| Система с дросселем на выходе

Кроме того, например, в грузоподъемных машинах поднятый груз при опускании может упасть, так как внешняя нагрузка – груз – будет преодолевать при опускании только силу трения поршня о цилиндр и противодавление в сливной линии. Поэтому для стабилизации сил трения на сливной магистрали устанавливается подпорный клапан 5 (или демпфер), создающий противодавление рпр в нерабочей полости цилиндра. Давление подпора не должно быть больше 0,2…0,3 МПа.

Система с дросселем на выходе. В гидравлической системе (рис.13.25) дроссель В подключен на сливной магистрали после распределителя 3. скорость поршня здесь определяется объемом жидкости, который вытесняется из штоковой полости цилиндра 4 через дроссель В в гидроемкость.

Рис.13.25

Проанализируем работу этой системы и установим влияние изменения нагрузки Р на скорость поршня.

Составим уравнение равновесия поршня силового цилиндра:

Если сохраняется условие, при котором > , то давление рраб в процессе не изменяется и соответствует настройке переливного клапана 2 рп. к, т. е. . Силы трения Т для данного механизма почти неизменны. Так как по условию нагрузки Р величина переменная, то из уравнения равновесия следует, что противодавление рпр тоже будет переменным.

Давление перед дросселем «В» при некотором допущении может быть принято равным рпр, а после дросселя – почти атмосферному рат. Поэтому перепад давления в дросселе при подключении последнего на выходе является величиной переменной. Следовательно, переменным будет расход жидкости через дроссель и скорость поршня.

Система с дросселем «на выходе» более предпочтительна, чем система с дросселем «на входе». Во-первых, тепло, выделяющееся при прохождении через дроссель, отводится в гидроемкость, не нагревая гидродвигатель. Во-вторых, эту систему целесообразно, применять в монтажных механизмах, т. к. перекрывая дроссель В, можно мгновенно останавливать в нужном положении поднятый груз.

В рассмотренных выше системах дроссельного регулирования мощность, потребляемая насосом, постоянна и независима от внешней (полезной) нагрузки Р.

Система с дросселем на ответвлении. Рассмотрим третий возможный способ подключения дросселя в систему – на ответвлении (рис.13.26).

Поток жидкости, идущий от насоса 1, разделяется по двум направлениям: к гидроцилиндру 4 через распределитель 3 и через дроссель С, который установлен в ответвлении параллельно силовому цилиндру. Скорость поршня как и в предыдущих системах, определяется настройкой дросселя С.

Рис.13.26

При закрытом дросселе скорость поршня максимальна. По мере открытия его часть жидкости начинает циркулировать в гидроемкость, а скорость поршня соответственно уменьшается. Если при полном открытии дросселя сопротивление, оказываемое им и магистралью после дросселя, меньше, чем в цилиндропоршневой группе и подпорном клапане 5, то вся жидкость от насоса будет отводиться через дроссель в гидроемкость, а поршень остановится.

При указанном расположении золотника в распределителе 3 к насосу подключена поршневая полость гидроцилиндра 4, давление в которой рраб определяется нагрузкой Р+Т. Если нагрузка в процессе работы изменяется, то перепад давления в дросселе зависит от нагрузки. Следовательно, расход жидкости через дроссель и скорость выходного звена меняются.

Клапан 2 в системе включается в работу эпизодически в момент перегрузок, выполняя, таким образом, только функцию предохранительного устройства.

Мощность, потребляемая насосом, и давление в полости нагнетания пропорциональны полезной нагрузке, поэтому гидросистема с дросселем, установленным параллельно силовому цилиндру, экономичней систем с дросселем «на входе» и «на выходе», так как к. п.д. ее выше.

Из анализа работы гидравлических систем с дроссельным способом регулирования скорости следует, что независимо от места расположения дросселя не обеспечивается постоянство скорости поршня при неизменной настройке дросселя, если нагрузка в процессе работы изменяется. Объясняется это нестабильным перепадом давления в дросселе.

Поэтому напрашивается само собой устройство, в котором автоматически поддерживался бы постоянным перепад давления на дросселе с изменением нагрузки на выходном звене. Такое устройство называется дроссель-регулятором. Этот аппарат состоит из дросселя и редукционного клапана, размещенных в общем корпусе. Расход жидкости устанавливается дросселем, а постоянство разности давления до и после дросселя обеспечивается автоматически редукционным клапаном.

13.10. Следящий гидропривод

В рассмотренном ранее гидроприводе возвратно–поступательного движения происходит простое перемещение поршня из одного крайнего положения в другое с преодолением нагрузки Р вдоль штока.

В тракторных, автомобильных системах управления, в гидрокопировальных станках и системах гидроавтоматики применяют следящие гидроприводы (бустеры), в которых шток силового цилиндра должен автоматически следовать за перемещением рукоятки управления.

В таких следящих системах исполнительный шток развивает большее усилие, чем приложено к органу управления. Поэтому следящий гидроприводов еще называют гидроусилителем.

Рассмотрим принцип действия такого привода (рис.13.27) золотникового типа.

Рис.13.27

Двигая ручку управления 1, например, вправо, мы перемещаем командный золотник 2, который через золотниковые окна и каналы 3 (гибкие шланги) направляет жидкость под давлением в левую полость силового цилиндра 4 и соединяет со сливом правую его полость. Под действием давления, создаваемого насосом, поршень 5 перемещается вправо вместе с корпусом золотника 6 до тех пор, пока не перекроются каналы золотника, по которым жидкость подается в цилиндр и отводится от него.

При перемещении ручки с золотником влево давление будет подведено в правую полость цилиндра, и поршень будет перемещаться влево.

Таким образом, исполнительный шток 7, связанный, например, с рулевой тягой трактора, следует за всеми движениями золотника 2, но развиваемое им усилие во много раз превышает то, которое прикладывается к золотнику.

Рассмотрим теперь основные характеристики гидроусилителя как силового привода. Выведем формулы для усилия на исполнительном штоке гидроусилителя, к. п.д. гидроусилителя и развиваемой им мощности.

Давление, подведенное к гидроусилителю ро, расходуется на преодоление усилия вдоль исполнительного штока и на гидравлическое сопротивление:

где , — перепад давления в гидроцилиндре;

где Р – усилие на штоке; — площадь поршня, за вычетом площади штока; — суммарная потеря давления на пути движения жидкости от входа в гидроусилитель до выхода.

Гидравлические потери происходят в основном в двух частично перекрытых золотниковых окнах и подчиняются квадратичному закону в функции скорости (расхода):

где — коэффициент сопротивления золотникового окна; V – скорость течения жидкости в золотниковом окне.

Считая окно прямоугольным, шириной в, получим уравнение расхода

Q = Vω = Vвх;

где V – скорость перемещения поршня гидроцилиндра.

Тогда

, (13.3)

где .

Величину К можно принять постоянной.

Считая давление насоса постоянным и пренебрегая потерями в подводящих трубах, получим

При отсутствии нагрузки (Р=0, ) и полном открытии окон (х=хmax) определим К из выражения (13.3)

. (13.4)

Подставив (13.4) в (13.3) и решив относительно , получим

где ; ; ; — степень открытия золотниковых окон; — относительный расход (скорость).

Сила исполнительного штока (нагрузка)

Относительная нагрузка

Полученное уравнение позволяет построить сетку так называемых статических характеристик гидроусилителя, т. е. для разных значений .

График (рис.13.28) построен для положительных и отрицательных значений , т. е. для движения золотника и штока, следовательно, и жидкости как в одном, так и в другом направлении.

Рис.13.28

Из графика видно, что лишь при малых скоростях V перемещения исполнительного штока усилие на нем приближается к максимально возможному значению: . Чем быстрее перемещается исполнительный шток, тем меньшую нагрузку он преодолевает.

Там, где кривые пересекают ось абсцисс, нагрузка на штоке меняет свой знак, т. е. превращается в силу, тянущую шток в направлении движения. При этом происходит дальнейшее увеличение его скорости, а гидроцилиндр переходит в режим насоса.

Таким образом, на графике (рис.13.28) в квадрантах I и III гидроцилиндр работает в режиме гидродвигателя, совершающего работу преодоления нагрузки, а в квадрантах II и IV – в режиме насоса, нагнетающего жидкость в том же направлении, что и основной насос.

Статические характеристики гидроусилителя можно построить и в другой системе координат (рис.13.29).

Решим уравнение относительно :

и построим зависимость для разных значений . Мы получим ряд прямых, угол наклона которых к оси тем меньше, чем больше нагрузка на исполнительном штоке. При характеристика гидроусилителя совпадает с осью абсцисс, а это значит, что скорость исполнительного штока равна нулю.

Рис.13.29

На характеристики гидроусилителя влияет так называемое перекрытие золотника, т. е. соотношение ширины золотникового поршня h к ширине золотникового окна t (рис.13.30).

В связи с этим различают идеальный золотник, у которого h=t, золотник с положительным перекрытием h>t, золотник с отрицательным перекрытием h<t. За величину перекрытия принимают

Характеристика, приведенная на рис.13.28, 13.29, относится к идеальному золотнику (с=0).

Рис.13.30

В случае золотника с положительным перекрытием на его характеристике получается зона нечувствительности размером 2с, что является недостатком, но благодаря этому повышается герметичность.

В проточном золотнике имеют место утечки жидкости из напорной линии в сливную, следовательно, и потери мощности, но зона нечувствительности практически отсутствует, так как даже при очень малом смещении золотника от нейтрального положения в силовом цилиндре возникает перепад давления.

К. п.д. гидроусилителя — отношение секундной работы, совершаемой исполнительным штоком, к мощности потока жидкости, подаваемой на гидроусилитель: