Гидравлические машины

u = Q_п / Q_р.

Вследствие значительных потерь в сопле, камере смешения и т.д. КПД струйных насосов невелик з = 0,15 ч 0,30.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Пневматические насосы работают по принципу вытеснения жидкости из резервуара газом или паром под давлением. На рис. 12.37 представлена схема пневматического насоса. Жидкость поступает в емкость 1 самотеком через вентиль 2. В процессе заполнения емкости жидкостью должен быть открыт вентиль 3, через который удаляется воздух. Когда резервуар наполнится, вентили 2 и 3 закрываются, а вентили 4 и 5 открываются. Через вентиль 4 в резервуар поступает сжатый воздух, и жидкость вытесняется из резервуара. Насос прост по устройству и может применяться в тех случаях, когда невыгодно применять насосы других типов.

Эрлифты - это воздушные подъемники, действующие с помощью сжатого воздуха (рис. 12.38). Сжатый воздух (эрлифт) или газ (газлифт) по трубе 3 от компрессора подается в нижний конец подъемной трубы 1, опущенной в скважину 4. На конце трубы устроен дырчатый башмак 2 или форсунка с отверстиями диаметром 4 - 6 мм. В дырчатом башмаке образуется газожидкостная эмульсия, которая, имея меньший, чем окружающая жидкость объемный вес, поднимается на поверхность земли и поступает в отстойник 5. Коэффициент полезного действия такого устройства составляет 20 - 25 %.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Чрезвычайно простым водоподъемным устройством является гидравлический таран, в котором для перемещения жидкости используется давление, образующееся в результате специально вызванного гидравлического удара (рис 12.39).

Работа тарана происходит следующим образом. Вода из водоема или резервуара 5 по разгонной трубе 1 самотеком перемещается к тарану под напором h. В конце трубы имеются два клапана 2 - ударный и 3 - нагнетательный. Нагнетательный клапан устанавливают в гидравлическом колпаке. В начальный момент времени клапан 2 закрыт под влиянием гидростатического давления, действующего на тарелку клапана (соответственно рассчитывается его масса). При открытии клапана 2 нажатием руки вода из резервуара под напором h потечет по разгонной трубе 1, и будет вытекать через клапан наружу с определенной скоростью. Когда динамическое усилие на тарелку клапана станет больше его веса, клапан резко сядет на свое место. В результате этого возникает гидравлический удар, который сопровождается, как известно, повышением давления; открывается нагнетательный клапан 3 и некоторая часть воды поступает в колпак, сжимая находящийся в нем воздух. Вслед за этим давление в разгонной трубе падает, вновь открывается клапан 2 и процесс повторяется. Накапливающаяся в колпаке вода создает в нем избыточное давление и осуществляется подача в резервуар 6 по нагнетательной трубе. В процессе работы часть воды выливается через ударный клапан и, соответственно, не поступает в резервуар 6. КПД тарана низок и составляет 25 ч 40 %.

13. Гидродвигатели

13.1 Гидравлические турбины. Классификация. Устройство и принцип действия

Гидравлические турбины это лопастные гидродвигатели, в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию. Гидравлические турбины применяются на гидроэлектростанциях, для привода генераторов электрического тока. Кроме того они применяются в гидропередачах.

Гидравлические турбины делят на два класса: реактивные и активные. У реактивных турбин давление перед рабочим колесом больше, чем за ним. Здесь в рабочем колесе изменяется как кинетическая, так и потенциальная энергия воды. У активных турбин давление перед колесом и за ним одинаково и равно атмосферному и, следовательно, на рабочем колесе преобразуется только кинетическая энергия воды. К реактивным турбинам относятся: радиально-осевые и осевые турбины.

Принципиальная схема радиально-осевой турбины представлена на (рис. 13.1). Вода, подводимая к турбине, проходит через турбинную камеру 1 и направляющий аппарат 2. Турбинная камера имеет спиральную форму, и обеспечивает осесимметричный поток на входе в направляющий аппарат 2, который представляет собой систему подвижных лопаток, с помощью которых регулируется мощность турбины. При повороте лопаток изменяется проходное сечение, расход воды и, следовательно, мощность турбины. В закрытом положении направляющего аппарата лопатки полностью перекрывают проходное сечение, и расход воды через турбину прекращается. Поворот лопаток осуществляется с помощью гидроцилиндров, связанных с автоматическим регулятором, который реагирует на изменение числа оборотов и поддерживает их постоянным. Через направляющий аппарат вода поступает на лопатки рабочего колеса 3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проходя через криволинейные каналы, образованные лопатками, вода оказывает на них реактивное воздействие, в результате чего на колесе и, следовательно, на валу 4 образуется крутящий момент, приводящий во вращение колесо турбины и генератор, соединенный с колесом.

От рабочего колеса вода отводится по отсасывающей трубе 5, имеющей форму диффузора. Отсасывающая труба позволяет полезно использовать часть кинетической энергии воды, которая без отсасывающей трубы полностью теряется, а также расположить колесо турбины выше уровня воды в нижнем бьефе. Радиально-осевые турбины применяются при средней величине напора (у крупных турбин до 300 м).

Осевые турбины (рис. 13.2) обеспечивают движение воды в осевом направлении. Турбинная камера, направляющий аппарат не отличаются от аналогичных устройств радиально-осевой турбины, а вот рабочее колесо напоминает гребной винт корабля. Оно состоит из втулки 1 с закрепленными на ней лопастями 2, которые выполнены поворачивающимися вокруг своих осей. Поворот лопастей позволяет на каждом режиме работы турбины обеспечивать высокий КПД за счет установки оптимальных углов входа и выхода жидкости с лопастей. Цифрой 3 обозначен направляющий аппарат, 4 - корпус турбины. Осевые турбины применяют при малых напорах (до 50 м).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наиболее распространенной разновидностью активных турбин является ковшевые турбины. Принципиальная схема активной турбины изображена на (рис. 13.3). Вода по напорному трубопроводу 1 подается в сужающееся сопло, из которого с большой скоростью поступает на лопатки 3 колеса 2 турбины, оказывая на них активное воздействие. В результате образуется сила, действующая на лопатки и соответственно крутящий момент, приводящий во вращение вал турбины 4. Регулирование мощности осуществляется за счет специального регулирующего устройства 5, позволяющего изменять расход. Ковшевые турбины применяются при больших напорах (до 1700 м).

13.2 Основные уравнения гидротурбин. Баланс энергии

В соответствии с уравнением (12.29) момент с которым колесо центробежной машины действует на жидкость

	,	(13.1)

равен моменту, с которым жидкость действует на колесо, но со знаком минус

	.	(13.2)

Соответственно напор

	.	(13.3)

Обозначения те же, что и в уравнениях (12.29 - 12.33).

Работа гидротурбины характеризуется ее расходом, рабочим напором и полезной мощностью. Расходом Q_т турбины называется объем воды, протекающей через турбину за единицу времени. Рабочим напором Н_т называется энергия, отбираемая турбиной от единицы веса протекающей через нее воды, или другими словами разность удельных энергий воды у входа в турбину и за ней. Полезной мощностью N называется мощность, отдаваемая турбиной приводимой ею машине. Найдем располагаемую мощность N_р турбинного потока:

	.	(13.4)

Полезная мощность турбины меньше располагаемой мощности потока на величину потерь в турбине. Эти потери оцениваются КПД турбины

	.	(13.5)

На рис. 13.4 изображен баланс энергии в гидротурбине.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Потери мощности, как и в насосах, делят на гидравлические, объемные и механические.

Гидравлические потери, т.е. потери энергии на преодоление гидравлического сопротивления внутренних каналов турбины оценивается гидравлическим КПД

	.	(13.6)

Гидравлический кпд можно выразить через напор. Обозначим напор, отбираемый турбиной от потока Н, часть этого напора теряется. Если обозначить Н_п - полезный напор турбины, то

	.	(13.7)

Объемными потерями называют потери энергии с потоками воды, проходящей мимо рабочего колеса через уплотнение турбины

	,	(13.8)

где Q_п - количество воды, проходящей через турбину в единицу времени за вычетом утечек.

Механические потери - потери энергии на трение в подшипниках, сальниках и наружной поверхности колеса о воду и оценивается механическим КПД

	.	(13.9)

Полный КПД турбины

	.	(13.10)

13.3 Объемные гидродвигатели. Классификация

Объемным гидродвигателем называют гидравлическую машину, в которой движение ведомого звена осуществляется в результате наполнения жидкостью рабочих камер и перемещения вытеснителей (поршней, пластин и т.д.).

Объемные гидродвигатели разделяются на силовые цилиндры (гидроцилиндры), развивающие механическую энергию при возвратно поступательном или возвратно-поворотном ограниченных движениях, и гидродвигатели вращательного движения (гидромоторы) в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию неограниченного вращательного движения вала.

13.4 Силовые цилиндры

В качестве гидродвигателя для осуществления прямолинейных возвратно-поступательных движений применяются силовые гидроцилиндры. Они подразделяются на два типа: одностороннего и двустороннего действия (рис 13.5).

Поршень силового цилиндра одностороннего действия (рис. 13.5 а) лишь в одном направлении движется под воздействием жидкости, а в обратном направлении - под воздействием пружины 4.

В силовой цилиндр двустороннего действия (рис. 13.5 б) жидкость попеременно подается в полости по ту или другую сторону поршня, чем и достигается его возвратно-поступательное движение.

Силовой цилиндр состоит из цилиндра 1, в котором совершает возвратно-поступательное движение поршень 2. Во избежание утечек жидкости поршень снабжен уплотнителями в виде манжет или уплотнительных колец. Усилие, создаваемое на поршне, передается на шток 3, а затем исполнительному органу.

Усилие на штоке

	,	(13.11)

где р - рабочее давление жидкости;

F - рабочая площадь поршня.

Площадь в левой части силового цилиндра (рис 13.5 б) определяется по формуле

	,	(13.12)

а в правой

	.	(13.13)

Фактическое усилие возникающее на штоке



	,	(13.14)

где з_м - механический КПД, учитывающий потери на трение поршня о зеркало цилиндра, в сальниках и т.п. Скорость перемещения поршня

	.	(13.15)

Для силового цилиндра двустороннего действия

	.	(13.16)

Фактическая скорость с учетом утечек жидкости

	,	(13.17)

где з_о - объемный КПД силового цилиндра.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для возвратно-поворотных движений приводимых узлов на угол, меньше 360^о, применяют моментные гидроцилиндры.

Принципиальная схема моментного гидроцилиндра изображена на (рис. 13.6). Моментный гидроцилиндр состоит из корпуса 4 и поворотного ротора 1 с лопастью 2. Кольцевая полость между корпусом и ротором разделена перегородкой 3. При подаче жидкости под давлением р_р в левую или правую полость она будет действовать на лопасть 4 и создавать крутящий момент.

Расчетная величина крутящего момента на валу гидроцилиндра с одной пластиной

	,	(13.18)

где р = р_р - р_сл - развиваемый перепад давлений;

F = - рабочая площадь пластины;

b - ширина пластины;

с - плечо приложения силы ;

Р - сила, действующая на пластину.

Следовательно

	.	(13.19)

Угловая скорость щ вала цилиндра определится из условия равенства расхода жидкости Q и объема, описываемого пластиной в единицу времени

	.	(13.20)

Фактический момент и угловая скорость

	,	(13.21)
	.	(13.22)

13.5 Роторные гидродвигатели

Роторные гидродвигатели в зависимости от частоты вращения и развиваемого момента подразделяются на быстроходные (низкомоментные) и тихоходные (высокомоментные).

Скорость вращения быстроходных гидродвигателей порядка 1000 - 2500 об/мин, крутящий момент до 100 нм.

У высокомоментных гидродвигателей скорость вращения до 150 об/мин при крутящем моменте до 3·10⁴ нм.

Роторные гидродвигатели по конструкции подразделяются на аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестеренные и пластинчатые.

Теоретическая мощность роторного гидродвигателя

	,	(13.23)

где р - давление жидкости;

q_т - расход на один оборот;

n - частота вращения.

Развиваемый гидродвигателем момент

	.	(13.24)

Мощность, снимаемая с вала гидродвигателя

	.	(13.25)

Принципиальные схемы гидродвигателей роторного типа те же, что и у роторных насосов, поэтому отсылаем читателя к параграфам 12.13, 12.14, 12.15, 12.16.

14. Гидропередачи

14.1 Устройство и принцип действия гидропередач. Классификация

Гидропередача представляет собой устройство, включающее в себя насос и гидродвигатель, и предназначена для передачи энергии от двигателя к приводимой машине потоком жидкости.

Гидропередачи передают мощность при отсутствии жесткого соединения ведущего и ведомого валов. Благодаря этому, двигатель и приводимая машина оказываются защищенными от вредного влияния пульсаций нагрузки. При передаче мощности гидропередачи способны плавно изменять величину, а иногда и знак приводимого крутящего момента.

В зависимости от применяемых машин, гидропередачи делятся на: гидродинамические (лопастной насос + лопастной гидродвигатель) и объемные (объемный насос + объемный гидродвигатель).

14.2 Рабочий процесс и основные свойства гидродинамических
передач. Характеристики гидромуфты и гидротрансформатора

Гидродинамическая передача состоит из насосного 1 и турбинного 2 колес (рис 14.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Колесо центробежного насоса насажено на ведущий вал 5, соединенный с валом двигателя, турбинное колесо закреплено на ведомом валу 3. Цифрой 4 обозначен корпус. Между насосным и турбинным колесами оставляется небольшой зазор (3 - 6 мм.). При такой схеме отпадает необходимость в промежуточных устройствах - трубопроводах, спиральных камерах, диффузорах, служащих для подвода и отвода жидкости. Устраняются и весьма существенные потери в этих устройствах. Поэтому КПД гидродинамических передач определяется в основном потерями в рабочих колесах и достигает достаточно высоких значений 0,85 ч 0,98.

Принцип работы гидропередачи (на рис. 14.1 изображена принципиальная схема гидродинамической муфты) заключается в следующем: приводной двигатель вращает насосное колесо и в нем под воздействием центробежных сил жидкость отбрасывается на периферию и происходит увеличение ее энергии. Жидкость под образовавшимся напором через незначительный зазор попадает на колесо турбины, где происходит преобразование гидравлической энергии в механическую. Ведомый вал приходит в движение.

Отработавшая в турбинном колесе жидкость вновь поступает в насосное колесо и цикл замыкается. Таким образом связь ведущего 5 и ведомого 3 валов осуществляется с помощью жидкости.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидромуфта представляет собой изолированную систему. На нее действуют внешние моменты со стороны валов, а также момент, трения об окружающий воздух. Если пренебречь моментом трения о воздух, то у гидромуфты момент на насосном колесе равен моменту турбинного колеса.

Гидротрансформатор отличается от гидромуфты тем, что кроме насосного 1 и турбинного 2 колес в его рабочей полости установлен жестко соединенный с неподвижным корпусом 6 реактор 3. Обычно реактор устанавливают между выходом из турбинного колеса и входом в насосное колесо (рис. 14.2). Реактор, отклоняя жидкость своими лопатками, изменяет момент количества движения потока. Следовательно, в гидротрансформаторе моменты количества движения за турбинным колесом и перед входом в насосное колесо не равны друг другу, а это в свою очередь приводит к возрастанию крутящего момента на выходном валу по сравнению с крутящим моментом на входном. Число насосных, турбинных колес и реакторов может быть различным и определяется величиной передаваемых мощностей и крутящего момента.

Рассмотрим основные закономерности гидродинамических передач. Воспользуемся уравнением Эйлера для лопастных машин и запишем

	для насоса		(14.1)
	для турбины
	для реактора	.

Здесь индексы 1, 3, 5 относятся ко входу в насос, турбину, реактор;

индексы 2, 4, 6 соответственно к выходу;

с_u - проекция абсолютной скорости на направлении окружной (сcos).

Подводимый крутящий момент считается положительным, а отводимый и реактивный - отрицательными, т.е. М₁ > 0; М₂ < 0; М₃ < 0.

Составим сумму моментов



	.	(14.2)

Ввиду того, что зазоры между колесами малы, можно полагать, что

	.	(14.3)

Тогда многочлен, стоящий в скобках (14.2), оказывается равным нулю, т.е алгебраическая сумма всех крутящих моментов гидродинамической передачи равна нулю

	.	(14.4)

Запишем баланс мощности в гидропередаче. Мощность N₁ подведенная к гидропередаче, равна сумме отводимой N₂ и потерянной N_п мощностей

		(14.5)

Выразим мощности через расход Q и напоры Н

		(14.6)

здесь Н₁, Н₂ и h_п - напоры, развиваемый насосом, потребляемый турбиной, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений.

Очевидно из (14.6)

	или .	(14.7)

Напор, потребляемый турбиной, меньше напора насоса на величину, расходуемую на преодоление гидравлических сопротивлений.

Полный КПД гидродинамической передачи

	,	(14.8)

где - коэффициент трансформации крутящего момента;

- передаточное отношение.

тогда

	.	(14.9)

У гидромуфты к = 1 (крутящий момент передается без изменений) поэтому

	.	(14.10)

При нормальной работе гидромуфты частоты вращения ведущего и ведомого валов отличаются на 3 - 5 %, т.е. i = 0,95 ч 0,97 и, следовательно, КПД гидромуфты _гм = 0,95 ч 0,97.

Гидротрансформаторы, как правило, строят для увеличения крутящего момента, т.е. к > 1. Обычно при максимальном КПД у гидротрансформаторов к = 1,1 ч 1,75, i = 0,5 ч 0,8 и _гт = 0,85 ч 0,9.

Полный КПД гидропередачи

	,	(14.11)

где з₁ - КПД насосного колеса;

з₂ - КПД турбинного колеса;

з₃ - КПД реактора.

Зависимость момента от передаточного отношения при n₁ = const называется моментной (внешней) характеристикой гидропередачи. Естественно, что у гидромуфты и гидротрансформатора характеристики разные. Расчет характеристик теоретически затруднен. Поэтому характеристики получают опытным путем. На (рис. 14.3) изображена характеристика гидромуфты. Характеристика М = f(i) имеет вид падающей кривой. Следовательно, если момент сопротивления, приложенный к ведомому валу, увеличивается, то число оборотов n₁ этого вала снижается. При отсутствии момента сопротивления n₂ > n₁, т.е. i > 1. При достаточно высоком М₂ ведомый вал может быть остановлен и гидромуфта выполняет роль гидротормоза.

Гидромуфты выбирают так, чтобы на режимах, соответствующих длительной эксплуатации, они работали при оптимальном расчетном передаточном отношении i_p, т.е. с максимальным КПД. Крутящий момент, соответствующий i_p, а следовательно максимальному КПД называется расчетным М_р.

Относительная разница числа оборотов ведущего и ведомого валов гидромуфты называется скольжением

		(14.12)

и выражает собой долю потерь в балансе энергии гидромуфты.

Энергия потерь в гидромуфте преобразуется в тепло. Поэтому рабочая жидкость и детали во время работы нагреваются. В некоторых случаях приходится устраивать специальную систему охлаждения.

Рассмотрим характеристику гидротрансформатора. Характеристикой гидротрансформатора также является зависимость величины моментов от n₂ или от передаточного отношения (рис. 14.4). На ее поле откладываются абсолютные величины моментов

М₁ = f(i) и М₂ = f(i),

полученные при n₁ = const. Часто для удобства сравнения характеристик гидротрансформаторов разных типов вместо зависимости М₂ = f(i) наносят зависимость

К = М₂ / М₁ = f(i).

Кроме моментных кривых, характеристика содержит вычисленную на их основании зависимость КПД - з = ki. Максимальное значение КПД гидротрансформаторов колеблется в пределах 0,8 з < 0,92.

Рассмотрим главные свойства характеристики гидротрансформатора. Основная зона, в которой гидротрансформатор выполняет функции редуктора (|М₂| > |М₁|; М₃ > 0; К > 1) обозначена буквой А. В ней КПД гидротрансформатора всегда меньше КПД гидромуфты. Если момент сопротивления М₂, нагружающий ведомый вал снижается, то, согласно общим энергетическим закономерностями, число оборотов n₂ этого вала возрастает. При этом поток в рабочей полости перестраивается соответственно новым условиям нагрузки, но за реактором, где поток направлен его неподвижными лопатками, структура потока меняется мало. Поэтому момент М₁ насосного колеса изменяется незначительно при сильном изменении М₂. Такая характеристика называется непрозрачной, в отличие от гидромуфты у которой характеристика прозрачная.

В зоне Б |М₂| < |М₁| или К < 1, а КПД гидротрансформатора меньше КПД гидромуфты. На границе зон А и Б реактор не воздействует на поток, здесь К = 1 и такой режим можно назвать режимом гидромуфты.

Характеристика гидротрансформатора может содержать и участок зоны В, где гидротрансформатор выполняет функции ускоряющей передачи.

Характеристики гидротрансфоматора получают опытным путем.

Рассмотрим основные свойства и возможности гидропередач. Одним из основных достоинств является полное отсутствие жесткой связи между валами при передаче мощности. Поток жидкости между насосным и турбинным колесами эффективно гасит пульсации момента вследствие изменения сопротивления на рабочих органах приводимой машины. Причиной этого является инерционность потока, перестраивающегося с запаздыванием по отношению к изменению внешних нагрузочных параметров.

Особенностью рабочего процесса является то, что даже при заклинивании ведомого вала (i = 0) момент, нагружающий двигатель, не превосходит определенной предельной величины, а это значит, что двигатель не может быть перегружен. Это свойство важно для двигателей внутреннего сгорания и асинхронных электродвигателей.

Гидропередача защищает также двигатель от перегрузок во время разгона машины до эксплуатационного числа оборотов. При наличии гидропередачи двигатель разгоняет только насосное колесо, момент инерции которого мал, и рабочую жидкость, инерцией которой можно пренебречь.

Гидропередачи позволяют изменять число оборотов ведомого вала при неизменном числе оборотов двигателя. Таким образом, можно получить бесступенчатую трансмиссию.

Указанные свойства гидропередач особенно ценны для транспортных машин, строительных, дорожных, горных машин и т.д.

14.3 Объемный гидропривод. Принцип действия и назначение. Принципиальные схемы

Объемный гидропривод - это совокупность устройств для передачи механической энергии и преобразования движения с помощью жидкости.

В состав объемного гидропривода входят объемные насос и гидродвигатель, регулирующая и предохранительная аппаратура, вспомогательные устройства.

По виду источника энергии, гидроприводы делятся на три типа

а) насосный, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от объемного насоса;

б) аккумуляторный, в котором рабочая жидкость в гидродвигатель подается от предварительно заряженного гидроаккумулятора;

в) магистральный, в котором рабочая жидкость в гидродвигатель подается от магистрали, получающий питание от насосной станции.

В зависимости от наличия устройств для изменения скорости движения выходного звена гидроприводы подразделяются на нерегулируемые и регулируемые.

В отличие от гидродинамических передач, в объемных источник и потребитель энергии соединены друг с другом трубопроводами. Отделение источника энергии (насоса) от исполнительного органа (гидродвигателя) позволяет заменить сложную механическую трансмиссию. Гидропривод легко управляется и автоматизируется, дает возможность бесступенчато регулировать скорость исполнительного органа; создавать следящие системы. Благодаря своему малому удельному весу гидропривод во многих областях вытесняет электропривод и тем более механические передачи. Гидропередачи позволяют получать усилия, в сотни раз превосходящие усилия, развиваемые электрическими устройствами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В объемных гидропередачах обычно применяются роторные насосы - аксиальные, радиальные, пластинчатые, шестеренные. В качестве двигателей применяются поршневые силовые цилиндры и роторные гидромоторы.

Принципиальная схема объемного гидропривода представлена на рис. 14.5.

В указанной схеме насос 1 забирает жидкость из гидробака и через дроссель 4 и распределитель 2 подает ее в гидродвигатель 3. Предохранительный клапан 5 сбрасывает часть жидкости в бак, когда давление окажется больше, чем отрегулированное заранее.

Объемная гидропередача может быть выполнена и в виде единого агрегата нераздельного исполнения.

Регулирование числа оборотов выходного вала гидравлической передачи осуществляется изменением количества жидкости, поступающей к гидромотору при постоянном рабочем объеме его, либо изменением этого объема при постоянном расходе жидкости. Расход насоса можно изменять отводом части потока жидкости в бак при постоянном рабочем объеме насоса (дроссельное регулирование), либо изменением рабочего объема насоса (объемное регулирование).

Теоретическое число оборотов гидромотора вычисляют из условия равенства объемов, описываемых рабочими элементами насоса и мотора в единицу времени Q_н = Q_м или q_н n_н = q_м n_м. Отсюда теоретическое число оборотов гидромотора

		(14.13)

где n_н - число оборотов насоса;

q_н и q_м - рабочие объемы насоса и гидромотора - расчетная производительность за один оборотов.

Из (14.13) видно, что осуществить регулирование скорости выходного вала передачи можно в том случае, если один из агрегатов, (насос или гидромотор) регулируемый. При регулировании выходной скорости гидромотора изменением рабочего объема q_н насоса получим при постоянном рабочем объеме q_м и давлении жидкости переменную мощность N_т и постоянный крутящий момент М_т на валу гидромотора, а при регулировании рабочего объема гидромотора при постоянном рабочем объеме насоса - постоянную мощность и переменный крутящий момент на валу гидромотора.

Рассмотрим потери мощности и КПД гидропередачи. Потери состоят из объемных и механических (включая гидравлические). В передачах нераздельного исполнения гидравлический КПД не рассчитывается. В этом случае гидравлические потери на пути от точек, в которых измерены давления, до рабочих камер насоса и гидромотора войдут соответственно в механические потери насоса и гидромотора. Для передачи раздельного исполнения потери мощности, обусловленные сопротивлением магистралей, по которым циркулирует жидкость в системе, выражаются гидравлическим КПД передачи _{г. пер.}

	,	(14.14)

где р_н - давление на выходе из насоса;

р_тр =р_н + р_сл - суммарные потери давления в нагнетательной (р_н) и сливной (р_сл) магистралях.

Полный КПД передачи равен произведению полных КПД насоса и гидромотора, а также (для передач раздельного исполнения) гидравлического КПД передачи

	.	(14.15)

Величина полного КПД нераздельной передачи

	,	(14.16)

где N_{эф. м}, N_{пр. н} - мощности эффективная на валу гидромотора, и приводная насоса;

М_{тор. м} и М_{пр. н} - фактический крутящий момент на валу гидромотора (тормозной момент) и насоса (приводной момент);

n_{эф. м} и n_н эффективное число оборотов гидромотора и приводное число оборотов насоса. Объемный КПД передачи

	.	(14.17)

Эффективная мощность на валу передачи (гидромотора)

	.	(14.18)

Полный КПД гидропередачи средний мощности обычно равен 80 - 94 %.

14.4 Следящий гидропривод. Устройство, принцип действия

Гидравлический усилитель - устройство, предназначенное для управления различными машинами, их агрегатами посредством жидкости с одновременным усилением мощности входного сигнала.

В системах автоматического управления производственными операциями нашли применение гидравлические усилители следящего типа (следящий гидропривод) с помощью которых выходу (ведомому звену) сообщаются движения, согласованные с перемещением входа (органа управления) при требуемом усилении выходной мощности.

По способу управления гидроусилители можно разделить на два типа: без обратной связи (разомкнутые или открытые) и с обратной связью (замкнутые или закрытые).



Размещено на http://www.allbest.ru/

В незамкнутой системе без обратной связи выходное звено не воздействует на входное и при одном и том же перемещении входного звена могут быть получены различные изменения выходного. В качестве примера такой системы можно привести следящее устройство со струйной трубкой (рис. 14.6). Струя масла из трубки 1 направляется в каналы плавающего плунжера 2, связанного со штоком.

Командный входной импульс подается на трубку, через которую постоянно под напором вытекает струя масла. В нейтральном положении струя жидкости равномерно попадает в оба сопла и поэтому давление на обе стороны плунжера одинаковое.

При повороте трубки под воздействием управляющего усилия вниз струя жидкости попадает в нижний приемный канал и поступает в полость над плунжером, который под воздействием давления идет, вниз вытесняя масло из нижней полости. На штоке создается выходное усилие.

При повороте струйной трубки вверх картина меняется на обратную. Таким образом, поршень следует за перемещением струйной трубки.



Размещено на http://www.allbest.ru/

В замкнутой системе выходное звено получив команду от входного звена, за перемещением которого оно следует, с помощью специальной обратной связи оказывает обратное воздействие на входное звено. Обратная связь устанавливает заданную пропорциональность между входным и выходным эффектом. Одна из схем с жесткой обратной связью изображена на (рис. 14.7). Командный входной импульс подается на звено а, б, в. Это звено поворачивает струйную трубку, которая подает струю жидкости в верхнюю или нижнюю полости поршня. Роль обратной связи играет жесткое звено г, д, е. При перемещении поршня вниз точка д звена г, д, е опускается и тянет вниз точки б и в командного звена, что уменьшает первоначальное перемещение струйной трубки, возвращая ее в среднее положение.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ввиду того, что размеры поршня сервомотора могут быть выбраны достаточно большими, усилия, возникающие на выходе, могут во много раз превосходить усилия на входе. Таким образом, описанное устройство одновременно является и усилительным.

Существуют и другие типы гидроусилителей, например золотникового типа. В этих устройствах управляющий сигнал подается на золотник, который в свою очередь управляет работой сервомотора.

В гидроусилителях следящих систем, особенно в электрогидравлических распределителях систем автоматического управления, распространены устройства типа сопло - заслонка (рис. 14.8), которые по принципу действия являются регулируемыми дросселями. Устройство состоит из сопла и пластинки (заслонки). На входе в сопло 1 установлен дроссель 2 постоянного сопротивления, а на выходе регулируемый с помощью пластинки 5 дроссель 4. Пластинка управляется извне и может перекрывать выходное отверстие сопла, регулируя тем самым расход жидкости из него, а следовательно и давление в камере 6, соединенной с исполнительным гидродвигателем 3. Размеры таких устройств невелики: диаметр сопла порядка 1 мм, диаметр заслонки (3ч4) d_с, расстояние между срезом сопла и заслонкой в нейтральном положении 0,2ч0,5мм. Два сопла, показанные на рис. 14.8 дают возможность управлять питанием двух полостей гидроцилиндра.

Простота конструкции обусловила широкое применение гидроусилителей этого типа в системах автоматического управления. Они отличаются малыми габаритами и весом, обладают высокой чувствительностью, точностью и быстродействием.

Размещено на Allbest.ru