Преимущества гидропривода. Принцип действия объемного гидропривода, страница 3

Пренебрегая трением и силами инерции движущихся частей, уравнения сил, действующих на поршень гидродвигателя при установившемся движении, имеет вид

где Р — нагрузка (сила сопротивления), действующая на поршень;

F — рабочая площадь поршня гидродвигателя;

Эта сила приводит в движение «выходное звено» гидропривода (поршень гидроцилиндра), преодолевая нагрузку и совершая полезную работу. С учетом трения в гидродвигателе выражение для давления примет вид

где - трения в гидродвигателе

Следовательно, давление жидкости определяется не только внешней нагрузкой Р, но также и трением в гидродвигателе (силы инерции не учитываем), причем на холостом ходу (Р = 0) давление определяется лишь величиной трения в гидродвигателе.

Из приведенной формулы следует, что давление жидкости зависит при прочих равных условиях от геометрических размеров рабочих элементов гидродвигателя. В соответствии с этим для преодоления одной и той же внешней нагрузки можно уменьшить размеры гидродвигателя путем соответственного повышения давления. Ввиду того, что уменьшение размеров гидродвигателя обычно существенно важно, стремятся к повышению рабочих давлений жидкости. Величины давлений достигли в отдельных случаях 70 МПа (700 кгс/см²) и выше.

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.

Важным параметром, характеризующим работу гидравлического привода, является также подача жидкости, величина которой определяет скорость «выходного звена» привода. Пренебрегая утечками и сжимаемостью жидкости, можем написать

где    Qн — подача насоса;

Qд — расход жидкости в гидродвигателе;

здесь — линейная скорость штока гидродвигателя;

h и t — путь и время перемещения штока.

Из последнего уравнения следует, что расчетная скорость гидродвигателя   прямо пропорциональна количеству поступающей в него в единицу времени жидкости, т. е. повышение скорости связано с повышением подачи жидкости.

Считая, что перемещение поршня 1 (рис. 2, а) на величину  произошло за время t, находим скорость его движения

Произведение силы P1, действующей на поршень 1, на скорость  его движения даст выражение мощности

Поскольку произведение скорости  поршня на его площадь F1 есть объем, описываемый им в единицу времени, или, иначе, расчетная подача   жидкости, выражение для вычисления расчетной мощности можно представить в виде

         (1)

Следовательно, мощность объемного гидравлического привода определяется произведением давления на подачу. Если давление р выразить в кгс/см² и расход Q — в , то расчетная мощность

Для распространенной размерности подачи Q л/мин эти выражения примут вид:

Для подачи жидкости в галлонах (американских) в минуту (1 галлон = 3,79 л) и давления жидкости в фунт/кв. дюйм выражения мощности имеют вид

В единицах системы СИ расчетная мощность выражается как

где — подача жидкости в ;

р — давление в Н/см².

Из выражения (1) следует, что расчетная мощность гидропривода растет при неизменной подаче пропорционально повышению давления жидкости. Поскольку при увеличении давления масса и габариты гидроагрегатов и их компонентов (трубопроводов и пр.) увеличиваются незначительно (так как повышение размерных их параметров обусловлено лишь условиями прочности), рабочие давления с этой точки зрения целесообразно выбирать возможно высокими. В настоящее время величины давлений достигли 20—30 МПа (200—300 кгс/см²), а во многих случаях 70— 100 МПа (700—1000 кгс/см²) и выше.

Мощность единичного насоса и соответственно гидродвигателя обычно не превышает в типовых гидросистемах 73,6 кВт (100 л. с.), однако в отдельных случаях она достигает 2900 кВт (4000 л. с.) и выше. Ближайшей перспективой в развитии гидроприводов является давление в 700 кгс/см². Следовательно, повышение давления жидкости и частоты вращения машины является одной из основных задач технического усовершенствования гидросистем. Однако применять машины с экстремальными данными 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.