735
.pdf
Гидравлические и пневматические линии (трубопроводы и каналы)
Всасывающие, напорные, сливные |
Управления и дренажные |
Соединения гидравлических и пневматических линий
Тройник |
Крестовина |
Гибкий трубопровод |
Поворотное соединение линий |
Пересечения линий |
Однолинейное Многолинейное
Кондиционеры
Гидробак под атмосферным давлениФильтр ем со сливным трубопроводом ниже
уровня рабочей жидкости
Гидробак с давлением выше атмоОхладитель сферного со сливным трубопроводом
ниже уровня рабочей жидкости
Аккумулятор с давлением выше атмосферного пневРесивер (пневматический аккумулятор) могидравлический
Насосы и двигатели гидравлические и пневматические
Насосы регулируемые и нерегулируемые с постоянным направлением потока
Насос регулируемый с переменным направлением потока
Пневмомоторы регулируемые и нерегулируемые с переменными направлением потока и направлением вращения вала (реверсивные)
Гидромоторы регулируемые и нерегулируемые с переменными направлением потока и направлением вращения вала
Компрессор
Цилиндр двустороннего действия с односторонним штоком гидравлический
11
Клапаны и распределители
Обозначения управления клапанами и распределителями
Управление мускульной силой без уточнения типа
Гидравлическое управление – непрямое и прямое
Управление мускульной силой с фиксацией позиций (применительно к четырёхпозиционному распределителю)
Электрическое управление (электромагнит с одной обмоткой)
Комбинированное управление (электромагнитное и непрямое гидравлическое)
Комбинированное управление (непрямое гидравлическое с ручным дублированием)
Обозначения распределителей и клапанов
Распределитель трехпозиционный четырехлинейный с открытым центром
Распределитель трехпозиционный, четырехлинейный, с закрытым центром, дросселирующий
Распределитель трехпозиционный, четырехлинейный, с электрогидравлическим управлением и закрытым центром (обозначение детальное)
Распределитель четырехлинейный, трехпозиционный с электрогидравлическим управлением и закрытым центром (обозначение упрощенное)
Делитель
расхода
Клапан
обратный
Клапан «ИЛИ»
Гидрозамок односторонний (клапан обратный управляемый)
Клапан предохранительный, прямого действия, регулируемый
Вентиль
Клапан быстрого выхлопа воздуха
Гидрозамок двусторонний (клапан обратный управляемый)
Клапан редукционный, двухлинейный, прямого действия, регулируемый
Дроссель
регулируемый
12
Приборы контрольно-измерительные
Указатель
Манометр
давления
Переключатель
манометра
Термометр Расходомер
1.6. Типовые схемы объёмных гидропередач
Разомкнутая гидропередача с нереверсивным гидромотором (рис. 1.8, а).
При работающем насосе Н и неработающем гидромоторе М вентиль ВН открыт, масло течёт через элементы: Б – Н – ВН – Ф – Б. Для пуска гидромотора вентиль ВН закрывают и тогда масло течёт: Б – Н – М – Б.
Для остановки гидромотора вентиль ВН открывают. Вал гидромотора и рабочий орган некоторое время движутся по инерции, гидромотор переходит в режим насоса. Образуются два потока: с постоянным расходом в контуре Б – Н – ВН – Ф – Б; с убывающим расходом в контуре М – КО – М. Рабочий орган и гидромотор постепенно останавливаются вследствие потери энергии при движении масла в контуре М – КО – М.
а) |
б) |
Рис. 1.8. Схемы простейших разомкнутых гидропередач: а – с нереверсивным гидродвигателем; б – с реверсивным двигателем
Разомкнутая гидропередача с реверсивным гидродвигателем (рис. 1.8, б).
Для пуска, остановки и реверсирования гидродвигателя применён четырехлинейный трехпозиционный распределитель Р с открытым центром. При нейтральной позиции распределителя масло течёт через элементы: Б – Н – Р – Ф – Б, при этом шток гидроцилиндра находится в покое. Для включения гидроцилиндра распределитель переводят в однуиз рабочихпозиций.
Защита гидропередач от недопустимо больших перегрузок
В гидропередаче может возникать давление, существенно превышающее номи-
нальное. Такое повышение давления называют перегрузкой. До некоторых пределов перегрузка не опасна, привод способен её преодолеть без отрицательных последствий. Но могут возникать такие перегрузки, от которых первичный двигатель, гидропередача и рабочий орган должны быть надёжно защищены.
Различают перегрузки:
– активные – возникают при работе привода в случае возрастания нагрузки на рабочем органе выше номинальной величины;
13
–реактивные – возникают при передаче нагрузок на запертые (неработающие) гидродвигатели от работающих гидродвигателей машины. К примеру, при копании грунта поворотом ковша экскаватора запертые гидроцилиндры поворота рукояти и подъёма стрелы могут быть существенно перегружены. Они в это время фиксируют рукоять и стрелу и работают как стержни на сжатие или растяжение. В их запертых полостях при этом возникает давление, которое может быть значительно больше номинального;
–инерционные при разгоне – возникают при включении гидродвигателя. При разгоне привод преодолевает не только статическое, но и инерционное сопротивления разгону гидродвигателя, механических передач и рабочего оборудования;
–инерционные при торможении – возникают при выключении гидродвигателя. Распределитель переводят из рабочей в нейтральную запирающую позицию, при которой линии гидродвигателя оказываются перекрытыми. Рабочий орган и гидродвигатель движутся по инерции, гидродвигатель переходит в режим насоса. Внутри гидродвигателя и в одной из подведённых к нему гидролиний может возникнуть недопустимо большое давление;
–тепловые – возникают при повышении температуры масла в запертой ёмкости, например, полости гидродвигателя. Нагревание может быть, например, от солнечных лучей. При нагревании ёмкость и масло расширяются, однако коэффициент температурного расширения масла значительно больше, чем у стали, из которой выполнена ёмкость. В результате даже при небольшом повышении температуры в запертой ёмкости существенно повышается давление.
Для защиты от недопустимо больших перегрузок гидропередачи имеют первичную и вторичную защиты.
Первичная защита выполнена в виде предохранительного клапана КП, соединённого входом с напорной линией насоса, а выходом – со сливной линией до охладителя
ифильтра (см. рис. 1.8, а, б). Она защищает дизель, насос, трубопроводы, клапаны, гидродвигатель и рабочий орган от активных перегрузок при работе и инерционных перегрузок при разгоне.
При активной перегрузке открывается КП, масло идёт через элементы Б – Н – КП –
Ф– Б, гидродвигатель и рабочий орган останавливаются.
Вмомент включения рас-
a) |
б) |
пределителя в рабочую позицию |
|
|
|
выходное |
звено гидродвигателя |
|
|
неподвижено, поэтому в напор- |
|
|
|
ной линии быстро повышается |
|
|
|
давление до значения, при кото- |
|
|
|
ром открывается клапан КП. |
|
Рис. 1.9: а – изменение расхода через КП первичной защиты |
Масло через КП идёт из напор- |
||
ной линии в сливную, при этом |
|||
|
и гидродвигатель во время разгона; |
давление в напорной линии ко- |
|
|
б – изменение давления в напорной линии |
леблется |
относительно макси- |
|
|
||
мального значения рmax (давления настройки КП). Одновременно силой этого давления начинается разгон гидродвигателя. По мере разгона расход масла, идущего в гидродвигатель, увеличивается, а через КП — уменьшается. Когда разгон окончен, всё масло от насоса идёт в гидродвигатель, КП закрывается.
На рис. 1.9, а показано изменение расхода Qкп через КП и расхода Qц в гидродвигатель (например, гидроцилиндр) за время разгона tр. На рис. 1.9, б показано изменение давления в напорной линии за время разгона. В начале разгона возможен скачок давления до пикового значения рпик > рmax, где рmax – давление настройки предохранительного клапана. Некоторое превышение пикового давления над давлением настройки КП объясняется инерцией клапана.
14
После открытия КП и всё время разгона давление масла в напорной линии колеблется около значения рmax, на которое настроен клапан. По окончании разгона давление уменьшается до рабочего значения р, зависящего от нагрузки на рабочий орган.
Вторичная защита защищает от реактивных, тепловых и инерционных при торможении перегрузок. Её выполняют в виде совокупности предохранительных и обратных клапанов и соединяют с линиями гидродвигателя за распределителем Р
(рис. 1.10).
Необходимость вторичной защиты вызвана тем, что реактивные, инерционные при торможении и тепловые перегрузки возникают за распределителем, поставленным в нейтральную запирающую позицию. Первичная защита расположена до распределителя и защитить от этих перегрузок не может.
Вторичная защита в приводах с гидромотором срабатывает в основном из-за инерционных перегрузок при торможении. При переводе распределителя из рабочей в нейтральную позицию подводящие к гидромотору линии перекрываются. Рабочий орган и ротор гидромотора продолжают движение по инерции. Гидромотор переходит в режим насоса. Линия, которая при работе в режиме гидромотора была напорной, становится всасывающей, а бывшая сливная – напорной. Но обе эти линии перекрыты распределителем.
Если при торможении открывается клапан КП1 (см. рис. 1.10), масло течёт через элементы: М (режим насоса) – КП1 – КО1 – М. Одновременно из сливной линии гидросистемы в этот контур через КО1 приходит расход масла, равный расходу дренажных утечек гидромотора М. Аналогично, но через КП2 и КО2 течёт масло при срабатывании клапана КП2. В гидросистемах некоторых машин блок БВЗ соединён не со сливной линией, а со специальным подпиточным насосом, поддерживающем в линии подпитки небольшое избыточное давление для лучшего заполнения рабочих камер мотора М при его работе в режиме насоса при торможении.
Чем выше давление настройки клапанов вторичной защиты, тем интенсивнее торможение.
Если от насоса запитан один гидродвигатель, вторичную защиту настраивают на давление не ниже давления первичной защиты.
За время работы вторичной защиты может существенно повыситься температура масла в контуре М – КП – КО – М. Это объясняется тем, что кинетическая энергия рабочего органа и гидродвигателя в процессе торможения переходит в тепловую энергию малого объёма масла, содержащегося в этом контуре. Если перегрев возможен, а это бывает в мощных гидроприводах с массивными рабочими органами, то в контур вторичной защиты ставят охладитель масла. Нагревание масла в таком контуре существенно меньше при использовании механических тормозов, установленных на валу гидромотора.
Вторичная защита в приводах с гидроцилиндром срабатывает в основном из-за реактивных перегрузок. У гидроцилиндра объём поршневой полости больше объёма штоковой. Поэтому при срабатывании КП1 (см. рис. 1.10) часть масла сливается из поршневой полости в штоковую, а часть в бак. Масло течёт через элементы:
)
15
При срабатывании КП2 объёма масла, выходящего из штоковой полости, недостаточно для заполнения поршневой полости. Недостающий объём берётся из сливной линии:
Схемы с открытым центром
В схеме с открытым центром распределитель при постановке в нейтральную позицию соединяет напорную и сливную линии. Это обеспечивает автоматическую раз-
грузку (полное снятие нагрузки) насоса и его привода при выключении гидродвигателя.
Схемы с открытым центром бывают для индивидуального, параллельного и последовательного соединения гидродвигателей.
a) |
|
б) |
|
в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.11. Схемы с открытым центром:
а – для индивидуально соединения гидродвигателей; б – для параллельного соединения гидродвигателей; в – для последовательного соединения гидродвигателей
В схеме для индивидуального соединения (рис. 1.11, а) при переводе распредели-
теля Р1 в рабочую позицию будет включён гидромотор М, при этом распределитель Р2 обесточен. Включить гидроцилиндр Ц можно только при выключенном гидромоторе М, т.е. при нейтральной позиции распределителя Р1.
При параллельном соединении (рис. 1.11, б) распределители Р1 и Р2 одновременно соединены с напорной линией. При переводе распределителей Р1 и Р2 в рабочие позиции оба гидродвигателя будут соединены с напорной и сливной линиями. Однако одновременная работа гидродвигателей при таком соединении практически невозможна. Это объясняется тем, что давление в напорных линиях гидродвигателей не бывают одинаковым. Масло от насоса пойдёт к тому гидродвигателю, где требуется меньшее давление. Для надёжной параллельной работы нескольких гидродвигателей от одного насоса созданы специальные схемы с делителями расхода и с автоматическим выравниванием сопротивлений в питающих линиях гидродвигателей при изменении нагрузки.
При последовательном соединении (рис. 1.11, в) сливная линия распределителя Р1
соединена через обратный клапан КО с напорной линией распределителя Р2. Это обеспечивает возможность одновременной работы обоих гидродвигателей при любом соотношении требуемых для каждого из них давлений, но насос должен дать давление, равное сумме давлений, требующихся для работы каждого гидродвигателя.
Схема с закрытым центром
В схеме с закрытым центром распределитель при постановке в нейтральную позицию перекрывает напорную линию. Для разгрузки насоса и дизеля, т.е. для полного снятия нагрузки при выключении гидродвигателя, предусмотрены:
16
–в гидропередаче с насосом постоянной производительности – управляемый предохранительные клапан (автомат разгрузки), автоматически переходящий в режим переливного при постановке распределителя в нейтральную позицию (рис. 1.12);
–в гидропередаче с регулируемым насосом – автоматический перевод насоса на малую производительность, достаточную лишь для восполнения дренажных утечек.
В схеме с автоматом разгрузки и гидравлическим аккумулятором АК, соединённым с напорной линией (см. рис. 1.12), имеется обратный клапан КО, который при открытом автомате разгрузки запирает гидроаккумулятор АК, благодаря чему в АК и идущей от него к распределителям напорной линии сохраняется высокое давление.
Рис. 1.12. Фрагмент схемы с закрытым центром, нерегулируемым насосом и клапаном (автоматом) разгрузки
Замкнутая гидропередача
В замкнутой гидропередаче (рис. 1.13) сливная линия гидромотора М соединена с всасывающей линией насоса Н1. При работе гидропередачи силовой поток масла идёт по замкнутому контуру Н1 – М – Н1.
Рис. 1.13. Схема замкнутой гидропередачи с регулируемыми насосом и гидромотором
17
На рис. 1.13 обозначены: Н1 – регулируемый насос с переменным направлением потока; Д – дизель; РН1 – регулятор насоса Н1; М – регулируемый гидромотор; РМ – регулятор гидромотора М; Н2 – насос подпитки; КП1 и КП2 – предохранительные клапаны, ограничивающие давление в напорных линиях контура Н1 – М – Н1; КП3 – предохранительный клапан, ограничивающий давление во всасывающих линиях контура Н1 – М – Н1; КП4 – подпорный клапан, ограничивающий расход масла, отбираемый из контура Н1 – М – Н1 на фильтрацию и охлаждение; П – переключатель; ТС – термостат; АТ – охладитель; Ф – фильтр; Б – бак; Т1 и Т2 – термометры.
Изменение направления вращения вала гидромотора М и рабочего органа РО осуществляется изменением направления потока насосом Н1. Для фильтрации и охлаждения масла служат переключатель П, автоматически управляемый давлением в напорной линии, подпорный клапан КП4, термостат ТС, охладитель АТ и фильтр Ф.
Возврат в силовой контур Н1 – М – Н1 дренажных утечек насоса и гидромотора, а также очищенного и охлаждённого масла осуществляется насосом подпитки Н2.
В качестве примера на рис. 1.13 приведены параметры потоков масла при работе гидропередачи в установившемся режиме. Подача насоса 100 л/мин, давление в напорной линии 25 МПа. Дренажные утечки из силового контура 10 л/мин (5 – из насоса и 5 – из гидромотора). Подпорный клапан КП4 настроен на давление 1,5 МПа и при таком давлении в сливной линии мотора М пропускает из этой линии на фильтрацию и охлаждение расход 20 л/мин. Насос Н2 через фильтр Ф и обратный клапан КО2 возвращает в силовой контур расход 30 л/мин, в результате на входе в насос Н1 расход равен 105 л/мин.
|
В рассматриваемом примере отби- |
|
раемый из силового контура на фильт- |
|
рацию и охлаждение расход 20 л/мин |
|
должен быть охлаждён так, чтобы после |
|
смешивания с неохлаждаемым расходом |
|
85 л/мин температура на входе в насос |
|
была близкой к оптимальной. |
|
В работе гидропередачи четыре |
|
характерных режима – разгон, устано- |
Рис. 1.14. Схема движения потоков масла |
вившееся движение, работа при актив- |
при установившейся работе |
ных перегрузках и торможение. В лю- |
замкнутой гидропередачи |
бом из режимов непрерывно идут про- |
цессы фильтрации и охлаждения масла и его возврата в силовой контур Н1 – М – Н1 вместе с дренажными утечками.
На рис. 1.14 изображена схема движения потоков масла при установившейся работе в случае, если линия А – напорная, линия С – сливная для гидромотора М и всасывающая для насоса Н1.
При активной перегрузке гидромотора весь поток масла из напорной линии А
(см. рис. 1.13) идёт через КП1 и КО2 во всасывающую линию С. Гидромотор останавливается и не пропускает масло через себя (за исключением дренажных утечек). Одновременно часть расхода масла берётся из всасывающей линии С через переключатель П, клапан КП4, термостат ТС, охладитель АТ, а затем возвращается насосом Н2 во всасывающую линию С через фильтр Ф и клапан КО2. Переключатель П автоматически становится в позицию, в которой пропускает через себя масло на фильтрацию и охлаждение из линии слива и всасывания. Сигналом для управления переключателем П служит высокое давление в напорной линии замкнутого контура.
Если напорной явлется линия С, масло на фильтрацию и охлаждение берётся из линии А и возвращается в линию А через клапан КО1.
18
1.7. Достоинства и недостатки объёмных гидропередач
Достоинства:
–малые габариты и масса гидродвигателей;
–возможность преобразования вращения вала насоса в поступательное движение штока гидроцилиндра и рабочего органа без применения механических передач;
–возможность глубокого и бесступенчатого регулирования скорости выходного звена гидродвигателя;
–хорошая смазка и антикоррозионная защита деталей;
–высокая надёжность при условии надлежащего качества изготовления и технического обслуживания.
Недостатки:
–низкий КПД;
–зависимость характеристик и срока службы (ресурса) от качества и температуры гидравлического масла.
Контрольные вопросы
1. Определите понятия: расход, статическое и скоростное давления, мощность потока масла, КПД гидропередачи. 2. Какие потери учитывают и на что влияют: а) объёмный КПД; б) гидромеханический КПД? 3. Составляющие механической энергии, переносимой единицей объёма масла в объёмной и гидродинамической передачах. 4. Докажите положение о том, что мощность, передаваемая потоком масла, может быть вычислена умножением давления на расход. 5. От чего зависит величина рабочего давления в гидростатической передаче? 6. Сколько секунд допустимо действие максимального давления в гидропередаче? 7. Определите понятия: разомкнутая и замкнутая гидропередачи; открытая и закрытая гидропередачи; регулируемая и нерегулируемая гидропередачи. 8. Изобразите простейшие схемы разомкнутых гидропередач с реверсивным и нереверсивным гидродвигателями. 9. Которая из схем с открытым центром может обеспечить одновременную работу двух гидродвигателей от одного насоса? 10. Как идут потоки в разомкнутой гидропередаче при разгоне гидродвигателя? 11. Как в схеме с открытым центром идут потоки масла до распределителя и за ним во время торможения рабочего органа, приводимого: а – гидромотором; б – гидроцилиндром. 12. Как разгружается насос в схемах с закрытым центром при выключении всех гидродвигателей? 13. Как в замкнутой гидропередаче регулируется расход масла через охладитель? 14. Чему должна быть равна производительность насоса подпитки в замкнутой гидропередаче? 15. Преимущества и недостатки объёмного гидропривода.
2. ОБЪЁМНЫЕ НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ
2.1. Общие сведения
Насос – это генератор, преобразующий энергию движения входного звена в энергию потока сжатой жидкости. Анализ гидропередачи начинают, как правило, с характеристик работы насоса. При неисправном насосе гидропередача становится неэффективной или неработоспособной.
Гидромотор – это гидродвигатель вращательного действия, преобразующий энергию потока сжатой жидкости во вращательное движение выходного звена. Если на вход гидромотора поданы необходимые давление и расход, а на выходном валу возникли соответствующие им вращающий момент и частота вращения, гидромотор и вся гидропередача исправны.
Общим признаком объёмного насоса и гидромотора является наличие рабочих камер, которые при работе попеременно заполняются маслом и опоражниваются.
Объёмные насосы и гидромоторы могут быть исполнены в вариантах постоянно-
го или переменного направления потока масла.
19
Насос с переменным направлением потока может перекачивать масло в обоих направлениях при постоянном направлении вращения вала.
Большинство гидромоторов могут работать при обоих направлениях потока, изменяя направление вращения вала при изменении направления подводимого потока.
Насосы и гидромоторы могут быть нерегулируемыми и регулируемыми, т.е. с постоянным или изменяемым рабочим объёмом.
Регулируемый насос при постоянной частоте вращения вала и изменении рабочего объёма изменяет расход масла в напорной линии.
Регулируемый гидромотор при изменении рабочего объёма изменяет частоту вращения вала и вращающий момент.
Объёмная гидромашина обратима, т.е. может работать в режимах насоса и гидромотора. Если вращать вал, гидромашина работает как насос. Если к ней подавать масло под давлением, она работает как гидромотор. Гидромашину, которая одинаково эффективно работает в режимах насоса и мотора, называют насос-мотором.
Масло из рабочих камер объёмных гидромашин вытесняется специальными деталями – вытеснителями, в качестве которых могут быть поршни, пластины, зубья шестерён и др.
По характеру движения вытеснителей объёмные насосы бывают: возвратно-посту- пательные и роторные. В возвратно-поступательном насосе масло вытесняют и всасывают поршни, совершающие возвратно-поступательное движение в неподвижных цилиндрах. В роторных насосах цилиндрические или иные рабочие камеры расположены во вращающемся блоке–роторе, а вытеснители вращаются вместе с ротором. В гидро-
передачах машин используют роторные насосы. |
|
|
|
На рис. 2.1 изображена схема простейшего |
|
|
объёмного возвратно-поступательного насоса с |
|
|
поршневым вытеснителем. Обозначено: D – диа- |
|
|
метр поршня; Хп – ход поршня. Перемещение |
|
|
поршня 1 осуществляется рычагом 9 через ша- |
|
|
тун 2. При обратном движении поршня объём ка- |
|
|
меры в цилиндре 3 увеличивается, масло из бака 8 |
|
|
течёт в цилиндр 3 через всасывающую линию 4 и |
|
Рис. 2.1. Схема простейшего объёмного |
обратный клапан 5. При прямом ходе поршня |
|
возвратно-поступательного насоса |
клапан 5 закрывается, масло вытесняется порш- |
|
|
нем через обратный клапан 6 в напорную ли- |
|
нию 7. Объём масла, вытесненный за один ход поршня: |
|
|
|
V = πD2Xп / 4. |
(2.1) |
2.2. Характеристики объёмных насосов
Независимо от устройства рабочей камеры и вытеснителя объёмные насосы имеют одинаковый набор основных характеристик (рис. 2.2):
а) рабочий объём qн, м3;
б) частота вращения вала nн, об/с;
в) производительность (подача) Qн, м3/с; г) давление в напорной линии рн, Па; д) мощность на валу Pнвх , Вт;
е) коэффициент полезного действия н; ж) вращающий момент на валу Тн, Н м.
Рабочий объём насоса qн равен объёму масла, который мог бы вытеснить насос за один оборот вала при полном заполнении рабочих камер, отсутствии утечек и сжи-
20