735

селирующий распределитель. Стержень, соединённый с золотником распределителя, перемещается по рычагу к оси его поворота. Плечо силы, действующей справа на золотник, уменьшается, а сила, передаваемая через рычаг от регулируемой пружины, увеличивается. В результате золотник перемещается влево, разъединяя напорную ли-

нижнюю полость регулятора со всасывающей линией насоса. Движение поршня вниз и увеличение производительности насоса прекратится.

Выбором диаметра малого и большого поршней, отношения плеч рычага, жесткости и предварительного поджатия пружины обеспечивается реализация требуемой рабочей характеристики Q = f(р) насоса.

Регулятор насоса поджатием пружины (см. рис. 8.8) можно настроить на реализацию постоянной мощности различной величины. Рассмотрим это на примере насоса с характеристиками:

– максимальный рабочий объём qном = 55 см3; минимальный qmin = 0;

– частота вращения вала номинальная nном = 25 об/с; минимальная nmin = 6,7 об/с;

– коэффициент полезного действия (КПД) полный η = 0,90; коэффициент подачи (объёмный КПД)ηо = 0,95;

– расход масла в напорной линии номинальный Qном = qном nном ηо = 55·10–6·25·0,95 = = 0,001306 м3/с = 78,4 л/мин;

– давление номинальное рном = 20 МПа; максимальное рmax = 35 МПа;

– номинальная мощность Рном = рном Qном / η = 20 · 106 · 0,00133/0,90 = 29 600 Вт.

При частоте вращения вала насоса, равной асинхронной частоте вращения вала короткозамкнутого электродвигателя 24,33 об/с (1460 об/мин):

–номинальный расход масла в напорной линии Qном = 0, 00127 м3/с = 76,3 л/мин;

–номинальная мощность Рном = 28 800 Вт.

Номинальная (наибольшая) мощность Рном = 28 800 Вт реализуется, если регулятор настроить на давление начала регулирования, равное номинальному давлению рном. На рис. 8.9 характеристика насоса для такого случая показана верхней линией Q = f(p).

Минимальное давление начала регулирования у насоса данной серии рнач = 5,25 МПа. Если регулятор настроить на это давление начала регулирования, будет реализована нижняя линия Q = f(p), изображенная на рис. 8.9. При этом мощность на валу насоса во

81

Регулятор насоса с электронным блоком управления

На рис. 8.12 изображена схема регулятора, в которой имеется электронный блок управления, получающий напряжение управления Uвх, например, от бортового процессора. Регулятор, поворачивающий блок цилиндров или наклонную шайбу насоса, питается от напорной линии насоса через дросселирующий распределитель с пропорцио-

83

Тм max имеет на валу постоянную мощность Pмвых при существенном изменении частоты

вращения вала nм. С ростом нагрузки и давления рабочий объём qм увеличивается, а частота вращения уменьшается (рис. 8.14, б). И наоборот.

Давление, при котором регулятор мощности начинает работать, задаётся величиной предварительного поджатия пружины клапана К (рис. 8.15).

При увеличении давления в напорной линии А или В выше настроечной величины клапан К встаёт в позицию, соединяющую напорную линию с полостью под большим поршнем регулятора ЦР. В результате поршень перемещается, вытесняя масло из штоковой полости, увеличивая параметры γ и qм, что уменьшает частоту вращения вала гидромотора.

Гидроприводы с регуляторами мощности насосов и (или) гидромоторов имеют

мягкую механическую характеристику привода nм = f(Tм), т.е. существенное уменьше-

ние скорости при увеличении нагрузки.

а) б)

8.5. Дроссельное регулирование скорости

Скорость нерегулируемого гидродвигателя, соединенного с нерегулируемым насосом, можно изменять, дросселируя часть расхода из напорной линии в сливную.

Дроссель соединён с гидродвигателем последовательно

Дроссель ДР может быть включен в напорную или сливную линию (рис. 8.16, а). Для регулирования расхода, идущего к гидродвигателю, дроссель ДР следует перекрыть настолько, чтобы давление в напорной линии поднялось до величины рmax – давления настройки предохранительного клапана КП. Часть потока от насоса пойдёт через КП на слив, скорость гидродвигателя уменьшится. Дальнейшее уменьшение площади щели Адр дросселя ведёт к увеличению расхода Qкп через КП и уменьшению расхода Qц, поступающего в гидроцилиндр. В результате скорость штока vшт уменьшится (рис. 8.16, б). Скорость штока зависит не только от площади щели дросселя, но и от сопротивления движению штока, т.е. от давления рц на входе в цилиндр. Когда давление рц достигает величины ркп – рдр, весь расход от насоса идёт через КП, гидро-

двигатель останавливается.

85

По мере увеличения площади щели дросселя Адр механические характеристики становятся мягче. При большой величине Адр (например, Адр2 и Адр3) рабочий орган изза роста нагрузки останавливается при р ро, т.е. до начала открытия предохранительного клапана. Вся подача насоса идёт через дроссель (Qдр= Qн; Qц = 0).

При любом способе дроссельного регулирования КПД гидропередачи весьма низок, поскольку мощность теряется не только в насосах, гидродвигателях, клапанах и трубопроводах, но также в дросселе. Потери в дросселе могут превышать все другие потери.

Чтобы скорость гидродвигателя не зависела от нагрузки, температуры и вязкости масла, вместо дросселя применяют регулятор расхода (см. гл. 5).

Контрольные вопросы

1. Изобразите принципиальные схемы и регулировочные характеристики объёмного регулирования скорости гидродвигателя при изменении: а – рабочего объёма насоса; б – рабочего объёма гидромотора; в – измененимем рабочих объёмов насоса и гидромотора. 2. Изобразите механическую характеристику привода при использовании насоса с регулятором мощности. 3. Изобразите принципиальные схемы и регулировочные характеристики дроссельного регулирования скорости гидродыигателя. 4. Почему дроссельное регулирование скорости гидродвигателей имеет низкий КПД?

9. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАСЛА

От качества гидравлического масла в значительной степени зависит надёжность гидропередачи. Характеристики масла стоят в одном ряду по значимости с качеством изготовления насосов, гидродвигателей и клапанов, правильностью их настройки, исправностью системы тепловой защиты. Некачественное масло уменьшает ресурс гидропередачи в разы, а при некоторых отклонениях от требуемых характеристик делает гидропередачу неработоспособной.

9.1. Назначение, свойства и характеристики

Основное назначение гидравлического масла (МГ) – перенос механической энергии. МГ получает энергию в насосе, переносит её по трубопроводам и отдаёт в гидродвигателе.

Другие важные функции МГ – смазка и охлаждение деталей, защита их от коррозии, удаление с их поверхностей продуктов износа и др.

Большинство ныне применяемых МГ изготовлено на основе масел, содержащихся в нефти. От 85 до 98 % объёма таких МГ составляет так называемое базовое масло, которое получают перегонкой нефти, т.е. термическим её разделением на фракции с последующим улучшением состава по типу молекул. При этом удаляют компоненты, склонные к окислению, обладающие излишней и недостаточной вязкостью, кристаллизующиеся при низкой температуре. Затем в базовое масло добавляют специальные вещества (присадки), улучшающие вязкостные, противозадирные, моющие, диспергирующие, антикоррозионные, антиокислительные и антипенные свойства.

Созданы и находят применение синтетические МГ. Ведутся работы по созданию универсальных масел, пригодных как для гидропередач, так и для трансмиссий и двигателей внутреннего сгорания.

Ниже рассмотрены основные свойства и характеристики МГ на основе нефтяных масел.

Плотность , кг/м3. Плотность МГ на основе нефтяных масел около 900 кг/м3.

87

где – коэффициент пропорциональности, получивший название кинематическая вяз-

кость. Единица кинематической вязкости: м2/с. Используются также единицы: Ст – стокс; сСт – сантистокс; 1 сСт = 0,01 Ст = 10–6 м2/с = 1 мм2/с.

Величину μ = ρ называют динамической вязкостью. Единицы этой величины: паскаль-секунда (Па·с), миллипаскаль-секунда (мПа·с).

Вязкость зависит от химического состава и строения входящих в МГ углеводородов, наличия специальных присадок, а также от давления и температуры.

С повышением давления от 0,1 до 40 МПа при Т = +50 С вязкость масел увеличивается в 1,6–2,3 раза. По этой причине вязкость масла в напорном трубопроводе существенно больше, чем во всасывающем и сливном.

При понижении температуры от плюс 70 до минус 30 С вязкость масел увеличи-

вается в сотни раз. Увеличение вязкости повышает затраты энергии на покачивание МГ через трубопроводы и клапаны, ухудшает заполнение рабочих камер насосов. Максимально допустимая вязкость МГ для аксиально-поршневых насосов ≈ 1600 мм2/с. Для некоторых типов насосов ≈ 800 мм2/с.

Уменьшение вязкости увеличивает утечки МГ через зазоры, уменьшает прочность смазывающей плёнки между деталями. Минимально допустимая кинематическая вязкость МГ в гидропередачах от 8 до 12 мм2/с.

Наиболее распространены две международные классификации масел по вязкости:

а) по степеням вязкости ISO (ISO – International Standardization Organisation, Ме-

ждународная организация стандартизации). Степень вязкости VG (viscosity grade) по ISO – это кинематическая вязкость в мм2/с (сСт) при температуре +40 С. В России МГ по вязкости классифицируют в соответствии с ISO;

б) по степеням вязкости SAE (SAE – общество инженеров автомобилестроителей США). Степень вязкости VG по SAE – это условный символ комплекса вязкостных свойств. Например, обозначением SAE VG 10W зашифрован следующий комплекс свойств:

–динамическая вязкость μ = 3500 мПа·с при – 20 С и 60000 мПа·с при – 30 С

(низкотемпературная вязкость);

–кинематическая вязкость ν = 4,1 мм2/с при +100 С (высокотемпературная вяз-

кость).

График зависимости вязкости от температуры = f(Т) в натуральных координатах – кривая линия (рис. 9.2, а), в специально подобранных логарифмических координатах – прямая (рис. 9.2, б, в).

Смазывающие свойства МГ зависят от прочности масляной плёнки. Чем больше вязкость, тем прочнее плёнка. Это свойство предотвращает схватывание трущихся поверхностей деталей при малых скоростях скольжения (противозадирные свойства). МГ должно также обладать противоизносными свойствами при больших скоростях скольжения.

При высоких температурах в МГ ускоряются окислительные процессы, ухуд-

шающие его эксплуатационные свойства. Максимально допустимая температура летних МГ на нефтяной основе, как правило, не превышает +80 С, оптимальная около

+50 С. Для зимних – соответственно +50 С и +20 С.

Температура застывания или температура потери текучести масла. Она на

3 С выше температуры загустевания настолько, что в пробирке, наклоненной под углом 45 , масло остаётся неподвижным в течение минуты.

89