Гидроприводы с машинно-дроссельным управлением, работающие при постоянном давлении

Принципиальная схема гидропривода показана на рис. 6.1. Привод состоит из насоса Н переменной подачи, оснащенно­го регулятором автоматического изменения подачи в зависи­мости от давления в напор­ной гидролинии насоса. В каче­стве аппарата регулирования расхода жидкости может быть использовано любое дроссельное устройство, которое устанавли­вается в подводящей или отводя­щей гидролиниях гидродвигателя. В рассматриваемой схеме таким устройством является регулятор расхода РР, установленный на входе в гидроцилиндр Ц. Направляющий распределитель р выполняет свое обычное назначение.

 

 

 

 

Рис. 6.2. Схема регулятора по­дачи насоса

Рис. 6.1. Принципиальная схе­ма гидропривода

с машинно-дроссельным управлением, ра­ботающего

при постоянном давлении

Схема регулятора подачи насоса показана на рис. 6.2. В качестве примера рассмотрен аксиально-поршневой насос 1 с наклонным диском 4. Исполнительным устройством регулятора является гидроцилиндр 3, на поршень которого с одной стороны действует усилие пружины, а с другой — давление жидкости . В исходном положении регулятора пружина устанавливает регулирующий орган насоса в поло­жение максимальной подачи. Дроссель 2 выполняет роль демпфера подвижного узла регулятора.

Максимальная подача насоса выбирается таким образом, чтобы при полностью открытом дросселе поршень гидроци­линдра перемещался бы с максимальной требуемой ско­ростью. Для уменьшения скорости проходное сечение дрос­селя прикрывается, тем самым уменьшается его пропускная способность. Это приводит к росту давления , которое, воз­действуя на поршень регулятора, смещает регулирующий орган насоса в положение меньшей подачи. Рост давления и перемещение регулирующего органа будут происходить до тех пор, пока подача насоса не станет равной про­пускной способности дросселя .

Таким образом, главной особенностью данного гидропри­вода является то, что подача насоса в каждый момент вре­мени пропорциональна скорости движения выходного звена гидродвигателя.

Гидропривод, выполненный по рассмотренной схеме, мо­жет функционировать без предохранительного клапана. Так, например, если полностью перекрыть дроссель регулятора расхода, вызванный этим рост давления переместит пор­шень регулятора в крайнее левое положение (см. рис. 6.2), которое соответствует нулевой подаче насоса, т. е. защиту гидропривода от перегрузки давлением обеспечивает сам регулятор подачи насоса. Но предохранительный клапан в напорной гидролинии насоса все же устанавливается с целью повышения надежности работы гидропривода на случай отказа регулятора подачи.

Определим расходную характеристику насоса . Регулятор подачи насоса начинает работать при достижении в напорной гидролинии некоторого минимального уровня давления, который может быть определен из уравнения

(6.1)

где — площадь поршня регулятора; — коэффициент жесткости пружины; — предварительное сжатие пружины.

При давлении

(6.2)

подача насоса максимальна . Некоторый наклон расходной характеристики насоса определяется ростом внутренних утечек в насосе с увеличением давления (кри­вая 1, рис. 6.3).

Рис. 6.3. Расходная характеристика насоса, регулируемого по давлению

При давлении поршень цилиндра регулятора смещается и уравнение его равновесия принимает следую­щий вид:

(6.3)

где R — плечо действия силы на регулирующий орган насо­са; , — текущее и максимальное значения угла накло­на регулирующего органа.

Преобразуем выражение (6.3) к виду

С учетом того, что подача насоса

и выразив в виде параметра регулирования на­соса , получим

(6.4)

Подставив в (6.4) выражение (6.2) и проведя преобразо­вания, получим

(6.5)

Этому режиму работы насоса на рис. 6.3 соответствует кривая 2. Из выражения (6.5) можем получить наибольшее давление на выходе из насоса, приняв = 0:

(6.6)

Таким образом, при изменении потребной подачи в гидро­приводе от до давление насоса меняется в диа­пазоне от до . Определим неравномерность этого давления в виде

(6.7)

где .

В насосах, в которых поршень регулятора непосредствен­но перемещает регулирующий орган насоса, =10—15% [8]. Такая относительно высокая неравномерность давления объясняется большой величиной перемещения поршня регу­лятора b и ограничениями в увеличении предварительного сжатия пружины из-за достаточно больших сил, необхо­димых для смещения регулирующего органа насоса.

Неравномерность давления желательно иметь как можно меньше, так как в этом случае более стабильными будут регулировочные характеристики дроссельного устройства и привода в целом, больше КПД привода, что будет показало ниже, а также снижается взаимовлияние нескольких гидро­двигателей, работающих от одного насоса.

Неравномерность давления может быть уменьшена путем введения в регулятор следящего устройства, выполняющего роль гидроусилителя, перемещающего регулирующий орган насоса.

Схема такого регулятора показана на рис. 6.4. Регулирующий орган 2 аксиально-поршневого насоса 1 поворачи­вается при смещении штока гидроцилиндра 3. В исходном положении пружина ставит регулирующий орган насоса в положение максимальной подачи. В качестве гидроусилите­ля применен двухщелевой золотниковый распределитель с открытыми на величину рабочими щелями. С одной стороны на золотник гидроусилителя действует давление на­порной линии насоса, с другой — пружина, усилие сжатия которой регулируется с помощью винта и настраивается на требуемое в гидросистеме давление.

Рис. 6.4. Схема регулятора подачи насоса с гидроусилителем

При давлении в напорной гидролинии насоса золотник находится в крайнем правом положении. Как и в предыдущей схеме (рис. 6.2).

При этом поршень гидроцилиндра будет находиться в край­нем правом положении, так как щель а .

При увеличении давления золотник пропорцио­нально ему смещается влево, открывая щель , и уменьшая проходное сечение щели . При этом давление уменьшает­ся и поршень смещается влево, уменьшая подачу насоса. Пе­ремещение поршня будет проходить до тех пор, пока не на­ступит равновесие сил, определяемое равенством

где переменной величиной является давление зависящее от смещения золотника, которое в свою очередь пропорционально увеличению давления . Следовательно, и подача насоса является величиной, пропорциональной .

Рис. 6.5. Зависимость КПД от нагрузки в гидроприводе с ма­шинно-дроссельным управлением, работающем при постоянном дав­лении

Неравномерность давления , также вычисляемая по фор­муле (6.7), при применении регулятора с гидроусилителем значительно меньше (кривая 3, рис. 6.3), так как в этой схеме она определяется параметрами пружины золотника. Смещение золотника происходит в пределах сотых долей миллиметра, т. е. оно мало по сравнению с предварительным сжатием пружины.

Регуляторы подачи насоса с гидроусилителем имеют неравномерность в пределах 1—3%. Так, неравномерность давления в системе при использовании насоса 2Г15-1 не пре­вышает 1,5%.

Рассмотрим статические характеристики гидропривода с машинно-дроссельным управлением. Зависимости давления и скорости от нагрузки на гидродвигателе определяются видом дроссельного устройства привода, что было под­робно рассмотрено в гл. 4. Изменение подачи насоса сказывается на энергетических характеристиках привода.

КПД гидропривода определяем с учетом потерь, вызван­ных принципом регулирования (см. рис. 6.1):

где — мощность, подводимая к гидроцилиндру; — мощность, развиваемая насосом.

Учитывая, что , имеем

(6.8)

Таким образом, если считать =const, то КПД приво­да (рис. 6.5) не зависит от проходного сечения дросселя и, следовательно, от скорости движения выходного звена гид­родвигателя. Это дает значительное увеличение КПД по сравнению с гидроприводом дроссельного управления, осо­бенно при работе на малых скоростях.

Подставив в (6.8) выражение для из уравнения (6.4), получим

(6.9)

Из этого выражения видно, что чем меньше будет не­равномерность давления на выходе из насоса, тем выше будет КПД, особенно при малых и, следовательно, ма­лых скоростях движения выходного звена гидродвигателя.

Благодаря малым потерям мощности гидроприводы с ма­шинно-дроссельным управлением применяются при передаче мощностей до 10—15 кВт и выше. В частности они нашли применение в гидроприводах станков, в гидросистемах ле­тательных аппаратов.