Гидроприводы с машинно-дроссельным управлением, работающие при переменном давлении

Гидроприводы, работающие при постоянном давлении на выходе из насоса, не обеспечивают в полной мере зависи­мость мощности, потребляемой от приводящего двигателя, от мощности, развиваемой исполнительным устройством. Большее соответствие этих мощностей обеспечивается в гидроприводах машинно-дроссельного управления, работаю­щих при переменном давлении.

Рис. 6.6. Принципиальная схема гидро­привода с машинно-дроссельным управ­лением, работающего при переменном давлении

Гидропривод, принципиальная гидравлическая схема ко­торого показана на рис. 6.6, состоит из насоса Н переменной подачи, в котором перемещение регулирующего органа осуществляется с помощью регулятора. Управление скоро­стью движения гидроцилиндра Ц обеспечивается измене­нием проходного сечения дросселя ДР, устанавливаемого в напорной гидролинии насоса. Направляющий распредели­тель Р и предохранительный клапан К выполняют свои обыч­ные функции.

Регулятор 3 подачи насоса (рис. 6.7) состоит из двух поршеньков равных диаметров, на торцевые поверхности которых действует разность давлений, равная перепаду дав­ления на дросселе . На правый поршень действует усилие пружины. Поршеньки обеспечивают перемещение регу­лирующего органа насоса 4. В исходном положении пружина смещает поршеньки в крайнее левое положение, ставя тем самым регулирующий

Рис. 6.7. Схема регулятора подачи насоса

орган насоса в положение мак­симальной подачи .

Максимальная подача насоса выбирается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую требуемую скорость движе­ния выходного звена гидродвигателя при максимальном про­ходном сечении дросселя. Для уменьшения скорости движе­ния проходное сечение дросселя прикрывается. Это приво­дит к увеличению давления на выходе из насоса, под действием которого поршеньки регулятора смещаются впра­во, уменьшая подачу насоса. Перемещение поршеньков бу­дет проходить до тех пор, пока не прекратит увеличивать­ся давление так как подача насоса будет уменьшаться.

Подача насоса уменьшится до величины, равной пропуск­ной способности дросселя.

Таким образом, и в этом виде привода с машинно-дрос­сельным управлением подача насоса в каждый момент времени соответствует скорости движения выходного звена гидродвигателя, и никакого лишнего расхода жидкости нет.

Уравнение сил, действующих на поршеньки регулятора, имеет следующий вид:

(6.10)

где — усилие предварительного сжатия пружины на величину при положении поршеньков, соответствующем максимальному параметру регулирования насоса; С — коэф­фициент жесткости пружины; h — смещение поршеньков от исходного положения.

Из уравнения (6.10) следует, что при постоянной нагруз­ке на гидродвигателе привода давление будет опреде­ляться характеристикой пружины регулятора

(6.11)

С учетом уравнения расходов в гидроприводе

(6.12)

в котором — изменение подачи насоса при регулировании

получим

(6.13)

где R — плечо действия силы от поршеньков на регулятор подачи; и — рабочий объем и частота вращения вала насоса.

Таким образом, изменение давления обусловлено не­обходимостью изменения расхода через дроссель. Но если пружину регулятора выбрать с малой жесткостью, с тем чтобы усилия пружины было бы достаточно для преодоления сил на регулирующем органе насоса, а вели­чину предварительного сжатия пружины выбрать много большую, чем сжатие пружины в процессе регулирования, то изменение будет незначительным. Так, в гидроприводе с аксиально-поршневым насосом типа 5Г13-3 [13] уве­личивается не более чем на 3% при изменении на мак­симальную величину.

Из выражения (6.10) также следует, что перепад давле­ния на дросселе будет меняться аналогично давлению на выходе из насоса

(6.14)

Таким образом, при работе гидропривода в процессе регули­рования расхода, поступающего в гидродвигатель, перепад давле­ния на дросселе (рис. 6.8) будет оставаться практически постоян­ным.

Рис. 6.8. Зависимость перепада давления на дросселе от расхода

Рассмотрим реакцию гидро­привода на изменение нагрузки на выходном звене гидродвигате­ля. Пусть, например, нагрузка R увеличится. Это вызовет увели­чение давления , а следова­тельно, и силы, действующей на поршеньки справа. Но с увели­чением уменьшится пропускная способность дросселя, что приведет к росту давления и силы, действующей на пор­шеньки слева. Изменения давлений и должны быть одинаковыми, чтобы подача насоса оставалась неизменной.

На основе изложенного выше принципа действия регу­лятора насоса можно отметить следующую особенность гид­ропривода. Насос создает такую подачу и работает при та­ком давлении, которые необходимы для заданных в каждый момент времени скорости и усилия на выходном звене гид­родвигателя.

Статические характеристики гидропривода приведены на рис. 6.9. Они получены с учетом допущения о постоянстве давления на выходе из насоса при изменении расхода че­рез дроссель. Наибольшая нагрузка, развиваемая гидропри­водом (см. рис. 6.9, а) определяется настройкой предохрани­тельного клапана и равна

При нагрузке происходит полное торможение гид­родвигателя. Нагрузочная характеристика (рис. 6.9, б) имеет такой же вид, как и в гидроприводе с дроссельным управле­нием с регулятором расхода

(6.15)

Кривые мощностей приведены на рис. 6.9, в. Мощность на выходе из насоса пропорциональна мощности, развиваемой гидродвигателем. Потери мощности во всем диапазоне изменения нагрузки постоянны и равны потерям на дросселе.

Рис. 6.9. Статические характеристики гидропривода с машинно-дрос­сельным управлением, работающего при переменном давлении

При полном торможении гидродвигателя расход через дроссель равен нулю, и регулятор ставит регулирую­щий орган насоса в положение максимальной подачи. Весь расход жидкости от насоса поступает на слив через предо­хранительный клапан. В этом режиме работы насос потреб­ляет максимальную мощность, равную

Рассмотрим КПД гидропривода в виде

Так как , и с учетом (6.14)

(6.16)

График изменения КПД от нагрузки приведен на рис. 6.9, г. Из него видно, что характер изменения КПД такой же, что и в гидроприводе с дроссельным управлением, в котором регулирование скорости осуществляется регулято­ром расхода, состоящим из дросселя и напорного клапана. Но отличие состоит в том, что в гидроприводе с машинно-дроссельным управлением не происходит снижения КПД при уменьшении проходного сечения дросселя, т. е. при уменьшении скорости движения выходного звена гидродви­гателя. Следовательно, гидропривод работает всегда с пре­дельно возможным КПД.

Таким образом, гидропривод с машинно-дроссельным уп­равлением, работающий при переменном давлении, являет­ся весьма экономичным видом гидропривода. Его примене­ние способствует значительному снижению объема гидробака насосной установки. Вместе с тем надо иметь ввиду, что такой гидропривод может быть использован лишь в качест­ве автономного привода ввиду переменности давления на вы­ходе из насоса, определяемого нагрузкой на гидродвигателе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем состоит основное преимущество гидропривода с машинно-дроссельным управлением по сравнению с гидроприводом дроссельного управления?

2. Что определяет изменение подачи насоса в гидроприводе с машинно-дроссельным управлением?

3. Как выбирается подача насоса в гидроприводе с машинно-дрос­сельным управлением?

4. Объясните вид расходно-перепадной характеристики насоса в гид­роприводе, работающем при мало изменяющемся давлении.

5. Каким образом может быть понижена неравномерность давления в гидроприводе с машинно-дроссельным управлением?

6. С какой целью применяются предохранительные клапаны в гидроприводе, работающем при мало изменяющемся давлении?

7. Каким образом применение в регуляторе подачи гидроусилителя уменьшает неравномерность давления?

8. Объясните влияние неравномерности давления на КПД в гидро­приводе с мало изменяющимся давлением.

9. Перечислите и обоснуйте преимущества и недостатки гидроприво­да, работающего при переменном давлении, по сравнению с гидроприво­дом, работающим при мало изменяющемся давлении.

10. Что обеспечивает точность поддержания постоянства перепада дав­ления на дросселе в гидроприводе, работающем при переменном давле­нии?

11. Почему КПД гидропривода с машинно-дроссельным управлением не зависит от изменения проходного сечения управляющего дросселя?

12. Обоснуйте целесообразные области применения гидроприводов с машинно-дроссельным управлением.