Механика жидкости и газа

р_н.т = р_н / з_н.г (10.23)

Q_н.т = Q_н / з_н.о (10.24)

N_д = N_д.пт з_д = сgН_дQ_дз_д = с_дQ_дз_д , (10.25)

Н_д.т = Н_д з_д.г (10.26)

р_д.т = р_д з_д.г (10.27)

Q_д.т = Q_д з_д.о (10.28)



К.п.д. гидропередачи

(10.29)

где : з_с = N_д.пт / N_н.пл - к.п.д. сети (гидролинии).

К. п.д. гидропередачи, как это следует из уравнений (10.19), (10.20) и (10.29), равно произведению семи множителей, каждое из которых меньше единицы. Чтобы иметь высокий к. п. д. гидропередачи, нужно стремиться поднять значение каждого множителя. Это достигается не только высоким качеством изготовления насоса, гидродвигателя и гидролинии, но и надлежащей эксплуатацией гидропривода в целом.

Эксплуатационные качества гидромашин характеризуются значениями величин, называемых техническими показателями.

Основные технические показатели насосов: n_н-- частота вращения входного звена; _н -угловая скорость; М_и -- крутящий момент; Q _н - подача; Q _{н т} - теоретическая подача; р_н -- давление; N_н--мощность насоса; N_{н пл} -- полезная мощность; з_н -- к. п. д. насоса; з_{н о} -объемный к. п. д.

Мощность насоса

N_н = М_н щ_н = 2рn_н М_н = р_нQ_н /з_н (10.30)

Основные технические показатели гидромоторов: п_д -- частота вращения выходного звена; щ_д -- угловая скорость; М_д -- крутящий момент; Q_д -- расход; Q_д.т -- теоретический расход; р_д -- давление: N_д -- мощность гидромотора; N_д.пт-- потребляемая мощность; з_д -- к. п. д. гидромотора; з_д.о -- объемный к. п. д. Мощность гидромотора



N_д = М_д щ_д = 2рМ_дn_д = р_дQ_дз_д . (10.31)

Основные технические показатели гидроцилиндров: V_д -- линейная скорость выходного звена; Р_д -- усилие на выходном звене; р_д -- давление; Q_д -- расход; Q_д.т -- теоретический расход; Н_д -- мощность гидроцилиндра; N_д.пт -- потребляемая мощность; з_д -- к. п. д. гидроцилиидра; з_д.о-- объемный к. п. д.

Мощность гидроцилиндра

N_д = Р_дV_д = с_дQ_дз_д. (10.32)

Основные технические показатели гидропередачи с вращательным движением входного и выходного звеньев: і -- передаточное отношение; К_м -- коэффициент трансформации момента; з_гп -- к. п. д. гидропередачи:

i = n_д/n_н (10.33)

К_м = М_д /М_н (10.34)

з_гп = = К_м i. (10.35)

Обычно К_м ? 1, а і ? 1. В частности, у гидромуфт К_м = 1, поэтому их к.п.д. определяется просто: з_гп = і

В гидроприводе рабочая жидкость выполняет важную роль, являясь одновременно носителем энергии и смазкой. При этом она подвергается воздействию переменных давлений, скоростей и температур. Так, в гидроприводе горных машин перепад давлений бывает до 25 МПа, в механизированных крепях -- до 80 МПа. Скорость движения жидкости в отдельных элементах гидропривода достигает 80 м/с, обычный интервал температур составляет от 10 до 80° С.

В процессе эксплуатации рабочая жидкость изменяет свои физико-химические свойства, что ухудшает работу гидропривода, и поэтому жидкость приходится периодически заменять. Продлить срок ее службы можно применением специальных присадок, ограничением температуры до 60-70°С, защитой системы от попадания извне воды, воздуха, загрязнений и надлежащей фильтрацией.

При выборе рабочей жидкости руководствуются: диапазоном температур окружающей среды и максимально возможной температурой в установившемся режиме работы; давлением рабочей жидкости в гидроприводе; допустимой степенью загрязненности жидкости в условиях эксплуатации; допустимой длительностью эксплуатации; стоимостью рабочей жидкости.

Для обеспечения нормальной работы гидропривода рабочая жидкость должна удовлетворять следующим требованиям:

_ быть чистой, т. е. не содержать механических примесей и влаги;

_ возможно, меньше выделять паров и газов;

_ обладать антикоррозийностью, химической стойкостью, хорошей смазывающей способностью;

_ не вызывать смолообразования;

_ не быть склонной к пенообразованию и в ряде случаев быть негорючей;

_ иметь минимальное изменение вязкости в пределах рабочих температур;

_ не оказывать вредного действия на здоровье обслуживающего персонала.

Для объемного гидропривода горных машин обычно применяют индустриальные масла И-20А, И-30А и И-40А.

В гидродинамических передачах, где скорости циркуляции жидкости большие, стремятся применять маловязкие жидкости. В частности, в гидромуфтах применяют индустриальное масло И-12А или негорючие водные эмульсии, представляющие собой смесь воды со специальными присадками (1,5--7% присадок, остальное вода). Водные эмульсии на основе присадки ВНИИНП-117 (1,5%-ная эмульсия) и эмульсола Аквол-3 (3%-ная эмульсия) нашли широкое применение в отечественных механизированных крепях , что резко уменьшило стоимость рабочей жидкости, снизило пожароопасность и потери напора в гидросетях. Однако поскольку эмульсии имеют меньшую вязкость, чем масла (примерно такую же, как вода), то для уменьшения утечек требуются более совершенные уплотнения.

Каждая система циркуляции имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства разомкнутой циркуляции: простота, удобство наблюдения за состоянием рабочей жидкости, хорошие условия ее охлаждения и отстоя.

Недостатки: давление при всасывании обычно меньше атмосферного, что ограничивает применение быстроходных насосов из-за возможной кавитации; большие габариты установки; вакуум во всасывающей линии является причиной проникновения воздуха в гидросистему, что ухудшает работу гидропривода (нарушается плавность движения рабочих органов машин, уменьшается подача насоса, возникает вибрация, интенсивно окисляется рабочая жидкость).

Достоинства замкнутой циркуляции: давление при всасывании значительно больше атмосферного, что исключает кавитацию и позволяет применять более быстроходные и, следовательно, малогабаритные насосы; исключено попадание воздуха в гидросистему; может быть любое направление потока в кольцевой линии.

Недостатки: большая сложность по сравнению с разомкнутой циркуляцией; хуже условия охлаждения жидкости и сложнее подключение обычных фильтров 5 а также сложность конструкций специальных фильтров.

Обычно разомкнутая циркуляция жидкости применяется в многодвигательном гидроприводе с одним насосом (например, в механизированных крепях;, а также и гидроприводе с поступательным движением выходного звена.

Замкнутая циркуляция жидкости часто используется в мощных гидроприводах вращательного движения выходного звена (в частности, в подающих частях очистных комбайнов), В некоторых случаях для улучшения теплового режима гидропривода и использования фильтров низкого давления 9 часть отработавшей жидкости в гидродвигателе сливается в бак 7, а другая часть вместе с жидкостью, подаваемой подпиточным насосом, поступает в основной насос 1. На схеме пунктиром показано подключение к кольцевой линии узла, обеспечивающего слив в бак 7 части отработавшей жидкости. В состав узла входят регулятор потока 8 и клапан 4 с логической функцией «И». Этот клапан всегда закрывает проход жидкости со стороны высокого давления и открывает проход со стороны низкого давления.

Объемные гидромашины - это машины, которые преобразуют энергию в замкнутом изменяющемся объеме -- рабочей камере.

Основные элементы объемных гидромашин: рабочая камера, подвижной элемент (вытеснитель) и распределитель.

Рабочая камера - пространство внутри машины, объем которого меняется. Изменяемая часть объема рабочей камеры, предоставляющая разность между ее наибольшим и наименьшим объемами, называется полезным V_п объемом, а неизменяемая - мертвым V_м объемом или мертвым (вредным) пространством. Последнее практически не влияет на рабочий процесс объемной машины при малосжимаемых жидкостях, а при сжимаемых -- его влияние существенно.

Если в рабочей камере гидромашины совершается один рабочий цикл -- один раз она заполняется и освобождается от жидкости за один оборот соответствующего звена, то машина называется однократного действия, если несколько циклов -- многократного действия.

Гидромашины, в которых подвижные элементы совершают вращательное или вращательное и возвратно-поступательное, или вращательное и возвратно-поворотное движения, называются роторными (радиально-поршневые и аксиально-поршневые, шестеренные, пластинчатые и винтовые насосы и гидромоторы).

Характерным техническим показателем объемных гидромашин является рабочий объем, который указывается в справочниках и марках насосов, гидромоторов и пневмомоторов. Например, насос ВНР 32/20: В - высоконапорный; Н - насос; Р - радиальный; 32 - рабочий объем, см³/об; 20 - давление, МПа.

Рабочим объемом называют сумму изменений объемов рабочих камер гидромашины за один ее оборот, т. е. рабочий объем представляет, объем несжимаемой жидкости, выдаваемый идеальным насосом, работающим без потерь, или расходуемый идеальным гидромотором за один оборот.

Основными элементами поршневых насосов является: цилиндр 1, поршень 2 и распределитель, при помощи которого цилиндр попеременно сообщается то с линией всасывания, то с линией нагнетания. Поршневые гидродвига тели устроены аналогично.

Классифицируя поршневые гидродвигатели, принимаем за основу следующие признаки: кратность действия, конструкцию поршня, число и расположение цилиндров, а также конструкцию распределителя.

У насоса однократного действия поршень 2, перемещаясь в цилиндре вправо, увеличивает объем рабочей камеры, вследствие чего давление в ней уменьшается, всасывающий клапан 3 открывается и жидкость всасывается в цилиндр.

Далее при движении поршня влево объем рабочей камеры уменьшается, давление возрастает, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 4 открывается и жидкость вытесняется в напорную линию. Таким образом, насос однократного действия за один оборот кривошипного вала вытесняет жидкость из рабочей камеры один раз.

Для увеличения рабочего объема нередко используется принцип многократного действия.

По числу цилиндров и их расположению поршневые гидромашины делятся на одно- и многоцилиндровые, с параллельным расположением осей цилиндров в одной плоскости (эксцентриковые насосы), звездообразным расположением осей цилиндров в одной плоскости (радиальные насосы и гидродвигатели) и расположением осей цилиндров параллельно их оси вращения (аксиальные насосы и гидродвигатели). Как правило, цилиндры радиальных и аксиальных роторно-поршневых гидромашин изготовляются в массивных телах вращения, называемых роторами или цилиндровыми блоками.

Такая напорная характеристика будет у всех объемных насосов. Обладая жесткими напорными характеристиками, эти насосы теоретически могут создавать весьма большие напоры и давления. Поэтому, применяя объемные насосы, нужно заботиться о защите гидросистем от возможных чрезмерных давлений.

По сравнению с шестеренными, пластинчатыми и винтовыми насосами, поршневые имеют более жесткую напорную характеристику. Это объясняется тем, что поршни и цилиндры сравнительно легко изготовить с минимальными зазорами, обеспечивающими при больших давлениях высокое значение объемного к.п.д.

Чтобы правильно выбрать и экономично эксплуатировать насос, необходимо знать его характеристику, под которой понимают графическую зависимость основных технических показателей от подачи при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкости. Характеристики получают опытным путем на заводских и лабораторных стендах. Для этого при разных нагрузках испытуемого насоса определяют: частоту вращения, подачу, давление, мощность и к. п. д. Затем опытные величины наносят на координатную сетку и плавными линиями соединяют соответствующие опытные точки.

Поскольку рабочий режим насоса зависит от характеристик насоса р_н = f(Q) и гидросети р = f(Q), то принципиально регулирование подачи можно осуществить изменением этих характеристик.

Регулирование подачи изменением характеристики гидросети практически достигается дросселем 1 в напорной линии. При этом получают семейство характеристик гидросети р = f(Q) и соответствующие им рабочие точки 1, 2, 3… Из-за жесткости напорной характеристики р_н = (Q) насоса подача меняется мало, а давление --значительно. Поэтому такой способ регулирования для объемных насосов не пригоден.

Регулирование подачи изменением характеристики насоса, как это следует из уравнений (11.2) и (11.13), возможно изменением n_н , з_н.о и q_н.

Регулирование изменением частоты вращения п_н реализуется крайне редко, так как в горной практике главным образом используются нерегулируемые электродвигатели.

Дроссельное регулирование насоса осуществляют подключением к его напорному патрубку сливной линии 1, на которой устанавливают регулируемый дроссель 2. Изменяя дросселем утечки ?Q_н..р , получают семейство напорных характеристик р_н = f(Q) насоса и соответствующие им рабочие точки 1, 2, 3... Этот способ регулирования вследствие своей простоты нередко применяется в насосах малой мощности, в частности в подпиточных насосах. Подпиточным насосом 1 жидкость подается в основной насос 3 через дроссель 2. Переливным клапаном 4 регулируемые утечки ?Q_н..р сбрасываются в гидробак. Если при этом подача Q_н..р будет недостаточна для полного заполнения рабочих камер основного насоса, то последний «голодает».

Регулирование основных насосов «искусственным голоданием» используется в насосных станциях СНУ-5 механизированных крепей. Однако «голодание» способствует возникновению кавитации.

Регулируемый радиально-поршневой насос состоит из ротора 2 с цилиндрами, плунжеров 1, распределительного устройства 3, направляющей обоймы 4, каналов 5 и 6, а также устройства, с помощью которого перемещается обойма 4 относительно оси ротора 2 на величину эксцентриситета е. Роль распределительного устройства выполняет пустотелая ось с уплотнительной перемычкой, на которой помещен вращающийся ротор. Совершая вращение, цилиндры ротора своими каналами поочередно соединяются с каналами всасывания 5 и нагнетания 6, расположенными в пустотелой оси. При переходе цилиндров через нейтральное положение их каналы перекрываются уплотнитель-ной перемычкой и линия всасывания отделяется от напорной линии.

Головки поршней прижимаются к внутренней поверхности обоймы центробежными силами или давлением жидкости, подаваемой в цилиндры подпиточным насосом. Если эксцентриситет е 0, то поршни, обкатываясь по обойме, совершают в цилиндрах возвратно-поступательное движение: двигаясь от центра вращения, производят всасывание, к центру -- нагнетание. Если экс-центриситет е = 0, то радиального перемещения не будет и насос перестает подавать жидкость. Изменяя величину и знак эксцентриситета, можно менять подачу и направление потока жидкости. При максимальном значении эксцентриситета е_тах подача насоса будет максимальной.

Радиально-поршневые и аксиально-поршневые насосы могут работать и как гидромоторы, если к их входным патрубкам подвести жидкость под давлением.

В результате воздействия силы давления жидкости на поршень со стороны обоймы будет действовать нормальная к ее поверхности сила N реакции обоймы. Эту силу можно представитьв виде двух составляющих: Р, направленную по оси плунжера, и Т, направленную нормально к оси плунжера. Сила Т и создает крутящий момент. Подобная картина имеет места и у аксиально-поршневых гидромоторов.

При вращении ротора угол в (угол между силами Р и N) меняется, поэтому изменяются сила (Т = Р tg в) и крутящий момент. В крайних положениях плунжера крутящий момент равен нулю, что нужно учитывать при выборе минимального числа плунжеров. Так, при двух противоположно расположенных плунжерах гидромотор не сможет «развернуться». Поэтому число плунжеров должно быть больше двух.

Гидромоторы по развиваемому крутящему моменту делятся на низкомоментные и высокомоментные (свыше 2000 Н * м при частоте вращения не более 100 об/мин) Для горных машин особый интерес представляют высокомоментные гидромоторы, применение которых иногда позволяет отказаться от зубчатых редукторов и тем самым упростить конструкцию и уменьшить габариты и массу машины. Значение крутящего момента в основном прямо пропорционально давлению р_д и рабочему объему q_д.

Современные гидроприводы горных машин работают при давлениях до 32МПа, поэтому главным фактором при создании высоко-моментных гидромоторов является увеличение рабочего объема. Это достигается увеличением числа рядов m, числа цилиндров в ряду z и многократностью действия k. Указанные положения удачно реализуются в кинематических схемах современных радиально-поршневых машин. У гидромоторов максимальная частота вращения ограничивается гидравлическими потерями и кавитацией, а минимальная, т. е. наименьшая частота, при которой вал еще вращается равномерно - объемными потерями и характером изменения сил трения.

В горных машинах преимущественно используются нерегулируемые гидромоторы( q_д = const).

Как видно на характеристики, крутящий, момент изменяется монотонно, достигая максимального значения при малых частотах вращения. Это является положительным качеством объемных гидромоторов, обеспечивающим благоприятный пуск машин и стабильность режима работы.

Гидроцилиндры - это объемные гидродвигатели с возвратно-поступательным перемещением выходного звена. Существует большое многообразие конструкций и схем гидроцилиндров.

Клапаны выдержки времени

Клапаны выдержки времени применяются для создания выдержки времени между операциями в системе гидропривода. Конструктивно клапан выдержки времени, как правило, состоит из цилиндра и поршня с исполнительным штоком, на котором устанавливается контактная группа. Выдержка у клапана зависит либо от времени наполнения жидкостью цилиндра, либо от времени его опоражнивания, либо, наконец, от времени перетекании жидкости из одной полости цилиндра в другую. Во всех случаях истечение происходит через дроссель. Регулирование времени срабатывания осуществляется за счет изменения хода поршня или сопротивления дросселя.

Регуляторы давления по назначению делятся на следующие клапаны: предохранительные, переливные, редукционные, разности давления и соотношения.

Предохранительный клапан предназначен для ограничения давления в месте его подключения. При повышении давления до настроечного предохранительный клапан срабатывает и сбрасывает часть жидкости из гидравлической системы. Последнее приводит к уменьшению давления и, как правило, закрытию клапана. Это определяет режим ею работы, который является эпизодическим.

В зависимости от конструкции запорного элемента клапаны делятся на шариковые, конические, тарельчатые, плунжерные, мембранные и золотниковые.

Запорный элемент клапана в закрытом положении находится в равновесии под действием сил давления жидкости и реакции седла с одной стороны и силы сжатия пружины с другой. При достижении предельного (настроечного) давления в жидкости пружина сожмется, запорный элемент поднимется над седлом и через образовавшуюся щель начнет протекать рабочая жидкость. Чем больше давление жидкости перед клапаном, тем больше площадь проходного сечения между седлом и запорным элементом, тем больше расход через клапан.

Как было показано выше, рабочий режим насоса определяется точкой пересечения характеристик давления насоса р_н =f(Q) и внешней гидросети р_с = р_д +сqaQ^m. При повышении давления у насоса (чаще всего за счет увеличения р_д ) до величины настройки предохранительного клапана р_к.

Основные требования, предъявляемые к нормальной работе клапана:

- высокая герметичность (даже при давлениях, близких к срабатыванию);

- достаточная пропускная способность во время срабатывания;

- отсутствие вибраций запорного элемента при срабатывании.

Первые два требования особенно важны для предохранительных клапанов стоек гидрокрепей, работающих в особо тяжелых условиях.

Переливной клапан предназначен для поддержания заданного давления в месте его подключения за счет непрерывного слива рабочей жидкости. Принципиально переливной клапан отличается от предохранительного только постоянством своего действия, что предъявляет к его конструкции ряд требований:

- скорость жидкости, протекающей через клапан, должна быть сравнительно небольшой (не более 5--8 м/с);

- запорный элемент не должен подвергаться колебательным явлениям;

- пропускная способность клапана должна быть значительной (в пределе равной подаче насоса).

Так как усилие пружины определяется давлением жидкости и размерами проходного отверстия седла, то при больших расходах и давлениях пружина может оказаться весьма жесткой. При этом клапан становится менее чувствительным к изменению давления в гидросистеме. Поэтому для увеличения чувствительности клапана и повышения стабильности давления в гидросистеме золотник делают дифференциальным или к основному клапану пристраивают вспомогательный.

У клапана с дифференциальным золотником усилие предварительного сжатия пружины уменьшается за счет частичного уравновешивания золотника силами давления жидкости, действующими с разных сторон на торцы золотника. Для исключения колебаний запорнорегулирующего элемента в канале, соединяющем торцы золотника, устанавливается дроссель постоянного сопротивления.

В двухступенчатом клапане давление рабочей жидкости воздействует на небольшой (обычно шариковый) вспомогательный клапан. Вследствие малых размеров последнего усилие предварительного сжатия пружины также невелико. Поэтому вспомогательный клапан выполняет роль чувствительного элемента, основной (обычно золотникового типа) -- роль гидродвигателя, который регулирует давление потока большой мощности. Разумеется, такой двухступенчатый переливной клапан является непрямодействующим.

Редукционный клапан предназначен для поддержания заданного более низкого давления рабочей жидкости в отводимом от него потоке по сравнению с давлением в подводимом к нему потоке. Редукционный клапан, как и переливной, при работе нормально открыт и отличается от него тем, что поддерживает постоянное давление жидкости после себя по потоку, в то время как переливной -- до себя.

Регуляторы расхода объединяют устройства, предназначенные для управления расходом рабочей жидкости. К ним относятся: дроссели, регуляторы потока, дросселирующие распределители и клапаны соотношения расходов (делители и сумматоры потока).

Дроссели представляют собой регулируемые местные сопротивления, площади проходных отверстий которых можно изменять в процессе работы и тем самым изменять расход жидкости. В зависимости от формы проходного отверстия и регулирующего элемента дроссели делятся на игольчатые, щелевые, канавочные, пластинчатые . В гидроприводе часто встречаются и нерегулируемые дроссели.

Наиболее характерной особенностью дросселя является форма проходного отверстия и соотношение между его площадью и периметром смачивания. Чем больше отверстие и чем меньше его периметр смачивания, тем меньше сказываются облитерация и вязкость жидкости на расходе, тем стабильнее работает дроссель. Поэтому при выборе дросселей следует ориентироваться на те, у которых гидравлический радиус имеет максимальное значение.

Недостаток игольчатых дросселей -- склонность к облитерации вследствие значительного периметра кольцевой щели.

Площадь проходного отверстия у щелевых дросселей изменяется при повороте полой пробки, в которой сделана щель. Так как толщина стенки пробки б мала, то пропускная способность дросселя практически не зависит от вязкости жидкости. Не возникает в щелевом дросселе и облитерация. Поэтому дроссели этого типа нашли наибольшее применение. Пластинчатый дроссель состоит из набора шайб с отверстиями. Расход меняется с изменением числа шайб, находящихся на пути потока жидкости. На характеристику дросселя этого типа мало влияют облитерация и вязкость жидкости, но он хуже работает на загрязненных жидкостях, чем щелевой.

У канавочных дросселей изменение площади проходного отверстия достигается поворотом пробки, на боковой поверхности которой сделаны эксцентричные каналы треугольной или прямоугольной формы. Канавочные дроссели склонны к облитерации и при малых расходах на их пропускную способность влияет вязкость жидкости.

Расход через дроссель зависит не только от площади проходного отверстия, но и от перепада давления. Чем меньше перепад давления, тем меньше расход, и наоборот. Так как перепад давления зависит от нагрузки, приложенной к исполнительному органу, то при переменной нагрузке нельзя получить с помощью одного дросселя стабильной скорости выходного звена гидродвигателя. Поэтому дроссели применяют только в тех гидроприводах, где мало изменяется нагрузка на гидродвигателе или допускается уменьшение скорости его выходного звена с увеличением нагрузки, и наоборот.

Регулятор потока предназначен для обеспечения заданного расхода вне зависимости от величины перепада давления между входным и выходным патрубками аппарата. Он состоит из дросселя и клапана разности давлений, поддерживающего постоянный перепад давления на дросселе.

При уменьшении давления в отверстии 1 по обводному каналу 4 пониженное давление передается в полость над поршнем золотника 9. По этой причине золотник поднимется вверх и уменьшит площадь проходной щели между золотником и корпусом 8, благодаря чему уменьшится давление и в полости 10. При увеличении давления на выходе регулятора процесс будет протекать в обратном направлении. Таким образом, перепад давления на дросселе останется неизменным.

Если в отверстии 1 давление постоянное, а подводимое к отверстию уменьшится, то из-за уменьшения суммарного давления жидкости на золотник 9 снизу он под действием пружины 7 и давления на поршень сверху опустится вниз и увеличит проходное отверстие между корпусом 8 и золотником 9. Давление в полости 10 увеличится. При увеличении давления в отверстии 11 процесс будет протекать в обратном направлении. Таким образом, и в этом случае клапан разности давлений будет поддерживать постоянный перепад на дросселе.

Плавное регулирование расхода происходит за счет изменения площади проходного отверстия дросселя при вращении лимба 6, грубое -- при повороте рукоятки 5. Утечки жидкости из аппарата вводятся через отверстие 3.

Аналогично работает регулятор ПГ52-2 [5]. Промышленностью также выпускаются регуляторы потока с предохранительным или обратным клапаном [2, 5].

Клапаны этого типа делятся на сумматоры и делители потока. Причем, в схемах гидропривода последние нашли большее распространение. Делители предназначены для поддержания заданного соотношения расходов рабочей жидкости в нескольких параллельных потоках при их разделении. Чаще всего возникает необходимость разделить расход жидкости, поступающей к двум гидродвигателям, на две равные части. Например, от одного насоса осуществляется подвод жидкости к двум гидромоторам, приводящим в движение гусеничный ход машины (каждый двигатель передает движение отдельной гусенице). В этом случае для прямолинейного поступательного движения машины необходимо, чтобы в каждый гидромотор независимо от нагрузки поступал одинаковый расход рабочей жидкости. Аналогичная задача может возникнуть при подаче жидкости в два гидроцилиндра (например, в механизме подачи проходческого комбайна).

Кондиционеры предназначены для получения необходимых качественных показателей и состояния рабочей жидкости. К ним относятся гидроочистители и теилообменные аппараты.

Гидроочистите предназначены для очистки рабочей жидкости от твердых частиц, которые ухудшают смазку трущихся деталей приводя к интенсивному износу и заклиниванию перемещающихся пар, засоряют проходные отверстия гидроаппаратов, способствуют окислению и разрушению масел. Поэтому от чистоты рабочей жидкости зависят срок службы и надежность работы гидропривода .

Жидкость загрязняется как за счет попадания в нее посторонних тел извне, так и за счет продуктов разрушении и износа трущихся поверхностей. В гидроприводах горных машин и крепей основным источником загрязнения жидкости является запыленность рудничной атмосферы. Так как загрязнение жидкости в процессе работы идет непрерывно, то для очистки необходимо ставить постоянно действующие очистители.

Очистка жидкости от твердых частиц может осуществляться либо в силовом поле (сепараторами), либо в пористом материале (фильтрами).

Очистка в силовом поле (центробежном, гравитационном, магнитном) осуществляется за счет разного силового взаимодействия твердых частиц и жидкости с полем, в результате чего они движутся в очистителе по разным траекториям, что и позволяет выводить твердые частицы из потока жидкости.

Очистка жидкости от твердых частиц в центробежных и гравитационных очистителях тем эффективнее, чем больше размеры частиц и чем больше разность между плотностями частиц и рабочей жидкости. Поэтому такие очистители нашли широкое применение в пневмоприводе.

Магнитные очистители эффективно задерживают ферромагнитные и сцепленные с ними немагнитные частицы очень малых размеров (0,5 мкм и меньше), которые другими очистителями обычно не задерживаются. Источником магнитного поля, как правило, служат постоянные магниты из специальных сплавов. Конструктивно магнитный очиститель обычно объединяют в одном корпусе с пористым.

Гидроочистители из пористого материала -- фильтры могут задерживать твердые частицы любых физических свойств, но только определенной крупности. Поэтому такие очистители нашли наибольшее распространение в гидроприводе. В качестве фильтрующих материалов применяют металлические сетки и пластинки, ткань, войлок, бумагу, керамику и т. п. Чем меньше поры, тем лучше очистка жидкости. Однако с уменьшением пор увеличивается сопротивление фильтра и уменьшается его пропускная способность.

Фильтрующий материал должен также обладать достаточной механической прочностью. Иначе, разрушаясь, он будет загрязнять жидкость. По этой причине для очистки водомасляных эмульсий не применяют фильтры из картона, бумаги и т. п.

Степень очистки оценивается по наименьшему размеру d частиц, задерживаемых фильтром. По степени очистки условно различают фильтры следующих типов: грубой очистки (d ? 0,1 мм), нормальной очистки (d ? 0,01 мм), тонкой очистки (d ? 0,005 мм).

Для грубой очистки применяются сетчатые и пластинчатые фильтры.

Кроме пластинчатых фильтров, в гидроприводе горных машин широко применяются сетчатые С42 и магнитосетчатые ФМС . Часто для защиты отдельных аппаратов используются встраиваемые местные фильтры.

К гидроемкостям относятся гидробаки и гидроаккумуляторы.

Гидробак предназначен для питания гидропривода рабочей жидкостью. Его размеры принимают из расчета, чтобы жидкость, циркулирующая в гидроприводе, успевала отстояться и отдать избыток тепла в окружающую среду. Для этого об'ем бака принимают равным двух - четырехминутной подаче насоса.

Обычно бак делают сварным со съемной верхней крышкой, в которой имеется отверстие с пробкой и сетчатым съемным фильтром для заливки жидкости. В баке делают перегородку, отделяющую линию слива от всасывающей линии. Назначение перегородки -- успокаивать жидкость и улучшать условия ее отстоя от частиц.

Конец всасывающего трубопровода располагают в нижней части бака на небольшом расстоянии от дна. При этом возможна работа насоса с некоторым подпором и исключается засасывание осевших на дно твердых частиц. Сливная линия подводится обычно на ¹/₃ высоты бака от дна, а ось ее трубопровода располагается параллельно дну. При этом уменьшается вероятность вспенивания жидкости и взмучивания осевших на дно частиц.

Как упоминалось выше, в баках устанавливают также фильтры и теплообменные аппараты. Бак должен иметь устройство для контроля уровня жидкости, которое чаще всего выполняется в виде смотрового стекла. Для смены рабочей жидкости и слива отстоя бак снабжается спускным отверстием с пробкой.

Если уровень жидкости в баке в процессе работы гидропривода колеблется в значительных пределах, то на верхней крышке устанавливают обратные клапаны для пропуска воздуха. Один из клапанов обычно регулируют так, чтобы он открывался, когда давление воздуха повысится в баке по сравнению с атмосферным примерно на 5 кПа, другой -- когда создается разрежение, равное примерно 2 кПа. Часто вместо обратных клапанов устанавливают пробку с отверстием для прохода воздуха (сапун).

Гидролинии предназначены для прохождения рабочей жидкости в процессе работы гидропривода. В общем случае гидролиния состоит из всасывающей, напорной и сливной. Кроме того, в гидроприводе часто имеются гидролинии управления и дренажная.

Всасывающая линия служит для подведения рабочей жидкости к насосу либо из бака, либо от распределителя, либо непосредственно от гидродвигателя.

Часть линии, по которой рабочая жидкость движется от насоса, гидроаккумулятора или гидромагистрали к гидродвигателю, называется напорной.

Сливная линия предназначена для слива рабочей жидкости в бак. В системах с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости этот участок линии отсутствует.

Гидролиния, по которой отводятся утечки рабочей жидкости, называется дренажной.

Гидролиния управления предназначена для подвода жидкости к гидроаппарата гидропривода (предохранительным и переливным клапанам и т. п.).

Все гидролинии могут выполняться из жестких металлических труб с неподвижными или подвижными их соединениями или из гибких рукавов -- шлангов. В качестве металлических рекомендуется применять стальные бесшовные холоднодеформированные и горячедеформированные трубы. Гибкие рукава применяют из резины с металлической или нитяной оплетками. Использование медных труб нежелательно, так как они способствуют старению масла. Соединение труб чаще всего осуществляется с помощью специальных муфт с резиновыми уплотнениями, муфт - угольников, тройников и т. п.

На гидравлических схемах всасывающая, напорная и сливная гидролинии показываются толстыми сплошными линиями; линии управления -- сплошными тонкими; дренажные -- штриховыми линиями.

Объемный гидропривод нашел широкое применение в горных машинах и механизмах в основном из-за своей компактности и универсальности движения выходного звена гидродвигатетя. Компактность обеспечивается применением высоких давлений (до 10 МПа у маломощных вспомогательных машин и механизмов и свыше 10 МПа -- у мощного основного оборудования).

По типу применяемых гидродвигателей весь объемный гидропривод можно разделить на привод с гидромоторами, гидроцилиндрами и поворотными гидродвигателями. Последние в гидроприводе горных машин практически не встречаются, тогда как гидропривод с гидроцилиндрами нашел самое широкое применение.

Гидропривод с гидроцилиндрами по характеру управления выходным звеном можно разделить на три группы.

Первая группа -- движение выходного звена происходит без регулирования скорости, а фиксация его положения осуществляется без гидрозамка (только распределителем). К этой группе относится гидропривод для перемещения различных узлов машин и механизмов (например, гидродомкраты передвижки секций крепи, конвейеров, перегружателей, толкателей и т. п.).

Вторая группа -- движение выходного звена происходит без регулирования скорости, но с четкой фиксацией его положения гидрозамками. Так работают устройства для ориентации корпуса добычного комбайна в пространстве и регулирования его исполнительного органа по мощности пласта, распора проходческого комбайна в выработке, гидравлические стойки крепи и др.

Третья группа -- с регулируемой скоростью движения выходного звена. К этой группе относится гидропривод проходческих комбайнов и буровых станков для подачи исполнительного органа на забой и др.

Все три группы гидроприводов имеют разомкнутую систему циркуляции рабочей жидкости и единую схему насосной станции. Последняя, как правило, состоит их нерегулируемого насоса, гидроемкости, фильтров, обратного и предохранительного (или переливного, подпорного) клапанов, манометра.

Особую группу представляет гидропривод крепей добычных комплексов, который объединяет в себе первые две группы.

Характерными особенностями гидропривода крепей являются:

высокое рабочее давление в гидромагистрали -- до 15--20 МПа (еще большее давление возникает в стойке, отключенной от гидромагистрали -- до 40--60 МПа);

тщательная герметизация рабочей жидкости в стойке, отключенной от гидромагистрали;

колебание давления в гидромагистрали из-за подключения к ней и отключения секций гидрокрепи;

применение в качестве рабочей жидкости водомасляной эмульсии и ее большой объем (до 6 м³);

большая рассредоточенность гидроцилиндров (по всей длине лавы) и значительная протяженность гидромагистрали.

Гидропривод с гидромоторами в горной промышленности применяется чаще всего для передвижения машин (подающие части угольных комбайнов, предохранительные лебедки и т. п.). При этом обычно используются высокомоментные гидромоторы. Система циркуляции рабочей жидкости в этих приводах, как правило, замкнутая.

Следует отметить, что нередко встречаются и комбинированные схемы: от одного или группы насосов питаются гидромоторы и гидроцилиндры.

По способу управления гидропривод может быть с ручным или автоматическим управлением. Иногда автоматизируется только один какой-либо процесс, чаще других повторяющийся в эксплуатации машины (например, качание исполнительного органа проходческого или нарезного комбайна). Нередко в схемах гидропривода с постоянно работающим насосом применяется его автоматическая разгрузка от давления (насос на определенное время отключается от сети с гидродвигателем и работает вхолостую).

При дроссельном регулировании применяются насосы постоянной подачи, а регулирование скорости выходного звена гидродвигателя осуществляют изменением утечек в гидролинии с помощью дросселя. При этом получаются весьма простые гидравлические схемы привода.

Дроссель может быть установлен последовательно или параллельно с гидродвигателем.

Давление, создаваемое насосом р_н , будет определяться настройкой переливного клапана и в процессе работы будет оставаться постоянным. Обычно это давление выбирают из условия максимума допустимой нагрузки на гидроцилиндр.

Таким образом, мощность насоса при этом будет оставаться постоянной независимо от нагрузки на выходном звене гидроцилиндра, что явно нерационально, так как ведет к перерасходу энергии.

Схема с последовательным включением дросселя относительно гидродвигателя нашла широкое применение в общем машиностроении. В горном машиностроении она практически не встречается.

При параллельном включении дросселя с изменением нагрузки будет меняться и давление, развиваемое насосом, а значит, и его мощность. Поэтому такая схема более экономична, чем с последовательным включением дросселя. Эта схема регулирования не обеспечивает постоянной скорости выходного звена гидродвигателя при переменной нагрузке (изменяется давление).

Обе рассмотренные схемы не обладают постоянством скорости выходного звена гидродвигателя при переменной нагрузке. Поэтому гидропривод с дроссельным регулированием применяется главным образом в машинах с мало изменяющейся нагрузкой или когда с увеличением нагрузки необходимо уменьшить скорость исполнительного органа, и наоборот (например, бурильные станки).

Размещено на Allbest.ru

...