4. Простейшая гидропередача с ручным приводом
4.1. Основные положения и определения
Гидравлическая передача - это составнаясиловая частьГП (гидропривода), которая состоит изГМ (гидромашин) и гидролиний, она на входепреобразует механическую энергию в гидравлическую, котораяпередается РЖ (рабочей жидкостью), затемна выходеснова переходит в механическую энергию, приводящую в действие исполнительные механизмы [3,5 – 7, 9, 10].
Энергия– величина, характеризующая состояние системы. Состояние системы меняется, когда в системе тел производитсяработа. Различаютдва вида механическойэнергии:кинетическую- энергиюдвижения, зависящую от относительной скорости тел, ипотенциальную– энергиюположения,зависящую от относительного расположения тел.
По принципу рабочего процесса гидравлические передачи подразделяются наобъемные и гидродинамические.
ГМ (гидравлические машины) служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости ГН (гидронасосы) или для преобразования гидравлической энергии потока в механическую энергию ГД (гидравлические двигатели – гидромоторы, которых может быть несколько).
Принцип действия объёмных гидромашин основан на попеременном заполнении и опорожнении ограниченных пространств (рабочих камер), периодически сообщающихся с местами входа и выходаРЖ.
Схема простейшей гидропередачис ручным приводом приведена нарис. 4.1. Сила, действующая на плунжерГН(насоса)Fн равна силе на наконечнике рычагаFр , увеличенную намеханическое передаточное числоUм = L / l , Fн = Fр Uм .ДваГЦ(гидроцилиндра)1и2 заполненыРЖи соединены между собой трубопроводом. Поршень (плунжер)ГЦ (цилиндра)ГН(насоса)1 под действием силыFн перемещается вниз на расстояниеhн, вытесняяРЖв цилиндрГД (гидродвигателя)2.ПоршеньГЦ2преодолевает силуFд , которая равна силе Fн , увеличенной нагидравлическоепередаточное числоUг = (D/d)2, Fд = Fн Uг,и поднимается наhд.
Принцип действия объемной гидропередачиоснован на малой сжимаемости капельных жидкостей и передаче давления в них позакону Паскаля -давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости и по всем направлениямодинаково.
НасосДвигатель
Рис. 4.1. Схема простейшей гидропередачи
4.2. Основные параметры
Если пренебречь потерями давления в системе, то по закону Паскалядавление вГЦ(цилиндрах) будет одинаковым и равным:
1. Р = Fн / Sн = Fд / Sд, [Па = Н/м2]Fн = Р Sн.
где SниSд– площади поршней ГЦ(цилиндров)ГН(насоса)1иГД (гидродвигателя)2вм2.
Часто применяют мегапаскаль - 1МПа = 106 Па= 1 Н/мм2.
Считая жидкость практически несжимаемой, можно записать
2. q= Sн hн = Sд hд или 3. Q = SнVн = SдVд,
где q – рабочий объем вм3; h – ход поршней вм:Q – подачаРЖнасосом (расходГД- гидродвигателя) вм3/с;V – скорости перемещения поршней вм/с.
Мощность, затрачиваемая на перемещение поршня в ГЦ(цилиндре)1, выражается соотношением:
4. Nн = Fн Vн = Р SнVн. [Вт = Нм/с]
Так как расход жидкостиQ = SнVн, тоусловие передачи энергии(при отсутствии сил трения) можно представить в виде:
5. N = Fн Vн = Р Q = Fд Vд,
где РQ– мощность потока жидкости;FдVд– мощность, развиваемая поршнемГЦ(цилиндра)2, т.е. это работавыходного звена, отнесенная к единице времени.
Гидравлическое передаточное число, равное отношению сил на выходе и входе гидропередачи, можно представить как отношение диаметров цилиндров вовторой степени (в квадрате).Учитывая, чтоF = Р S, получим:
6. Uг =Fд /Fн = (Sд/ Sн) = (π D 2/4) / (π d 2/4) = (D/d)2.
Механические потерискладываются из потерь на трение в подшипниках, сальниках (уплотнениях), поршней и т.п. о жидкость; они учитываются механическимКПД. Механический КПДвыражает влияние потерь на трение в механизме на эффективность его работы и для гидродомкрата с ручным приводом в основном определяется потерями в ручном приводе. Упрощенно считаем:
7. hм = Nн / Nр,
где Nр =Fр Vр ; Nн = Fн Vн = P Q - соответственномощностьна наконечнике рычага и на поршне1ГН (гидронасоса).
Объемные потериоцениваютсяобъемным КПДи определяютсяутечками жидкостииз напорной полости через зазоры между рабочим органом и корпусомГМ(гидромашины). Для большинства поршневых насосовhо = 0,85 – 0,98.
Гидравлические потеривозникают в рабочих органахГМи представляют разность между теоретическим и действительнымдавлением жидкости. Гидравлические потери оцениваютсягидравлическим КПД. ГидравлическиеКПД, определяемые потерями напора в клапанах, находятся в пределахhг = 0,8 – 0,9.
Общий, или полный, КПДГМпредставляет собойпроизведениеКПДмеханического, объемного и гидравлического.
8. hп = hм hоhг = Nд / Nр.
Полный КПДхарактеризует степень совершенства конструкцииГМв механическом и гидравлическом отношениях. В насосах современных конструкций (без учета механического привода)hм = 0,9 – 0,97; hо = 0,95 – 0,98; hг = 0,9 – 0,95. Максимальный полныйКПДкрупных современных насосов –hп = 0,92; для малых и средних насосов –hп = 0,5 - 0,75. При перекачке жидкостей, отличающихся по вязкости от воды,КПДможет быть ниже. ВГЦ (гидроцилиндрах) с резиновыми кольцевыми уплотнениямиhм = 0,85 – 0,95; hо = 0,98 – 0,99; hг » 1,0.
При выполнении расчетов необходимо обращать внимание на анализ единиц физических величин.
Например, N = P Q = F V = T w;
где N – мощность,Вт = Нм/с; P – давление,Па = Н/м2; Q – подача жидкости,м3/с;F – сила,Н; T – крутящий (вращающий) момент,Нм; V – линейная скорость,м/с; w - угловая скорость,1/с.
Подставляя единицы физических величин, получим:
N (Нм/с) = P Q (Н/м2)(м3/с)= Нм/с = F V (Н)(м/с) = T w (Нм/с).