Объёмный гидропривод | это… Что такое Объёмный гидропривод?

Одноковшовый экскаватор с объёмным гидравлическим приводом

Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины ^[1]. Название «объёмный гидропривод» происходит от того, что принцип действия объёмных гидромашин основан на попеременном заполнении рабочего объёма жидкостью и вытеснения жидкости из него. Объёмный гидропривод машин позволяет с высокой точностью поддерживать или изменять скорость машины при произвольном нагружении, осуществлять слежение — точно воспроизводить заданные режимы вращательного или возвратно-поступательного движения, усиливая одновременно управляющее воздействие.

Синоним — гидростатический привод

Область применения

Наиболее широко объёмный гидропривод машин применяется в металлорежущих станках, прессах, в системах управления летательных аппаратов, судов, тяжёлых автомобилей, мобильной строительно-дорожной технике, в системах автоматического управления и регулирования тепловых двигателей, гидротурбин. Реже объёмный Гидропривод машин используется в качестве главных приводов транспортных установках на автомобилях, кранах.

Отличительные особенности объёмного гидропривода перед гидродинамическим

Существует большое количество видов объёмных насосов. Некоторые из них: шестерённые насосы, аксиально-плунжерные, радиально-плунжерные, винтовые, пластинчатые и другие. Они отличаются от гидродинамических насосов тем, что способны работать при очень больших давлениях (до 300 МПа), в то время как гидродинамические (центробежные, осевые и др.) обычно работают при давлениях, не превышающих 1,5 МПа. С другой стороны, скорость и подача жидкости, нагнетаемой объёмными насосами обычно невелики в сравнении со скоростью нагнетаемой жидкости и подачей гидродинамических насосов.

Мощность объёмного гидропривода

Номинальная мощность, в Вт , отдаваемая насосом в гидросистему или потребляемая гидродвигателем из гидросистемы, может быть определена по формуле:

где  — номинальная подача насоса (для гидродвигателя — номинальный расход рабочей жидкости), в м³/с ; — номинальное давление на выходе из насоса (для гидродвигателя — номинальное давление рабочей жидкости на входе в гидродвигатель),в Н/м².

Преимущества объёмного гидропривода перед гидродинамическим

Из приведённой выше формулы для мощности видно, что для обеспечения той же мощности при высоком давлении необходимо обеспечивать ме́ньшую подачу, чем при низком давлении. Поэтому при высоком давлении геометрические размеры всех узлов гидропривода становятся меньше. Поскольку, в отличие от гидродинамических гидромашин, объёмные гидромашины способны работать при высоких давлениях, то и объёмный гидропривод намного компактнее и меньше по массе гидродинамического привода. Это одно из тех обстоятельств, которые обусловили широкое распространение объёмного гидропривода по сравнению с гидродинамическим приводом.

То, почему объёмный гидропривод более компактен по сравнению с гидродинамическим, можно пояснить с помощью аналогии с электрическими сетями. Для передачи электроэнергии по линиям электропередачи электроэнергию преобразуют сначала в энергию высокого напряжения. Повышение напряжения позволяет при той же самой передаваемой мощности пропорционально уменьшить силу тока в линиях электропередачи, а значит позволяет уменьшить сечение кабелей, по которым передаётся электроэнергия, что снижает их массу. Точно так же передача гидравлической энергии по гидролиниям высокого давления (что имеет место в системах объёмного гидропривода) позволяет кратно уменьшить расход жидкости, и уменьшить поперечное сечение гидролиний. Кроме того, меньшую подачу могут обеспечить насосы меньшего размера и т. д. Эта аналогия не является чисто умозрительной: примерно с середины 20-го века интенсивно развивается метод электрогидравлических аналогий, позволяющий производить теоретические исследования гидрооборудования на основе хорошо изученных процессов в электрических сетях (хотя метод существовал и раньше). В свою очередь, то, что объёмные гидромашины способны работать при высоких давлениях, вытекает из принципа их работы и устройства.

КПД объёмного гидропривода

Полный коэффициент полезного действия объёмного гидропривода имеет три составляющие:

где  — гидравлический КПД, который характеризует гидравлические потери в гидроприводе;  — объёмный КПД, характеризующий утечки рабочей жидкости через зазоры и щели между деталями гидрооборудования;  — механический КПД, который характеризует потери на механическое трение деталей гидрооборудования.

Литература

1. Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.
2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
3. Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. — Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003 г. — 544 с.

Примечания

1. ↑ ГОСТ 17752-81

См. также

• Гидропривод

Объёмный гидропривод | это… Что такое Объёмный гидропривод?

Одноковшовый экскаватор с объёмным гидравлическим приводом

Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины ^[1]. Название «объёмный гидропривод» происходит от того, что принцип действия объёмных гидромашин основан на попеременном заполнении рабочего объёма жидкостью и вытеснения жидкости из него. Объёмный гидропривод машин позволяет с высокой точностью поддерживать или изменять скорость машины при произвольном нагружении, осуществлять слежение — точно воспроизводить заданные режимы вращательного или возвратно-поступательного движения, усиливая одновременно управляющее воздействие.

Синоним — гидростатический привод

Область применения

Наиболее широко объёмный гидропривод машин применяется в металлорежущих станках, прессах, в системах управления летательных аппаратов, судов, тяжёлых автомобилей, мобильной строительно-дорожной технике, в системах автоматического управления и регулирования тепловых двигателей, гидротурбин. Реже объёмный Гидропривод машин используется в качестве главных приводов транспортных установках на автомобилях, кранах.

Отличительные особенности объёмного гидропривода перед гидродинамическим

Существует большое количество видов объёмных насосов. Некоторые из них: шестерённые насосы, аксиально-плунжерные, радиально-плунжерные, винтовые, пластинчатые и другие. Они отличаются от гидродинамических насосов тем, что способны работать при очень больших давлениях (до 300 МПа), в то время как гидродинамические (центробежные, осевые и др.) обычно работают при давлениях, не превышающих 1,5 МПа. С другой стороны, скорость и подача жидкости, нагнетаемой объёмными насосами обычно невелики в сравнении со скоростью нагнетаемой жидкости и подачей гидродинамических насосов.

Мощность объёмного гидропривода

Номинальная мощность, в Вт , отдаваемая насосом в гидросистему или потребляемая гидродвигателем из гидросистемы, может быть определена по формуле:

где  — номинальная подача насоса (для гидродвигателя — номинальный расход рабочей жидкости), в м³/с ; — номинальное давление на выходе из насоса (для гидродвигателя — номинальное давление рабочей жидкости на входе в гидродвигатель),в Н/м².

Преимущества объёмного гидропривода перед гидродинамическим

Из приведённой выше формулы для мощности видно, что для обеспечения той же мощности при высоком давлении необходимо обеспечивать ме́ньшую подачу, чем при низком давлении. Поэтому при высоком давлении геометрические размеры всех узлов гидропривода становятся меньше. Поскольку, в отличие от гидродинамических гидромашин, объёмные гидромашины способны работать при высоких давлениях, то и объёмный гидропривод намного компактнее и меньше по массе гидродинамического привода. Это одно из тех обстоятельств, которые обусловили широкое распространение объёмного гидропривода по сравнению с гидродинамическим приводом.

То, почему объёмный гидропривод более компактен по сравнению с гидродинамическим, можно пояснить с помощью аналогии с электрическими сетями. Для передачи электроэнергии по линиям электропередачи электроэнергию преобразуют сначала в энергию высокого напряжения. Повышение напряжения позволяет при той же самой передаваемой мощности пропорционально уменьшить силу тока в линиях электропередачи, а значит позволяет уменьшить сечение кабелей, по которым передаётся электроэнергия, что снижает их массу. Точно так же передача гидравлической энергии по гидролиниям высокого давления (что имеет место в системах объёмного гидропривода) позволяет кратно уменьшить расход жидкости, и уменьшить поперечное сечение гидролиний. Кроме того, меньшую подачу могут обеспечить насосы меньшего размера и т. д. Эта аналогия не является чисто умозрительной: примерно с середины 20-го века интенсивно развивается метод электрогидравлических аналогий, позволяющий производить теоретические исследования гидрооборудования на основе хорошо изученных процессов в электрических сетях (хотя метод существовал и раньше). В свою очередь, то, что объёмные гидромашины способны работать при высоких давлениях, вытекает из принципа их работы и устройства.

КПД объёмного гидропривода

Полный коэффициент полезного действия объёмного гидропривода имеет три составляющие:

где  — гидравлический КПД, который характеризует гидравлические потери в гидроприводе;  — объёмный КПД, характеризующий утечки рабочей жидкости через зазоры и щели между деталями гидрооборудования;  — механический КПД, который характеризует потери на механическое трение деталей гидрооборудования.

Литература

1. Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.
2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
3. Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. — Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003 г. — 544 с.

Примечания

1. ↑ ГОСТ 17752-81

См. также

• Гидропривод

Как определить состояние гидравлического насоса с помощью объемного КПД

0 комментариев

Гидравлические насосы преобразуют механическую энергию в гидравлическую. Высокопроизводительный поршневой насос может выполнить это преобразование с общим КПД 92%. Если этот насос приводит в движение поршневой двигатель, то двигатель может преобразовать эту гидравлическую энергию обратно в механическую с общим КПД 92%. Общий, габаритный КПД этого гидропривода, без с учетом потерь в арматуре и проводниках, составляет 85% (0,92 х 0,92 х 100 = 85).

Если бы такая же передача привода осуществлялась с помощью редуктора, типичный КПД был бы таким, как показано в таблице 1 .

Неэффективность или потери в гидравлическом приводе можно разделить на две категории: механические потери на трение и объемные, включающие потери на утечку и сжимаемость.

К преимуществам гидравлического привода относятся высокая удельная мощность (высокая выходная мощность на единицу массы), бесступенчатое регулирование скорости, простая защита от перегрузок и возможность как вращательного, так и линейного движения в одной системе. Но, как показывает Таблица 1 , основным недостатком гидравлического привода является то, что он намного менее эффективен, чем механический привод. Кроме того, процесс износа снижает объемный КПД гидравлического привода (и, следовательно, общий КПД), в результате чего привод замедляется и больше энергии уходит на нагрев.

Гидравлический насос обычно является самым трудоемким компонентом гидравлической системы. По мере износа насоса в процессе эксплуатации увеличивается внутренняя утечка, и, следовательно, процент выходного потока, доступного для выполнения полезной работы (объемный КПД), уменьшается. Если объемная эффективность падает ниже уровня, который считается приемлемым для применения, насос необходимо заменить. В условиях технического обслуживания по состоянию решение о замене насоса обычно основывается на оставшемся сроке службы подшипника или ухудшении объемного КПД, в зависимости от того, что произойдет раньше.

Проще говоря, объемный КПД — это процент теоретического расхода насоса, доступный для выполнения полезной работы. Другими словами, это мера объемных потерь гидравлического насоса из-за внутренней утечки и сжатия жидкости. Он рассчитывается путем деления фактической производительности насоса в литрах или галлонах в минуту на ее теоретическую производительность, выраженную в процентах. Фактический расход на выходе определяется с помощью расходомера для загрузки насоса и измерения его расхода.

Поскольку внутренние утечки увеличиваются по мере увеличения рабочего давления и снижения вязкости жидкости, эти переменные следует указывать при определении объемного КПД. Например, гидравлический насос с теоретической производительностью 100 л/мин и фактической производительностью 94 л/мин при , 350 бар и 40 сСт. Говорят, что имеет объемную эффективность 94% при 350 бар и 40 сСт. На практике вязкость жидкости определяется путем измерения температуры масла, при которой измеряется фактический выходной поток насоса, и считывания вязкости с графика температура/вязкость для сорта масла в гидравлической системе.

При расчете объемного КПД насоса с переменным объемом внутренняя утечка должна быть выражена как константа. Лучше всего это проиллюстрировать на примере. Недавно меня попросили высказать второе мнение о состоянии большого насоса с переменным рабочим объемом. Моему клиенту сообщили, что его объемная эффективность снизилась до 80%, и, основываясь на этом совете, он рассматривал возможность капитального ремонта насоса.

Рассматриваемый гидравлический насос имел теоретическую производительность 1000 л/мин при полном рабочем объеме и максимальных оборотах. Его фактическая производительность составляла 920 л/мин при давлении 300 бар и 25 сантистоксах. Когда я сообщил своему клиенту, что на самом деле объемный КПД насоса составляет 92%, он был встревожен противоречивыми оценками. Чтобы попытаться объяснить несоответствие, я попросил показать отчет об испытаниях первого техника.

Изучив этот отчет об испытаниях, я понял, что результаты на самом деле совпали с моими, но были неправильно интерпретированы. Испытание проводилось при том же рабочем давлении и температуре жидкости в пределах одного градуса от моего собственного испытания, , но с уменьшенным рабочим объемом. Техник ограничил рабочий объем насоса, чтобы обеспечить производительность 400 л/мин (предположительно максимальная производительность его расходомера) при максимальных оборотах и ​​без нагрузки. При 300 бар зарегистрированная производительность составила 320 л/мин. На основании этих результатов было рассчитано, что объемная эффективность составляет 80% (320/400 x 100 = 80).

Чтобы понять, почему эта интерпретация неверна, представьте себе различные пути утечки в гидравлическом насосе как фиксированные отверстия. Скорость потока через отверстие зависит от диаметра (и формы) отверстия, перепада давления на нем и вязкости жидкости. Это означает, что если эти переменные остаются постоянными, скорость внутренней утечки остается постоянной, независимо от производительности насоса.

Обратите внимание, что в приведенном выше примере количество внутренних утечек в обоих тестах составляло 80 литров в минуту. Если бы то же самое испытание было проведено с производительностью насоса 100 литров в минуту без нагрузки, производительность насоса составила бы 20 литров в минуту при 300 бар – при прочих равных условиях. Это означает, что этот регулируемый насос имеет объемный КПД 20 % при рабочем объеме 10 %, 80 % при рабочем объеме 40 % и 92 % при рабочем объеме 100 %. Как видите, если фактическая производительность насоса измеряется при меньшем, чем полный рабочий объем (или максимальное число оборотов в минуту), необходимо выполнить регулировку, когда расчет объемной эффективности.

Конечно, при рассмотрении вопроса о необходимости капитального ремонта насоса в приведенном выше примере важным показателем является объемный КПД при 100% производительности. И это было в допустимых пределах. Если бы мой клиент основывал свое решение на объемной эффективности при рабочем объеме 40%, он заплатил бы тысячи долларов за ненужную перестройку.

Об авторе: Брендан Кейси является основателем HydraulicSupermarket.com и автором Инсайдерские секреты гидравлики, Предотвращение гидравлических отказов, Гидравлика стала проще и Расширенное управление гидравликой. Специалист по гидроэнергетике со степенью MBA, он имеет более чем 20-летний опыт проектирования, обслуживания и ремонта мобильного и промышленного гидравлического оборудования. Посетите его веб-сайт www.HydraulicSupermarket.com.

• Брендан Кейси
• высокая производительность
• гидравлический насос
• объемная эффективность

Поделитесь этой информацией.

Tweet

Как рассчитать КПД гидравлического насоса и двигателя

При техническом обслуживании в зависимости от состояния решение о замене гидравлического насоса или двигателя обычно основывается либо на оставшемся сроке службы подшипника, либо на ухудшении эффективности, в зависимости от того, что произойдет раньше.

Несмотря на недавние достижения в области технологий профилактического обслуживания, возможности специалиста по техническому обслуживанию с высокой степенью точности определить оставшийся срок службы подшипников насоса или двигателя остаются недостижимыми.

С другой стороны, снижение эффективности легко обнаружить. Потому что это обычно проявляется через увеличение времени цикла. Другими словами, машина тормозит. Когда это происходит, количественная оценка потери эффективности не всегда необходима. Причина в том, что если машина замедляется до такой степени, что время ее цикла становится неприемлемо медленным, насос или двигатель заменяются. Конец истории.

Однако в некоторых ситуациях может быть полезно, и даже необходимо, количественно определить фактический КПД насоса или двигателя и сравнить его с собственным КПД компонента. И для этого необходимо понимание рейтингов эффективности гидравлического насоса и двигателя.

Существуют три категории эффективности, используемые для описания гидравлических насосов (и двигателей). Объемный КПД, механический/гидравлический КПД и общий КПД.

Объемный КПД определяется путем деления фактического расхода, подаваемого насосом при заданном давлении, на его теоретический расход. Теоретический расход рассчитывается путем умножения рабочего объема насоса за один оборот на его приводную скорость. Таким образом, если насос имеет рабочий объем 100 см3/об и работает со скоростью 1000 об/мин, его теоретический расход составляет 100 литров в минуту.

Фактический расход должен быть измерен с помощью расходомера. Если при испытании вышеуказанный насос имел фактический расход 90 литров в минуту при 207 бар (3000 фунтов на квадратный дюйм), мы можем сказать, что объемный КПД насоса составляет 90% при 207 бар (90/100 x 100 = 90%).

Объемный КПД мы чаще всего используем в полевых условиях для определения состояния гидравлического насоса на основе увеличения его внутренней утечки из-за износа или повреждения. Но без ссылки на теоретический расход фактический расход, измеренный расходомером, был бы бессмысленным.

Механический/гидравлический КПД насоса определяется путем деления теоретического крутящего момента, необходимого для его привода, на фактический крутящий момент, необходимый для его привода. Механический/гидравлический КПД, равный 100%, означает, что если насос подает поток при нулевом давлении, то для его приведения в действие не требуется силы или крутящего момента. Интуитивно мы знаем, что это невозможно — из-за механического и жидкостного трения.

Как и теоретический расход, можно рассчитать теоретический крутящий момент привода. Для вышеуказанного насоса в единицах СИ: 100 см3/об x 207 бар / 20 x pi = 329Ньютон метров. Но, как и фактический расход, необходимо измерять фактический крутящий момент привода. А для этого требуется использование динамометра. Это не то, что мы можем или должны делать в полевых условиях. Однако для целей этого примера предположим, что фактический крутящий момент составляет 360 Нм. Механический/гидравлический КПД составит 91% (329/360 x 100 = 91%).

Общий КПД – это просто произведение объемного и механического/гидравлического КПД. Таким образом, продолжая приведенный выше пример, общий КПД насоса составляет 0,9.х 0,91 х 100 = 82%. Общий КПД используется для расчета мощности привода, необходимой насосу при заданном расходе и давлении. Например, рассчитаем в единицах СИ требуемую мощность привода для шестеренчатого насоса с внешним зацеплением с общим КПД 85 %. И поршневой насос с изогнутой осью с общим КПД 92%. Предположим, что выходной поток и давление для обоих насосов составляют 90 л/мин при 207 бар:

Насос с внешним зацеплением: 90 x 207 / 600 x 0,85 = 36,5 кВт

Поршневой насос с наклонной осью: 90 x 207 / 600 x 0,92 = 33,75 кВт

Как и следовало ожидать, более эффективный насос требует меньшей мощности привода при том же расходе и давлении на выходе. Приложив немного больше математики, мы можем быстро рассчитать тепловую нагрузку каждого насоса:

Мощность привода для (несуществующего) насоса со 100% эффективностью будет: 90 x 207 / 600 x 1 = 31,05 кВт

Итак, при этом расхода и давления, тепловая нагрузка или мощность, теряемая на тепло для каждого насоса, составляет:

Шестеренчатый насос с внешним зацеплением: 36,5 — 31,05 = 5,5 кВт

Поршневой насос с изогнутой осью: 33,75 — 31,05 = 2,7 кВт

Неудивительно, что для системы с шестеренчатыми насосами и двигателями требуется теплообменник большего размера, чем для эквивалентной (при прочих равных условиях) системы с поршневыми насосами и двигателями.