Энергетические характеристики гидропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(МИНТРАНС РОССИИ)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

САМАРСКОЕ АВИАЦИОННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСККОЙ АВИАЦИИ (КОЛЛЕДЖ-ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Гидравлика»

Тема: «Энергетические характеристики гидропривода»

Выполнил: студент 2 курса УГ ТМ-18

Иванов Иван Иванович

Проверил: преподаватель

Самара

2003

Оглавление

Введение

1. Нагрузочные и регулировочные характеристики гидроприводов

1.1 Гидропривод с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя

1.2 Гидропривод с дроссельным регулированием скорости при последовательном включении дросселя

1.3 Гидропривод с объемным (машинным) регулированием

1.4 Гидропривод с объемно-дроссельным регулированием

2 Сравнение различных способов регулирования

2.1 Сравнение по нагрузочным характеристикам

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Объемным гидроприводом называется совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенная для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

Актуальность темы реферата заключается в том, чтобы благодаря знанию энергетических характеристик гидроприводов есть возможность наиболее выгодно подобрать гидропривод для конкретной задачи.

Цель работы? более полное изучение энергетических характеристик гидроприводов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть нагрузочные и регулировочные характеристики гидроприводов, а также сравнить различные способы их регулирования.

1. Нагрузочные и регулировочные характеристики гидроприводов

гидропривод дроссель регулирование

Основными энергетическими параметрами привода являются давление и объемный либо массовый расход рабочей среды, которые определяют мощность привода, развиваемую на выходном звене. Выбор значений этих параметров зависит от ряда условий и, в первую очередь - от способа регулирования, как исполнительного двигателя привода, так и источника питания. От способа регулирования зависит и эффективность использования мощности, потребляемой источником питания, то есть КПД привода. Проанализируем эти параметры для различных схем регулируемых приводов. 65

1.1 Гидропривод с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя

Рис. 1.1. Гидропривод с дроссельным регулированием скорости при параллельном включении дросселя

Расход , поступающий в гидроцилиндр 4, равен:

(1.1)

где - подача нерегулируемого насоса 1; - расход, сливающийся через регулируемый гидродроссель 5 в бак 6.

Расход определяется по формуле

, (1.2)

где м - коэффициент расхода гидродросселя; - площадь проходного сечения гидродросселя; с - плотность рабочей жидкости; - перепад давления на гидродросселе, который определяется величиной внешней нагрузки и силой трения в гидроцилиндре , то есть

, (1.3)

где - рабочая площадь поршня гидроцилиндра.

Следовательно, скорость движения поршня гидроцилиндра в данном случае равна:

Из полученной формулы видно, что, действительно, величина скорости движения выходного звена в таком гидроприводе регулируется в результате изменения площади проходного сечения регулируемого гидродросселя .

Основными характеристиками регулируемых гидроприводов являются регулировочная и нагрузочная (механическая) характеристики.

Регулировочная характеристика - это графическая зависимость регулируемой величины от параметра регулирования (в данном случае ) при постоянном значении внешней нагрузки.

Регулировочная характеристика объемного гидропривода с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя приведена на рис. 1.2, а.

Рис. 1.2. Регулировочная (а) и нагрузочная (б) характеристики гидропривода с дроссельным регулированием скорости при параллельном включении дросселя

Графическая зависимость регулируемой величины (скорости) от величины внешней преодолеваемой нагрузки (в данном случае ) при постоянном значении параметра регулирования получила название «нагрузочная», или «механическая характеристика».

Нагрузочная характеристика объемного гидропривода с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя приведена на рис. 1.2, б. В рассматриваемом гидроприводе давление на выходе насоса 1 зависит от нагрузки Р и не является постоянной величиной, поэтому гидропривод с такой системой регулирования скорости называют гидроприводом с переменным давлением питания. Клапан 2, установленный в гидросистеме на выходе насоса, в этом случае является предохранительным.

Одним из недостатков таких гидроприводов является то, что в них система регулирования позволяет управлять скоростью только в случае, если направление действия внешней нагрузки противоположно направлению движения выходного звена гидропривода (нагрузка создает сопротивление движению выходного звена). Этот недостаток исключает использование данного способа регулирования скорости в гидроприводах, где, например, по условию технологического процесса необходимо обеспечить в какой-то момент времени уменьшение скорости движения поршня гидроцилиндра, нагруженного некоторой массой. В этом гидроприводе уменьшение скорости будет происходить со значительным запаздыванием, так как на поршень гидроцилиндра будет действовать помогающая нагрузка (сила инерции), направление действия которой совпадает с направлением движения поршня.

1.2 Гидропривод с дроссельным регулированием скорости при последовательном включении дросселя (рис. 1.3).

Так как гидродроссель 5 и гидроцилиндр 4 включены последовательно, то расход Qг , поступающий в гидроцилиндр 4, равен расходу, проходящему через регулируемый гидродроссель 5, то есть

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

где - перепад давления на гидродросселе 5 находится по формуле

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

где - давление на выходе насоса; поддерживается постоянным при помощи переливного клапана 2; p - давление в рабочей полости гидроцилиндра 4 (на выходе из регулируемого дросселя 5), которое определяется внешней нагрузкой Р на штоке гидроцилиндра 4*

Рис. 1.3. Гидропривод с дроссельным регулированием скорости при последовательном включении дросселя на входе в гидродвигатель

Скорость движения поршня гидроцилиндра 4 равна

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

На рис. 1.4, а и б приведены регулировочная и механическая характеристики данного привода, построенные в соответствии с формулой (1.7).

Рис. 1.4. Регулировочная (а) и нагрузочная (б) характеристики гидропривода с дроссельным регулированием скорости при последовательном включении дросселя

Следует отметить, что гидропривод с дросселем 5 на входе в гидродвигатель 4 (рис. 1.3), так же как и гидропривод с параллельным включением дросселя, допускает регулирование скорости выходного звена только при нагрузке на нем, направленной против движения.

Поэтому в гидроприводах, работающих в условиях знакопеременной нагрузки, для обеспечения в них надежного регулирования скорости выходного звена рекомендуется установка гидродросселя 5 на выходе из гидродвигателя 4 (рис. 1.5, а) или одновременно на входе и на выходе. Последний вариант получается, если в гидроприводе используется дросселирующий гидрораспределитель 3 (рис. 1.5, б), в котором при смещении золотника происходит одновременное изменение проходных сечений для потоков рабочей жидкости, поступающего в гидроцилиндр 4 и сливающегося из него. Эти проходные сечения и играют роль соответствующих регулируемых гидродросселей.



Рис. 1.5. Гидропривод с дроссельным регулированием скорости: а - при последовательном включении дросселя на входе в гидродвигатель; б - при использовании дросселирующего гидрораспределителя

Получим характеристики для данных схем приводов. Уравнение (1.5) для рассматриваемых случаев остается справедливым. В гидроприводе, схема которого приведена на рис. 1.4, а, перепад с учетом принятых допущений численно равен давлению p на выходе из гидроцилиндра. Если учесть, что в другую полость гидроцилиндра при этом поступает давление нагнетания, равное давлению насоса pн, то, записав уравнение равновесия поршня гидроцилиндра 4 получим

Как видим, формула, определяющая перепад давления на регулируемом гидродросселе, получилась такой же, как и в случае установки его на входе в гидроцилиндр, а значит, в этом случае также справедлив и полученный ранее закон изменения скорости (1.7). Отличие заключается в том, что механическую характеристику гидропривода в случае установки гидродросселя на выходе гидроцилиндра следует строить не только в области положительных значений нагрузки Р, но и в отрицательной области (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Нагрузочная характеристика гидропривода с дроссельным регулированием скорости при последовательном включении дросселя на выходе из гидродвигателя

Максимальное значение помогающей нагрузки, до которой возможно регулирование скорости движения поршня гидроцилиндра, ограничено давлением настройки предохранительного клапана 7, включенного параллельно регулируемому гидродросселю 5. При анализе гидропривода, схема которого приведена на рис. 1.4, б, предположим, что дросселирующие окна в дросселирующем гидрораспределителе 3, через которые жидкость поступает в гидроцилиндр и сливается из него, создают одинаковое сопротивление потоку рабочей жидкости. Значит, перепад давления на каждом из них при одинаковом расходе одинаков Дpдр 1 = Дpдр 2 = Дpдр. Тогда с учетом принятых допущений из уравнения равновесия поршня гидроцилиндра 4 получим



Таким образом, в этом случае закон изменения скорости движения поршня гидроцилиндра имеет вид

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Следовательно, в случае использования дросселирующего гидрораспределителя при прочих равных условиях скорость поршня гидроцилиндра будет в раз меньше, чем при использовании одного гидродросселя.

Во всех трех рассмотренных случаях система регулирования скорости базируется на условии поддержания постоянного значения на выходе нерегулируемого насоса 1 за счет слива части его подачи переливным клапаном 2. Такие гидроприводы получили название «гидроприводы с постоянным давлением питания».

Недостатком всех рассмотренных вариантов гидроприводов с дроссельным регулированием является зависимость скорости выходного звена от нагрузки на нем. В таких случаях говорят о том, что гидропривод имеет «нежесткую» нагрузочную характеристику. Повысить «жесткость» нагрузочной характеристики (уменьшить степень зависимости скорости выходного звена от нагрузки на нем) гидропривода с дроссельным регулированием можно за счет использования так называемых систем стабилизации скорости (при помощи дроссельных регуляторов расхода рабочей жидкости).

1.3 Гидропривод с объемным (машинным) регулированием

При объемном способе регулирования скорость движения выходного звена гидропривода изменяется за счет изменения рабочего объема либо насоса, либо гидромотора, либо за счет изменения рабочих объемов обеих гидромашин, как показано на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Гидропривод с объемным регулированием скорости

Так как в данном гидроприводе возможен реверс потока рабочей жидкости, то в нем установлены два предохранительных клапана 2, один из которых следит за давлением в гидролинии А, а другой - за давлением в гидролинии Б. Для компенсации возможной нехватки рабочей жидкости в гидроприводе используется система подпитки, состоящая из дополнительного насоса 6, переливного клапана 5 и двух обратных клапанов 3. Подпитка всегда осуществляется в гидролинию, которая в данный момент является всасывающей. При этом во всасывающей гидролинии создается избыточное давление порядка 0,1…0,3 МПа (ограничено настройкой переливного клапана 5). Это исключает вероятность возникновения кавитации на входе в насос 1 и обеспечивает заполнение рабочих камер насоса жидкостью.

На практике при анализе работы гидроприводов, содержащих регулируемые гидромашины, используется понятие «параметр регулирования рабочего объема», или «относительный рабочий объем» гидромашины, равный отношению действительного рабочего объема гидромашины к максимальному его значению (максимальное значение объема приводится в паспорте гидромашины). В нашем случае эти параметры для регулируемого насоса и регулируемого гидромотора соответственно равны

Величины и могут изменяться от нуля до единицы (либо до минус единицы, если в гидромашине предусмотрен реверс потока рабочей жидкости). С использованием соотношения (1.13) расход , поступающий от насоса в напорную гидролинию, и расход , потребляемый гидромотором, можно определить из формул (считаем, что КПД гидромашин равен единице)

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

(1.14)

где - частота вращения вала насоса, - частота вращения вала гидромотора. Так как регулирование скорости выходного звена гидропривода имеет смысл только при его работе без перегрузки (предохранительные клапаны 2 закрыты), то основным уравнением, позволяющим получить закон регулирования скорости выходного звена, является уравнение сохранения массы

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Из соотношений (1.14) и (1.15) получаем

Из полученной формулы (1.16) видно, что в рассматриваемом гидроприводе частота вращения вала гидромотора является функцией двух независимых переменных: параметра регулирования рабочего объема насоса eн и параметра регулирования рабочего объема гидромотора .

На практике в данном гидроприводе при изменении частоты вращения вала гидромотора 4 от нуля до максимального значения используется следующая двухэтапная последовательность регулирования:

1-й этап - = 1, изменяется eн от нуля до 1;

2-й этап - = 1, изменяется eг от 1 до некоторого .

Соответствующая этому регулировочная характеристика гидропривода с объемным регулированием скорости приведена на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Регулировочная характеристика гидропривода с объемным регулированием скорости

Минимальное значение параметра регулирования рабочего объема гидромотора определяется из условия необходимости вращения вала гидромотора 4, нагруженного моментом сопротивления . При этом перепад давления на гидромоторе 4, определяемый настройкой предохранительных клапанов 2, не должен превысить допустимой величины []. Отсюда следует

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

где - механический КПД гидромотора. Если попытаться получить значение , то в соответствии с формулой (1.17) при том же моменте сопротивления Mг требуемый для вращения вала перепад давления на гидромоторе 4 превысит допустимое его значение []. Это приведет к тому, что в напорной гидролинии давление станет больше давления настройки соответствующего предохранительного клапана 2, он откроется, и вал гидромотора 4 остановится. На рис. 1.9 приведена нагрузочная характеристика гидропривода с объемным регулированием скорости

Рис. 1.9. Нагрузочная характеристика гидропривода с объемным регулированием скорости

В данном случае (при отсутствии потерь в гидромашинах) гидропривод имеет абсолютно «жесткую» нагрузочную характеристику (прямая 1). Если учесть потери энергии в гидромашинах, то реальная нагрузочная характеристика гидропривода (прямая 2) имеет некоторый наклон («нежесткость»), обусловленный объемными утечками в гидромашинах, которые, как известно, возрастают с увеличением давления.

1.4 Гидропривод с объемно-дроссельным регулированием.

На рис. 1.10 приведена схема гидропривода с объемно-дроссельным регулированием скорости движения поршня гидроцилиндра 4 при последовательном включении гидродросселя 5 на выходе из гидроцилиндра.

Рис. 1.10. Гидропривод с объемно-дроссельным регулированием скорости

В данном гидроприводе регулируемая насосная установка решает ту же задачу, что и насосная установка, состоящая из нерегулируемого насоса и переливного клапана, в гидроприводе, схема которого приведена на рис. 1.5, а, следовательно, закон регулирования скорости движения поршня гидроцилиндра 4 в рассматриваемом гидроприводе можно описать уравнением (1.7). Значит, регулировочная и нагрузочная характеристики для рассматриваемой схемы гидропривода выглядят аналогично графикам, приведенным на рис. 1.4, а и 1.5.

2. Сравнение различных способов регулирования

Сравнение различных способов регулирования проводится по нагрузочным и энергетическим характеристикам, построенным в относительных величинах.

2.1 Сравнение по нагрузочным характеристикам

При определении относительных нагрузочных характеристик текущая величина скорости относится к максимальному значению при заданном параметре регулирования, а текущая величина нагрузки - к тормозной, то есть также к максимальному своему значению.

Для гидропривода с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя, используя выражение (1.4), определим относительную скорость

(1.18)

Здесь учтено, что при нагрузке на выходном звене гидропривода равном тормозному усилию действительная скорость движения выходного звена равна нулю. При этом вся подача насоса через регулируемый дроссель сливается в бак, то есть

(1.19)

Для гидроприводов с дроссельным регулированием при последовательном включении дросселя, используя выражение (1.7), найдем

В данном случае под тормозным усилием понимается нагрузка на выходном звене гидропривода, при котором перепад давления на гидродросселе равен нулю, то есть.

Для гидроприводов с объемным регулированием вследствие того, что скорость движения выходного звена в этих гидроприводах не зависит от нагрузки на нем во всем диапазоне ее изменения, величина относительной скорости всегда равна единице:

(1.21)

Сравнение нагрузочных характеристик для трех типов рассмотренных приводов показано на рис. 1.11. Здесь кривая 1 - соответствует приводу с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя, 2 - для гидроприводов с дроссельным и объемно-дроссельном регулировании при последовательном включении дросселя, 3 - для гидроприводов с объемным регулированием скорости.

Необходимо заметить, что если в приводе с дроссельным регулированием применяется система стабилизации скорости движения выходного звена, то его нагрузочная характеристика будет иметь такой же вид, как и у привода объемного регулирования.



Рис. 1.11. Сравнение относительных нагрузочных характеристик регулируемых гидроприводов

Сравнение по энергетическим характеристикам. Под энергетической характеристикой регулируемого гидропривода в относительных величинах понимается графическая зависимость КПД системы регулирования гидропривода от относительной скорости его выходного звена при постоянном значении относительной нагрузки на нем. В данном случае под относительной скоростью движения выходного звена понимается величина, равная отношению текущего значения скорости при заданной нагрузке к максимально возможному значению этой скорости при той же нагрузке.

Для гидропривода с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя имеем

Для гидроприводов с дроссельным регулированием при последовательном включении дросселя, учитывая выражение (1.7), соответственно получим

Такой же результат получается и для гидропривода со стабилизацией скорости, в котором используется дроссельный регулятор расхода при последовательном включении дросселя.

Для гидропривода вращательного движения с объемным регулированием скорости в схеме с регулируемым насосом и нерегулируемым гидромотором относительную скорость вычисляем по формуле

(1.24)

Под КПД системы регулирования будем понимать отношение полезной мощности, развиваемой на выходном звене гидропривода, к мощности, потребляемой гидроприводом, без учета потерь в гидролиниях, направляющих гидрораспределителях и гидромашинах, то есть

(1.25)

Для гидропривода с дроссельным регулированием при параллельном включении дросселя принимая, что и используя (1.4), выражение для КПД системы регулирования получаем в виде

(1.26)

Сравнивая (1.22) с (1.26), видим, что

(1.27)

Для гидропривода с дроссельным регулированием при последовательном включении дросселя на входе в гидродвигатель, обозначив , с учетом (1.7) можно записать

При получении формулы (1.28) принято, что подача нерегулируемого насоса Он в правильно спроектированном гидроприводе должна обеспечивать максимально возможную скорость движения выходного звена, то есть в рассматриваемом случае при максимальном открытии регулируемого дросселя и усилии на выходном звене, равном нулю

Из формулы (1.28) видно, что КПД системы регулирования гидропривода в данном случае есть функция не только относительной скорости его выходного звена, но и относительной нагрузки на нем. Причем при КПД системы регулирования становится равным нулю. Очевидно, что при этом существует некоторое оптимальное значение относительной нагрузки , при котором КПД системы регулирования при данной относительной скорости максимально.

Определим это оптимальное значение нагрузки на выходном звене гидропривода. Для этого исследуем на максимум функцию . Приравняв к нулю производную от этой функции

получим.

Таким образом, зависимость максимальных значений КПД системы регулирования гидропривода с дроссельным регулированием при последовательном включении дросселя от относительной скорости после подстановки в формулу (1.28) полученного значения приобретает вид

КПД системы регулирования для гидропривода вращательного движения с объемным регулированием, считая , получим

(1.31)

Значит, что при объемном регулировании потери энергии отсутствуют. Этот результат является следствием допущения о том, что во всем диапазоне регулирования рабочего объема гидромашины ее КПД остается равным единице. В действительности, в соответствии с теорией регулируемых роторных гидромашин, их КПД есть функция параметра регулирования рабочего объема. Причем КПД регулируемого насоса принимает максимальное значение при = 1 и становится равным нулю при = 0.

Выражение для КПД системы регулирования гидропривода с объемнодроссельным регулированием при последовательном включении дросселя на выходе из гидродвигателя, учитывая то, что , можно записать в виде

(1.32)

Таким образом, формула (1.33) показывает, что в гидроприводе с объемнодроссельным регулированием скорости КПД системы регулирования не зависит от относительной скорости выходного звена, а определяется только относительной нагрузкой на нем и так же, как и , без учета потерь в гидромашинах, изменяется от нуля до единицы.

На практике важно знать КПД системы регулирования для работы гидропривода в режиме передачи им максимальной полезной мощности. Определим значение относительной нагрузки на выходном звене гидропривода, соответствующее максимальной полезной мощности. Полезная мощность, развиваемая гидроприводом на его выходном звене при данной нагрузке, равна

 (1.33)

Принимая во внимание, , а также умножив и разделив выражение на , получим

(1.34)

A=

Как видим, максимальная передаваемая гидроприводом полезная мощность в данном случае достигается при максимальном значением ранее рассмотренной функции б. Как было показано выше, эта функция принимает максимальное значение при относительной нагрузке на выходном звене гидропривода .

Следовательно, в этом режиме работы гидропривода с объемно-дроссельным регулированием при последовательном включении дросселя КПД его системы регулирования равен 0,667.

Заключение

В ходе проделанной работы выполнены все задачи для достижения поставленной цели: рассмотрены назначение и классификацию гидроприводов с дроссельным регулированием скорости при параллельном и последовательном включении, с объемным(машинным) и объемно-дроссельным регулированием,

Из вышеизложенного материала необходимо сделать несколько выводов: Сравнение гидроприводов по приведенным энергетическим характеристикам указывает на неоспоримые преимущества гидропривода с объемным регулированием скорости. Однако при этом следует помнить, что стоимость регулируемых гидромашин существенно выше, чем нерегулируемых. Объемный способ регулирования может быть рекомендован для использования только в гидроприводах большой мощности (свыше 15 кВт), так как при этом условии можно ожидать, что затраты, сделанные при создании гидропривода, окупятся в процессе его эксплуатации.

Список используемой литературы

1. Глубокий В.И., Якимович А.М., Макаревич И.В. «Типовая гидравлическая аппаратура станочных приводов». - Учебнометодическое пособие к лабораторным занятиям. -- Минск: БНТУ, 2015..

2. Берестовицкий Э.Г., Гладилин Ю.А. «Элементы гидроавтоматики в системах управления». - Учебное пособие. -- ГМА им. адм. С.О. Макарова, 2015.

3. Зезин В.Г. «ДИНАМИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРОПНЕВМОСИСТЕМ» Учебное пособие Челябинск Издательство ЮУрГУ 2011.

4. Бартош П.Р. и др. «Средства гидроавтоматики»: Учебное пособие. - Минск: БНТУ, 2010.

5. Кишкевич П.Н. и др. «Статический и динамический расчет гидро- и пневмораспределителей». - Учебно-методическое пособие для студентов специальности «Гидропневмосистемы мобильных и технологических машин». -- Минск: БНТУ, 2012.

Размещено на Allbest.ru

...