Электро-, гидро-, пневмопривод механизмов

 

Механизм – это система, предназначенная для преобразования движения одних твердых тел в требуемые движения других твердых тел. Если в преобразовании движения, кроме твердых тел, участвуют жидкие или газообразные тела, то механизм называется соответственно гидравлическим или пневматическим.

Среди гидравлических механизмов наибольшее распространение имеет гидравлический привод (гидропривод). Приводом машин и механизмов называется система взаимосвязанных устройств для приведения в движение одного или нескольких твердых тел, входящих в состав машины или механизма. Основными типами приводов являются: электропривод, гидропривод и пневмопривод.

В состав гидропривода входят гидронасос и гидродвигатель. Гидронасосом называется устройство для преобразования механической энергии твердого тела в механическую энергию жидкости. Гидродвигатель – это устройство, предназначенное для преобразования механической энергии жидкости в механическую энергию твердого тела. Часто одно и то же устройство может выполнять как функцию насоса, так и функцию двигателя.

 

 

На рисунке 33 показана схема типового гидропривода (часто применяемого в машинах-автоматах). Гидродвигатель 1 (обычно называемый гидроцилиндром) выполнен в виде поршня, перемещающегося в цилиндре под действием сжатой жидкости.

Насос 2 может быть любого вида. Для изменения движения поршня гидроцилиндра служит распределитель 3. В положении распределителя, указанном на схеме, жидкость поступает в левую полость гидроцилиндра и поршень идет вправо (рабочий ход). При перемещении подвижной части распределителя влево жидкость от насоса идет в правую полость гидроцилиндра и поршень идет влево. Перемещение подвижной части распределителя достигается путем переменного включения двух злектромагнитов 6.

Тормозное устройство 4 при рабочем ходе включено в сливную линию. Оно выполнено в виде регулируемого дросселя – устройства, в котором перемещение подвижной части вызывает уменьшение площади сечения для прохода жидкости (проходного сечения). При уменьшении площади проходного сечения увеличивается давление в сливной полости гидроцилиндраи происходит торможение. Переливной клапан 5 служит для слива в бак части жидкости, подаваемой насосом, при уменьшении скорости поршня. Пружина клапана подобрана так, что он открывается по достижении определенного давления.

Гидродвигатель 1 в рассматриваемой схеме называется объемным, т.к. преобразование энергии жидкости в механическую энергию поршня происходит при периодическом изменении объема его рабочих полостей. Соответственно и весь гидропривод называется объемным. Этот гидропривод можно назвать также гидравлическим механизмом, предназначенным для преобразования вращательного движения вала насоса в прямолинейное движение поршня.

Как и в механизме, состоящем только из твердых тел, уравнение движения гидравлического механизма есть дифференциальное уравнение второго порядка, из которого находится зависимость обобщенной координаты механизма от времени. Отличие состоит лишь в том, что в него входят параметры, зависящие от давления жидкости в разных частях механизма.

Для объемного гидропривода, показанного на рисунке 33, уравнение движения (при постоянной приведенной массе) имеет вид:

где

mпр – приведенная масса движущихся частей насоса,

РД – приведенная движущая сила,

РС – приведенная сила сопротивления.

 

Давление p1 зависит от давления на выходе из насоса и потерь давления в напорной линии. Давление р2 зависит от потерь давления в сливной линии и потерь давления в тормозном устройстве. В приведенных формулах А1 – площадь поршня; АШ – площадь штока.

Пневмопривод обычно по своему устройству аналогичен гидроприводу, только насос заменяется источником сжатого воздуха, а вместо сливной линии и сливного бака вводится линия, соединяющая нерабочую полость цилиндра с атмосферой.

Для решения задач динамики механизмов с пневмоприводом необходимо знать уравнения массового расхода газа при истечении газа из емкости, где поддерживается постоянное давление, и при движении газа по трубопроводу с учетом местных сопротивлений. Здесь определяется массовый расход газа в отличие от задач динамики гидропривода, где принято определять объемный расход жидкости. Это различие связано с тем, что объем газа существенно зависит от давления и температуры.

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, состоящую из электродвигателя и механической части в виде одного или нескольких типов механизмов для преобразования вращения ротора в требуемое движение исполнительного механизма. Электропривод может использоваться, в том числе, и для приведения в действие насоса гидропривода или компрессора в пневмоприводе.

Для исследования динамики электромеханической системы применяют уравнения Лагранжа-Максвелла, которые имеют форму уравнений Лагранжа второго рода и позволяют автоматически получать не только уравнения движения механической части системы, но и связанные с ними уравнения электрической части. Эти вопросы обычно подробно изучаются в университетских курсах теории механизмов и машин и в данном коротком курсе не рассматриваются.

 

Выбор типа привода

 

Выбор типа привода зависит от условий работы исполнительного механизма, для которого он предназначен.

Электропривод широко применяется в условиях относительно длительной непрерывной работы механизма: различные станки, транспортеры, вентиляторы, насосы, компрессоры, конвейеры и т.д.

 

Гидропривод используется в механизмах, требующих больших усилий при относительно небольших (ограниченных) перемещениях: современные экскаваторы, дорожно-строительные и грузоподъемные машины (бульдозеры, грейдеры, скреперы, подъемники, домкраты и т.д), роботы, манипуляторы, гидроусилители (в частности в управлении тяжелыми машинами) и др.

Пневмопривод аналогичен работе гидропривода, но более «мягок» в усилии на выходе, поэтому его целесообразно применять в механизмах, в которых необходимо подстраиваться к усилию на выходе. Например, двери пассажирского транспорта.

Пневмопривод обладает большим быстродействием по сравнению с гидроприводом, поэтому его применяют в механизмах типа отбойного молотка, различного рода вибраторах, в пневмоинструменте.

 

Синтез механизмов