Гидравлика и гидропривод

Рис. 13.1. Принципиальная схема последовательного включении дросселя

и гидродвигателя (а) и их характеристики (б)

При этом мощность насоса также постоянна независимо от нагрузки на выходном звене гидроцилиндра:

Nн.в= PHQH/ли= const,

что явно нерационально, так как ведет к перерасходу энергии. Без учета потерь давления и утечек в гидролинии давление

гидродвигателя

а расход

QA = QH — AQ,

где Дрдр — перепад давления на дросселе; AQ — регулируемые утечки через переливной клапан.

где адр, <3др — соответственно сопротивление и расход дросселя;

Решая совместно уравнения (13.3) и (13.4) относительно (?др и учитывая, что при последовательном соединении двигателя и

Рис. 13.2. Принципиальная схема параллельного включения дросселя н гидродвигателя (а) и их характеристики (б)

Таким образом, с изменением нагрузки изменяется давление, развиваемое насосом, а значит, и его мощность N„.B=PHQH/T]H- Поэтому такая схема более экономична, чем схема с последова­ тельным включением дросселя. Подставляя значение Qfl.p из уравнения (13.4) в уравнение (13.9) и решая его относительно Qa с учетом равенства (13.10), получим:

выходного звена гидродвигателя при переменной нагрузке (из­ меняется давление рд).

Согласно равенству (13.10), подставляя в уравнение (13.6) вместо рд значение Дрдр из уравнения (13.4), в котором заменим фщ, его значением из (13.9), a QA—-значением из (13.7), полу­ чим:

не может быть равной нулю, точка вершины параболы не может быть рабочей).

Изменяя сопротивление дросселя Одр, можно получить се­ мейство кривых Pa—{(vn) при той же вершине, т. е. иметь раз­ ные значения скорости од при Р / ==const, и наоборот (см. рис. 13.2, 6).

Зная зависимость Рд= /(и д), можно получить другие харак­ теристики гидропривода: Мд.„г=/(ид), А^н.в= /( уд).

С уменьшением нагрузки Ра уменьшается и зона регулирова­ ния скорости Од (см. рис. 13.2,6). При последовательном вклю­ чении дросселя и гидродвигателя зона регулирования од умень­ шается с увеличением нагрузки Рд (см. рис. 13.1,6). Таким образом, при выборе схемы регулирования следует учитывать как ее экономичность, так и диапазон регулирования.

Схема с последовательным включением дросселя и гидродви­ гателя широко применяется в общем машиностроении, а в гор­ ном практически не встречается.

Так как обе рассмотренные схемы не обладают постоянством скорости выходного звена гидродвигателя при переменной на­ грузке, гидропривод с дроссельным регулированием использует­ ся, главным образом, в машинах с мало изменяющейся нагруз­ кой или в тех случаях, когда при увеличении нагрузки необходи­ мо уменьшить скорость исполнительного органа, и наоборот (например, буровые станки).

Если необходимо дроссельное регулирование с независимой от нагрузки скоростью выходного звена гидродвигателя, то применяют регуляторы расхода (см. 12.4.2). При этом по усл<?-

Рис. 13.4. Принципиальная схема (а) и теоретические характеристики (б) гид* ропрнвода с объемным регулированием

виям экономичности, используют, как правило, схему с парал­ лельным включением регулятора (рис. 13.3, а).

Как и для схемы с дросселем, для этой схемы справедливы уравнения (13.9) и (13.10), но вместо Qap и Дрдр в них следует подставить расход через регулятор 0р=<2др и перепад давления на регуляторе Дрр, т. е. Qfl=Q„—QP, Ря=Рн“ ДРрНо Дрр= =Дрда+Дрк, где Дрк — перепад давления на клапане разности давлений регулятора.

При постоянном сопротивления дросселя и переменной на­ грузке рд перепад давления на регуляторе Дрр изменяется толь­ ко за счет Дрк. Поэтому расход через регулятор в этих условиях определяется только сопротивлением дросселя, что позволяет при переменной Ра получить постоянную скорость уд' (рис. 13.3, б).

Подобные схемы регулирования широко применяются в гид­ роприводах горных машин (проходческих и нарезных комбай­ нов, буровых станков), однако вследствие малых КПД гидро­ привода (из-за утечек) они используются при мощности гидро­ двигателя не более 3 кВт.

13.4. Объемное регулирование

Объемное регулирование осуществляется изменением рабочего объема или насоса, или гидродвигателя, или того н другого

одновременно.

Рассмотрим принципиальную схему гидропривода с объем­ ным регулированием (рис. 13.4,а). Так как система циркуляции жидкости — замкнутая, а насос и гидромотор — реверсивные,

обе гидролинии могут быть и нагнетательной и всасывающей, поэтому в них установлено два предохранительных клапана. Для подпитки гидропередачи рабочей жидкостью от вспомогательно­ го насоса (через всасывающую гидролинию) установлены два обратных клапана, которые в совокупности образуют логический клапан «ИЛИ». В нагнетательной гидролинии вспомогательно­ го насоса установлен переливной клапан для защиты фильтра и поддержания постоянного давления подпитки за счет сброса лишней жидкости.

Проследим изменение основных технических показателей гидропривода при регулировании, причем для упрощения задачи ограничимся анализом только их теоретических значений.

Как видно из уравнения (13.14), при изменении £/„ насоса частота вращения ротора гидромотора изменяется по линейному закону от нуля при £/„=Одо максимума при t/H= 1 (рис. 13.4,6). При изменении рабочего объема гидромотора частота вращения его ротора изменяется от минимальной при и я—1 (соответст­ вующей максимуму при изменении qHнасоса) до бесконечности при £/д=0 по гиперболическому закону.

Теоретический момент на валу гидромотора (11.41)

А4д.т==р д ^ д /(2 я )| = Р д {/д 9 д т а х /(2 я ).

При постоянном давлении рд и при изменении рабочего объе­ ма насоса Мят остается постоянной величиной независимо от скорости вращения гидромотора (см. рис. 13.4, б). При измене­ нии рабочего объема гидромотора момент на его валу будет изменяться пропорционально £/д по линейному закону.

Теоретический момент на валу насоса

Мн.т = рн<7н/ (2 я ),==Рн^нРн max/ (2 я ).

При тех же условиях он изменяется по линейному закону при изменении UK насоса и остается постоянным при регулировании гидромотора (см. рис. 13.4,6).

Теоретическая мощность насоса

При отсутствии потерь энергии в гидропередаче она равна тео­ ретической мощности гидромотора

Следовательно, при изменении Un мощность на валах машин изменяется прямо пропорционально изменению рабочего объема

Следовательно, при регулировании пя с помощью насоса и самого гидромотора теоретически можно изменять частоту вра­ щения вала от нуля до бесконечности. На практике максималь­ ная частота вращения вала гидромотора имеет предел, так как с уменьшением и я уменьшается и крутящий момент Мя. Мак­ симальная скорость вращения обычно ограничена значением £/дт1п»0,3 (см. рис. 13.4,6), соответствующим минимальному значению момента Mnmln.

При регулировании и насоса, и гидромотора предварительно устанавливают минимальную подачу насоса при минимально допустимой частоте вращения вала гидромотора и максималь­ ном моменте на его валу (Ua= 1). Для дальнейшего повыше­ ния скорости вращения ротора гидромотора увеличивают пода­ чу, а следовательно, и мощность насоса, и лишь после достиже­ ния максимальной подачи насоса (U„=l) дальнейшее увеличе­

В горных машинах регулирование, как правило, осуществля­ ется только за счет изменения рабочего объема насоса.

Рассмотрим действительные характеристики гидропривода при регулировании подачи насоса QH. При отсутствии утечек скорость вращения вала гидромотора прямо пропорциональна

через начало координат, а смещена вправо на величину суммар­

несколько уменьшается (рис. 13.5,6). Из-за потерь энергии в гидропередаче мощность на валу гидромотора Мял= р ^ ях\я=