19) Гидравлические им

В современной технике в основном используются гидросистемы двух типов:

-гидросистемы для подачи жидкости;

-гидравлические приводы.

Для гидросистем, обеспечивающих подачу жидкости к потребителям, характерно отсутствие устройств, преобразующих энергию жидкости в механическую работу. К таким гидросистемам относятся: системы водоснабжения и теплоснабжения зданий, системы жидкостного охлаждения и смазывания различных машин, а также системы подачи смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) металлорежущих станков и др.

Такие гидросистемы относятся к классу разомкнутых гидросистем, в которых, как правило, движение жидкости обеспечивается за счет работы насоса.

Гидравлическим приводом называется совокупность устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством рабочей жидкости. Гидравлические приводы, как правило, относятся к классу замкнутых гидросистем.

Основными элементами гидросистем являются гидромашины. Гидромашина — это устройство, создающее или использующее поток жидкой среды.

Посредством этого устройства происходит преобразование подводимой механической энергии в энергию потока жидкости или использование энергии потока рабочей жидкости для совершения полезной работы. К гидромашинам относятся насосы и гидродвигатели.

Насосом называется гидромашина, преобразующая механическую энергию привода в энергию потока рабочей жидкости.

Основные параметры, характеризующие работу насоса

напор насоса — приращение полной удельной механической энергии жидкости в насосе;

подача насоса — объем жидкости, подаваемый насосом в напорный трубопровод в единицу времени;

частота вращения вала насоса;

угловая скорость;

потребляемая мощность — мощность, подводимая к налу насоса;

полезная мощность насоса — мощность, сообщаемая насосом потоку жидкости;

коэффициент полезного действия (КПД) насоса — отношение полезной мощности насоса к потребляемой.

Гидродвигатель — это гидромашина, преобразующая энергию потока жидкости в механическую работу.

Выходным звеном гидродвигателя называется его элемент, непосредственно совершающий полезную работу. В большинстве случаев это или вращающийся вал, или шток, движущийся возвратно-поступательно.

Основными параметрами, характеризующими работу гидродвигателя, являются:

напор, потребляемый гидродвигателем Н_гд, м — полная удельная энергия, отбираемая гидродвигателем у потока рабочей жидкости;

расход, потребляемый гидродвигателем Q_гд, м³/с — объем жидкости, потребляемый гидродвигателем из трубопровода в единицу времени;

частота вращения выходного вала гидродвигателя и, об/с, или с^-1;

скорость поступательного движения выходного штока v, м/с;

момент на выходном валу гидродвигателя М_гд, Н • м (для гидродвигателей с вращательным движением выходного звена);

нагрузка (сила) на штоке гидродвигателя F, Н (для гидродвитателей с возвратно-поступательным движением выходного звена);

потребляемая мощность гидродвигателя N, Вт — мощность, отбираемая гидродвигателем у потока жидкости, проходящего через него;

полезная мощность гидродвигателя N_n, Вт — мощность, развиваемая на выходном звене гидродвигателя;

коэффициент полезного действия (КПД) гидродвигателя г_гд – отношение полезной мощности гидродвигателя к потребляемой.

Все гидромашины по принципу действия делятся на два основных типа: динамические и объемные.

Динамическая гидромашина — это гидромашина, в которой взаимодействие ее рабочего органа с жидкостью происходит в проточной полости, постоянно сообщенной с входом и выходом гидромашины.

Объемная гидромашина — это гидромашина, в которой взаимо­действие ее рабочего органа с жидкостью происходит в герметич­ной рабочей камере, попеременно сообщающейся с входом и вы­ходом гидромашины.

Динамическую гидромашину можно также назвать «проточной», так как у нее внутренняя проточная полость всегда соединена с входом и выходом, а объемную — «герметичной», потому что у нее имеется герметичная рабочая камера, которая может быть со­единена в данный момент времени только или с входом, или с выходом гидромашины. Это значит, что в объемной гидромашине входная область всегда отсоединена от выходной. Для рабочего процеcca динамической гидромашины характерны большие скорости движения ее рабочих органов и рабочей жидкости, а рабочий процесс объемной гидромашины заключается в силовом взаимодействии рабочей жидкости и вытеснителя гидромашины.

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.

Принципиальная схема простейшего объемного гидропривода

1 — гидроцилиндр, работающий в режиме насоса;

2 — гидроцилиндр, работающий в режиме гидравлического двигателя

Простейший объемный гидропривод 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 F перемещается вниз с некоторой ско­ростью ν₁. 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, создаст силу, преодолевающую внешнюю нагрузку F₂ = pS₂.

Считая жидкость несжимаемой, можно утверждать, что количество жидкости, вытесняемое поршнем гидроцилиндра 1 (расход Q = ν₁S₁), поступает по трубопроводу в гидроцилиндр 2, поршень которого перемещается со скоростью v₂ = Q/S₂, направленной вверх (против внешней нагрузки).

Если пренебречь потерями энергии в элементах гидропривода, то можно утверждать следующее. Механическая мощность N = F₁v₁ затрачиваемая внешним источником на перемещение поршня гидроцилиндра 1, воспринимается жидкостью, 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:

N= F₁ν₁ = pS₁ν₁ = pQ = pS₂v₂ = F₂v₂ = N₂.

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, можно заключить, что реальный объемный гидропривод обязательно должен включать в себя следующие элементы или группы элементов:

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 иданных значений параметров потоков (давления, расхода и др.): гидродроссели, гидроклапаны и гидрораспределители.