Объемный гидропривод, принцип действия и основные понятия

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.

Рассмотрим
работу простейшего объемного гидропривода,
прин­ципиальная схема которого
приведена на рис. 5.1. Он 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 F₁
перемещается вниз с некоторой ско­ростью
V₁.
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,
создает силу, преодолевающую внешнюю
нагрузку F₂
= pS₂.

Считая
жидкость несжимаемой, можно утверждать,
что коли­чество жидкости, вытесняемое
поршнем гидроцилиндра 1 (расход Q
= v₁S₁),
поступает по трубопроводу в гидроцилиндр
2, поршень
которого перемещается со скоростью
v₂
= Q/S₂,
направленной вверх (против внешней
нагрузки
F₂).

Если
пренебречь потерями энергии в элементах
гидропривода, то можно утверждать
следующее. Механическая мощность N1
= F₁v₁,затрачиваемая
внешним источником на перемещение
поршня гид­роцилиндра 1, воспринимается
жидкостью, передается ею по тру­бопроводу
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:

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
основание анализа работы этого простейшего
объемного гидроприво-да, а также принимая
во внимание задачи, которые

Рис.
5.1. Принципиальная схема простейшего
объемного гидропривода: 1- гидроцилиндр,
работающий в режиме насоса; 2- гидроцилиндр,
работающий в режиме гидравлического
двигателя

необходимо
решать по управлению гидроприводом и
обеспечению его работоспособности,
можно заключить, что реальный объем­ный
гидропривод обязательно должен включать
в себя следующие элементы или группы
элементов (число перечисленных ниже
эле­ментов в составе гидропривода не
ограничивается):

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

По
виду источника энергии жидкости объемные
гидроприводы делятся на три типа.

1.
Насосный гидропривод — в
нем источником энергии жидкости является
объемный насос, входящий в состав
гидропривода. По характеру циркуляции
рабочей жидкости насосные гидроприводы
разделяют на гидроприводы с разомкнутой
циркуляцией жидко­сти (жидкость от
гидродвигателя поступает в гидробак,
из которо­го всасывается насосом) и
с замкнутой циркуляцией жидкости

(жидкость
от гидродвигателя поступает сразу во
всасывающую гид­ ролинию насоса).

2. Аккумуляторный
   гидропривод
   — в нем источником энергии жидкости
   является предварительно заряженный
   гидроаккумуля­тор. Такие гидроприводы
   используются в гидросистемах с
   крат­ковременным рабочим циклом или
   с ограниченным числом циклов
   (например гидропривод рулей ракеты).

3. Магистральный
   гидропривод — в
   этом гидроприводе рабочая
   жидкость поступает в гидросистему из
   централизованной гидравлической
   магистрали с заданным располагаемым
   напором (энергией).

Гидроприводы
подразделяются также по виду движения
выходного звена.
Выходным звеном
гидропривода считается выходное звено
гидродвигателя, совершающее полезную
работу. По этому признаку выделяют
следующие объемные гидроприводы:

поступательного
движения —
в них выходное звено совершает
возвратно-поступательное движение;

вращательного
движения —
в них выходное звено совершает вращательное
движение;

поворотного
движения —
в них выходное звено совершает
огра­ниченное (до 360°) возвратно-поворотное
движение (применяют­ся крайне редко).

Если
в гидроприводе имеется возможность
изменять только на­правление движения
выходного звена, то такой гидропривод
на­зывается
нерегулируемым.
Если в гидроприводе имеется возможность
изменять скорость выходного звена как
по направлению, так и по величине, то
такой гидропривод называется
регулируемым.

Основные
преимущества и недостатки объемных
гидроприводов

Регулируемые
объемные гидроприводы широко используются
в качестве приводов станков, прокатных
станов, прессового и ли­тейного
оборудования, дорожных, строительных,
транспортных и сельскохозяйственных
машин и т. п. Такое широкое их применение
объясняется рядом преимуществ этого
типа привода по сравне­нию с механическими
и электрическими приводами. Основные
из этих преимуществ следующие.

1. Высокая
   удельная мощность гидропривода, т.е.
   передаваемая мощность, приходящаяся
   на единицу суммарного веса элементов.
   Этот параметр у гидравлических приводов
   в 3…5 раз выше, чем у электрических,
   причем данное преимущество возрастает
   с ростом передаваемой мощности.

2. Относительно
   просто обеспечивается возможность
   бесступен­чатого регулирования
   скорости выходного звена гидропривода
   в широком диапазоне.

3. Высокое
   быстродействие гидропривода. Операции
   пуска, ре­верса и останова выполняются
   гидроприводом значительно быст­рее,
   чем другими приводами. Это обусловлено
   малым моментом инерции исполнительного
   органа гидродвигателя (момент инер­ции
   вращающихся частей гидромотора в 5…
   10 раз меньше соот­ветствующего момента
   инерции электродвигателя).

4. Высокий
   коэффициент усиления гидроусилителей
   по мощ­ности, значение которого
   достигает «10⁵,

5. Сравнительная
   простота осуществления технологических
   опе­раций при заданном режиме, а также
   возможность простого и на­дежного
   предохранения приводящего двигателя
   и элементов гид­ропривода от перегрузок.

6. Простота
   преобразования вращательного движения
   в возврат­но-поступательное.

7. Свобода
   компоновки агрегатов гидропривода.

Наряду
с отмеченными достоинствами гидропривода,
при его проектировании или решении
вопроса о целесообразности его
использования следует помнить также и
о недостатках, присущих этому типу
привода. Эти недостатки обусловлены в
основном свойствами рабочей среды
(жидкости). Отметим основные из этих
не­достатков.

1. Сравнительно
   невысокий КПД гидропривода и большие
   по­тери энергии при ее передаче на
   большие расстояния.

2. Зависимость
   характеристик гидропривода от условий
   эксплуатации (температура, давление).
   От температуры зависит вязкость рабочей
   жидкости, а низкое давление может стать
   причиной воз­никновения кавитации
   в гидросистемеиливыделения из жидкости
   растворенных газов.

3.
Чувствительность к загрязнению рабочей
жидкости и необхо­димость достаточно
высокой культуры обслуживания. Загрязнение
рабочей жидкости абразивными частицами
приводит к быстрому износу элементов
прецизионных пар в гидравлических
агрегатах и выходу их из строя.

4.Снижение
КПД и ухудшение характеристик гидропривода
по мере выработки им или его элементами
эксплуатационного ресурса. Прежде всего
происходит износ прецизионных пар, что
приводит к увеличению зазоров в них и
возрастанию утечек жидкости, т. е.
снижению объемного КПД.

Таким
образом, гидравлические приводы имеют,
с одной сторо­ны, неоспоримые
преимущества по сравнению с другими
типами приводов, а с другой стороны —
существенные недостатки. В связи с этим
перед специалистами, связанными с
проектированием, изготовлением и
обслуживанием гидроприводов, ставятся
определенные задачи.

Задачами
конструктора при проектировании
гидропривода яв­ляются оптимизация
его схемы, обеспечивающей выполнение
приводом функциональных требований, и
обоснованный выбор элементов гидропривода.

Задачами
технолога при изготовлении элементов
гидропривода являются обеспечение
требуемого высокого качества изготовления,
так как это оказывает колоссальное
влияние на эксплуатаци­онные
характеристики гидропривода. Так, в
прецизионных парах, современных
гидравлических агрегатов зазоры
составляют 5 мкм и г менее. Обеспечить
такую точность достаточно сложно.

В
задачи обслуживающего персонала во
время эксплуатации гидропривода входит
выполнение технических условий и
требова­ний по его эксплуатации,
заключающееся прежде всего в выпол­нении
правил монтажа гидропривода, регулярной
смене фильтру­ющих элементов фильтров
и замене рабочей жидкости, а также при
необходимости в ее доливке. Выполнение
этих требований по­зволяет значительно
продлить срок службы как отдельных
элемен­тов гидропривода, так и всего
гидропривода в целом.

Гидропривод объемного типа – схема, расчет, принцип действия, элементы, основные понятия

В зависимости от типа гидропривода и применяемых в них машин, данные агрегаты подразделяются на гидродинамические передачи и объемные гидроприводы.

Гидропривод объемного типа является гидроприводом, который используют в своей работе объемные машины.

Принципиальность работы такого агрегата, прежде всего, основана на отсутствии сжимаемости рабочей жидкости, а также на присущее ей свойство передавать давление во всех направлениях в соответствии с физическим законом Паскаля.

Необходимо рассмотреть действия элементарного объемного гидропривод, схема которого находиться на рисунке 1.

В конструкцию входит два гидроцилиндра 1 и 2, они имеют вертикальное расположение. Нижние полости в данных цилиндров заполнены рабочей жидкостью, а также соединены трубопроводом.

В случае если поршень гидроцилиндры 1, обладающий площадью S1, под воздействием внешней определенной силы F1 производит перемещение вертикально вниз с определенной скоростью V1. Также при этом в самой жидкости образуется давление P=F1/S1. В случае если пренебречь данными потерями давления на непосредственное передвижение жидкости в трубопроводе, тогда данное давление будет передаваться жидкостью по физическому закону Паскаля во второй гидроцилиндр, а также на его поршень, который имеет площадь S2. Он создаст силу, которая преодолеет внешнюю нагрузку F2=P*S2.

Если считать, что жидкость является несжимаемой, тогда можно утверждать – количество жидкости, которое вытесняется поршнем цилиндра 1 (расход рассчитывается по формуле Q=V1*S1), попадает по трубопроводу в цилиндр гидравлического типа 2, поршень которого двигается при скорости V2=Q/S2. При направлении вверх (в противоположную сторону от внешней нагрузки F2). В случае если пренебречь определенными потерями энергии в части элементов гидропривода, можно дать утверждение следующему. Мощность механическая N1=F1*V1, которая затрачивается внешним источником на движение поршня цилиндра 1, будет восприниматься жидкостью, как передаваемая по трубопроводу, а также в цилиндре 2 будет совершать полезную работу в определенную единицу времени, противодействуя внешней силе F2 при скорости V2 (мощность осуществляется N2=F2*V2). Данный процесс можно оформить в виде следующей записи уравнения мощности: N1=F1*V1=P*S1*V1=P*Q=P*S2*V2=F2*V2=N2.

Другими словами, мы можем сделать вывод, что гидроцилиндр 1 в представленном выше примере действует в режиме насоса, т.е. модифицирует механическую энергию, которую осуществляет привод, в энергию потока действующей жидкости. В то время как гидроцилиндр 2 реализует возвратное действие – модифицирует энергию потока жидкости в работу механического типа, т.е. реализует функцию гидрамотора. На формировании анализа действия данного элементарного гидропривода объемного типа, а также беря во внимание то, что задачи, которые нужно решать по управлению приводом и реализации его работоспособности, существует возможность заключить вывод, что действительный объемный гидропривод должен включать в себя группы или элементы, которые представлены ниже:

· Энергопреобразователи – это тип устройств, которые обеспечивают преобразование энергии механического типа в гидроприводе: гидроаккумулятор, гидромашина, гидропреобразователь.

· Гидросеть – это совокупность устройств, которые обеспечивают гидравлическую связь следующих элементов привода: гидролинии, рабочая жидкость, соединительная арматура и так далее.

· Кондиционеры рабочей среды — данные устройства служат для поддержания определенных показателей состояния рабочей жидкости: теплообменники, фильтры и т.д.

· Гидроаппараты – данные устройства служат для изменения или удержания определенных показателей параметров потоков (расхода, давления и других): гидроклапаны, гидродроссели, гидрораспределители.

Основы гидравлики | Сеансы LunchBox

Справка

• Объяснить основные принципы работы с жидкостями.
• Продемонстрируйте зависимость между давлением, площадью и силой.

Поток — общее движение жидкости.

Расход имеет два компонента, которые необходимо учитывать: скорость потока и скорость потока .

20 галлонов в минуту

75,7 л/мин

Скорость потока — это движение определенного объема жидкости за заданный промежуток времени. Скорость потока обычно измеряется в галлонах США в минуту (гал/мин) или литрах в минуту (л/мин) с помощью расходомера.

Скорость потока — это расстояние, которое проходит определенный объем жидкости за определенное время.

Скорость потока не измеряется напрямую, а рассчитывается с использованием скорости потока и площади поперечного сечения шланга.

Скорость потока напрямую зависит от скорости потока и размера шланга.

Если мы изменим расход насоса, но оставим неизменным размер шланга, мы сможем изменить скорость потока жидкости.

Если вместо этого мы сохраним размер насоса без изменений, но изменим размер шланга, мы получим тот же эффект.

По мере увеличения скорости потока увеличивается и тепловыделение.

Это связано с трением .

Трение вызывается трением молекул жидкости о внутреннюю поверхность шлангов и труб.

Не воспринимайте это слишком буквально — это просто для развлечения.

Мы представляем себе, что жидкость течет как единая масса, но на самом деле это не так.

При низких скоростях жидкость течет отдельными параллельными слоями.

Каждый из этих слоев движется с разной скоростью.

Это состояние известно как ламинарный поток.

По мере увеличения скорости жидкости крошечные дефекты на поверхности проводника потока (шланга или трубы) нарушают путь потока.

Это создает хаотическое состояние, а не организованные слои ламинарного потока.

Этот турбулентный поток (из-за трения) вызывает повышение температуры.

Турбулентный поток проявляется везде в гидравлической системе, где возникают изгибы и ограничения.

Размер шлангов и фитингов помогает свести к минимуму этот эффект.

Закон Паскаля гласит, что любое давление, оказываемое на замкнутую жидкость, передается с одинаковой силой во всех направлениях.

Но это верно только до тех пор, пока жидкость находится в ловушке.

Давление создается либо сопротивлением потоку, называемым динамическим давлением, либо потенциальной энергией объекта, на который воздействует гравитация, известным как статическое давление.

Статическое давление присутствует, когда жидкость хочет течь, но не может. Гравитация пытается опустить шток этого цилиндра, но поскольку клапан закрыт, жидкость в цилиндре не может выйти.

Эта захваченная жидкость получает энергию благодаря силе, тянущей шток цилиндра вниз. Эта энергия представляет собой значение давления, отображаемое на манометре.

С другой стороны, динамическое давление связано с кинетической энергией жидкости.

Таким образом, по мере увеличения сопротивления потоку увеличивается давление.

Когда жидкость проходит через сужение, происходит падение давления из-за преобразования энергии (трение вызывает нагрев).

Поскольку полная энергия системы должна оставаться постоянной, принцип Бернулли гласит, что при уменьшении кинетической энергии (скорости жидкости) должно происходить пропорциональное увеличение потенциальной энергии (давления).

Площадь поверхности — это общая открытая площадь твердого объекта.

В гидравлических системах нас интересует площадь поверхности компонентов, которые взаимодействуют с жидкостью.

Площадь поверхности компонента может существенно повлиять на работу системы!

Существует прямая математическая зависимость между силой , которую способна передать гидравлическая система, давлением системы и площадью поверхности управляемого компонента.

Это соотношение обычно выражается с помощью треугольника FPA.

Зная давление и площадь поверхности поршня, можно рассчитать силу.

Если мы знаем, какое усилие необходимо и какое давление имеется, мы можем рассчитать необходимую площадь поверхности поршня.

Или, если мы знаем силу и площадь поверхности поршня, мы можем рассчитать давление.

Используя меньшую площадь поверхности левого цилиндра, мы можем увеличить силу правого цилиндра.

Ваша очередь: исследовать взаимосвязь между силой, давлением и площадью.

В этом модуле представлены некоторые основные, но важные концепции гидравлики.

Поток

• Скорость
• Скорость
• Ламинар
• Турбулентные
• Фрик

Давление