Принципы изменения скорости при гидроприводах
Объемное изменение скорости при гидроприводах вращательного перемещения. Объемное изменение скорости вращательного перемещения гидродвигателя осуществляется или методом трансформации производительности насоса, или методом трансформации пропускной свойстве гидродвигателя, или методом совместного пропускной производительности способности и изменения насоса гидродвигателя. В последнем случае возможно взят самый широкий диапазон трансформации чисел оборотов вала гидродвигателя.
Насос переменной производительности подает масло к гидродвигателю с переменной пропускной свойством. В диапазоне чисел оборотов RH, являющимся нижней частью неспециализированного диапазона R, изменение чисел оборотов вала гидродвигателя осуществляется методом трансформации производительности насоса при постоянной большой пропускной способности гидродвигателя. В диапазоне чисел оборотов Rd изменение чисел оборотов осуществляется методом трансформации пропускной свойстве гидродвигателя при большой производительности насоса.
Рис. 1. Схемы гидроприводов вращательного перемещения с объемным трансформацией скорости.
В диапазоне RH крутящий момент М, развиваемый гидродвигателем при постоянном давлении р, остается постоянным, поскольку величина крутящего момента есть функцией давления и установленной пропускной способности гидродвигателя, каковые остаются неизменными. Мощность в диапазоне RH возрастает с повышением числа оборотов гидродвигателя.
В диапазоне Rd число оборотов гидродвигателя возрастает благодаря уменьшению пропускной свойстве гидродвигателя, т. е. благодаря уменьшению эксцентриситета либо угла наклона диска. Уменьшение эксцентриситета либо угла наклона диска приводит при постоянном давлении к уменьшению крутящего момента. Мощность в диапазоне Rd соответственно остается приблизительно постоянной.
Как видно из взятого выражения, при малой настроенной производительности насоса QPH утечки сильно воздействуют на к. п. д. привода, что при низких числах оборотов падает до значений 0,25—0,30.
Настроенное число оборотов гидродвигателя изменяется с трансформацией нагрузки. При трансформации нагрузки изменяется давление в совокупности, а вместе с тем и величина утечек. Так, при повышении нагрузки утечки возрастают, количество действенно применяемого в гидродвигателе масла значительно уменьшается и настроенное число оборотов гидродвигателя падает, а при уменьшении нагрузки происходит обратное явление.
Гидроприводы этого типа использовались на отдельных моделях зарубежных станков — токарных, револьверных и др., но благодаря сложности конструкции, низкого к. п. д. и нестабильности чисел оборотов они не взяли какое количество-нибудь большого распространения.
Пара более несложную конструкцию имеет привод с насосом переменной производительности и гидродвигателем с постоянной пропускной свойством, схема которого представлена на рис. 1, в. Диапазон трансформации чисел оборотов гидродвигателя при данной схеме уже. Темперамент трансформации мощности, крутящих моментов и к. п. д. соответствует изображениям на рис.
II. 99, б кривым для диапазона RH.
Реверсирование гидродвигателя возможно осуществлено трансформацией направления потока масла.
В аналогичных схемах смогут быть использованы рассмотренные выше лопастные и аксиально-поршневые гидродвигатели с постоянной пропускной свойством.
Гидроприводы этого типа смогут быть использованы для осуществления возвратно-поступательных перемещений рабочих органов в тех случаях, в то время, когда громадная протяженность хода делает нецелесообразным использование поршневых двигателей прямолинейного перемещения. Вращательное перемещение гидропривода преобразуется в прямолинейное посредством рассмотренных выше механизмов.
Дроссельное изменение скорости при гидроприводах вращательного перемещения. При дроссельном трансформации скорости в гидроприводах употребляются насосы постоянной производительности и гидродвигатели с постоянной пропускной свойством. Изменение скорости осуществляется посредством дросселя — отверстия с регулируемым поперечным сечением.
Конструктивные формы дросселей будут рассмотрены ниже.
Как видно из приведенных выражений, расход жидкости через дроссель при одной и той же настроенной площади поперечного сечения будет зависеть от перепада давлений.
При дроссельном трансформации чисел оборотов используются три главные варианта схемы, представленные на рис. 2, а—в.
В гидросхеме, представленной на рис. 2, а, насос постоянной производительности подает масло через дроссель к гидродвигателю с постоянной пропускной свойством. Так как через дроссель при настроенном поперечном сечении и установившемся перепаде давления может пройти лишь определенное количество жидкости, то избыток жидкости, подаваемой насосом, сливается обратно в бак через переливной клапан.
В схеме, представленной на рис. 2, б, дроссель расположен на сливном трубопроводе и ограничивает количество масла, пропускаемого гидродвигателем. Избыток масла, так же как в прошлом случае, сливается через переливной клапан в бак.
Скорость вращения гидродвигателя определяется числом масла, пропускаемого дросселем.
В схеме, представленной на рис. 2, в, дроссель установлен параллельно гидродвигателю. Масло подаваемое насосом, частично сливается через дроссель в бак, частично поступает к гидродвигателю.
В зависимости от величины настроенного поперечного сечения дросселя солидная либо меньшинство масла будет сливаться в бак и соответственно будет изменяться количество масла, поступающего к гидродвигателю. Клапан в данной схеме есть предохранительным и срабатывает лишь при перегрузке, появляющейся при тех либо иных неполадках в работе привода.
Разглядим вопрос о стабильности настроенного числа оборотов гидроприводов с дроссельным трансформацией числа оборотов. Действенный крутящий момент на валу гидродвигателя есть функцией разности давлений на выходе и входе гидродвигателя.
Рис. 2. Схемы гидроприводов вращательного перемещения с дроссельным трансформацией скорости.
При установке дросселя на выходе (схема б) давление на входе в гидродвигатель равняется давлению, развиваемому насосом и есть постоянным. Так, при трансформации момента сил сопротивления изменяется величина противодавления рпр, которое равняется давлению на входе в дроссель. Давление на выходе из дросселя есть постоянным.
При повышении момента сил сопротивления величина противодавления р„р падает, перепад давления на расход и дроссель через дроссель уменьшаются. Так как количество масла, которое проходит через гидродвигатель, равняется расходу через дроссель, то с уменьшением расхода понижается кроме этого скорость вращения гидродвигателя. При уменьшении момента сил сопротивления противодавление рпр возрастает, что ведет к повышению скорости вращения гидродвигателя.
При параллельном дросселировании (схема в) постоянным есть противодавление рпр и соответственно трансформацию величины момента сил сопротивления приводит к изменению давления на входе ре, которое в данной схеме есть кроме этого давлением на входе в дроссель р2. При повышении момента сил сопротивления давление ре возрастает, возрастает кроме этого перепад давления на расход и дроссель через дроссель и соответственно в ЖД поступает меньшее количество масла, что ведет к уменьшению скорости вращения гидродвигателя. При уменьшении момента сил сопротивления давление рв падает, что ведет к повышению скорости вращения гидродвигателя.
Потому, что колебания скорости вращения гидродвигателя при трансформации величины рабочего сопротивления могут быть около большой величины, то схемы а—в с несложным дросселированием заменяются схемами г—е, в которых обеспечивается стабилизация скорости. Стабилизация скорости достигается методом поддержания постоянства перепада давления на дросселе, для чего употребляются редукционные клапаны той либо другой конструкции.
В схеме г, подобной схеме а, редукционный клапан устанавливается перед дросселем. Масло поступает к дросселю через щель, которая образуется кромками отверстия междроссельной золотника и камеры редукционного клапана. При перемещении золотника вверх поперечное сечение щели будет уменьшаться, что приведет к падению давления перед дросселем.
При “опускании золотника вниз сечение щели будет возрастать, что приведет к возрастанию давления перед дросселем. Перемещение золотника происходит машинально в зависимости от трансформации давления на выходе из дросселя.
Под действием пружины золотник пытается опуститься вниз. Нижняя полость цилиндра, в котором находится грибообразный поршень золотника, связана каналом с входом дросселя и в ней устанавливается давление, равное давлению на входе в дроссель, которое пытается немного поднять золотник и уменьшить сечение щели, а соответственно и давление на входе в дроссель.
В схеме е (в) производительность насоса кроме этого не зависит от скорости гидродвигателя, но давление, развиваемое насосом, зависит от величины момента сил сопротивления, исходя из этого мощность, потребляемая насосом, изменяется с трансформацией величины момента сил сопротивления и к. п. д. данной схемы выше, чем двух прошлых. Но он остается все же низким при малых скоростях вращения гидродвигателя, поскольку производительность насоса остается постоянной независимо от скорости. Не обращая внимания на более большой к. п. д., эта схема не находит применения благодаря влияния утечек на величину настроенной скорости.
Рис. 3. Схемы гидроприводов вращательного перемещения с дроссельным трансформацией скорости и повышенным к. п. д.
Недочёты, которые связаны с влиянием утечек, устраняются при применении схемы, представленной на рис. 3, а, в которой так же, как в схеме рис. 2, давление, развиваемое насосом, зависит от величины момента сил сопротивления и которая соответственно имеет более большой к. п. д.
Масло, подаваемое насосом, поступает через междроссельную камеру к дросселю. Часть масла проходит через щель и по трубопроводу направляется в бак. Под действием пружины золотник пытается опуститься вниз и уменьшить проходное сечение щели. Снизу на золотник действует давление масла, поступающего по каналу от входа дросселя, а сверху — давление масла, поступающего по каналу от выхода дросселя.
Золотник, так же как в рассмотренном выше случае, поддерживает постоянство перепада давления на дросселе методом трансформации величины щели. При увеличении давления на выходе дросселя благодаря повышения момента сил сопротивления золотник опускается вниз и сокращает сечение щели, благодаря чего давление на входе увеличивается. При уменьшении давления на выходе давление, действующее на входе, поднимает золотник, сечение щели возрастает и давление на входе падает.
Давление, развиваемое насосом, равняется давлению на входе дросселя и изменяется с трансформацией момента сил сопротивления.
Изменение величины утечек не оказывает влияния на стабильность настроенной скорости, поскольку количество масла, поступающего к гидродвигателю, зависит лишь от перепада давления на дросселе, что поддерживается постоянным. Изменение величины утечек ведет к трансформации количества масла, поступающего через щель в бак.
Подобные схемы дроссельного трансформации скорости именуются схемами с дозирующим клапаном.
Благодаря низкого к. п. д. рассмотренных схем дроссельного трансформации скорости они находят преимущественное использование в приводах подачи, установочных перемещений, зажимных механизмов и т. п. Намного более большого к. п. д. возможно достигнуть, применяя в гидроприводах рассмотренного типа, два насоса разной производительности. Насосы смогут подключаться посредством соответствующей аппаратуры управления или к трубопроводу, питающему гидродвигатель, или к сливному трубопроводу.
При малых скоростях вращения гидродвигателя для его питания употребляется насос меньшей производительности, что подключается к трубопроводу, а насос подключается к сливному трубопроводу и трудится вхолостую. Наряду с этим к. п. д. определяется как отношение действенной мощности к мощности, потребляемой насосом. При средних скоростях к трубопроводу подключается насос, а насос трудится вхолостую.
При высоких скоростях к трубопроводу подключаются оба насоса. Дроссель возможно расположен как на входе, так и на выходе, а для стабилизации скорости применена одна из рассмотренных выше схем.
Гидроприводы вращательного перемещения с дроссельным трансформацией числа оборотов находят до тех пор пока ограниченное использование, но в связи с рядом хороших изюминок этих приводов: широким диапазоном бесступенчатого трансформации чисел оборотов, что в зависимости от мощности и типа гидропривода может принимать значения от 150 до 1300, простотой конструкции, возможностью автоматического управления скоростью, они смогут взять большое распространение в приводах подачи и следящих приводах. Использование аналогичных приводов целесообразно при громадной длине хода, в то время, когда применение поршневых приводов представляется затруднительным, а также в свободных приводах подачи, при которых требуется широкий диапазон трансформации чисел оборотов.
Нерегулируемые приводы этого типа смогут быть удачно использованы в разного рода зажимных устройствах.
Объемное изменение скорости при поршневых гидроприводах. При объемном трансформации скорости для питания поршневых двигателей употребляются насосы переменной производительности. Заданная скорость перемещения поршня устанавливается методом настройки производительности насоса.
Величина давления, развиваемого насосом, зависит, как это видно из уравнения равновесия сил, приложенных к поршню, от величины рабочей нагрузки.
Так, давление и производительность насоса, развиваемое им, устанавливаются в соответствии со нагрузкой рабочего и скоростью движения органа, благодаря чему к. п. д. при объемном трансформации скорости имеет относительно большую величину.
Но связь между величины и давления нагрузки приводит при трансформации последней к трансформации настроенной скорости хода. При повышении нагрузки возрастает давление, а вместе с тем и величина утечек, благодаря чего в цилиндр поступает скорость рабочего и меньшее количество масла органа падает; при уменьшении нагрузки давление понижается, величина утечек значительно уменьшается и в цилиндр поступает большее количество масла и соответственно скорость рабочего органа возрастает.
При малой величине настроенной скорости хода изменение нагрузки ведет к резкому трансформации величины скорости. Большие трансформации нагрузки имеют место при выходе и врезании режущего инструмента, при больших колебаниях припуска. В момент, предшествующий врезанию, в то время, когда процесс резания еще не начался, нагрузка мелка и скорость хода зна-336 чительно выше, чем в ходе резания.
Так, врезание будет происходить при повышенной скорости, что может привести к поломке режущего инструмента. Подобное явление имеет место при выходе режущего инструмента, в то время, когда нагрузка падает и скорость возрастает. Благодаря указанных событий при объемном трансформации скорости приходится прибегать к усложнению схемы в целях поддержания постоянства настроенной скорости независимо от трансформации величины нагрузки.
Варианты схем, применяемых для стабилизации скорости, очень многообразны. Представление о способах стабилизации скорости возможно получено при рассмотрении двух принципиальных схем, нижеприведенных.
В схеме, представленной на рис. 4, а, стабилизация скорости достигается автоматическим трансформацией производительности насоса при трансформации нагрузки, а соответственно и давления, развиваемого насосом.
Рис. 4. Схемы объемного трансформации скорости при поршневых гидроприводах.
На корпус насоса, настроенного для получения заданной производительности, с одной стороны действует сила пружины, с другой — сила давления масла на поршень. Под поршень масло поступает из нагнетательной полости насоса по трубопроводу.
При падении нагрузки, а соответственно и давления в нагнетательной полости, сила, приложенная к поршню, значительно уменьшается и корпус насоса под действием пружины смещается, что ведет к уменьшению производительности насоса, чем компенсируется уменьшение утечек при падении нагрузки. При возрастании давления и нагрузки, сила, действующая на поршень, возрастает и корпус насоса перемещается в противоположном направлении, что ведет к повышению производительности насоса, чем компенсируется повышение утечек при возрастании нагрузки.
В схеме, представленной на рис. 4, б, стабилизация настроенной скорости обеспечивается поддержанием постоянства рабочего давления независимо от величины нагрузки. Постоянство рабочего давления поддерживается методом автоматического трансформации величины противодавления. Из полости масло направляется на слив через щель золотника.
На золотник с одной стороны действует давление в рабочей полости цилиндра, которая связана с золотником трубопроводом, с другой,— сила пружины. Величина давления в рабочей полости настраивается пружиной. При уменьшения рабочей нагрузки давление в рабочей полости начинает падать, наряду с этим пружина перемещает золотник влево, уменьшая щель, благодаря чего противодавление в полости возрастает , пока давление в рабочей полости не достигнет установленной величины.
При возрастания нагрузки давление в рабочей полости возрастает и золотник перемещается вправо, увеличивая щель, благодаря чего противодавление в полости падает , пока давление в рабочей полости не достигнет установленной величины.
При рассмотренной схеме насос действующий при постоянном давлении, независящем от рабочей нагрузки, что ведет к понижению к. п. д. привода при малых нагрузках, и лишает привод с объемным трансформацией скорости одного из наиболее значимых преимуществ.
Приводы с объемным трансформацией скорости, имея более сложную конструкцию, чем приводы с дроссельным трансформацией скорости, применяются, в частности в протяжных и продольнострогальных станках.
Дроссельное изменение скорости при поршневых гидроприводах. Схемы дроссельного трансформации скорости при поршневых гидродвигателях подобны схемам дроссельного трансформации скорости при гидроприводах вращательного перемещения, рассмотренным выше.
Рис. 5. Схемы дроссельного трансформации скорости при поршневых гидроприводах.
В схеме а масло поступает от насоса постоянной производительности через дроссель в рабочую полость цилиндра. Избыток масла сливается через переливной клапан, поддерживающий постоянство давления перед дросселем. При трансформации величины нагрузки изменяется давление в рабочей полости цилиндра, что ведет к трансформации перепада давления на дросселе и расхода масла через дроссель, что, со своей стороны, приводит к изменению настроенной скорости.
В схеме б скорость хода настраивается методом трансформации скорости вытекания масла из полости противодавления посредством дросселя. Так как давление в полости поддерживается постоянным, то изменение нагрузки ведет к трансформации противодавления в полости, а соответственно к трансформации перепада давления на дросселе и к трансформации расхода через дроссель и настроенной скорости хода.
В схеме в часть масла направляется через дроссель на слив, а часть поступает в рабочую полость цилиндра. Скорость хода настраивается методом трансформации посредством дросселя 2 количества масла, поступающего на слив. Давление в полости устанавливается в соответствии с рабочей 338 нагрузкой.
Изменение давления в полости приводит к изменению перепада давлений на дросселе, а соответственно расхода через дроссель и настроенной скорости. При данной схеме на величине настроенной скорости отражается кроме этого изменение утечек при трансформации величины рабочего сопротивления.
Так, все рассмотренные схемы не снабжают постоянства настроенной скорости, которая изменяется при трансформации величины нагрузки. Подобные схемы применяются лишь при малых колебаниях нагрузки, в основном в приводах шлифовальных станков.
Для поддержания постоянства настроенной скорости в рассмотренных схемах употребляются редукционные клапаны, поддерживающие постоянство перепада давления независимо от трансформации нагрузки. Принцип действия редукционных клапанов рассмотрен выше.
Рис. 6. Схемы дроссельного трансформации скорости при поршневых гидроприводах с повышенным к. п. д.
В схемах а, б, г и д насос постоянной производительности действующий при постоянном давлении независимо от скорости и нагрузки перемещения рабочего органа и потребляет постоянную мощность. Исходя из этого при малых нагрузках и скоростях, в то время, когда действенная мощность мелка, к. п. д. привода делается низким.
В схемах в и е давление, развиваемое насосом постоянной производительности, зависит от рабочей нагрузки, и мощность, потребляемая насосом, значительно уменьшается с уменьшением нагрузки, благодаря чего к. п. д. этих схем выше. Но благодаря меньшей стабильности скорости эта схема находит очень ограниченное использование.
Подобные результаты с позиций к. п. д. смогут быть взяты при применении схемы, представленной на рис. 6, а, которая дает вместе с тем громадную стабильность скорости, поскольку утечки в этом случае не воздействуют на количество масла, поступающего в рабочую полость цилиндра. От насоса масло поступает через дроссель в рабочую полость цилиндра. Часть масла направляется на слив через щель, образуемую кромками корпуса и золотника редукционного клапана.
Золотник находится в равновесии под действием пружины, давления масла перед дросселем, поступающего по каналу, и давления масла за дросселем, поступающего по каналу. При увеличении давления в рабочей полости цилиндра золотник дросселя под давлением масла, поступающего по каналу, опускается вниз, щель значительно уменьшается и давление перед дросселем возрастает. При падении давления в рабочей полости цилиндра имеет место обратная картина.
Так поддерживается постоянство перепада давления на дросселе. Давление перед дросселем, а соответственно и в нагнетательной полости насоса, пропорционально давлению в рабочей полости цилиндра, которое зависит от нагрузки, и мощность, потребляемая насосом, есть функцией нагрузки, так же, как в прошлом случае. Изменение величины утечек воздействует лишь на количество масла, направляемого на слив и не отражается на стабильности настроенной скорости.
Более большой к. п. д. возможно взят при применении в схеме двух насосов разной производительности, каковые смогут быть включены или поочередно, или в один момент. При малых скоростях включается один насос малой производительности, а насос трудится на слив, при средних скоростях включается один насос высокой производительности, а насос 2 трудится на слив, а при громадных скоростях включаются оба насоса. Подобная схема имеет такой высокий к. п. д., что она употребляется в гидроприводе главного перемещения поперечнострогального станка 637 мощностью 10 кет, а также в ряде других приводов главного перемещения.
Из рассмотренных схем громаднейшим распространением пользуются схемы с дросселированием на выходе, поскольку наряду с этим уменьшаются возможности попадания воздуха в совокупность, поскольку обе полости цилиндра находятся под давлением. Вместе с тем благодаря наличию противодавления совокупность действующий при более большом рабочем давлении и колебания давления при трансформации нагрузки, отнесенные к рабочему давлению, становятся меньше, а так как изменение скорости пропорционально относительному трансформации давления, то стабильность скорости кроме этого делается выше.
Наровне с главными, рассмотренными выше факторами, на стабильность скорости воздействует: величина активной площади поршня, чем больше активная площадь, тем меньше колебания скорости, изменение вязкости масла при нагреве в ходе работы, попадание воздуха в совокупность, сжимаемость масла, замусоривание дросселей и др.
Изменение вязкости масла при нагреве ведет к трансформации расхода и утечек масла через дроссель. В некоторых гидроприводах для поддержания постоянства температуры масла вводятся особые подогреватели, для подогрева масла в начале работы до температуры, которая есть стабильной в ходе работы гидропривода, либо холодильники, ликвидирующие увеличение температуры масла в работе.
Принципиальные схемы стремительных ходов при поршневых двигателях.
Для осуществления стремительных ходов в схеме возможно использовано два насоса, один из которых включается при рабочих ходах, а второй — при стремительных. Насос, применяемый для осуществления стремительных ходов, в большинстве случаев имеет громадную производительность и действующий при низком давлении. Но использование двух насосов ведет к более либо менее большому усложнению схемы.
Исходя из этого при дроссельном трансформации скорости во многих случаях используют поршневые двигатели с дифференциальным цилиндром и толстым штоком.
Поршневой двигатель с толстым штоком и простым цилиндром дает возможность приобрести стремительный движение лишь в одном направлении. При рабочем ходе масло подается в полость, а при стремительном — в полость. Так как активная площадь поршня в полости меньше активной площади поршня в полости, то скорость поршня при подаче масла в полость будет больше.
При тонком штоке и дифференциальном цилиндре при рабочем ходе масло подается в полость, а при стремительном ходе с нагнетательной полостью насоса связываются обе полости цилиндра. Так как активная площадь поршня в полости больше, чем активная площадь
Рис. 7. Схемы стремительных ходов.
Скорости стремительного хода в последнем случае равны удвоенной большой скорости рабочего хода. Так как в большинстве случаев скорость рабочего хода, которая настраивается посредством дросселя, меньше большой, то скорости стремительного хода существенно превышают скорость рабочего хода. Предстоящего увеличения скорости стремительного хода возможно достигнуть применяя насос большей производительности, чем это требуется для получения большой скорости рабочего хода, но это ведет к понижению к. п. д.
