Способы регулирования объемного гидропривода

Способы регулирования объемных гидроприводов

Объемный гидропривод может выполнять функции самостоятельной системы управления каким-либо объектом, быть только исполнительным устройством в системе управления или входить в состав передачи, посредством которой энергия от двигателя транспортного средства (например, от двигателя внутреннего сгорания) подводится к гидродвигателям колес автомобиля.

В большинстве из перечисленных выше случаев необходимо осуществить управление объемным гидроприводом, которое по способу формирования управляющих воздействий разделяют на непрерывное и дискретное. При непрерывном управлении действия гидроаппарата описывают непрерывные функции времени, при дискретном гидроаппарат соединяет гидродвигатель с источником питания в отдельные моменты времени или прерывисто включает и выключает источник питания вместе с гидродвигателем. Скорость выходного звена гидродвигателя во время движения не регулируется, а действия гидроаппарата описывают дискретные функции времени. При непрерывном управлении применяют гидроаппараты, позволяющие осуществлять дроссельное, объемное или объемно-дроссельное регулирование скорости выходного звена гидродвигателя.

Дроссельное регулирование основано на применении гидроаппаратов (поз.4 или 5 на рис.1), в которых при управлении гидродвигателем изменяются площади проходных сечений каналов, соединяющих рабочие камеры гидродвигателя с напорной и сливной гидролиниями. Вследствие изменения проходных сечений каналов происходит изменение расхода жидкости, протекающей через гидроаппарат. Соответственно, уменьшается или увеличивается скорость выходного звена гидродвигателя. Обычно конструкция гидроаппарата позволяет изменять также направление движения выходного звена гидродвигателя. Дроссельное регулирование сопровождается изменением давлений в рабочих камерах гидродвигателя и частичной потерей энергии жидкости.

Рис.1 Схема системы с тремя гидроприводами.

Преимуществом этого способа регулирования по сравнению с другими способами является возможность одновременного управления несколькими гидродвигателями при одном централизованном источнике питания. Кроме того, дроссельное регулирование обеспечивает высокое быстродействие процесса управления гидродвигателем.

При объемном регулировании требуемая скорость выходного звена гидродвигателя достигается путем изменения подачи насоса источника энергопитания, что можно осуществить в гидроприводе, гидродвигатель которого непосредственно соединен с регулируемым насосом (рис.2). Чтобы изменять направление движения выходного звена гидродвигателя, насос должен быть реверсивным по отношению к направлению подаваемой им жидкости под давлением. В некоторых гидроприводах применяют гидродвигатели с регулируемыми рабочими объемами. Такие гидродвигатели могут иметь общий централизованный источник питания.

Рис.2 Схема гидропривода с объемным регулированием:
1 — насос с реверсивно-регулируемой подачей; 2 — гидродвигатель; 3 и 4 — гидролинии;
5 и 6 — предохранительные клапаны; 7 и 8 — обратные клапаны.

Недостаток регулируемых объемных гидродвигателей состоит в том, что при изменении рабочего объема изменяется не только скорость выходного звена, но и создаваемый жидкостью вращающий момент. Эта особенность регулируемого объемного гидродвигателя может быть причиной неустойчивости гидропривода в окрестности положения равновесия выходного звена. Объемное регулирование по сравнению с дроссельным сопровождается меньшими потерями энергии жидкости.

При объемно-дроссельном регулировании используют оба рассмотренных способа (рис.3). Такое регулирование позволяет уменьшить потери энергии по сравнению с дроссельным регулированием и может быть реализовано при подключении нескольких гидродвигателей к одному источнику питания. Конструктивно отдельные устройства гидропривода с объемно-дроссельным регулированием получаются сложнее, чем у гидропривода с дроссельным регулированием.

Рис.3 Схема гидропривода с объемно-дроссельным регулированием:
1 — насос с регулируемой подачей (нереверсивной); 2 — напорная гидролиния; 3 — сливная гидролиния;
4 — управляющий гидроаппарат; 5 — гидроцилиндр; 6 — автоматический регулятор насоса.

В объемных гидроприводах для управления потоками жидкости иногда применяют струйные и вихревые элементы без подвижных деталей. Эти элементы достаточно просты в изготовлении и менее чувствительны к загрязнению рабочей жидкости, чем золотники, клапаны, другие дроссельные устройства с подвижными деталями. Недостатком струйных и вихревых элементов является то, что при больших утечках жидкости под давлением они имеют малые коэффициенты усиления сигналов управления.

Способы регулирования объемных гидроприводов служат одним из главных признаков их классификации (рис.4).

Рис.4 Классификация объемных гидроприводов.

Источник: К.В.Фролов «Машиностроение. Энциклопедия».

Источник

Сравнение способов регулирования гидроприводов.

Лекция 14

СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДА

Системы синхронизации движения.

Дроссельное регулирование гидропривода при последовательном и праллельном включении дросселя.

3. Гидропривод с объёмным регулированием.

Сравнение способов регулирования гидроприводов.

Если в объемном гидроприводе отсутствует устройство для изме­нения скорости выходного звена, то такой гидропривод является нерегулируемым. Гидропривод, в котором скорость выходного звена можно изменять по заданному закону является регулируемым.

Применяются следующие два способа регулирования скорости выходного звена объемных гидроприводов:

1) дроссельное регулирование, т. е. регулирование скорости дросселированием потока рабочей жидкости и отводом части потока через дроссель или клапан, минуя гидродвигатель;

2) объемное регулирование, т. е. регулирование скорости изме­нением рабочего объема насоса или гидродвигателя или того и дру­гого.

Если в объемном гидроприводе скорость регулируется одновре­менно двумя рассмотренными способами, то такое регулирование называется объемно-дроссельным.

В некоторых случаях в насосном гидроприводе скорость вы­ходного звена регулируется изменением скорости приводного дви­гателя (электродвигателя, дизеля и т. п.). Такое регулирование называется регулированием приводящим двигателем.

Регулирование гидропривода может быть ручным, автоматиче­ским и программным.

Если в гидроприводе скорость выходного звена поддерживается постоянной при изменении внешних воздействий, то такой гидро­привод называют стабилизированным.

Следящим гидроприводом называют такой регулируемый гидро­привод, в котором выходное звено повторяет движения звена управ­ления.

Регулируемые гидроприводы широко используются в качестве приводов станков, прокатных станов, прессового и литейного обо­рудования, дорожных и строительных машин, транспортных и сельскохозяйственных машин и т. п. Такое широкое их применение объясняется рядом преимуществ (по сравнению с механическими и электрическими передачами), к которым относятся:

бесступенчатое регулирование передаточного числа в широком диапазоне и возможность создания больших передаточных отно­шений;

малая удельная масса, т. е. масса гидропривода, отнесенная к передаваемой мощности (0,2—0,3 кг на 1 кВт);

возможность простого и надежного предохранения приводящего двигателя от перегрузок;

малая инерционность вращающихся частей, обеспечивающая быструю смену режимов работы (пуск, разгон, реверс, остановка);

простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное;

возможность расположения гидродвигателя на удалении от источ­ника энергии и свобода компоновки.

Необходимо также считаться с недостатками гидропривода, а именно:

КПД объемного гидропривода несколько ниже, чем КПД меха­нических и электрических передач, и, кроме того, он снижается в процессе регулирования;

условия эксплуатации гидропривода (температуры) влияют на его характеристики;

КПД гидропривода несколько снижается по мере выработки его ресурса из-за увеличения зазоров и возрастания утечек жидкости (падение объемного КПД);

чувствительность к загрязнению рабочей жидкости и необходи­мость достаточно высокой культуры обслуживания.

Источник

Регулирование гидропривода

Скорость движения исполнительных органов объемного гидропривода зависит от расхода жидкости, поступающего в рабочую камеру, и от объема этой камеры, поэтому возможности регулирования скорости гидроприрвода основаны на различных способах изменения расхода, либо на изменении объема рабочей камеры. Рассмотрим подробнее каждый из возможных способов регулирования скорости движения исполнительных механизмов гидравлического привода.

Объемное регулирование

Данный способ регулирования основан на изменении объема рабочих камер гидромашин — насосов и гидромоторов.

Регулирование рабочего объема насоса

Подачу объемного насоса можно вычислить по формуле:

Q = q × n × η

где
• q — объем рабочей камеры насоса
• n — частота вращения вала насоса
• η — объемный КПД

Получается, что изменения объем рабочей камеры насоса, можно регулировать расход жидкости, подаваемой в напорный трубопровод при постоянной частоте вращения.

Насосы, конструкция которых позволяет изменять объем рабочей камеры называют регулируемыми. Наибольшее распространение получили регулируемые пластинчатые и аксиально-поршневые насосы.

Конструкция регулируемых машин значительно сложнее чем нерегулируемых, а значит регулируемые насосы значительно дороже. Высокая стоимость является одним из главных недостатков объемного регулирования гидропривода.

Объемное регулирование насоса часто применяется для изменения скорости движения гидроцилиндров.

Регулирование рабочего объема гидромотора

Скорость вращения вала гидромотора можно вычислить, используя зависимость:

Используя данную зависимость можно сделать вывод, что изменяя объем рабочей камеры гидромотора можно регулировать скорость вращения вала.

Регулируемым называют гидромотор, в конструкции которого предусмотрена возможность изменения объема рабочей камеры. Наиболее часто используются регулируемые аксиально-поршневые моторы, существуют конструкции регулируемых пластинчатых и радиально-поршневых гидромоторов.

На риунке показан регулируемый аксиально-поршневой насос, изменение узла наклона блока, в данном случае, осуществляется с помоью механической передачи. При изменении угла наклона меняется величина хода поршней, а значит и подача насоса, чем меньше уогл — тем меньше ход.

Достаточно часто используется схема объемного регулирования с одновременным использованием регулируемых насоса и гидромотора. Наибоольшее распространение получили регулируемые аксиально-поршневые моторы.

Преимущества объемного регулирования

• высокий КПД
• отсутствие нагрева жидкости в результате дросселирования

Недостатки объемного регулирования

• высокая стоимость
• сложность конструкции регулируемых машин
• медленное срабатывание

Дроссельное регулирование

Суть дроссельного регулирования заключаются в отводе части жидкости, подаваемой насосом. Подача насоса при дроссельном регулировании делится на два потока.

Qн = Qгд + Qсл

• где Qгд — расход, подводимый к гидродвигателям
• Qсл — расход отправляемый на слива

Изменяя соотношение этих расходов можно менять скорость движения исполнительных механизмов.

В зависимости от схемы установки регулируемого гидравлического сопротивления — дросселя, различают три типовых схемы дроссельного регулирования гидропривода:

• Последовательное
  • в линии нагнетания
  • в линии слива
• Параллельное

Рассмотрим подробнее каждый из этих способов регулирования.

Последовательное регулирование с установкой дросселя в линии нагнетания

Дроссель или регулятор расхода при данном способе регулирования устанавливается в линию нагнетания насоса, он необходим для создания необходимого перепада давления. Сброс части жидкости осуществляется через предохранительный клапан.

Рассмотрим принцип работы схемы с последовательным дроссельным регулированием.

При полном открытии дросселя весь поток жидкости направляется к гидроцилиндру, скорость его движения при переключении распределителя будет максимальной.

При уменьшении проходного сечения дросселя давление перед ним будет увеличиваться. При достижении давления начала открытия предохранительного клапана, часть жидкость через него будет отправляться на слив. Скорость перемещения штока гидроцилиндра будет уменьшаться.

При дальнейшем закрытии дросселя давление перед ним будет расти, а значит предохранительный клапан будет открываться сильнее отправляя большее количество жидкости на слив. Что позволит уменьшать скорость движения штока цилиндра.

Данный способ регулирования характеризуется простотой реализации и относительной дешевизной органов регулирования. Однако дросселирование обуславливает большие потери энергии, а значит низкий КПД и большое тепловыделение. Причем при последовательном регулировании, нагретая на дросселе жидкость будет поступать в полость исполнительного гидродвигателя.

Последовательное регулирование с установкой дросселя в линии слива

Дроссель может устанавливаться не только в линии нагнетания насоса, но и в линии слива гидродвигателя, такую схему называют последовательным регулированием гидравлического привода с установкой дросселя в линии слива.

В результате уменьшения проходного сечения дросселя давление в линии нагнетания будет возрастать, когда оно достигнет величины достаточной для открытия предохранительного клапана часть жидкости через него будет отправлена на слив. Получается что при дроссельном регулировании гидродвигатель постоянно будет находится под нагрузкой за счет противодавления на сливе, что может негативно сказаться на его ресурсе.

При установке дросселя в линии слива нагретая на гидравлическом сопротивлении жидкость поступает не к гидродвигателю, как в случае с установкой дросселя в линию нагнетания, а в накопительный бак, где накопленное тепло рассеивается.

Параллельное дроссельное регулирование скорости гидропривода

Схема параллельного регулирования с помощью дросселя показана на рисунке.

Дроссель установлен параллельно гидроцилиндру. При увеличении открытия дросселя поток жидкости, проходящий через него на слив будет увеличиваться, а поток жидкости направляемый к гидродвигателю будет уменьшаться. Изменяя открытие дросселя можно регулировать соотношение расходов этих потоков. Выделяемое при дросселировании тепло с помощью жидкости отводится в бак.

Достоинства дроссельного регулирования гидравлического привода

• простота реализации,
• низкая стоимость,
• возможность плавного регулирования в широком диапазоне.

Недостатки дроссельного регулирования

• большие потери энергии — низкий КПД,
• нагрев рабочей жидкости, необходимость использования теплообменников.

Частотное регулирование скорости гидропривода

В том случае, если для вращения вала насоса используется электродвигатель, для изменения подачи можно применить частотное регулирование.

Подача насоса определяется его рабочим объемом и частотой вращения вала, изменяя частоту можно влиять на подачу насоса.

Для регулирования частоты вращения вала электродвигателя, а значит и насоса, используется специальный регулятор частоты. Он позволяет изменять скорость вращения вала электродвигателя в широком диапазоне. При увеличении частоты вращения подача насоса будет расти, при уменьшении — снижаться.

Диапазон регулирования ограничен возможностями частотного регулятора, и величиной рабочего диапазона частот вращения насоса, например радиально-поршневые насосы устойчиво работают в диапазоне 1000 — 3000 об/мин.

Источник