1. Гидравлические системы. Гидропривод
1.1. Общие сведения о гидравлическом приводе. Основные понятия и определения
ГП (гидропривод) – это гидравлическая система - совокупность ГМ (гидромашин) с соответствующей регулирующей и распределительной гидроаппаратурой, вспомогательных устройств и гидролиний (трубопроводов), предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости на расстояние.
При помощи ГП можно передавать и преобразовывать энергию с одновременным выполнением функции регулирования и реверсирования скорости выходного звена, а также преобразовывать один вид движения в другой.
Энергия – величина, характеризующая состояние системы. Состояние системы меняется, когда в системе тел производится работа. Различают два вида механической энергии: кинетическую - энергию движения, зависящую от относительной скорости тел, и потенциальную – энергию положения, зависящую от относительного расположения тел.
Любые сложные системы, раскладывают на подсистемы различного уровня. В ГП выделяют: 1. гидропередача; 2. гидроаппаратура; 3. вспомогательные устройства.
1. Гидравлическая передача - это составная силовая часть ГП, которая состоит из ГМ и гидролиний, она на входе преобразует механическую энергию в гидравлическую, которая передается жидкостью, затем на выходе снова переходит в механическую, приводящую в действие исполнительные механизмы.
По принципу рабочего процесса гидравлические передачи подразделяются на объемные и гидродинамические.
2. Гидроаппаратура – это устройства управления ГП, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и низких давлений жидкости. К гидроаппаратуре относятся дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители – устройства для изменения направления потока жидкости.
3. Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры РЖ (рабочей жидкости), обеспечивающие ее качество и состояние. Это различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы.
Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется РЖ.
1.2. Объемный гидропривод
ОГП (объемный гидропривод) - это совокупность объемных ГМ, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.
Принцип действия ОГП основан на малой сжимаемости капельных жидкостей и передаче давления в них по закону Паскаля – давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости и по всем направлениям одинаково.
Схема простейшей гидропередачи приведена на рис. 1.1. Два цилиндра 1 и 2 заполнены жидкостью и соединены между собой трубопроводом. Поршень цилиндра 1 под действием силы F1 перемещается вниз на расстояние h1, вытесняя жидкость в цилиндр 2. Поршень цилиндра 2 преодолевает силу F2 и поднимается на h2.
Рис.1.1. Схема простейшей гидропередачи
Если пренебречь потерями давления в системе, то по закону Паскаля давление в цилиндрах будет одинаковым и равным
1. Р = F1 / S1 = F2 / S2, [Па = Н/м2]
где S1 и S2 – площади поршней цилиндров 1 и 2 в м2.
Часто применяют мегапаскаль – 1 МПа = 106 Па.
Считая жидкость практически несжимаемой, можно записать
2. q = S1 h1 = S2 h2 или 3. Q = S1V1 = S2V2,
где q – рабочий объем в м3; h – ход поршней в м: Q – подача (расход) жидкости в м3/с; V – скорости перемещения поршней в м/с.
Мощность, затрачиваемая на перемещение поршня в цилиндре 1, выражается соотношением
4. N = F1 V1 = Р S1V1. [Вт = Нм/с]
Так как расход жидкости Q = S1V1, то условие передачи энергии (при отсутствии сил трения) можно представить в виде
5. N = F1 V1 = Р Q = F2 V2,
где РQ – мощность потока жидкости; F2V2 – мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2, т.е. это работа выходного звена, отнесенная к единице времени.
Гидравлическое передаточное число, равное отношению сил на выходе и входе гидропередачи, можно представить как отношение диаметров цилиндров (в квадрате) во второй степени. (Механическое передаточное число равно отношению плеч действия сил в первой степени). Учитывая F = Р S, получим
6. Uг = F2 / F1 = (S2/ S1) = (πd22/4) / (πd12/4) = (d2 / d1)2.
Каждый ОГП содержит источник энергии, т.е. жидкость под давлением. По виду источника энергии ОГП разделяют на три типа: насосный, аккумуляторный и магистральный.
1. Насосный ГП – это ОГП, в котором РЖ подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого ГП. Он применяется наиболее широко.
Термин насосный ГП включает в себя понятие объемная гидропередача – это часть насосного ГП, состоящая из насоса, гидродвигателя (одного или нескольких) и связывающих их гидролиний.
Для привода насоса в насосном ГП могут быть использованы различные двигатели. В связи с этим, если в понятие насосного ГП включают также приводной двигатель, то в зависимости от типа этого двигателя различают электрогидропривод, турбогидропривод, дизельгидропривод и т.д.
2. Аккумуляторный ГП – в нем РЖ подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие ГП используют в системах с кратковременным рабочим циклом или ограниченным числом циклов.
3. Магистральный ГП – в нем РЖ поступает в гидродвигатель из гидромагистрали. Напор РЖ в гидромагистрали создается насосной станцией, состоящей из одного или нескольких насосов и питающей несколько ГП.