Методическое пособие 420

Наряду с рассмотренными находят применение универсальные или топографические характеристики. На них изображаются напорные характеристики для различных значений частот вращения nн и кривые равных КПД и мощностей.

Описание установки. Установка с открытой системой циркуляции жидкости (рисунок 3.4) включает в себя: объемный насос 1, балансирный электродвигатель 2, бак 3, всасывающий 4 и нагнетательный 5 трубопроводы, дроссель 6, предохранительный клапан 7 и контрольно-измерительную аппаратуру, служащую для замера: подачи (расходомер 8), давления (манометр 9 и вакуумметр 10), мощности насоса (балансирный электродвигатель 2 с весами и рычагом 11 и тахометром 13).

Рисунок 3.4 - Схема стенда для испытания шестерённого насоса

При работе установки рабочая жидкость по всасывающему трубопроводу 4 поступает в насос, затем по напорному трубопроводу 5 через регулируемый дроссель 6 (если он открыт) к расходомеру 8 и в бак 3. В случае, если дроссель закрыт или открыт частично, давле-

ние за насосом повышается и, если станет больше давления настройки клапана рпк, предохранительный клапан 7 откроется и будет пропускать через себя в бак всю жидкость или часть её.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных:

1.Включить установку и добиться установившегося режима.

2.Изменяя положение дросселя 6, обеспечить давление на выходе из насоса равным: минимально возможному (нуль), 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 1.0 и 1.05 номинального давления.

3.При каждом режиме работы снять показания: манометра – рн, вакуумметра - рв,

расходомера - W, время наполнения – t, тахометра - n, весов - Мн и записать их в таблице 3. 1.

4. Выключить установку.

21

где = 890 кг/м - плотность масла;

м= м, - превышение высоты установки манометра над точкой подключения. При Zм<2м допускается принимать

Если в опытах частота вращения nоп отличается от номинальной nн более чем на

0,5%, характеристики насоса, т.е. графические зависимости Q = f(p), N = f (p), н = f (р), сле-

дует построить по приведенным к номинальной частоте вращения nн значениям, подачи, мощности и значению КПД, вычисленному по формуле (2.32).

Основные контрольные вопросы

1)Что называют объемной гидромашиной?

2)Сформулируйте принцип действия шестеренного насоса, перечислите основные элементы его конструкции.

3)Что такое идеальная подача шестеренного насоса и как она может быть определена?

4)Назовите основные параметры работы шестеренного насоса.

5)Перечислите основные элементы гидравлической системы экспериментального стенда и объясните их функциональное назначение.

6)Что такое рабочая характеристика шестеренного насоса?

7)Показания каких приборов необходимо занести в протокол испытаний шестеренного насоса для получения его рабочей характеристики?

23

Лабораторная работа № 4 Определение характеристик гидропривода с объёмным регулированием

Цель работы:

1)Изучить принцип действия, устройство и работу гидропривода с объемным регулированием.

2)Освоить методику испытаний объемного гидропривода.

3)Получить характеристики объемного гидропривода.

Теоретические сведения. Объемный гидропривод - совокупность устройств, со-

стоящая из объемного насоса, гидродвигателя, гидролиний и гидроаппаратуры, предназначенная для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости.

Вобъемных гидроприводах обычно применяют шестеренные и пластинчатые, акси- ально-поршневые и радиально-поршневые насосы. В качестве гидродвигателей используются гидроцилиндры, гидромоторы и поворотные гидродвигатели (с углом поворота вала менее

360°).

Взависимости от типа применяемого гидродвигателя различают гидроприводы вращательного, поступательного и поворотного движения. В первых гидродвигателем является гидромотор, у вторых - гидроцилиндр, у третьих, поворотный гидродвигатель.

Гидропривод, в котором скорость выходного звена объемного гидродвигателя может регулироваться по определенному закону, называют регулируемым.

Различают гидроприводы с объемным и дроссельным регулированием. В гидроприводе с объемным регулированием скорость выходного звена регулируется изменением количества рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель (гидромотор), что достигается путем изменения рабочего объема насоса – qн, или гидромотора – qм, или того и другого одновременно (при nн=соnst). Без учёта утечек жидкости расход через гидродвигатель (гидромотор) равен подача насоса

qн , qм- рабочие объемы насоса и гидромотора; nн , nм - частота вращения насоса и гидромотора.

Зависимость для определения частоты вращения гидромотора в гидроприводе враща-

где , п- скорость перемещения поршня и площадь поршня, на которую действует жидкость.

По способу циркуляции жидкости гидроприводы бывают с замкнутой и разомкнутой циркуляцией. В гидропроводах с замкнутой циркуляцией рабочая жидкость от гидродвига-

24

теля поступает во всасывающую гидролинию насоса, а в гидроприводах с разомкнутой циркуляцией - в гидробак.

Гидропривод, по сравнению с другими приводами, обладает следующими преимуществами:

1)Позволяет в широких пределах бесступенчато изменять скорость выходного звена, обеспечивает получение больших усилий и крутящих моментов, высокое быстродействие, легко управляется и автоматизируется, что дает возможность создавать следящие системы.

2)Надежно ограничивает величину нагрузки и создает удобства в компоновке машины, благодаря возможности отделения насоса на значительные расстояния от гидродвигателя.

3)Имеет небольшие удельную массу и объем (отношение массы и объема к мощности) и высокую долговечность.

Эти важные преимущества гидропривода явились причиной его широкого внедрения

внародное хозяйство. Так, например, применение гидропривода на самолетах, подъемнотранспортных и других машинах позволило облегчить их конструкцию и увеличить производительность в 1,2... 1,5 раза по сравнению с механическим приводом.

В последнее время на различных энергетических установках, тракторах, экскаваторах и других машинах вместо механических трансмиссий применяются гидравлические. Применение бесступенчатых гидротрансмиссий позволяет существенно повысить загрузку двигателей, снизить утомляемость водителей (появляется возможность одной рукояткой плавно изменять скорость на ходу, направление движения и осуществлять динамическое торможение.). В конечном итоге коэффициент использования рабочего времени агрегатов повышает-

ся на 15... 25%.

По мере развития гидропривода изменяется и применяемое давление. Так, например, если в начале оно составляло порядка 5 МПа, то в последнее время - 16 ... 32МПа и более. Анализ показывает, что общая стоимость гидропривода снижается с увеличением давления.

Характеристикой гидропривода называют аналитические или графические зависи-

мости: скорости выходного звена - , nм; коэффициента полезного действия – η; потребляемой мощности - N; от приложенной нагрузки к рабочему органу (гидромотору, гидроцилин-

nм= f(uн). Типичные характеристики гидропривода с объемным регулированием (регулируемым насосом и нерегулируемым гидромотором приведены на рисунке 4.1 и рисунке 4.2. Каждая характеристика получена при определенной подаче насоса, которая оценивается ве-

требляемая его насосом

25

=нас∙ нас .

нас

Коэффициент полезного действия объемного гидропривода – это отношение обеспечиваемой полезной мощности (мощности выходного звена системы) мощности к располагаемой этой системой (мощности, потребляемой насосом)

гп = пол

Рисунок 4.1 - Типовые характеристики гидропривода

Рисунок 4.2 - Механические характеристики гидропривода

Описание установки. Принцип действия объемного гидропривода рассмотрим на гидравлической схеме установки, которая является типичной схемой регулируемого гидропривода вращательного движения с разомкнутой циркуляцией жидкости (рисунок 4.3).

Гидропровод включает: регулируемый насос -1; нерегулируемый гидромотор - 2; тормоз-весы - 3; динамометр - 4; стенд измерительных приборов - 5; предохранительный клапан - 6; мотор весы - 7; всасывающий, напорный и сливной трубопроводы - 8, 9 ,10.

При включении насоса 1 механическая энергия вала преобразуется в гидравлическую энергию потока жидкости, который под давлением с определенной скоростью поступает по напорной гидролинии 9 в гидромотор 2, в котором гидравлическая энергия, преодолевая нагрузку (момент на гидромоторе) преобразуется во вращательное движение вала.

При увеличении нагрузки на валу повышается и давление в напорной гидролинии. Если момент на гидромоторе превысит определенную величину, то давления в напорной гидролинии поднимется выше заданного и откроется предохранительный клапан 6, перепуская часть жидкости в бак и предохраняя систему от перегрузки.

26

Описанная выше установка позволяет проводить испытания регулируемого насоса, нерегулируемого гидромотора и гидропривода с замкнутой циркуляцией жидкости в целом.

1 - регулируемый насос; 2 - нерегулируемый гидромотор; 3 - тормоз-весы; 4- динамометр; 5 - стенд измерительных приборов; 6 - предохранительный клапан;

7 - мотор весы; 8, 9 ,10 – всасывающий, напорный и сливной трубопроводы Рисунок 4.3 - Схема экспериментального стенда для испытания регулируемого гидропривода вращательного действия.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных:

1.Включить установку и обеспечить необходимый тепловой режим.

2.Установить требуемое значение nн= const.

3.При заданном значении параметра регулирования для пяти-шести ступеней нагрузки (от нуля до максимального значения), создаваемой с помощью тормоза 3, измерить: частоты вращения насоса nн и гидромотора nм (тахометрами на стенде 5), а также нагрузки на

насосе н и гидромоторе м (с помощью весов 4 и 7).

4.Провести аналогичные измерения при пяти-шести других значениях Uн в пределах от Uнminот 0 до 1. Полученные данные занести в таблицу 4.1.

5.Разгрузить гидромотор 2 и выключить установку.

6.Вычислить следующие параметры:

-полезную мощность гидропривода Nн, кВт,

Таблица 4.1

Основные контрольные вопросы

1)Что называют объемным гидроприводом?

2)Что называют регулируемым гидроприводом и каким путем производится регулирование скорости выходного звена?

3)Какими преимуществами обладает объемный гидропривод по сравнению с другими типами приводов?

4)Что называют характеристикой объемного гидропривода?

5)Что называют полезной мощностью гидропривода и какие параметры необходимы для её определения?

28

Лабораторная работа № 5 Испытание гидропривода поступательного движения

с дроссельным регулированием

Цель работы:

1)Изучить принцип действия и работу гидропривода поступательного движения

сдроссельным регулированием.

2)Освоить методику испытания гидропривода.

3)Получить характеристики гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием при постоянном давлении насоса и дросселем, установленном на входе и выходе выходного звена.

Краткие теоретические сведения.

Гидроприводом с дроссельным регулированием называется гидропривод, в кото-

ром регулирование скорости движения выходного звена (гидродвигателя) производится регулирующим гидроаппаратом. В гидроприводах с дроссельным регулированием применяют регулируемые дроссели, регуляторы потока, дросселирующие распределители и гидроусилители мощности.

В гидроприводах (ГП) с дроссельным регулированием применяют преимущественно нерегулируемые насосы. По схеме работы гидроприводы с дроссельным регулированием можно подразделить на две группы: гидроприводы с постоянным и переменным давлением. Для гидроприводов с постоянным давлением характерно наличие переливного клапана, который поддерживает в напорной линии постоянное давление путём непрерывного слива рабочей жидкости. В гидроприводе с переменным давлением в напорной линии давление изменяется в зависит от нагрузки гидродвигателя.

Гидроприводы с дроссельным регулированием являются гидроприводами с разомкнутой циркуляцией. Они могут быть поступательного, поворотного и вращательного движения.

Гидроприводы с постоянным давлением. В таких гидроприводах регулируемые дроссели устанавливают либо в напорной линии перед направляющим распределителем (дроссель на входе - рисунок 5.1а), либо в сливной линии после направляющего распределителя (дроссель на выходе – рисунок 5.1б).

Гидропривод состоит из нерегулируемого насоса Н с приводящим электродвигателем ЭД, бака Б, переливного клапана К, регулируемого дросселя ДР, распределителя Р и поршневого гидроцилиндра Ц. При включении приводящего электродвигателя насос всасывает рабочую жидкость из бака и нагнетает ее под давлением в напорную линию. Далее рабочая жидкость поступает через дроссель и распределитель в одну из полостей цилиндра, например в полость, А. Под действием давления жидкости поршень перемещается вправо, а из полости Б цилиндра рабочая жидкость вытесняется и через распределитель по сливной линии поступает в бак. Давление р1 в напорной линии поддерживают постоянным с помощью переливного клапана К. Направление движения поршня цилиндра изменяют с помощью распределителя Р, а скорость - с помощью дросселя ДР. Расход жидкости, подводимой к цилиндру, равен расходу жидкости через дроссель. Излишек жидкости сливается в бак через пере-

ливной клапан, который поддерживает давление р1 постоянным.

Гидроприводы с дросселем, установленным на входе гидродвигателя, не пригодны для работы в режимах с отрицательными нагрузками. Принято считать нагрузку отрицатель-

29

ной, если ее направление совпадает с направлением движения штока цилиндра. Под действием отрицательной нагрузки скорость штока может увеличиться настолько, что произойдет разрыв сплошности потока в рабочей полости цилиндра, и движение поршня станет неуправляемым, так как в сливной линии отсутствуют тормозные или демпфирующие устройства.

К недостаткам рассматриваемого гидропривода можно также отнести низкий КПД привода ( ≤ 0,36) и нагрев цилиндра жидкостью, поступающей в него после дросселирования через дроссель.

а) с дросселем на входе б) с дросселем на выходе Рисунок 5.1 - Принципиальная схема ГП с дроссельным регулированием и постоянным давлением

Гидроприводы с дросселем, установленным на выходе гидродвигателя, т.е. на сливной линии, обладают некоторыми преимуществами - возможностью регулирования скорости движения выходных звеньев гидродвигателей при знакопеременной нагрузке, быстрая затормаживаемость двигателя; отвод теплового потока, выделяющегося при дросселировании рабочей жидкости.

Недостатки этой схемы гидропривода - зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от нагрузки, а также меньшая экономичность по сравнению со схемой гидродвигателя с дросселем на входе (часть мощности гидродвигателя затрачивается на преодоление противодавления).

В состав гидропривода с дроссельным регулированием могут входить: предохрани-

тельный клапан, дроссель, регулятор потока, распределитель и т.д., которые являются агрегатами, обеспечивающими регулирование гидропривода. Кратко рассмотрим назначение и принцип действия основных агрегатов управления гидроприводом.

Обратный клапан – пропускают рабочую среду (жидкость, газ) в одном направлении и предотвращают её движение в противоположном.

Предохранительный клапан применяется для защиты гидропривода от превышения давления над установленным.

Редукционный клапан предназначен для поддержания давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости более низкого, чем давление в подводимом потоке.

Дроссель - это регулирующее устройство, предназначенное для ограничения подачи жидкости к исполнительному органу (гидроцилиндру, гидромотору) с целью регулирования скорости его движения.

Регулятор потока - регулирующее устройство, предназначенное для поддержания

30