости (термометр 17). При необходимости замера утечек из насоса и гидромотора по гидролиниям 20 и 21 необходимо иметь мерную ёмкость и секундомер.

Установка работает следующим образом. Регулируемый реверсивный насос 12 приводится в действие балансирным электродвигателем 13 с регулируемой частотой вращения. Рабочая жидкость по напорной гидролинии 9 подаётся в гидромотор 4, далее проходит через расходомер 29, фильтр 28, охладитель 18 и по всасывающей гидролинии 16 в насос 12. Для предохранения установки от перегрузки служат предохранительные клапаны 8, которые пропускают через себя часть жидкости во всасывающую гидролинию при давлении, большем давления настройки клапана p _н∙к. Утечка жидкости компенсируется системой подпитки 19. Насос подпитки 26 в действие электродвигателем 27. Уменьшение давления во всасывающей гидролинии, по сравнению с давлением подпитки p _под = (0,5…1,0) МПа, на которое настроен предохранительный клапан 22, приводит к открытию обратного клапана 7, благодаря чему жидкость поступает во всасывающую гидролинию. Когда давление во всасывающей гидролинии достигает величины давления подпитки p _под, поступление жидкости в неё прекращается и в дальнейшем жидкость от насоса подпитки через клапан 22 поступает в бак 25.

Описанная выше установка позволяет проводить испытания регулируемого (нерегулируемого) насоса, нерегулируемого (регулируемого) гидромотора и гидропривода с замкнутой циркуляцией жидкости в целом.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных:

1. Включить установку и обеспечить необходимый тепловой режим.

2. Установить требуемое значение n _н = const.

3. При заданном значении параметра регулирования U _н для пяти‑семи ступеней нагрузки (от нуля до максимальной), соз­даваемой с помощью тормоза 2, измерить: частоты вращения насо­са n _н и гидромотора n _м (тахометрами 15 и 1), а также нагрузки на насосе F и гидромоторе G (с помощью весов 14 и 3). Полученные данные занести в табл. 7.

4. Провести аналогичные измерения при пяти‑шести других значе­ниях U _н в пределах от U _{н min} до 1.

5. Разгрузить гидромотор 4 и выключить установку.

6. Вычислить следующие параметры:

– момент на насосе М_н, Н∙м:

где F _о - нагрузка на плечо при холостой работе электродвигателя, отделённого от насоса, Н; 1 _н - длина плеча, м;

– момент на гидромоторе, М _м, Н∙м:

– полезную мощность гидропривода N _n, кВт:

– мощность гидропривода N, кВт:

– КПД гидропривода η:

– Результаты вычислений записать в табл. 2.7.

Таблица 7.

Измеряемые параметры	Вычисляемые параметры
UН	UТ	nн об/мин	nм об/мин	pн, МПа	pм, МПа	MН, нм	MМ, НМ	NН, кВт	NМ, кВт	hгп
Регулировочная характеристика гидропередачи
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Механические характеристики гидропередачи
1.0
1.0	0.2
1.0	0.4
1.0	0.6
1.0	0.8
1.0	1.0
0.8
0.8	0.2
0.8	0.4
0.8	0.6
0.8	0.8
0.8	1.0
0.6
0.6	0.2
0.6	0.4
0.6	0.6
0.6	0.8
0.6	1.0
0.4
0.4	0.2
0.4	0.4
0.4	0.6
0.4	0.8
0.4	1.0
0.2	1.0

По данным табл. 7 построить характеристики: n _m = f (М), N = f (M), η = f (M) и n _m = f (u _н), n _m = f (M).

Основные контрольные вопросы

1. Что называют объёмным гидроприводом и объёмной гидро­передачей?

2. Что называют регулируемым гидроприводом и каким путём производится регулирование скорости выходного звена?

3. Изобразите схему гидропривода с объёмным регулированием и объясните его работу.

4. Какими преимуществами обладает объёмный гидропривод по сравнению с другими типами приводов?

5. Приведите примеры применения гидропривода в технике.

6. Что называют характеристикой объёмного гидропривода?

7. Какие параметры необходимы для получения характеристи­ки гидропривода?

8. Что называют полезной мощностью гидропривода и какие параметры необходимы для её определения?

9. Из каких основных узлов состоит установка для испытания объёмного гидропривода, каково назначение этих узлов?

Библиографический список к работе 4:

8. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика: Учебник для гидротехнических специальностей вузов. -М.: Стройиздат, 1972 -648с.;

9. Кисилёв П.Г. Гидравлика. Основы механики жидкости: Учебное пособие для студентов гимдротехнических специальностей вузов. -М.: Энергия, 1980. -360с.;

22. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. -М.: Энергоатомиздат, 1989, ‑352с.