bonchosmolovskaya_n_e_mehanika_zhidkosti_i_gaza_laboratornyi

2. Построение графиков Vn = f{F) (нагрузочная характеристика ОГП) и т] = f{F) (энергетическая характеристика гидроцилиндра

(ГЦ))-

Общие сведения

Под гидроприводом (ГП) понимают совокупность устройств - гидромашин и гидроаппаратов, предназначенных для передачи механической энергии на расстояние посредством жидкости. ГП, содержащий объемные гидромашины (насосы, двигатели), называется объемным. Работа объемного гидропривода (ОГП) поступательного движения основана на использовании гидроцилиндров (ГЦ) с аналогичным характером движения выходного звена. Процесс изменения направления и скорости движения поршня, а также величин усилия и мощности называется регулированием ОГП.

Регулирование работы ОГП производится путем изменения параметров потока рабочей жидкости (скорости, расхода и давления). Способ регулирования, при котором параметры потока изменяются с помощью регулирующей гидроаппаратуры, например, гидродросселя, называется дроссельным. При дроссельном способе регулирования часть жидкости, подаваемой насосом, отводится в сливную магистраль, не совершая полезной работы. Дроссель по отношению к ГЦ может включаться как последовательно, так и параллельно. Причем последовательное включение дросселя может быть реализовано либо на входе, либо на выходе из ГЦ. В данной работе, наряду с ознакомлением, проводятся испытания ОГП и ГЦ (схема с дросселем на входе в ГЦ), имеющие целью построение для последних соответственно нагрузочной V„ =fiF) и энергетической т] =J{F) характеристик.

Описание экснериментальной установки

Экспериментальная установка (рис. 33.1) для проведения испытаний включает пластинчатый насос двухкратного действия 1 с электродвигателем 2, трехпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 3, регулируемые дроссели 4, 5 с обратными клапанами 6, 7, ГЦ 8 со штоком 9 и поршнем 10. ГЦ 8 оснащен индукционными концевыми переключателями 11, 12. Замер давлений в

поршневой А и штоковой В полостях ГЦ 8 производится с помощью манометров 13, 14. Для слива рабочей жидкости в гидробак 15 при проведении испытаний параллельно насосу 1 смонтирован переливной клапан 16. Для очистки рабочей жидкости используются фильтры 17, 18. Переключение золотника в распределителе 3 из одной рабочей позиции в другую осуществляется с помощью электромагнитов 19, 20.

Рис. 33.1

Работа на экспериментальной установке осуществляется следующим образом. При нажатии на кнопку «Пуск» включается электродвигатель 2 и приводит в действие насос 1, который подает рабочую жидкость в нагнетательную линию. Жидкость при обесточенных электромагнитах 19, 20 проходит через распределитель (конструкция последнего выполнена с открытым центром) и вновь возвращается в бак 15. Электрические сигналы, управляющие работой электромагнитов 19, 20, формируются при срабатывании индукционных переключателей 11, 12. В свою очередь, формирование сигналов управления последними происходит при нахождении штока 9 в одном из крайних положений (либо левом, либо правом). Подведение штока 9 в любое из указанных положений осуществляется вручную

с помощью кнопок «Вправо» или «Влево», смонтированных на пульте управления. При нахождении штока 9 в одном из крайних положений срабатывает автоматическая система управления распределителем 3 от переключателей 11, 12, в результате чего шток с поршнем 10 приводится в возвратно-поступательное движение в ГЦ. Скорость поршня 10 в ГЦ регулируется с помощью дросселя 4, установленного на входе ГЦ. Для этого поворачивают лимб дросселя 4, что приводит к установлению различной величины коэффициента \|/вх, который характеризует степень открытия проходного сечения дросселя (\|/вх = Si / iSmax, гдв Si И S^^ - соответственно исходная и максимальная площади проходного сечения дросселя на входе в ГЦ). При этом за счет повышения давления в нагнетательной линии часть подачи насоса через переливной клапан сливается обратно в бак. При рабочем ходе (справа налево) поршень совершает работу, преодолевая нагрузку F, величина которой в основном будет зависеть от противодавления ршх жидкости в штоковой полости ГЦ. В данной схеме необходимая величина противодавления р^г создается с помощью дросселя 5 (подключен на выходе из ГЦ) путем изменения степени открытия его проходного сечения, характеризуемой коэффициентом \|/вых. Для дросселя 5 по аналогии с дросселем 4 величина увых также определяется из отношения площадей

Si И Sjnix вых ~ Si / iSmax)-

Порядок выполнения работы

1.Включить общий рубильник и нажать кнопку «Пуск насоса».

2.На пульте управления стенда нажать одну из кнопок: «Вправо», «Влево», что обеспечивает подведение штока ГЦ в одно из крайних положений. При достижении штоком ГЦ крайнего положения срабатывает система автоматического управления гидрораспределителем. С этого момента стенд переходит на автоматический режим работы, что обеспечивает непрерывное возвратно-поступа- тельное движение штока с поршнем в ГЦ.

3.Спустя 5-6 мин после выхода на автоматический режим для входного дросселя 4 установить с помощью лимба первое значение коэффициента \11вх.ь например, увх,! = 0>9.

4.При данном значении \/BX,I установить в цггоковой полости В гидроцилиндра несколько (5-7) возрастающих значений давления purr (1,2,

момента, а ГТ увеличивает его либо уменьшает (осуществляет трансформацию момента).

Принципиальная схема ГМ показана на рис. 34.1, где 1 - ведущий вал, 2 - ведомый вал, 3 - насосное колесо, 4 - турбинное колесо. Колеса 3, 4 образуют полость, заполненную рабочей жидкостью. Для исключения вытекания последней в конструкции ГМ имеется кожух 5, который соединяется с турбинным колесом 4 (может соединяться и с насосным колесом) и охватывает насосное колесо 3.

Рис. 34.1

При вращении насосного колеса, жестко связанного с ведущим валом, жидкость перемещается от центра к периферии и поступает в турбинное колесо. При этом поток воздействует на лопатки турбинного колеса и отдает ведомому валу ту энергию, которую он приобрел в насосном колесе. Выйдя из турбинного колеса, жидкость вновь попадает в насосное колесо, и таким образом в ГМ устанавливается замкнутая циркуляция потока.

В ГМ между насосным и турбинным колесами отсутствуют элементы, способные вызвать изменения момента количества движения в потоке жидкости. Поэтому, если пренебречь моментом трения вращающегося корпуса о воздух, можно считать, что моменты М\ и Мг соответственно на ведущем и ведомом валах равны между собой:

Работа ГМ обеспечивается только в случае обгона насосным колесом турбинного. Относительная разность частот вращения насосного п\ и турбинного «2 колес называется скольжением S\

щщ

где i - r i j ! щ - передаточное отношение.

Поскольку ГМ не изменяет момент, передаваемый с ведущего на

При скольжении S, равном нулю, движение жидкости по кругу циркуляции прекращается ( g = 0) и момент М, передаваемый ГМ, становится равным нулю. При уменьшении частоты вращения ведомого вала П2 (при щ = const) расход Q в круге циркуляции возрастает, что приводит к увеличению момента, передаваемого ГМ.

Для оценки эксплуатационных качеств ГДП на практике используют внешнюю и приведенную характеристики. Внешней характеристикой ГМ (рис. 34.2) называют зависимости крутящего момента М и КПД Т1гм от частоты вращения пг (или от передаточного отношения О при постоянном числе оборотов {щ = const) насосного колеса. Из рассмотрения графиков на рис. 34.2 видно, что зависимость М = ДО при возрастании i имеет вид падающей кривой. В зоне Ы основных эксплуатационных режимов график ц = fii) имеет линейный характер. В зоне АВ, где П] ^ «2 и i—>1, передаваемый момент и КПД резко снижаются, принимая нулевые значения при г = 1.

При необходимости передачи мощности с изменением крутящего момента используются ГГ. Принципиальной особенностью ГТ является то, что между насосным и турбинным колесом установлен неподвижный реактор 6 (см. рис. 34.1, б), т. е. дополнительное ло-

пастное колесо, жестко связанное с кожухом 5. Учитывая наличие реактора в круге циркуляции, для ГТ вместо равенства (34.1) имеем

где Мз - момент на неподвижном лопастном колесе реактора, воспринимаемый кожухом 5.

Рис. 34.2

В выражении (34.3) величина Мз будет положительной при условии, что передача мощности в ГТ сопровождается снижением частоты «2 и увеличением момента Мг. При работе с обратным изменением «2 и Мг величина Мз в (34.3) будет отрицательной. То есть в первом случае реактор увеличивает закрутку потока, созданную насосным колесом, что вызывает возрастание момента Мг на турбинном колесе. Во втором случае, наоборот, происходит уменьшение закрутки потока, сопровождаемое снижением величины Мг относительно М].

Внешняя характеристика ГТ (рис. 34.3) представляет собой графические зависимости М\ =fiS), Мг и т^гт = ДО при постоянной частоте п\ вращения вала насосного колеса.

Рис. У\.Ъ

Величину КПД ГТ определяют из выражения

(34.4)

Мх&у Я]

где К - коэффициент трансформации момента, определяемый из отношения

К^Мг/Мг. (34.5)

Данные, необходимые для построения внешней характеристики ГТ, обычно получают в результате его стендовых испытаний. Используя теорию гидродинамического подобия, данные внешней характеристики можно пересчитать с одной конструкции на другую при условии, что их проточные части являются геометрически подобными. По результатам пересчета получают зависимости Я] = Д/), т] =f(i), к называемые приведенной (обобщенной) характеристикой гидропередачи. В этой характеристике Х,) - коэффициент момента на насосном колесе, определяемый из выражения

где р - плотность жидкости; Di - наибольший диаметр рабочей полости насосного колеса.

Общий вид приведенных характеристик для ГТ и ГМ представлен на рис. 34.4 а, б соответственно.