3. Объемный гидропривод, принцип действия и основные понятия
Гидроприводы в зависимости от типа используемых в них гидромашин делятся на объемные гидроприводы и гидродинамические передачи.
Объемный гидропривод – это гидропривод, в котором используются объемные гидромашины. Принцип действия объемного гидропривода основан на практической несжимаемости рабочей жидкости и на ее свойстве передавать давление по всем направлениям в соответствии с законом Паскаля.
Рассмотрим работу простейшего объемного гидропривода, принципиальная схема которого приведена на рис. 11.1. Он состоит из двух гидроцилиндров 1 и 2, расположенных вертикально. Нижние полости в них заполнены жидкостью и соединены трубопроводом.
Пусть поршень гидроцилиндра 1, имеющий площадь S1, под действием внешней силы F1 перемещается вниз с некоторой скоростью v1. При этом в жидкости создается давление р = F1/ S1. Если пренебречь потерями давления на движение жидкости в трубопроводе, то это давление передается жидкостью по закону Паскаля в гидроцилиндр 2 и на его поршне, имеющем площадь S2, создает силу, преодолевающую внешнюю нагрузку F2 = pS1
Считая жидкость несжимаемой, можно утверждать, что количество жидкости, вытесняемое поршнем гидроцилиндра 1 (расход Q = v1S1) поступает по трубопроводу в гидроцилиндр 2, поршень которого перемещается со скоростью v2 = Q/ S2 направленной вверх (против внешней нагрузки F2).
Если пренебречь потерями энергии в элементах гидропривода, то можно утверждать следующее. Механическая мощность N1=F1v1 затрачиваемая внешним источником на перемещение поршня гидроцилиндра 1, воспринимается жидкостью, передается ею по трубопроводу и в гидроцилиндре 2 совершает полезную работу в единицу времени против внешней силы F2 со скоростью v2 (реализуется мощность N2=F2v2). Этот процесс можно представить в виде следующего уравнения мощностей:
Таким образом, гидроцилиндр 1 в рассмотренном случае работает в режиме насоса, т.е. преобразует механическую энергию привода в энергию потока рабочей жидкости, а гидроцилиндр 2 совершает обратное действие – преобразует энергию потока жидкости в механическую работу, т.е. выполняет функцию гидродвигателя.
На основании анализа работы этого простейшего объемного гидропривода, а также принимая во внимание задачи, которые
необходимо решать по управлению гидроприводом и обеспечению его работоспособности, можно заключить, что реальный объемный гидропривод обязательно должен включать в себя следующие элементы или группы элементов (число перечисленных ниже элементов в составе гидропривода не ограничивается):
энергопреобразователи – устройства, обеспечивающие преобразование механической энергии в гидроприводе: гидромашины, гидроаккумуляторы и гидропреобразователи;
гидросеть – совокупность устройств, обеспечивающих гидравлическую связь элементов гидропривода: рабочая жидкость, гидролинии, соединительная арматура и т.п.;
кондиционеры рабочей среды – устройства для поддержания заданных качественных показателей состояния рабочей жидкости (чистота, температура и т.п.): фильтры, теплообменники и т.д.;
гидроаппараты – устройства для изменения или поддержания заданных значений параметров потоков (давления, расхода и др.):
гидродроссели, гидроклапаны и гидрораспределители.
По виду источника энергии жидкости объемные гидроприводы делятся на три типа.
1. Насосный гидропривод – в нем источником энергии жидкости является объемный насос, входящий в состав гидропривода. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с разомкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак, из которого всасывается насосом) и с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает сразу во всасывающую гидролинию насоса).
2. Аккумуляторный гидропривод – в нем источником энергии жидкости является предварительно заряженный гидроаккумулятор. Такие гидроприводы используются в гидросистемах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов (например, гидропривод рулей ракеты).
3. Магистральный гидропривод – в этом гидроприводе рабочая жидкость поступает в гидросистему из централизованной гидравлической магистрали с заданным располагаемым напором (энергией).
Гидроприводы подразделяются также по виду движения выходною звена. Выходным звеном гидропривода считается выходное звено гидродвигателя, совершающее полезную работу. По этому признаку выделяют следующие объемные гидроприводы:
поступательного движения – в них выходное звено совершает возвратно-поступательное движение;
вращательного движения – в них выходное звено совершает вращательное движение;
поворотного движения – в них выходное звено совершает ограниченное (до 360°) возвратно-поворотное движение (применяются крайне редко).
Если в гидроприводе имеется возможность изменять только направление движения выходного звена, то такой гидропривод называется нерегулируемым. Если в гидроприводе имеется возможность изменять скорость выходного звена, как по направлению, так и по величине, то такой гидропривод называется регулируемым.