Преимущества гидропривода. Принцип действия объемного гидропривода, страница 2

Принцип действия объемного гидропривода.

Из известных по курсу гидравлики трех видов механической энергии жидкости

где и, т и  — скорость, масса и плотность жидкости) в рассматриваемых гидромашинах используется удельная энергия давления  , которая с помощью объемных гидравлических двигателей преобразовывается в механическую работу.

Удельной энергией положения (z) в объемных гидропередачах обычно пренебрегают, поскольку разности высот отдельных элементов гидросистемы несоизмеримо малы в сравнении с действующими в ней статическими давлениями жидкости. Пренебрегают также и кинетической энергией , хотя эта энергия в виде скоростного напора жидкости используется часто в командных устройствах гидроприводов.

Рис. 1. Схемы, иллюстрирующие закон Паскаля

Гидропередачи, в которых энергия передается главным образом за счет кинетической энергии жидкости, называются гидродинамическими и рассматриваются в специальном курсе «Гидродинамические передачи».

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

Это можно наглядно иллюстрировать схемой, показанной на рис. 1, а. Она состоит из двух силовых цилиндров 1и 3 с поршнями разной площади, нагруженных грузами, и ручного насоса 2, выходной канал которого связан с цилиндрами. Если площадь поршня цилиндра 1 равна 5 см² и поршня цилиндра 3 — 12 см², то веса удерживаемых ими грузов при давлении жидкости, развиваемой насосом, в 10 МПа (100 кгс см²), соответственно будут  = 5000 Н (500 кгс) и =12000 Н (1200 кгс).

Равновесие сил, действующих в рассматриваемой схеме, можно сравнить с равновесием коромысла с нагрузкой  и , приложенной на его концах (рис, I, б). Длины плеч L1 и L2 коромысла и величины грузов , и  связаны здесь соотношением

Соответственно для гидравлической схемы (рис. 1, в), состоящей из двух цилиндров площадью  и , поршни которых нагружены грузами  и , эти параметры связаны соотношением

Отсюда следует, что при соответствующем выборе размеров площадей цилиндров представляется возможным уравновесить большой груз  малым грузом .

Для нахождения основных кинематических и силовых зависимостей гидропривода рассмотрим расчетную схему на рис. 2, а. Цилиндры 4 и 5, заполненные жидкостью, соединены трубопроводом. Поршень первого цилиндра нагружен силой Р1, развиваемой внешним усилием R, приложенным к ручке 3, а поршень второго цилиндра (гидродвигателя) — внешней нагрузкой в виде силы Р2.

При перемещении поршня 1 в направлении, показанном стрелкой, жидкость будет вытесняться из цилиндра 4 по соединительному трубопроводу в цилиндр 5. приводя его поршень 2 в движение. При этом давление  создаваемое в цилиндре 1 силой Р1, будет действовать (но закону Паскаля) также и на поршень 5 (потерями напора в трубопроводе пренебрегаем).

Из рассматриваемой схемы следует, что при полной герметичности и отсутствии деформации цилиндров, а также при практической несжимаемости жидкости перемещения поршней 1 и 2 будут связаны зависимостью

, где — соответственно перемещения и площади поршней 1 и 2. На основании данного уравнения, а также принимая во внимание, что  и  можно составить выражения

Пренебрегая гидравлическим сопротивлением и трением поршней 1 и 2 при их движении, а также принимая во внимание, что  и  можно также написать

где       р — давление жидкости;

P1 и Р2 — силы статического давления жидкости соответственно на поршнях 1 и 2.

Рис.2 Расчетная схема гидропередачи.

Соответствующим выбором значений плеч а и Ь можно повысить усилие Р2:

На рис. 2, б показана принципиальная схема гидропресса, соответствующая приведенной расчетной схеме, которая может служить также и схемой гидродомкрата. Для случая домкрата тело 10 — поднимаемый груз, для случая пресса — это неподвижная опора, связанная с фундаментом колоннами 8 (показаны штриховыми линиями), а тело 11 — прессуемый материал.

На рис. 2, в представлена схема простейшей модели гидропривода, состоящего из регулируемого реверсивного насоса 16 и последовательно соединенного с ним гидроцилиндра (гидродвигателя) 15. Жидкость, подаваемая насосом 16 под давлением р, поступает в гидродвигатель 15. Если пренебречь потерями давления жидкости в трубопроводе, соединяющем насос и двигатель, то на поршень последнего будет действовать давление р, равное давлению на выходе насоса, которое будет развивать движущее усилие на его штоке.