Регулирование и стабилизация скорости

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Гидродвигатели чаще всего используются в приводах подач металлообрабатывающих станков, где величина скорости регулируется за счет изменения количества масла.

Существуют следующие способы регулирования скорости гидродвигателей:

1) объемное регулирование;

2) дроссельное регулирование:

– регулирование с помощью дросселя, установленного «на выходе»;

– регулирование с помощью дросселя, установленного «на входе»;

– регулирование с помощью дросселя, установленного параллельно гидродвигателю;

– дифференциально-дроссельное регулирование.

Регулирование скорости

 

Объемное регулирование

При этом виде регулирования применяют насосы переменной производительности. К достоинствам этого способа следует отнести высокий КПД (0,65-0,7) и возможность получения широкого диапазона регулирования (10-12).

Работа такого привода осуществляется следующим образом (см. рис.1.3). Насос переменной производительности 1 подает масло в реверсивный гидромотор 3. При этом могут иметь место наружные утечки, что для замкнутой гидросистемы недопустимо. Поэтому предусматривается подпиточный насос 2, который всегда обеспечивает подкачку масла во всасывающую полость насоса 1 за счет обратных клапанов 7. Постоянство давления подпора поддерживается настройкой предохранительного клапана 6. Клапаны 4 и 5 ограничивают максимально допустимое давление в напорной магистрали. При регулировании частоты вращения вала гидромотора 3 насосом 1, можно получить привод с постоянным крутящим моментом. При регулировании гидромотором мощность привода будет зависеть лишь от нагрузки. Если последняя постоянна, то и потребляемая мощность будет постоянной.

Объемное регулирование скорости можно осуществить и с помощью нерегулируемых гидронасосов, но тогда их должно быть не менее двух. С двумя можно получить четыре скорости в одну и другую стороны. С тремя насосами – не менее восьми скоростей и т.д. При этом насосы приводятся во вращение от одного электродвигателя. Таким образом, получается ступенчатое объемное регулирование.

Дроссельное регулирование

Этот способ регулирования основан на использовании нерегулируемых насосов и дросселей, к которым предъявляются следующие требования. Во-первых, необходимо обеспечить постоянство давления на его входе или на выходе, а во-вторых, выбирать дроссель таким, чтобы его сопротивление было наибольшим среди других сопротивлений трубопроводов и аппаратов. Данный способ отличается большим быстродействием, простотой конструкции, надежностью работы, а также позволяет реализовать возможность плавного непрерывного изменения скорости в широком диапазоне.

Регулирование с помощью дросселя, установленного «на входе» (рис.3.1)

 

Рис. 3.1. Дроссель «на входе». Шток толкающий

 

В этом случае Р ₂ = 0, а скорость вправо

 

,

 

где Р _н – давление масла перед дросселем; G – нелинейная гидравлическая проводимость, определяемая конструктивными характеристиками дросселя; m – коэффициент, зависящий от конструкции дросселя (m = 0,5-1).

Если на сливе установлен подпорный клапан, то , а скорость вправо

 

.

 

При тянущем штоке, перемещающемся влево, и без установки на сливе подпорного клапана , а

 

.

 

Регулирование с помощью дросселя, установленного «на выходе» (рис.3.2)

 

Рис. 3.2. Дроссель «на выходе». Шток толкающий

В схеме, представленной на рис.3.2, как и в предыдущей, давление в напорной гидролинии насоса определяется настройкой предохранительного клапана, т.е. Р ₁ = Р _н. При толкающем штоке и движении вправо Р ₂ = 0, скорость

 

.

 

Следует заметить, что обе схемы последовательного регулирования содержат в себе элементы, в которых идет интенсивное тепловыделение: это сам дроссель и предохранительный клапан. Поэтому в гидроприводе должна быть предусмотрена система охлаждения масла.

Регулирование с помощью дросселя, установленного параллельно гидродвигателю (рис.3.3)

В схеме, представленной на рис.3.3, предохранительный клапан закрыт в процессе работы привода, а давление в напорной гидролинии зависит от нагрузки R _р на гидродвигателе и сил трения. Таким образом, при увеличении проходного сечения дросселя в гидродвигатель поступает меньший поток жидкости и скорость будет уменьшаться.

Рис. 3.3. Дроссель установлен параллельно гидродвигателю. Шток толкающий

В соответствии со схемой Р ₁ = Р _н, а Р ₂ = 0. Скорость штока вправо

.

,

 

где Q _н и Q _пк – расход насоса и расход через предохранительный клапан соответственно.

При тянущем штоке Р ₁ = 0, а . Скорость влево

.

 

Схема дифференциально-дроссельного регулирования (рис.3.4)

Регулирование скорости движения применимо лишь для приводов, использующих в качестве гидродвигателей дифференциальные цилиндры.

Изменяя проходное сечение f _д дросселя, регулируем скорость и направление перемещения штока гидроцилиндра. Скорость изменяется от минимальной до максимальной величины вправо и влево. Данный способ регулирования позволяет обходиться без гидрораспределителя. Работу можно условно разбить на три этапа.

1. Щель f _д = 0, слива нет.

Поэтому P ₁ = P ₂, F ₁ P ₁ > F ₂ P ₂.

Шток перемещается вправо со скоростью V _max.

2. Щель f _д максимально открыта (бесштоковая полость соединена со сливом).

Поэтому P ₂ > P ₁, F ₂ P ₂ > F ₁ P ₁.

Шток перемещается влево со скоростью V _max.

3. Щель f _д имеет среднее значение проходного сечения. При этом скорость штока V = 0.

 

 

Рис. 3.4. Дифференциально-дроссельное регулирование:

1 – насос; 2 – плунжер; 3 – демпфирующее отверстие (дроссель с постоянным сечением)

 

В общем случае скорость штока определяется по формуле

 

.

 

Дифференциально-дроссельное регулирование позволяет работать с высокой чувствительностью и малым влиянием утечек на скорость. Такие схемы рекомендуется применять в гидравлических следящих приводах.

На рис.3.5 показаны статические характеристики дроссельного регулирования, т.е. зависимость рабочей скорости выходного элемента гидродвигателя от характеристики Y дросселя (характеристика величины проходного сечения) и рабочей нагрузки R_p.

Анализируя способы регулирования выходного элемента гидродвигателя, можно дать некоторые рекомендации по назначению того или иного метода.

1. Объемное регулирование, сопровождающееся большими утечками, лучше применять в гидроприводах мощностью свыше 5-10 кВт.

2. Дроссельное регулирование выгодно применять в приводах, где мощность не превышает 5-10 кВт.

3. Дроссельно-параллельное регулирование применяют там, где нагрузки на гидродвигатель невелики и практически постоянны.

4. Регулирование с дросселем «на входе» можно рекомендовать в приводах с нагрузкой постоянной по направлению.

5. Дроссельное регулирование «на выходе» будет выгодным в приводах при знакопеременной нагрузке.

 

а)

б)

Рис. 3.5. Статические характеристики дроссельного регулирования:

а – дроссель на входе и на выходе; б – дроссель, установленный параллельно

Гидродвигателю