ГІДРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛІ І ГІДРОВИТЕСНІТЕЛІ
Визначення і класифікація гідропреобразователей і гідровитеснітелей
У системах гідроприводу часто виникає потреба в передачі енергії від одного потоку робочої рідини до іншого потоку зі зміною або без зміни тиску.
Перетворення енергії одного потоку робочого середовища (первинний ланцюг) в енергію іншого потоку (вторинна ланцюг) зі зміною тиску забезпечується в гідропреобразователях, а перетворення енергії одного потоку робочого середовища в енергію іншого потоку без зміни тиску - в гідровитеснітелях [17].
Таким чином, в гідропреобразователях тиск і витрата робочої рідини вторинному ланцюзі відрізняються від відповідно тиску і витрати робочої рідини первинної ланцюга навіть при нехтуванні енергетичними втратами в об'ємної машині, а в гідровитеснітелях при такому ж нехтуванні втратами енергії тиску і витрати робочих рідин первинної та вторинної ланцюгів зберігаються незмінними.
Перетворювачі та витискувачі складаються з двох ступенів - гидродвигателя і насоса. Робоча рідина первинної ланцюга в якості енергоносія підводиться до гідродвигуна, за рахунок механічної енергії на вихідному ланці якого наводиться в рух робоче ланка насоса. Потік робочої рідини на виході з насоса - вторинна ланцюг - відводиться до споживачів. Таким чином, первинна та вторинна ланцюга в гідропреобразователях і гідровитеснітелях обов'язково відокремлюються одна від одної.
Розрізняють поступальний і обертальний гідропреобразователі, причому поступальний гідропреобразователь складається з гідроциліндрів з двома поршнями різних діаметрів, штоки яких жорстко з'єднані між собою, а обертальний гідропреобразователь складається з гідромотора і насоса з різними робочими обсягами, вали яких також жорстко з'єднані між собою.
Відповідно в гідровитеснітелях діаметри поршнів гідроциліндрів і робочі обсяги гідромотора і насоса рівні між собою.
Гідропреобразователі іноді називають гідротрансформаторами.
Широко поширені поступальні гідропреобразователі, які складаються з двох гідроциліндрів з поршнями різних діаметрів, жорстко пов'язаних між собою (рис. 12.1).
Конструктивно такий поступальний гідропреобразовать може бути виконаний у вигляді корпусу 1 з двома циліндрами 2 і 5 (рис. 12.1, а). Поршень 3 циліндра 2 має діаметр. а плунжер 4 циліндри 5 - діаметр. тобто плунжер 4 є одночасно штоком поршня 3.
Мал. 12.1. Схеми поступальних гідропреобразователей
Робоча рідина первинної ланцюга з тиском підводиться в безштокові порожнину циліндра 2, що забезпечує переміщення поршня 3 з плунжером 4 вправо (прямий хід гідропреобразователя). При цьому рідина з тиском з штоковой порожнини циліндра 2 відводиться в зливну мережу, а робоча рідина вторинної ланцюга з тиском з порожнини циліндра 5 подається споживачеві. Зворотне переміщення рухомих елементів гідропреобразователя (зворотний хід гідропреобразователя) забезпечується подачею робочої рідини в штокову порожнину циліндра 2 (або зусиллям зворотного пружини).
Нехтуючи силою зливного тиску рідини на робочу площу поршня 3 в штоковой (зливний) порожнини циліндра 2 і гідромеханічними втратами (- гідравлічний ККД гідропреобразователя) при прямому ході гідропреобразователя його штовхає силу (- сила тиску робочої рідини первинної ланцюга на поршень 3) можна прирівняти силі тиску робочої рідини вторинному ланцюзі на плунжер 4, тобто прийняти
і - робочі площі відповідно поршня 3 в безштокові порожнини циліндра 2 і плунжера 4; .
З (12.1) коефіцієнт перетворення розглянутого поступального гідропреобразователя - відношення тиску робочого середовища у вторинному ланцюзі до тиску в первинному колі - визначиться залежністю
При швидкості прямого ходу гідропреобразователя, яка становить. відношення витрати робочої рідини вторинному ланцюзі до витрати робочої рідини первинної ланцюга без урахування об'ємних втрат (. - об'ємний ККД гідропреобразователя) дорівнює
При прийнятих умовах. потужність потоку робочого середовища первинної ланцюга дорівнює потужності потоку робочого середовища вторинної ланцюга гідропреобразователя, тобто
Для отримання великих значень коефіцієнта перетворення і одночасного забезпечення жорсткості і міцності конструкції використовують поступальні гідропреобразователі з диференціальним поршнем (рис. 12.1, б).
Для наведеної схеми гідропреобразователя коефіцієнт перетворення дорівнює
де і - робочі площі відповідно поршня первинної ланцюга і поршня вторинному ланцюзі гідропреобразователя; ;
- діаметр хвостовика гідропреобразователя.
Виходячи з (12.4), потрібну величину коефіцієнта перетворення при заданих значеннях і можна досягти за необхідне співвідношенням діаметрів і.
Знаходять застосування поступальні диференціальні гідропреобразователі з рухомим циліндром 1 зовнішнім діаметром і нерухомим штоком 2 діаметром (рис. 12.2).
При нехтуванні вагою циліндра 1, умовою його рівноваги є залежність
де і - робочі площі відповідно циліндра 1 і штока 2; .
Нехтуючи, знову ж таки, гідромеханічними і об'ємними втратами в поступальному диференціальному гідропреобразователе і висотою штока 2, коефіцієнт перетворення визначиться залежністю (12.2), а відношення витрат робочої рідини у вторинній і первинній ланцюгах - залежністю (12.3).
Мал. 12.2. Схема поступального диференціального гідропреобразователя
Розглянуті поступальні гідропреобразователі є об'ємними машинами періодичної дії з циклами нагнітання і всмоктування. Для усунення зазначеного недоліку застосовують поступальні гідропреобразователі безперервної дії, якими є гідроциліндри двосторонньої дії з двосторонніми штоками (рис. 12.3).
Мал. 12.3. Схема поступального гідропреобразователя безперервної дії
При витісненні робочої рідини з однієї, навіть дуже, порожнини вторинному ланцюзі з тиском в зовнішню мережу, протилежна порожнину цієї ж ланцюга заповнюється через відповідний зворотний клапан 1 або 2 робочою рідиною первинної ланцюга з тиском. При поперемінної подачі у відповідні порожнини первинної ланцюга робочої рідини з тиском. в зовнішню мережу робоча рідина з тиском нагнітається безперервно по закону подачі однопоршневими насоса прямого двостороннього дії.
У деяких випадках, зокрема, в системі харчування гальм коліс літаків, необхідно зниження тиску робочої рідини зі збільшенням її витрати. У зазначених системах це обумовлено необхідністю забезпечення швидкодії гальм за рахунок значної витрати рідини при її тисках, менших тиску в загальній гідросистемі літака.
Прикладом такого поступального гідропреобразователя може бути двоциліндрова об'ємна машина з циліндрами 1 малого діаметра і 5 великого діаметра (рис. 12.4).
Мал. 12.4. Схема поступального гідропреобразователя - понижувача тиску
Робоча рідини з високим тиском і малою витратою подається в циліндр 1 первинному ланцюзі і під дією гідростатичних сил тиску на рухомий поршень 3 витісняється з циліндра 5 вторинному ланцюзі з низьким тиском і великою витратою. Зворотний хід поршня 3 після припинення живлення циліндра 1 забезпечується зусиллям пружини 6.
Постійна компенсація можливих витоків робочої рідини замкнутої вторинному ланцюзі гідропреобразователя забезпечується через зворотний клапан 2, який відкривається в кінці робочого ходу поршня 3 штирем 4. При цьому робоча рідина з високим тиском в кількості, необхідній для компенсації об'ємних втрат вторинному ланцюзі, потрапляє в циліндр 5. після підвищення тиску в циліндрі 5 понад розрахункового значення, рівновагу поршня 3 порушиться і він переміститься вправо на величину, яка дозволяє закритися зворотного клапана 2.
Для розглянутого поступального гідропреобразователя значення коефіцієнта перетворення менше одиниці, тобто тиск рідини вторинному ланцюзі менше тиску рідини первинної ланцюга
а відношення витрат робочої рідини у вторинній і первинній ланцюгах більше одиниці
У поступальному гідропреобразователе безперервної дії (рис. 12.3) і в поступальному гідропреобразователе - Знижувач тиску (рис. 12.4) в процесі роботи відбувається з'єднання робочих порожнин первинної та вторинної ланцюгів, що суперечить визначенню гідропреобразователя. Але слід мати на увазі, що і в першому і в другому випадках з'єднання робочих порожнин відбувається тільки для їх поповнення робочої рідиною, а не для енергообміну між потоками рідин.