Объемный гидропривод. Схемы гидроприводов

2. Объемный гидропривод

Механическая энергия состоит из трех частей: энергии положения, потенциальной энергии давления и кинетической энергии. В объемных гидромашинах используется удельная потенциальная энергия давления, которая с помощью объемных гидравлических двигателей преобразуется в механическую работу; остальными видами механической энергии обычно пренебрегают.

Принцип действия объемных гидроприводов основан на высоком объемном модуле упругости (не сжимаемости) жидкости и на законе Паскаля: всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся капельной жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в другие точки без изменения.

Отсутствие надежных средств герметизации длительное время служило препятствием к практическому использованию в технике закона Паскаля, сформулированному в 1663 г. Лишь в XIX в., с появлением надежных уплотнительных манжет появились гидромашины для передачи энергии через жидкость, в промышленности получили распространение гидравлические прессы, грузоподъемные гидромеханизмы и др.

Объемный гидропривод это гидравлическая система, включающая объемные насос и гидродвигатель и устройства управления и контроля. Эта система служит для передачи энергии на расстояние с помощью жидкости, и преобразования ее в механическую работу на выходе системы с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости выходного звена гидродвигателя, а также преобразования одного вида движения в другой.

Объемная гидропередача – это часть объемного гидропривода, состоящая из объемного насоса, объемного гидродвигателя и соединяющих их гидролиний (трубопроводов).

Гидросистемы могут быть с разомкнутой (жидкость всасывается и сливается в бак) и замкнутой циркуляцией рабочей жидкости.

Гидроприводы делятся на нерегулируемые и регулируемые (изменяется скорость и нагрузка на выходном звене); регулируемые могут быть с дроссельным и объемным регулированием (устанавливается дроссель или регулируемые объемные гидромашины).

По типу применяемого гидродвигателя объемные гидроприводы делятся на приводы вращательного, возвратно-поступательного и поворотного движения. Например: схемы гидроприводов возвратно-поступательного и вращательного движения.

Рис1.5. – Схемы гидроприводов

Перепад давления на гидродвигателях определяется по формулам:

– для гидроцилиндра при движении поршня вправо:

, Па,

– для гидромотора:    , Па, где    F – нагрузка (сила), приложенная к штоку гидроцилиндра, Н;

D – диаметр поршня, м;

 – механический КПД гидроцилиндра;

М_кр – крутящий момент на валу гидромотора, Н∙м;

 – рабочий объем гидромотора, м³;

 – механический КПД гидромотора.

Упрощенно это давление принимается равным давлению насоса, а расход гидродвигателя принимается равным подаче насоса .

Расход гидродвигателей определяется по формулам:

– для гидроцилиндра при движении поршня вправо:

, м³/с (л/мин);

– для гидромотора: , м³/с (л/мин), где     - скорость движения поршня, м/с;

 – объемный КПД гидроцилиндра;

n  – частота вращения вала гидромотора, об/с;

 – объемный КПД гидромотора.

Скорость гидродвигателя прямо пропорциональна количеству поступающей в него жидкости в единицу времени. Сила давления жидкости приводит в движение «выходное звено» гидропривода, преодолевая нагрузку и совершая полезную работу.

Давление жидкости определяется не только внешней нагрузкой Fили М_кр, но также и трением в гидродвигателе (силы инерции не учитываем).

Следовательно, давление жидкости зависит при прочих равных условиях от геометрических размеров рабочих элементов гидродвигателя. Поэтому для преодоления одной и той же внешней нагрузки можно уменьшить размеры гидродвигателя путем соответственного повышения давления. Т.к., компактность гидромашин является одной из основных причин использования гидромашин и гидропривода, то стремятся к повышению рабочих давлений жидкости.

Однако повышение давления предварительно требует решения ряда технических проблем, как-то: усовершенствования конструкции гидроагрегатов и технологии их изготовления, а также обеспечения срока службы и их надежности. Ввиду этого выбор величины давления должен производиться с учетом всех этих, а также экономических соображений.

В настоящее время величины давлений достигли 20–30 МПа, а во многих случаях 70 – 100 МПа и выше.

Следовательно, повышение давления жидкости и частоты вращения машины является одной из основных задач технического усовершенствования гидросистем. Однако применять машины с экстремальными данными (например, насос с рабочим объемом 55 см³ и давлением 500 кгс/см², имеющий при 5000 об/мин мощность 300 л. с.) без особой необходимости не рекомендуется, поскольку следует учитывать сопровождающие отрицательные факторы и, в частности, возникающий при столь высоких давлениях и скоростях шум во время эксплуатации и снижение срока службы машин.

Общий (полный) КПД гидропривода определяется как отношение полезной мощности N_п (гидродвигателя) к затраченной мощности N (мощность, потребляемая насосом):

, %.

КПД гидропривода определяет эффективность использования и преобразования энергии.

Полезная мощность гидродвигателей определяется по формулам:

– для гидроцилиндра                     , Вт;

– для гидромотора                , Вт.

Затраченная мощность определяется по формуле:

, Вт, где     – общий КПД насоса, принимается по его техническим характеристикам;

 - фактическое давление насоса определяется как сумма перепада давления на гидродвигателе и потерь давления.