Введение

В методических указаниях к лабораторной работе «Изучение устройства объемного гидропривода» изложен, принцип действия ОГП, шестеренчатого насоса, гидрораспределителя золотникового типа, напорных (предохранительных) гидроклапанов, обратного клапана, дросселей, фильтра, описана экспериментальная установка.

1 Цель работы

Цель работы - изучить устройство и принцип действия объемного гидропривода (ОГП) возвратно-поступательного и вращательного движения с дроссельным регулированием, собрать и разобрать ОГП на стенде, вычертить гидравлические схемы.

2.Основные элементы объемного гидропривода и их назначение

Гидроприводом называется совокупность гидравлических механизмов, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости.

Гидроприводы состоят из гидропередачи, устройств управления, вспомогательных устройств и гидролиний.

Основой объемного гидропривода является объемная гидропередача. В ней в основном используется энергия давления (P/pg): механическая энергия приводящего двигателя преобразуется в основном в энергию давления жидкости, которая рабочей жидкостью передается объемному гидродвигателю и реализуется в виде работы, совершаемой выходным звеном этого гидродвигателя.

Объемные гидроприводы нашли широкое применение в строительных и дорожных машинах, а также в других отраслях народного хозяйства. Это объясняется в первую очередь тем, что на выходном звене гидродвигателей можно развить значительные усилия и крутящие моменты.

Объемная гидропередача, являющаяся силовой частью ОГП, состоит из объемного насоса (преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию давления потока жидкости) и объемного гидродвигателя (преобразователя энергии давления потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена).

В состав объемной гидропередачи могут входить гидроаккумуляторы, гидропреобразователи.

Устройства управления предназначены для управления потоком жидкости и различными устройствами гидропривода. При этом под управлением потоком понимают изменение и поддержание на определенном уровне давлений расхода жидкости в гидросистеме.

К устройствам управления относятся:

гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости и обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей;

гидроклапаны давления (напорный, редукционный и другие клапаны), предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости;

гидроаппараты управления расходом (дроссели, направляющие клапаны, синхронизаторы расходов и т.д.), при помощи которых изменяют параметры потока рабочей жидкости.

Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу ОГП. К ним относятся кондиционеры рабочей жидкости<{фильтры, теплообменные аппараты и воздухоспускные устройства, уплотнители, обеспечивающие герметизацию гидросистемы, гидроемкости (гидробаки, гидроаккумуляторы)) и т.д.

Гидролинии предназначены для движения рабочей жидкости или передачи давления от одного элемента к другому. В зависимости от функционального назначения гидролинии подразделяются на всасывающие, напорные, сливные, дренажные и управления.

Описание экспериментальной установки.

Устройство и принцип действии шестеренного насоса, гидрораенределителн золотникового типа, фильтра, напорного(предохранительного) клапана,обратного клапана,

дросселей

1. Бак;

2. Шестеренный насос;

3. Дроссель;

4. Обратный клапан;

5. Гидрораспрелелитель золотникового типа;

6. Гидромотор;

7. Фильтр;

8. Расходомер;

Манометры.

Шестеренный насос состоит из алюминиевого корпуса 8, в расточках которого расположены ведущая 7 и ведомая 1 шестерни с валиками. Цифры этих валиков опираются на бронзовые втулки 2 и 6, которые являются подшипниками скольжения и уплотняют торцевые поверхности шестерен. В насосах этого типа применена автоматическая компенсация зазоров между втулками и шестернями в зависимости от развиваемого нагнетания насоса. Жидкость из полости нагнетания подается в камеру 3 между крышкой насоса 4 и втулками и прижимает втулки к торцам шестерен, уменьшая зазоры между ними с повышением давления нагнетания. Со стороны шестерен на втулки также действуют силы давления жидкости, которые меньше сил давления на втулки со стороны крышки насоса. Результирующая этих сил и прижимает соприкосновения торцов шестерен и втулок неодинаково (в области камеры всасывания меньше, чем в области камеры нагнетания), площадь камеры 3 со стороны противоположной камеры всасывания, во избежание переноса втулок 2 и б, искусственно уменьшается путем введения резинового уплотнительного кольца 9 на величину заштрихованной на рисунке площади.

Камера, ограниченная уплотнительным кольцом 9, соединяется отверстием 10 с полостью всасывания насоса. Уплотнение между корпусом 8 и крышкой 4 осуществляется с помощью резинового кольца 5. Уплотнение приводного вала осуществляется с помощью резинового манжета 11, закрепленного металлическим кольцом 12.

Работа насоса происходит следующим образом. Вращение ведущей шестерни 7 передается на ведомую I, При вращении шестерен в полости всасывания зубья шестерен выходят из впадин, а эти впадины заполняются перекачиваемой жидкостью. Затем эта жидкость переносится зубьями шестерен к полости нагнетания. Здесь зубья шест ерен входят во впадины и вытесняют из них жидкость в напорную магистраль. Защемленная во впадинах зубьев жидкость по каналам 13 перетекает в полость нагнетания.

В гидрораспределителе переключение осуществляется рукояткой 1, которая при помощи серьги 2 шарнирно присоединяется к золотнику 10. С корпусом 6 рукоятка шарнирно соединена ушком II. Гидрораспределители с ручным управлением могут быть двух-, трех- и четырехпозиционными. Для фиксации каждого положения золотника служит шариковый фиксатор 9, помещенный в задней крышке 8. Утечки жидкости по золотнику со стороны передней крышки 3 исключаются манжетным уплотнением. Рабочая жидкость подводится к отверстию 5, а отводится через отверстие 4. Канал 7 дренажный, служит для отвода утечек. Гидрораспределители с ручным управлением применяют в машинах ручного управления, когда продолжительность операций в различные циклы неодинакова

Пластинчатый фильтр состоит из корпуса 1, крышки 2 и оси 3, на которой закреплен пакет фильтрующих элементов. Крышка, имеющая отверстия для подвода и отвода рабочей жидкости, крепится к корпусу болтами, а стык между ними уплотняется резиновым кольцом 4. Пакет фильтрующих элементов состоит из набора основных 5 и промежуточных 6 пластин. Рабочая жидкость поступает в корпус фильтра и через щели между основными и промежуточными пластинами попадает во внутреннюю полость фильтра, образованную врезами в основных пластинах. При протекании рабочей жидкости через щели, содержащиеся в ней механические примеси задерживаются.

Таким образом, тонкость очистки определяется размером щели, то есть толщиной промежуточных пластин. Для их очистки служат скребки 7, укрепленные на шпильке 8. При этом скребки 7, помещенные между основными и промежуточными пластинами, очищают слой загрязнения на входе в щели. Скопившаяся грязь удаляется через отверстие, закрываемое пробкой 9.

Напорные (предохранительные) гидроклапаны предназначены для ограничения давления в приводимых к ним потоках рабочей жидкости. На рисунке приведены принципиальные схемы напорных клапанов прямого действия с шариковым, конусным, плунжерным и тарельчатым рабочими органами.

Клапан состоит из запорно-регулирующего элемента 1 (шарика, конуса и т.д.), пружины 2. натяжение которой можно изменять регулировочным винтом 3. Отверстие 4 корпуса 5 соединяется с гидролинией высокого давления, а отверстие 6 - со сливной линией. Часть корпуса, с которой запорно-регулируюший элемент приходит в соприкосновение, называется седлом (посадочным местом).

При установке клапана в гидросистему пружина затягивается так, чтобы создаваемое ею давление р_к было больше рабочего на 10 - 20%.

При повышении давления в гидросистеме сверх регламентированного запорно-регулирующий элемент клапань перемещается, преодолевая усилие пружины; гидролиния высокого давления соединяется со сливной, и вся рабочая жидкость поступает на слив. Как только запорно-регулируюший элемент клапана оторвется от седла, давление жидкости рн„ перед ним уменьшится, а давление р_с за клапаном возрастет. Одновременно подъем запорно-регулируюшего элемента клапана вызывает дополнительное сжатие пружины и увеличение создаваемого ею усилия на (с- жесткость пружины, т.e. сила, необходимая для деформации пружины, х - деформация пружины, равная осевому смещению запорно-pегулирулирующего элемента клапана). Под действием новых сил клапан опустится в седло, и. если причина, вызвавшая повышение давления, не будет устранена, процесс повторится. Возникает вибрация этого элемента клапана, сопровождающаяся ударами о седло и колебаниями давления жидкости в гидросистеме. Вибрация и удары служат причиной износа клапанов и потери ими герметичности. Более других этому подвержены шариковые и конические напорные клапаны. Колебания давления в гидросистеме, вызванные неустановившейся работой напорных клапанов, могут вызвать также и усталостные разрушения труб или других устройств. Вибрация и сила удара запорно-регулирующего элемента клапана о седло зависят от контролируемого этим клапаном давления, от расхода жидкости и конструктивных параметров самого клапана.

Для уменьшения силы удара и частоты колебания клапана применяют специальные гидравлические демпферы. Вариант такого демпфера приведен на рисунке (б, г). Устройство состоит из камеры 7, в которой перемещается плунжер 8. Камера заполнена жидкостью. Со сливной линией эта камера соединяется калиброванным отверстием 9 диаметром 0,8 - 1 мм.

При открывании клапана плунжер вытесняет жидкость из камеры демпфера. Создаваемое при этом гидравлическое сопротивление, пропорциональное скорости движения плунжера, уменьшает частоту колебаний, силу удара запорно-регулирующего элемента клапана и частично или полностью устраняет его вибрацию. Демпфирующее влияние на клапан оказывают также и силы трения плунжера о направляющие. Давление, при котором клапан открывается, больше давления, при котором он закрывается. Разница этих давлений определяет гистерезис напорного (предохранительного) клапана.

Размеры напорных клапанов прямого действия зависят от контролируемого ими давления и расхода. С увеличением р и Q размеры клапанов и их пружин увеличиваются, а работа самих клапанов становится более неустойчивой. Поэтому напорные клапаны прямого действия применяют при сравнительно невысоких давлениях и расходах. Достоинством этих клапанов является их быстрое реагирование на повышение давления в гидросистеме сверх установленного, поскольку поток жидкости воздействует непосредственно на запорно-регулирующий элемент клапана.

Обратным клапаном называется направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания рабочей жидкости только в одном направлении. Так же, как и напорные, обратные клапаны могут иметь шариковый, конусный, тарельчатый или плунжерный запорно-регулирующие элементы.

В соответствии со своим назначением обратный клапан должен быть герметичным в закрытом положении, то есть в исходном положении запорно- регулирующего элемента. Для достижения абсолютной герметичности в закрытом положении применяют обратные клапаны с двумя, а иногда даже с гремя последовательно соединенными запорно-регулируюшими элементами в виде плунжера и конуса.

Пружина обратных клапанов нерегулируемая, ее сила натяжения должна обеспечивать лишь преодоление сил трения и инерцию, а также быстрое возвращение в исходное положение запорно-регулирующего элемента. В гидросистемах, в которых клапан располагается вертикально, могут быть применены обратные клапаны и без пружины. В этих клапанах возвращение в исходное положение запорно-регулирующего элемента осуществляется под действием собственного веса этого элемента.

В гидросистемах машин различного типа широкое распространение получили клапаны с конусным запорно-регулирующим элементом.

При подводе рабочей жидкости к отверстию 1 клапан 5 поднимается над седлом 2, преодолевая силу натяжения пружины 4. Жидкость свободно проходит к отверстию 3. При изменении направления потока рабочей жидкости рабочий орган прижат к седлу и блокирует отверстие 1.

а - канавочного; б - игольчатого; в - пластинчатого; г - щелевого;

д- пакетного пластинчатого; е - комбинированного; ж - с эксцентричной проточкой; з - условное обозначение;

1. - корпус;

2. - винт;

3. - игла;

4. - диафрагма;

5. - пластина;

6. - втулка;

7,8 - детали дросселя.

Дроссели и регуляторы потока предназначены для регулирования скорости движения выходного звена гидродвигателя. Кроме того, дроссели как конструктивный элемент входят в состав другой регулирующей и распределительной аппаратуры.

Дроссели могут быть выполнены по двум принципиальным схемам, Линейные дроссели - это дроссели, в которых потери давления пропорциональны расходу жидкости. В таких дросселях режим движения жидкости ламинарный, а потери давления определяются в основном потерями по длине. Измеряя длину канала, по которому движется жидкость, можно изменить потери давления, следовательно, и расход через дроссель. В этих дросселях реализуется следующая функциональная зависимость расхода Q от давления р перед дросселем - О к,р (к, - коэффициент, зависящий от конструкции

дросселя).

Потери давления в линейных дросселях в основном определяются вязкостным сопротивлением.

Гак как вязкость рабочих жидкостей, применяемых в промышленном гидроприводе, меняется с изменением температуры, линейные дроссели имеют нестабильную расходную характеристику Q f (р) и их применение ограниченно. В качестве примера линейного дросселя можно назвать канавочный дроссель (см. рисунок). В этом дросселе жидкость движется по винтовой прямоугольной канавке, длину которой можно изменять поворотом винта. Чем меньше длина пути, тем больше расход жидкости через дроссель и наоборот. Площадь живого сечения и длину канала устанавливают из условия получения в дросселе требуемого перепада давлений и исключения засоряемости канала механическими примесями, содержащимися в рабочей жидкости.

В канавочных дросселях за счет увеличения длины канала можно увеличить площадь его живого сечения, исключив тем самым возможность засорения дросселя.

Нелинейные дроссели характеризуются тем, что режим движения жидкости в них турбулентный, а перепад давлений практически пропорционален квадрату расхода жидкости. В таких дросселях потери давления определяются деформацией потока жидкости и вихреобразования, вызванными местными сопротивлениями. Изменение перепада давления, а следовательно, и изменение расхода жидкости через дроссель достигается изменением или площади проходного сечения, или числа местных сопротивлений.

К нелинейным относятся также и комбинированные дроссели, в которых потери по длине и местные потери соизмеримы между собой и в равной мере оказывают влияние на расход жидкости через дроссель. На характеристику комбинированных дросселей влияет вязкость рабочей жидкости. Поэтому такие дроссели целесообразно применять в гидросистемах, в которых температура рабочей жидкости изменяется в небольших пределах.

На рисунке приведены принципиальные схемы регулируемых и нерегулируемых дросселей. В этих дросселях длина пути движения жидкости сведена к минимуму, благодаря чему потери давления и расход практически не зависят от вязкости жидкости в широком диапазоне температур и изменяются только при изменении площади проходного сечения щели или отверстия.

Для того чтобы дроссель отвечал своему назначению, скорость движения жидкости в рабочем окне дросселя должна быть в 9 - 10 раз больше скорости в подводящих трубопроводе или канале. Важной характеристикой дросселей является их равномерная и устойчивая работа при малых расходах.