Принципиальные схемы гидроприводов

По циркуляции рабочей жидкости системы гидравлики подразделяются на системы с разомкнутой циркуляцией (рис. 38, а, б): гидро-бак-насос-гидродвигатель-гидробак и системы с замкнутой циркуляцией (рис. 38, в): насос-гидродвигатель-насос. Рассмотрим характерные особенности каждой из указанных систем.

В системе с разомкнутым контуром (см. рис. 38, а) нерегулируемый насос 2 с постоянным направлением потока всасывает жидкость из бака 8 через фильтр / и нагнетает ее в гидроцилиндр 7 через распределитель (4/3) 4 и гидрозамок 5. В левой позиции распределителя 4 жидкость поступает в левую полость гидроцилиндра 7, перемещая поршень вправо. На линии слива жидкости из нерабочей полости гидроцилиндра 7 установлен дроссель 6 с обратным клапаном для регулирования скорости. При полном открытии дросселя скорость поршня будет наибольшей. При уменьшении открытия дросселя 6 давление перед ним и поршнем гидроцилиндра 7 будет возрастать, и часть жидкости, подаваемой насосом 2 через переливной клапан 3, начнет отводиться в бак 8. Скорость поршня при этом уменьшается и становится равной нулю при полном закрытии дросселя В некоторых схемах дроссель может устанавливаться до гидродвигателя, однако при наличии попутной с силой тяжести силы F в случае установки за гидродвигателем он создает противодавление, предотвращающее ускорение выходного звена (падение груза). В правой позиции распределителя 4 напорная линия Н соединяется с отводом Б и правой полостью гидроцилиндра 7 через обратный клапан 6. В средней позиции распределителя 4 напорная линия Я запирается, а оба отвода А и Б соединяются с баком 8, благодаря чему гидрозамок 5 запирает полости гидроцилиндра.

Рис. 38. Схемы гидроприводов с циркуляцией жидкости

В системе, показанной на рис. 38, б, установлен поворотный гидродвигатель 14 и параллельно ему - дроссель 12. При полном открытии дросселя частота вращения гидромотора минимальна, так как большая часть потока жидкости отводится через него в бак, минуя гидродвигатель. По мере закрытия дросселя 12 частота' вращения гидродвигателя 14 будет увеличиваться и достигнет наибольшего значения при полном закрытии дросселя. В средней позиции распределителя 13 линия насоса 9 замкнута на бак. При перегрузке гидродвигателя 14 давление в напорной линии может превысить допустимое значение, тогда через предохранительный клапан 10 часть жидкости будет отводиться в бак&

Вместо дросселя для регулирования гидропривода может быть использован дроссельный распределитель. Фильтры 1 и 11 в системах с разомкнутой циркуляцией обычно устанавливаются перед насосом или после него для обеспечения полнопоточной фильтрации. В гидросистемах с насосами мощностью более 6 кВт на сливной линии устанавли­вают охладитель жидкости 15.

В системе с замкнутым контуром циркуляции жидкости (рис. 38, в) установлен насос 16 с регулируемой подачей. Гидромотор 23 имеет плавное или ступенчатое регулирование рабочего объема. При подаче рабочей жидкости насосом 16 в линию а она является напорной и защищается от перегрузки (высокого давления) предохранительным клапаном 22, перепускающим в этом случае некоторое количество жидкости в сливную линию б.

При изменении направления подачи насоса 16 меняется направление вращения гидромотора 23. Линия б становится напорной и защищается от перегрузки предохранительным клапаном 21. В некоторых случаях устанавливается реле давления, отключающее или разгружающее насос (см. § 27) при аварийном повышении давления. В сливной линии поддерживается небольшое избыточное давление, предохраняющее от подсоса воздуха через неплотности и делающее работу насоса более устойчивой. В случае падения давления в сливной линии ниже установленного значения насос 17 системы подпитки через невозвратный клапан 20 заполнит ее до требуемого давления,' после чего через переливной клапан 19 рабочая жидкость от насоса 17 будет направ­ляться в бак 24.

Жидкость, подаваемая насосом 17, подвергается полнопоточной фильтрации в фильтре 18. При необходимости в систему подпитки включается охладитель.

В замкнутых гидросистемах применяется объемное регулирование путем изменения рабочего объема насоса или гидромотора в зависимости от выбранной схемы гидропривода.

Регулирование изменением рабочего объема насоса (рис. 39, а). Схема включает регулируемый насос и нерегулируемый гидромотор. Частота вращения вала гидромотора пг плавно изменяется при измене­нии подачи насоса. С увеличением рабочего объема насоса при посто­янной нагрузке мощность гидропривода Nr возрастает, а давление нагнетания и крутящий момент Мг гидромотора с нерегулируемым рабочим объемом остаются постоянными. При увеличении нагрузки давление в напорной гидролинии возрастает до значения срабатывания предохранительного клапана.

Автоматический регулятор постоянной мощности. Устанавливается на насосе (рис. 39, б), при повышении давления снижает подачу насоса и частоту вращения гидромотора. Датчиком в регуляторе является пружина, нагруженная усилием рабочего давления и воздействующая на орган управления подачей. Пружина обеспечивает гиперболическую зависимость между крутящим моментом Мг и частотой вращения гидромо­тора.

Регулирование изменением ра­бочего объема гидромотора (рис. 39, в) осуществляется в системах, включающих нерегули­руемый насос и регулируемый гидромотор. Поскольку подача насоса не изменяется при постоян­ной нагрузке, мощность NT тоже будет оставаться постоянной. При уменьшении рабочего объема гидромотора частота вращения его вала будет увеличиваться, а крутящий момент Мг умень­шаться по гиперболической зави­симости.

Регулирование изменением рабочих объемов насоса и гидромотора (рис. 39, г) увеличивает диапазон регулирования гидропривода. Схема включает регулируемый насос и регулируемый (плавно или ступенча­то) гидромотор. При пуске гидропривода насос имеет нулевой рабочий объем, а гидромотор - максимальный. Постепенное увеличение часто­ты впащения вала гидромотора производится в следующем порядке: увеличивают рабочий объем насоса до максимального, частота враще­ния пг и мощность Nr при этом возрастают до номинального значения, крутящий момент МГ остается постоянным; уменьшают рабочий объем гидромотора, частота вращения вала гидромотора при этом возрастает, а крутящий момент Мг уменьшается по гиперболической зависимости.

Гидросистемы с разомкнутой циркуляцией просты и надежны, легко заполняются жидкостью до полного удаления воздуха, но их продолжительная работа связана со значительными выделениями теплоты, поэтому они применяются в гидроприводах с кратковремен­ными режимами работы или в установках малой мощности (до 25 кВт).

Гидросистемы с замкнутой циркуляцией не имеют цистерн, при длительном бездействии они остаются заполненными жидкостью, что сокращает время подготовки к действию и снижает вероятность окисления рабочей жидкости. В этих системах легко осуществляется обратная связь между рабочим давлением и подачей насоса, что создает условия для поддержания мощности привода постоянной.

В следящем гидроприводе линейный или угловой управляющий сигнал усиливается и перемещает объект управления в этом же на­правлении   на  пропорциональную  величину. Примером   следящегогидропривода является четырехходовой следящий золотниковый распределитель, предназначенный для управления аксиально-поршне­вым насосом с наклонным диском, описанным в § 9.

Распределитель, установленный на корпусе насоса (рис. 40), сос­тоит из корпуса 4, следящей втулки 5 и золотника 6, расположенных концентрично. Верхняя кольцевая канавка на поверхности втулки 5 предназначена для подвода масла от вспомогательного насоса через штуцер ж. Средняя канавка через штуцер а сообщается с левой парой управляющих гидроцилиндров, воздействующих на штоки 1 наклон­ного диска 2; нижняя канавка через штуцер к сообщается с правой парой гидроцилиндров, воздействую­щих на штоки 9. Золотник 6 имеет диаметральное отверстие г, сообщаю­щееся с осевым отверстием в для слива масла в картер насоса.

Уступы 8 в верхней части золотника сообщаются с выточками, образующими с внутренней поверхностью втулки 5 вертикальные каналы.

Рис. 40

При нулевой или установившей­ся подаче насоса взаимное располо­жение втулки 5 и золотника 6 соот­ветствует совмещению отверстий д и г. Масло, поступающее от насоса в верхнюю кольцевую канавку через сверления д, г и в, сливается в кар­тер насоса.

При повороте рычага 7 с золот­ником 6 на некоторый угол против часовой стрелки (это положение по­казано на рис. 40) масло через уступ 8, вертикальный канал золотника 6, сверление в нижней канавки втулки и штуцер к поступит к правой паре гидроцилиндров управления, штоки 9 которых будут поворачивать вокруг вертикальной оси наклонный диск 2. Масло, вытесняемое штоками 1 и поршнями из левой пары гидро­цилиндров, через штуцер а, отверстия б, в, г будет сливаться в картер насоса. Вместе с наклонным диском 2 поворачивается его верхняя цапфа 3, выступ которой входит в зацепление со   следящей   втулкой   5. Поворот втулки      происходит      относительно золотника 6 до совмещения отверстий д и г, после чего подводимое через штуцер ж масло поступит на слив. При этом положении следящей втулки 5 и золотника 6 штуцеры а и к заперты, благодаря чему будет зафиксировано положение наклон­ного диска 2 при заданной подаче насоса.

В качестве рабочих жидкостей в судовом гидроприводе применя­ются минеральные масла. Выбор масла для конкретной гидросистемы зависит от- ее конструктивных особенностей, условий эксплуатации и диапазона эксплуатационных температур. Фирмы, производящие гид­рооборудование, в большинстве случаев рекомендуют, чтобы при опти­мальных эксплуатационных температурах 45-55 °С вязкость масел находилась в пределах 13-50 мм2/с. При низкой вязкости рабочей жидкости происходит увеличение утечек, при высокой - возрастание потерь на трение, увеличение времени на срабатывание гидроармату­ры. Указанным требованиям отвечают масла: индустриальное, турбин­ное, веретенное, зарубежные гидравлические масла - турбинное, марки М, промышленные.

Для повышения качеств к маслам добавляются присадки, улуч­шающие смазывающие свойства, химическую устойчивость, антикор­розионные свойства, способность к деэмульгации, а также понижаю­щие температуру застывания.

От чистоты рабочей жидкости зависит надежность работы гидро­привода. В трубопроводах гидросистем могут оказаться металлические стружки, окалина, продукты изнашивания и пыль из воздуха, которые должны улавливаться фильтрами. Тонкость фильтрации зависит от применяемого оборудования: для дистанционно управляемых золот­никовых распределителей она должна быть 10-15 мкм, а для некото­рых типов насосов - до 160 мкм.

На всасывающей линии устанавливаются фильтры грубой очистки, на нагнетательной и при необходимости на сливной - фильтры тонкой очистки.

Магнитные элементы устанавливаются в корпусах фильтров или баках. Их необходимо периодически чистить щеткой или промывать в растворителе.

В разомкнутых гидросистемах осуществляется полнопоточная фильтрация, в замкнутых - профильтрованное масло, поступающее на замещение, должно составлять подачу насоса в течение не менее 20 мин.

В процессе циркуляции в гидросистеме рабочая жидкость подвер­гается дросселированию в клапанах и золотниковых распределителях. При этом она нагревается и вязкость ее становится ниже оптимальной. Повышенная температура способствует окислению масла,,.

В большинстве гидросистем охлаждение рабочей жидкости осуще­ствляется естественным путем в трубопроводах и баках. При невоз­можности отвода теплоты таким путем устанавливаются воздушные или водяные охладители.

В гидросистемах, работающих при низких температурах окружаю­щей среды, могут устанавливаться подогреватели, так как во время пуска радиально-поршневых и аксиально-поршневых насосов при вязкости масла, превышающей 770- 800 мм2/с, может произойти выход их из строя. Подогрев масла следует осуществлять при его циркуляции в режиме холостого хода.