9.1. Способи розвантаження насосів від тиску
У гідроприводах, в яких гідродвигуни працюють недовго, необхідно влаштовувати системи розвантаження насоса від тиску. Завдяки цьому зменшуються експлуатаційні витрати, збільшується ККД системи і підвищується довговічність насоса.
Розвантаження через розподільник здійснюється шляхом з'єднання напірної лінії насоса безпосередньо через розподільник з баком. На рис.9.1, а показаний момент розвантаження насоса за допомогою трипозиційного реверсивного розподільника з електромагнітним керуванням. Розвантаження здійснюється при середньому положенні плунжера за рахунок каналів, зроблених в плунжері золотника.
Розвантаження насоса з утриманням в гідромагістралі усталеного тиску необхідна для гідросистем машин з притиском або затискачем деталей при їх обробці (в верстатобудуванні) або в гідросистемах, де тривалий час має підтримуватися високий тиск при відсутності витрати. У таких випадках застосовують гідроакумулятори. Дана система розвантаження насоса була вже розглянута в п.7.4 на ріс.7.22. Розглянемо ще один варіант розвантаження. На рис.9.1, б представлена гідросхеми, де розвантаження насоса з утриманням тиску в гідромагістралі здійснюється наступним чином. Після притиску штоком поршня вантажу 1 до упору починається зарядка гідроакумулятора 2. В цей же час рідина під високим тиском по лінії управління 3 підводиться до напірного клапана.
Коли тиск досягне значення, на яке налаштований клапан 4, він відкриється і з'єднає напірну лінію з гідробаком. Насос розвантажиться від високого тиску, при цьому зворотний клапан 5 блокує магістраль від зливу, а потрібний тиск підтримується гідроакумулятором 2. Гідроакумулятор при цьому компенсує витоку робочої рідини в гидроаппаратуре і перетікання в гідродвигуні.
Рис.9.1. Принципові схеми розвантаження насоса
Розвантаження насоса в положенні "стоп" виконавчого механізму застосовують у верстатах, що працюють по циклах: робочий хід - "стоп" - реверс - холостий хід. В цьому випадку до гідроциліндра і гідромагістралі необхідно підключити зворотні клапани (рис.9.1, в, г). При досягненні поршнем крайнього правого положення (рис.9.1, в) насос розвантажується по лінії 1-2-3-4-5-6-7, а при досягненні крайнього лівого положення (рис.9.1, г) - по лінії 1-2 -6-8-9-3-7.
9.2. дросельне регулювання
Дуже часто в багатьох робочих процесах необхідно змінювати швидкості руху вихідних ланок гідродвигунів. Зміна швидкості може здійснюватися різними способами. Одним з них є дросельне управління.
Дросельний спосіб регулювання швидкості гідроприводу з нерегульованим насосом заснований на тому, що частина рідини, що подається насосом, відводиться в зливну гідролінію і не робить корисною роботи. Найпростішим регулятором швидкості є регульований дросель, який встановлюється в системі або послідовно з гідродвигуном, або в гідролінії управління паралельно гідродвигуна.
При паралельному включенні дроселя (ріс.9.2, а) робоча рідина, що подається насосом, розділяється на два потоки. один потік проходить через гідродвигун, інший - через регульований дросель.
Швидкість поршня для цієї схеми визначиться виразом
де S - ефективна площа поршня; QН - подача насоса; Sдр - площа прохідного перетину дроселя; μ - коефіцієнт витрати; FН - навантаження на шток поршня; ρ - щільність рідини.
У такій системі при постійній зовнішньої навантаженні fН = const, швидкість руху буде змінюватися від υ min до υmax при зміні Sдр від Sдр max до Sдр = 0. Оскільки в розглянутому гідроприводі тиск на виході насоса залежить від навантаження PH = FH / S і не є постійною величиною, таку систему називають системою зі змінним тиском. Клапан, встановлений в системі, є запобіжним. Ця система дозволяє регулювати швидкість тільки в тому випадку, якщо напрямок дії навантаження протилежно напрямку руху вихідної ланки гідроприводу (негативна навантаження).
Ріс.9.2. Схеми гідроприводів з дросельним керуванням швидкістю:
а - з паралельним включенням дроселя; б - з дроселем на вході
гидродвигателя; в - з дроселем на виході гідродвигуна;
г - з четирехлінейние дросселирующим розподільником
Послідовне включення дроселя здійснюється на вході в гідродвигун, на виході гідродвигуна, на вході і виході гідродвигуна. При цьому у всіх трьох випадках система регулювання швидкості будується на принципі підтримки постійного значення тиску PH на виході нерегульованого насоса за рахунок зливу частини робочої рідини через переливний клапан. Тому система дросельного регулювання з послідовним включенням дроселів отримала назву система з постійним тиском.
Гідропривід з дроселем на вході (ріс.9.2, б) допускає регулювання швидкості тільки при негативній навантаженні. При позитивній навантаженні, спрямованої по руху поршня, може статися розрив суцільності потоку робочої рідини, особливо при заритий дроселі, коли поршень продовжує рух під дією сил інерції.
Швидкість руху поршня в такому гідроприводі визначається виразом
Гідропривід з дроселем на виході (ріс.9.2, в) допускає регулювання швидкості гідродвигуна при знакозмінному навантаженні, так як при будь-якому напрямку дії сили fН зміни швидкості перешкоджає опір дроселя, через який робоча рідина надходить з порожнини гідродвигуна на слив. Для такої схеми включення дроселя швидкість руху вихідної ланки визначиться
При установці дроселя на виході у випадках великих позитивних навантажень тиск перед дроселем може перевищити допустимий рівень. Тому для запобігання системи паралельно дроселя включають запобіжний клапан.
Недоліком дросельного регулювання є те, що при регулюванні частина енергії витрачається на подолання опору в дроселі і запобіжному клапані, внаслідок чого підвищується температура рідини, а це негативно позначається на роботі гідросистеми. При дросельному регулюванні знижується ККД гідроприводу, і відсутня сталість швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна при змінному навантаженні.
9.3. об'ємне регулювання
Для зміни швидкості робочих органів застосовують системи, у яких вся рідина від насосів надходить до гідродвигуна, а регулювання його швидкості досягається зміною робочого об'єму насоса або гідродвигуна.
Ступінчастою регулювання. будучи різновидом об'ємного, зазвичай здійснюється або шляхом підключення до системи різних за продуктивністю насосів (різних по витраті гідродвигунів).
Зміна швидкості переміщення поршня гідроциліндра (рис.9.3) здійснюється в результаті з'єднання одного або декількох насосів 1 з лінією зливу (за допомогою кранів 2). Зворотні клапани 3 в системі відключають розвантажений насос від лінії високого тиску.
Рис.9.3. Об'ємне ступеневу регулювання
Підключення в гідросистему трьох насосів різної продуктивності Q1. Q2 і Q3 дозволяє отримувати до семи значень швидкостей руху вихідної ланки гідродвигуна.
Плавна зміна швидкості руху вихідної ланки гідроприводу реалізується за рахунок зміни робочого об'єму або насоса, або двигуна, або за рахунок зміни робочого об'єму обох машин.
Регулювання шляхом зміни робочого об'єму насоса може бути використано в гідроприводах поступального, поворотного або обертального рухів.
На рис.9.4, а наведена принципова схема гідроприводу поступального руху з замкнутою циркуляцією, в якому регулювання швидкості руху штока гідроциліндра 1 здійснюється за рахунок зміни подачі насоса 4. Вираз для швидкості руху штока при FH / S де Qн - максимальний робочий об'єм насоса; NН - частота обертання насоса; S - ефективна площа поршня гідроциліндра; rс - коефіцієнт об'ємних втрат системи, який визначається зміною об'ємного ККД насоса і гідродвигуна в функції тиску (навантаження); FН - навантаження на шток поршня; Pк - тиск, на яке відрегульовані запобіжні клапани; eн - параметр регулювання насоса, рівний відношенню поточного значення робочого об'єму до максимального робочого об'єму. Зміна напрямку руху вихідної ланки гідроприводу здійснюється завдяки реверсування потоку робочої рідини, що подається насосом (реверс подачі насоса). При цьому необхідно спочатку зменшити подачу насоса до нуля, а потім збільшити її, але в протилежному напрямку. Напорная і зливна гідролінії міняються місцями. Для компенсації витоків в гідроприводі з замкнутою циркуляцією, а також для виключення можливості кавітації на вході в насос використовується допоміжний насос 3, який здійснює подачу робочої рідини в систему гідроприводу через зворотні клапани 5. При такому способі регулювання швидкості зусилля, що розвивається вихідним ланкою гідроприводу, не залежить від швидкості руху. В цьому випадку діапазон регулювання визначається об'ємним ККД гідроприводу, а також максимальної подачею насоса, який визначається його робочим об'ємом. На рис.9.4, б представлена залежність швидкості руху і потужності на вихідному ланці гідроприводу від параметра регулювання при постійному навантаженні. Така система об'ємного регулювання швидкості набула найбільшого поширення в гідроприводах дорожньо-будівельних і підйомно-транспортних машин. Рис.9.4. Гідропривід з регульованим насосом: Регулювання шляхом зміни робочого об'єму гідродвигуна застосовується тільки в гідроприводах обертального руху, де в якості гідродвигуна використовується регульований гідромотор (рис.9.5, а). У цьому випадку регулювання відбувається при постійній потужності, так як зменшення робочого об'єму гідродвигуна збільшує швидкість вихідної ланки гідроприводу і відповідно зменшує крутний момент, що розвивається на вихідному ланці. Частота обертання валу гідромотора nм при P1 де Q м max - максимальний робочий об'єм гідромотора; Eм - параметр регулювання гідромотора; P1 - тиск в напірній гідролінії; rс - коефіцієнт об'ємних втрат (витоків) в системі. З виразу (9.5) випливає, що при Eм → 0 nм зростає до нескінченності. Практично існує мінімальне значення e'M. при якому момент, створюваний гидромотором, стає рівним моменту внутрішнього тертя, і гідромотор гальмується навіть при моменті навантаження, що дорівнює нулю (P1 = 0). На рис.9.5, б представлена залежність частоти обертання і розвивається моменту на валу гідромотора від параметра регулювання при постійному тиску P1. Рис.9.5. Гідропривід з регульованим гидромотором: Регулювання шляхом зміни робочих обсягів насоса і гідродвигуна використовують тільки в гідроприводах обертального руху з регульованим гидромотором. Швидкість вихідної ланки раціонально регулювати таким чином: Зменшення швидкості відбувається в зворотному порядку. Такий спосіб дозволяє отримати великий діапазон регулювання, він має всі переваги і недоліки вище розглянутих схем об'ємного управління. Ріс.9.6. Гідропривід з регульованим насосом і гидромотором На ріс.9.6 представлені принципова схема (а) і характеристика (б) гідроприводу із замкнутою циркуляцією і регульованим насосом і гидромотором. 9.4. комбіноване регулювання Комбіноване регулювання або об'ємно-дросельне регулювання швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна полягає в тому, що в систему дросельного регулювання з постійним тиском встановлюється регульований насос і тиск підтримується постійним нема за сет зливу частини робочої рідини через переливний клапан, а за рахунок зміни подачі насоса. У такій системі регулювання відсутні втрати в переливному клапані. На ріс.9.7 представлена схема гідроприводу поступального руху з об'ємно-дросельним керуванням швидкістю. Постійний тиск PН підтримується шляхом спільної роботи регулятора 1 і аксіально-поршневого регульованого насоса 2. Зміна тиску PН призводить до зміни положення поршня регулятора 1 і пов'язаного з ним похилого диска насоса 2. Зміна положення диска призводить до зміни подачі насоса Q. Ріс.9.7. Гідропривід з об'ємно-дросельним керуванням Тому в такій системі подача насоса завжди дорівнює витраті через гідродвигун і дросель при PН = const. 9.5. Порівняння способів регулювання Порівняльну оцінку різних систем регулювання швидкості гідроприводів доцільно проводити за двома показниками: навантажувальної характеристиці приводу υ = f (FH) і ККД системи регулювання. На рис.9.8, а наведено навантажувальні характеристики, побудовані для гідроприводів з однаковою максимальним навантаженням (1 - система зі змінним тиском, 2 - система постійним тиском, 3 - об'ємне управління). Рис.9.8. Характеристики гідроприводів з різними Так як для керованих гідроприводів найбільший інтерес представляє не значення ККД на одному з режимів роботи, а характер зміни ККД у всьому діапазоні регулювання при різних навантаженнях, то порівняння систем найкраще проводити за характеристиками: де - відношення поточного значення швидкості при даному навантаженні до максимального значення швидкості при тому ж навантаженні. На рис.9.8, б наведені характеристики ККД систем регулювання (1 - паралельне включення дроселя; 2 - послідовне включення дроселя при оптимальному навантаженні; 3 - об'ємно-дросельне управління при оптимальному навантаженні і об'ємне управління), а на рис.9.8, в - залежно ККД системи регулювання від навантаження при максимальній швидкості руху вихідної ланки приводу (1 - паралельне включення дроселя і об'ємне управління; 2 - об'ємно-дросельне управління; 3 - послідовне включення дроселя). Порівняння характеристик на рис.9.8 показує, що гідропривід з об'ємним управлінням має саму стабільну характеристику швидкості у всьому діапазоні зміни навантажень і найвищий ККД системи регулювання у всьому діапазоні регулювання швидкості. Однак вартість регульованих гідромашин вище, ніж нерегульованих, і тому тільки в гідроприводах великої потужності (N> 10 кВт), де виграш в енергетиці компенсує збільшення вартості, доцільно використовувати систему об'ємного управління. У приводах ж невеликої потужності раціонально використовувати системи дросельного регулювання, забезпечивши при цьому стабільність швидкості при зміні навантаження.
а - принципова схема; б - залежність швидкості і тиску
від параметра регулювання; 1 - гідроциліндр; 2 - запобіжний клапан;
3 - допоміжний насос; 4 - регульований насос; 5 - зворотний клапан
а - принципова схема; б - залежність швидкості і тиску
від параметра регулювання
1) запустити приводний двигун при eн = 0;
2) для страгивания і розгону вихідної ланки приводу змінити eн від 0 до 1 при Eм = 1;
3) подальше збільшення швидкості здійснювати шляхом зміни Eм від 1 до e'M при eн = 1.
швидкістю вихідної ланки гідродвигуна
способами управління швидкістюСхожі статті