Приводные механизмы
нет
8-800-700-01-76 По России звонок бесплатный
8(4912)99-53-40 Телефон в Рязани
prombirga@mail.ru

Гидропривод машин и механизмов.

05.06.2016

Гидравлический привод - преимущества и недостатки.

Гидравлический привод - представляет собой совокупность устройств с одним или несколькими объемными гидродвигателями для обеспечения движения механизмов и машин с помощью подачи жидкости под давлением. Довольно часто гидродвигатели агрегатируются с различными приводными механизмами, такими как редуктор Ч 80, редуктор Ч 100, редуктор Ч-125, редуктор Ч 160 или редуктор 4МЦ2С. Все они представлены в нашем каталоге.

В гидростатическом (объемном) приводе энергия передается давлением жидкости без значительного изменения скорости. Основными параметрами объемного или гидростатического гидропривода являются давление и расход рабочей жидкости. Наибольшее влияние на качество и цену изделия производят структурные решения. К таким решениям относится выбор привода.

Привод может быть механический, электрический, гидравлический, пневматический и комбинации данных приводов. Для оптимального выбора привода необходимо учитывать его преимущества и недостатки.

Преимущества гидропривода.

Гидравлический привод обладает следующими преимуществами:

1. Передача больших усилий на малом пространстве (высокая концентрация энергии). (Масса гидромотора в 10 раз меньше массы электродвигателя такой же мощности).

2. Возможность аккумулирования энергии (с помощью гидропневмоаккумулятора).

3. Плавное изменение значений движущих сил (скорость, сила и момент) в широком диапазоне. (При наладке с помощью - обычной (дискретной) аппаратура, во время работы с помощью пропорциональной или сервоаппаратура)

4. Простое достижение возвратно-поступательных перемещений (с помощью гидроцилиндра).

5. Высокая динамика переключений (достигается за счет высокой энергоемкости на единицу массы у гидродвигателей).

6. Быстрый реверс благодаря малым массам (достигается за счет высокой энергоемкость на единицу массы у гидродвигателей).

7. Конструктивная свобода действий при размещении элементов конструкции вследствие пространственного разделение привода, управления, и насосной установки, с помощью труб и гибких трубопроводов.

8. Возможность автоматизации. (Управляющее воздействие осуществляется с помощью электромагнитов дискретных, пропорциональных или сервоаппаратов. С помощью них производится изменение параметров гидросистемы.)

9. Работа гидросистем обычно полностью автоматизирована и постоянно диагностируется по следующим параметрам:

- давление рабочей жидкости после насосов;

- давление и уровень масла в поршневых аккумуляторах;

- давление азота в баллонах;

- уровень масла в баке;

- температура жидкости в баке;

- загрязненность всех установленных фильтров;

- наличие в баке воды.

10. Незначительный износ, так как смазка гидравлических элементов производится с помощью рабочей среды (одна из основных характеристик рабочей жидкости гидросистем - хорошая смазывающая способность во всем диапазоне рабочих параметров гидросистемы: температуры, давления, усилия на трущиеся поверхности.)

11. Возможность регенерации энергии (при опускании больших масс можно жидкость из гидроцилиндра закачивать в аккумулятор и потом использовать в других операциях.)

Недостатки гидропривода.

Гидропривод имеет и некоторые недостатки:

1. Потеря давления и напора за счет жидкостного трения, которое возникает при движении жидкости в трубопроводах и аппаратах.

2. Зависимость вязкости масла от температуры и давления.

При снижении температуры рабочей жидкости с 50 градусов С до 20 градусов С вязкость рабочей жидкости увеличится в 5 раз (актуально при запуске машины и при снижении температуры окружающей среды зимой). А также при повышении давления до 20МПа вязкость увеличится на 50-60%.

3. Проблемы, связанные с утечкой гидравлической жидкости.

Внутренние перетечки рабочей жидкости в гидроаппаратуре (насосах, гидромоторах, золотниковых распределителях) и возможные внешние утечки при некачественном монтаже гидрооборудования или неквалифицированном обслуживании.

4. Сжимаемость гидравлической жидкости.

Жидкость сжимаема

Объемный модуль упругости минерального масла:

Е=1,4х103 МПа,

Модуль упругости стали -

Е=2,1х105 МПа

Пример:

Рассмотрим гидроцилиндр. Столб жидкости в цилиндре под поршнем 500мм. От нагрузки на шток давление в цилиндре повысилось на 20МПа. В результате сжатия жидкости шток передвинулся на 7мм.

5. Высокий объемный коэффициент теплового расширения гидравлической жидкости.

К v стали =3,5*10-5 1/град

К v t расширение масла масла =7*10-4 1/град

Повышение температуры на 1 градусов С вызывает повышение давления масла, замкнутого в жесткой стальной емкости, примерно на 1,1МПа.

6. Наличие дорогой насосной (насосно-аккумуляторной) станции (цена НАС часто составляет более 50% стоимости гидропривода).

Составные части гидропривода.

По функциональному признаку гидропривод состоит из четырех основных частей:

Источник давления - насосная станция (насосный привод) или гидроаккумулятор (насосно-аккумуляторный привод). Питает систему рабочей жидкостью под давлением.

Общий алгоритм работы насосного и насосно-аккумуляторного привода.

Электродвигатель насоса включен. Насос качает рабочую жидкость.

а) Предохранительный клапан разгрузки выключен, он сбрасывает рабочую жидкость обратно в бак без давления. Давление низкое. Нагрев жидкости незначителен.

б) Предохранительный клапан разгрузки включен. Вся рабочая жидкость, качаемая насосом, поступает к потребителю (цилиндр, гидромотор или аккумулятор). Давление зависит от сопротивления потребителя (нагрузки на шток цилиндра, нагрузки на валу гидромотора, давления в аккумуляторе).

в) Предохранительный клапан разгрузки включен. Но потребитель не может принять рабочую жидкость. Рабочая жидкость, как и в первом случае, сбрасывается в бак через предохранительный клапан. Но в линиях нагнетания рабочее давление. Регулируется оно клапаном предохранительным. При дросселировании минерального масла от давления 10МПа до нуля его температура повышается на 6 градусов С.

Особенности алгоритма работы насосной станции.

При включении операции отключается электромагнит предохранительного клапана разгрузки. Давление в системе повышается до рабочего. Включается распределитель, подающий жидкость к гидроцилиндру. Т.е. вместе включаются два распределителя - управления разгрузкой (создает давление в системе) и включения операции (направляет жидкость в необходимую полость). Вся жидкость (если нет дополнительного регулирования расхода) устремляется к гидроцилиндру. Скорость движения штока определяется расходом насоса. Давление в системе определяется нагрузкой на шток гидроцилиндра.

Преимущество насосного привода - насос подает в систему давление необходимое для перемещения рабочего органа что обеспечивает высокий КПД.

Недостаток - расход насосов должен быть не меньше максимальной потребности привода в рабочей жидкости в каждый момент цикла. Для расчета расходной характеристики насосов необходима циклограмма работы органов с гидроприводом.

Особенности алгоритма работы насосно-аккумуляторной станции.

Есть два независимых контура управления.

а) Электродвигатель насоса включен. Насос качает рабочую жидкость в систему. Предохранительный клапан разгрузки включен. В системе давление рабочее. Насос закачивает гидравлическую жидкость в аккумулятор до необходимого уровня, если штоковый аккумулятор или до определенного давления по реле давления, если аккумулятор бесштоковый. Когда аккумулятор заполнен, клапан предохранительной разгрузки отключается. Аккумулятор остается заряженным, а рабочая жидкость, которую насос качает всегда, сбрасывается бак без давления. НАС готова к выполнению операции. Когда аккумулятор разрядится на проектную величину, снова включается подзарядка. То есть подзарядка аккумулятора независима от включения операций.

б) Включается распределитель, направляющий рабочую жидкость к гидроцилиндру. Его включение независимо от включения распределителя разгрузки так как рабочая жидкость под давлением в систему поступает от аккумулятора. Если давление в аккумуляторе равняется рабочему, а для перемещения штока гидроцилиндра допустим в данной операции необходимо давление в 2 раза ниже рабочего, тогда 50% энергии приходится дросселировать и она уходит на нагрев рабочей жидкости.

Минимальный расход насоса равен среднему расходу жидкости за цикл работы машины. В этом случае нужен большой аккумулятор. Задача конструктора найти оптимальные по стоимости параметры расхода насосов и объема аккумулятора.

Преимущество НАС - расход насоса может быть значительно ниже, чем в насосном приводе.

Недостаток НАС - более низкий КПД и, следовательно, сильный нагрев рабочей жидкости.

Гидроуправление - блоки гидроклапанов.

Управляет рабочей жидкостью - распределяет и регулирует ее основные параметры - давление и расход.

а) распределяет рабочую жидкость между потребителями и полостями потребителя.

Пример:

Гидрораспределитель поочередно соединяет поршневую и штоковую полости гидроцилиндра с подводом давления и сливом в бак. Шток гидроцилиндра совершает возвратно поступательное движение.

б) регулирует давление жидкости, например, с помощью предохранительных и редукционных клапанов.

в) регулирует расход жидкости, например, с помощью дросселей и регуляторов расхода.

Применяется три вида гидроуправления:

- Дискретное гидроуправление - рассмотрим на примере наиболее распространенного трехпозиционного золотникового распределителя. Золотник распределителя переключается электромагнитом и может занимать три положения - среднее и два крайних.

Время срабатывания 0,03-0,06с.

- Сервоуправление:

Золотник распределителя может занимать любое положение между крайними - задавая различные параметры потока. Время срабатывания до 0,003-0,006с.

- Пропорциональное гидроуправление:

Золотник распределителя может занимать любое положение между крайними - задавая различные параметры потока. Время срабатывания 0,01-0,02с.

Пропорциональное управление занимает промежуточное положение между дискретным управлением и сервоуправлением.

Отношение цены распределителя дискретного, пропорционального и сервораспределителя приблизительно 1:5:10.

Пропорциональная, и особенно сервоаппаратура очень чувствительна к загрязнениям рабочей жидкости. Для нее применяется более сложная и дорогая система фильтрации. Для поддержания необходимой чистоты рабочей жидкости для сервопривода бак и трубопроводы выполняются из нержавеющей стали. Обеспечение высоких динамических характеристик и высокой точности производится более дорогими гидроцилиндрами. Например, в механизме качания кристаллизатора МНЛЗ зачастую применяются гидроцилиндры с гидростатикой. Они имеют очень низкий коэффициент трения вследствие этого большую точность позиционирования.

Соответственно, более сложное и более дорогое электроуправление серво- и пропорциональным приводом. Поэтому применяют данные прогрессивные виды управления только в обоснованных случаях. Вначале перебирают все возможные варианты схемы более низкого порядка. И только если они не могут удовлетворить все требования к работе проектируемого оборудования, применяется привод более высокого порядка.

Гидродвигатель - гидроцилиндр или гидромотор.

Преобразовывает механическую энергию жидкости в механическую работу вращающегося вала или возвратно-поступательно движущегося поршня.

Трубопроводы - трубопроводы и трубопроводная арматура, конструктивно соединяют между собой источник давления, блок управления, и гидродвигатель. Служат для передачи энергии сжатой жидкости между узлами.

Читайте также
Товар добавлен в корзину
к началу