1. ОБЪЕМНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД

 

1.1. Основные понятия и принцип действия

 

Приводом называется устройство для приведения в движение механизмов и машин. В технике применяют различные виды приводов: механический, электрический, пневматический, комбинированный и др.

Привод, в котором носителем энергии является жидкость, называется гидравлическим (сокращенно гидропривод). Различают два типа гидравлических приводов: объемный гидропривод и гидродинамический привод.

Объемным гидроприводом называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных механизмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением. Объемным гидропривод называется потому, что передача движения от источника энергии (насоса) к исполнительному механизму (гидродвигателю) осуществляется за счет перемещающихся внутри системы объемов жидкости, т.е. рабочая жидкость обеспечивает кинематические связи (перемещение, скорость) в системе путем вытеснения замкнутых объемов жидкости.

В гидродинамическом приводе, в отличие от объемного, жидкость обеспечивает силовые связи.

В состав объемного гидропривода (рис.1.1) входят следующие устройства:

·                     один или несколько насосов;

·                     один или несколько гидродвигателей (гидроцилиндров, гидромоторов, поворотных гидродвигателей);

·                     гидроаппаратура (клапаны, дроссели, гидрораспределители и др.);

·                     кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменники и др.);

·                     гидроемкости (гидробаки, гидроаккумуляторы);

·                     гидpолинии.

Насосы преобразуют механическую энергию приводных двигателей (тепловых, электрических и других) в энергию потока жидкости.

 

Рис. 1.1 Функциональная схема объемного гидропривода

 

Объемные гидродвигатели (гидроцилиндры, гидромоторы и поворотные гидродвигатели) преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую энергию выходных звеньев (исполнительных механизмов) привода.

Гидроаппараты (клапаны, дроссели, распределители) предназначены для управления потоком рабочей жидкости. Под этим понимается изменение или поддержание заданных значений давления или расхода рабочей жидкости, либо изменение направления, пуск и остановка потока рабочей жидкости, а также открытие или перекрытие отдельных гидролиний. При помощи гидроаппаратуры осуществляется управление гидроприводом и его защита от перегрузок.

Кондиционеры рабочей жидкости обеспечивают поддержание ее необходимых качественных показателей и состояния. К ним относятся фильтры, теплообменники (охладители и нагреватели), влагоотделители и др.

Гидроемкости (гидробаки, гидроаккумуляторы) служат для хранения рабочей жидкости, которая используется в процессе работы гидропривода.

Гидролинии предназначены для движения рабочей жидкости или передаче давления от одного устройства гидропривода к другому или внутри устройства от одной полости (камеры) к другой. Различают гидролинии всасывающие, напорные, сливные, исполнительные, дренажные, управления и каналы. Конструктивно гидролинии представляют собой трубы, рукава, каналы и соединения.

Все гидравлические устройства должны быть оснащены уплотнениями для герметизации соединений.

Принцип действия объемного гидропривода основан на практической несжимаемости рабочей жидкости (высоком модуле объемной упругости рабочей жидкости), использовании закона Паскаля и применении уравнения Бернулли, учитывающего течение реальной жидкости в гидросистеме. Причем для большинства практических инженерных расчетов в уравнении Бернулли можно пренебрегать геометрическим и скоростным напорами ввиду их малости.

Рассмотрим схему простейшего объемного гидропривода (рис.1.2).

 

Рис.1.2. Принципиальная схема простейшего

объемного гидропривода

 

На поршень цилиндра 1 (входное звено) действует сила F₁, на поршень цилиндра 2 (выходное звено) – внешняя нагрузка F₂. При перемещении поршня в цилиндре 1 рабочая жидкость из него вытесняется в цилиндр 2, приводя его поршень в движение.

В соответствии с законом Паскаля (в идеальных условиях) давление Р₁ = F₁ / S₁  в цилиндре 1 и давление Р₂ в цилиндре 2 будут одинаковыми.

Так как жидкость считается несжимаемой, то вытесняемые объемы жидкости в цилиндрах 1 (x₁·S₁) и 2 (x₂·S₂) также будут одинаковыми.

Соотношения между усилиями, перемещениями и скоростями входного и выходного звеньев системы (при пренебрежении гидравлическим сопротивлением и трением поршней) следующие:

 

                                              (1.1)

  ,

или

 

где х₁, х₂  – перемещения поршней 1 и2 соответственно;   S₁, S₂ – рабочие площади поршней цилиндров 1 и 2,    здесь  - диаметр поршня 1 и 2 соответственно; V₁, V₂ – скорости поршней,   здесь  t – время, за которое поршни 1 и 2 переместятся на расстояния х₁ и х₂ соответственно.

Полезная мощность гидропривода определяется по формуле

 

                               (1.2)

 

где N₁ - полезная мощность гидpопpивода, Вт; P₁ - давление жидкости,  Па. Q - количество жидкости (объем), перетекаемый в единицу вpемени из цилиндpа 1 в цилиндp 2 (объемный pасход), м³/с.

Из формулы (1.2) видно, что мощность гидропривода определяется параметрами потока рабочей жидкости: давлением и расходом.