Методи контролю швидкості руху пневмодвигуна

Матеріал з Вікі-знання або навчання 2.0 в ТНТУ
Версія від 22:40, 11 червня 2017; Dock1402 (Обговореннявнесок)

(різн.) ← Попередня версія • Поточна версія (різн.) • Новіша версія → (різн.)
Перейти до: навігація, пошук

Зміст

Визначення

Гідравлі́чний двигу́н (гідродвигу́н) — гідравлічна машина, що перетворює механічну енергію рідини на механічну енергію веденої ланки (вала, штока та ін.).
Гідроцилі́ндр (Пневмоциліндр) - об'ємний гідродвигун (пневмодвигун) зі зворотно-поступальним рухом вихідної ланки. Основним видом гідроциліндра є гідроциліндр (пневмоциліндр) поршневого типу. Часто до групи гідроциліндрів відносять також плунжерні, мембранні і сильфонні гідро- (пневмо-) двигуни.

Контроль швидкості руху пневмодвигуна

Для того, щоб змінити швидкість руху гідродвигуна, необхідно мати можливість змінити один з двох параметрів.
У гідроциліндра змінити робочу площу поршня нереально, в той час як плавно змінювати робочий об'єм гідромотора цілком можливо.
В сучасних гідроприводах дані варіанти реалізуються двома способами:

  • машинне (об'ємне) регулювання, тобто регулювання швидкості зміною робочого об'єму насоса (змінюємо витрату потоку рідини, що подається в гідродвигун) або гідромотора, або того й другого;
  • дросельне регулювання, тобто регулювання швидкості за рахунок введення регульованого гідравлічного опору і відведення частини потоку рідини через дросель або клапан, минаючи гідродвигун.

Машинний спосіб регулювання швидкості

У даного способу регулювання швидкості руху гідродвигуна можливі три варіанти:

  • регулювання насосом;
  • регулювання гідродвигуном;
  • спільне регулювання насосом і гідродвигуном.

Регулювання насосом

Рис.1 Характеристики гідросистеми з регулюючим насосом

У цьому варіанті використовується насос з регульованою подачею. Параметром, що визначає характеристики гідросистеми, є параметр регулювання насоса LaTeX: U_H
.
Характеристики гідросистеми:

  • подача насоса LaTeX: Q_H;
  • крутний момент на валу насоса LaTeX: M_H;
  • швидкість руху гідродвигуна, відповідно, для гідромотора LaTeX: n_M і гідроциліндра LaTeX: V_HZ
  • навантаження на гідродвигуні, відповідно, на валу гідромотора LaTeX: M_M і штоці гідроциліндра LaTeX: R
  • потужність на валу насоса LaTeX: N

Графіки наведених характеристик гідросистеми обертального руху представлені на рис.1. Для гідропередачі поступального руху необхідно швидкість обертання валу гідромотора LaTeX: n_М і його крутний момент LaTeX: М_М замінити, відповідно, на швидкість руху поршня гідроциліндра LaTeX: V_HZ і зусилля на його штоці LaTeX: R.
Звернемо увагу на одну особливість графіків на рис.1. При LaTeX: U_H = 1 маємо LaTeX: n_M<n_Н i LaTeX: M_M> M_H. Це можливо тільки якщо LaTeX: q_M>q_М_H. Таким чином, гідросистема виконує функції редуктора. Якщо робочі обсяги насоса і гідромотора рівні (LaTeX: q_M = q_H), то передавальне відношення гідропередачі буде дорівнювати одиниці. При LaTeX: q_M<q_H матимемо гідропередачу-мультиплікатор, у якій LaTeX: n_M>n_H і LaTeX: M_M<M_H.

Регулювання гідромотором

Рис.2.Характеристики системи з регульованим гідромотором

Для даного варіанту необхідний гідромотор з регульованим робочим об'ємом. Задаючим параметром в цьому випадку є параметр регулювання гідромотора LaTeX: U_M, а розрахункові залежності характеристик гідропередачі:

  • потужність на валу насоса LaTeX: N
  • подача насоса LaTeX: Q
  • крутний момент на валу насоса LaTeX: M_H
  • швидкість обертів вала гідромотора LaTeX: n_M
  • крутний момент на валу гідромотора LaTeX: M_H

Графіки характеристик гідропередачі, що відповідають наведеним розрахунковим залежностям, наведені на рис.2 Вони побудовані при тих же співвідношеннях робочих обсягів насоса і гідромотора, що і на рис.1, тобто при LaTeX: q_M>q_H.
Аналіз залежності швидкості обертання валу гідромотора nМ від параметра регулювання UМ показує, що при LaTeX: U_M→0 буде LaTeX: n_M→∞. Однак насправді швидкість обертання валу гідромотора не може бути більше LaTeX: n_M при LaTeX: U_M = 1 в 2,5-3 рази. Це обумовлено тим, що зі зменшенням LaTeX: U_M знижується крутний момент LaTeX: M_M, що розвивається на валу гідромотора. При LaTeX: U_Mmin (рис.2) величина LaTeX: М_M стає співрозмірною з моментом тертя гідромотора. Швидкість обертання валу стає нестійкою, а при подальшому зменшенні LaTeX: U_M вона взагалі падає до нуля. Настає так зване самогальмування гідромотора.
Зупинка двигуна може відбутися при будь-якому значенні LaTeX: U_M, якщо навантажувальний момент перевищить крутний момент, який здатний створити гідромотор. Істотною перевагою даного варіанту регулювання є сталість (LaTeX: n_H = const і LaTeX: p_H = const) крутного моменту LaTeX: М_M і, як наслідок цього, потужності N на валу насоса в усьому діапазоні регулювання (рис.2).

Спільне регулювання насосом і гідромотором

Рис.3. Характеристики гідропередачі при спільному регулюванні насосом і гідромотором

Даний варіант зумовлює використання обох регульованих гідромашин - насоса і гідромотора. Регулювання виконується послідовно (не одночасно!) з метою розширення діапазону регулювання гідроприводу. Якщо потрібно поступово збільшити швидкість обертання валу гідромотора до nм max (наприклад, при рушанні з місця і розгоні транспортної машини), то регулювання виконується в наступному порядку (рис.3):

  • насос встановлюють в положення нульового робочого об'єму (LaTeX: U_H=0), а гідромотор в положення максимального (LaTeX: U_M = 1);
  • вмикають приводний двигун і виводять його на задану постійну частоту обертання (LaTeX: n_DV = n_Hnom);
  • робочий об'єм насоса поступово збільшують до максимуму (LaTeX: U_H=1), внаслідок чого швидкість вала гідромотора зростає до значення, відповідного номінальної потужності приводу;
  • 4) збільшують швидкість вала гідромотора LaTeX: n_M шляхом зменшення робочого об'єму гідромотора до мінімального значення (LaTeX: U_Mmin), що визначається початком нестійкої роботи.

З рис.3.4 видно, що перший етап розгону відбувається при постійному моменті LaTeX: M_M = max і зростаючої потужності приводу. Для другого характерно зменшення крутного моменту ММ і постійна потужність приводу. При закритих запобіжних клапанах (тиск в гідропередачі менше тиску настройки клапанів) для даного варіанту регулювання буде


LaTeX: n_H=(q_H/q_M U_M)n_M
.

Дросельний спосіб регулювання швидкості

Ідея даного способу регулювання полягає в тому, що частина подачі нерегульованого насоса відводиться на злив, минаючи гідродвигун, тобто подача насоса LaTeX: Q_H розділяється на дві частини


LaTeX: Q_H=Q_H_D + Q_B,

де LaTeX: Q_H_D і LaTeX: Q_B - витрата рідини що, відповідно, подається в гідродвигун і відводиться на злив в бак. Це здійснюється за рахунок введення в гідросистему регульованого гідравлічного опору (дроселя), що дозволяє змінювати витрату рідини, що підводиться в гідродвигун, і в підсумку регулювати її швидкість руху.
При дросельному регулюванні можливі два принципово різні способи включення регульованого дроселя: послідовно з гідродвигуном і паралельно до гідродвигуна.

Послідовне включення дроселя

Рис.4. Схеми гідропередач з послідовною установкою дроселя

Даний спосіб включення регулюючого дроселя може бути здійснений в трьох варіантах: дросель включений на вході в гідродвигун (в напірній магістралі), на виході з нього (в зливній магістралі) і на вході і виході одночасно (рис.4).
При повному відкритті дроселя (LaTeX: Δp_d_r = 0) швидкість поршня LaTeX: V_p гідроциліндра LaTeX: Г_t_s виходить максимальної, тому що (LaTeX: p_K - тиск настройки клапана КП), і вся подача насоса надходить в гідроциліндр. При зменшенні перетину дроселя тиск перед ним підвищується:

  • для схеми з дроселем на вході LaTeX: p_H=R/S_p + Δp_d_r=p_k; (1)
  • для схеми з дроселем на виході LaTeX: p_H=R/S_p + Δp_d_r S_s_h/S_p=p_k; (2)
  • для схеми з дросельним розподільником LaTeX: p_H=R/S_p + Δp_d_r(1+S_sh/S_p)=p_k, (3)

де LaTeX: R – зовнішня загрузка; LaTeX: S_p і LaTeX: S_sh – робочі площі гідроциліндра; LaTeX: Δp_d_r - перепад тиску на дроселі.
У цьому випадку клапан КП відкривається і пропускає частину подачі насоса на злив в бак. Швидкість поршня буде зменшуватися. При повному закритті дроселя вся подача насоса направляється через клапан на злив в бак, а швидкість поршня дорівнює нулю. Таким чином, в процесі регулювання клапан КП більшу частину часу відкритий, тобто в даному випадку він є переливним.
Графіки регулювальної і механічної характеристик наведені на рис.5.

Рис.5 Регульована (а) і механічна (б) характеристики гідропередачі при послідовному включенні дроселя

З графіка механічної характеристики видно, що максимальне навантаження LaTeX: R_max, при якому вихідна ланка гальмується (LaTeX: V_p = 0), від ступеня відкриття дроселя не залежить. При LaTeX: V_p=0LaTeX: R=K_2/K_3, де LaTeX: K_2,K_3 - постійні коефіцієнти.
Аналізуючи вищевикладене, необхідно зазначити, що при відкритому переливному клапані КП тиск в потоці рідини на виході з насоса дорівнюватиме тиску настройки клапана і буде постійним, тому що LaTeX: p_k =const. Звідси випливає, що і потужність, що витрачається на обертання насоса (LaTeX: N_H=Q_H p_H), також буде постійною, незалежно від величини подоланої навантаження R. Це нераціонально, тому що приведе до перевитрати енергії.
Зіставляючи варіанти установки дроселя на вході і виході можемо відзначити, що останній має ряд переваг. Створення надлишкового тиску в штоковій порожнині гідроциліндра (рис.4, б) сприяє більш стійкій роботі гідродвигуна, особливо при знакозмінному навантаженні. Є можливість регулювання гідроприводу при негативних навантаженнях, тобто при направленні витраченої сили R в сторону переміщення поршня. Крім того, при установці дроселя в зливній гідролінії тепло, що виділяється при дроселюванні потоку рідини, відводиться в бак без нагріву гідродвигуна, як це має місце в схемі з дроселем на вході.
Використання дросельованого розподільника (рис.4,в) також сприяє більш стійкій роботі гідродвигуна при коливаннях навантаження. Крім цього для симетричного дросельованого золотникового розподільника при однакових навантаженнях R і швидкостях LaTeX: V_p прохідні перетини дросельованих проток розподільника (LaTeX: S_d_r_._r) будуть більшими, ніж перетини отворів дроселя (LaTeX: S_d_r), що істотно знизить ймовірність відмови гідросистеми через засмічення малих дросельованих отворів.

Паралельне включення дроселя

Рис.6. Схема гідропередачі з паралельною установкою дроселя (а) і її регулювальна (б) і механічна (в) характеристики

Зі схеми (рис.7,а) видно, що в точці А потік робочої рідини від насоса Н розгалужується: одна частина потоку через розподільник рн направляється в гідроциліндр ГЦ, а інша - через регульований дросель Др повертається по зливній лінії в бак.
Клапан ПК в даному випадку є запобіжним. Він відкривається лише при надмірному підвищенні тиску в гідросистемі. Швидкість LaTeX: V_p вихідної ланки - поршня гідроциліндра регулюється зміною ступеня відкриття дроселя. Чим вона менша, тим більша частка подачі насоса направляється в гідроциліндр і тим більше швидкість LaTeX: V_p. При повному закритті дроселя (LaTeX: U_d_r=0) швидкість LaTeX: V_p найбільша. При повному відкритті дроселя (LaTeX: U_d_r = 1) швидкість поршня зменшується до нуля або до мінімального значення в залежності від навантаження R.
Графіки механічної характеристики для паралельної установки дроселя, на відміну від графіків для його послідовної установки, мають протилежну кривизну і виходять з однієї точки, відповідної LaTeX: V_p = max і LaTeX: R = 0. Максимальне навантаження LaTeX: R_m_a_x, що викликає гальмування поршня гідроциліндра, зменшується зі збільшенням ступеня відкриття дроселя і при LaTeX: U_d_r прямує до нуля, LaTeX: R_m_a_x прямує до безкінечності. При паралельній установці дроселя, як і при послідовній його установці на вході, виключається можливість регулювання при дії навантаження в напрямку, що збігається з напрямком руху поршня гідроциліндра.

Джерела

Особисті інструменти
Google AdSense
реклама