Гидропривод, гидрораспределители и гидроусилители
СОДЕРЖАНИЕ: Сила давления жидкости на плоскую стенку и цилиндрические поверхности. Виды и режимы движения жидкости в гидроприводе. Элементы и принцип работы роторных гидромашин. Назначение и дросельное регулирование гидрораспределителей, виды гидроусилителей.1. Жидкость - сплошная среда обладающая способностью легко изменять свою форму под воздействием незначительных сил.
Свойства:
1)Текучесть – способность жидкости деформироваться под действием незначительных сил.
2)Плотность.
3)Удельный вес.
4)Сжимаемость.
5)Температурное сопротивление.
6)Сопротивление растягивающим усилием.
7)Силы поверхностного натяжения.
8)Вязкость сопротивление сдвигу слоёв.
9) Парообразование – изменение агрегатного состояния.
10)Растворение.
2.Гидростатическое давление –в любой точки жидкости возникает давление , под действием поверхностных и объёмных сил.
Гидростатическое давление – действие в жидкости, возникающее в результате действия сжимающих сил.
Свойства:
1) Всегда направлено по нормали к поверхности.
2) В любой точке жидкости гидростатическое давление во всех направлениях одинаково.
3) Является функцией оси координат.
Виды:
1) Атмосферное - давление окружающей среды.
2) Избыточное – давление превышающее атмосферное.
3) Абсолютное – сумма атмосферного и избыточного.
4) Вакуметрическое – давление меньше атмосферного.
Основное уравнение гидростатики:
P = P0 + gh = P0 + h
Давление в любой точке покоящейся жидкости равно внешнему давлению сложенному с весом столба жидкости высотой от свободной поверхности до заданной точки и площадь основания =1.
Закон Паскаля – давление, приложенное к жидкости передаётся во все точки этой жидкости.
Гидростатические машины- принцип действия основан на законе Паскаля.(гидропресс, мультипликатор – поступательный гидропреобразователь).
Сила давления жидкости на плоскую стенку :
Pc=Po+ (ро)gh
P=Pc S=(Po+(ро)gh)S
Давление жидкости на плоскую поверхность, равно произведению произведению площади этой поверхности на гидростатическое уравнение этой поверхности.
Сила давления жидкости на цилиндрические поверхности:
P=кореньPг в квадрате+Pв в квадрате
Pв=PoSг+ (ро)ghS
Гидростатический парадокс — явление, при котором вес налитой в сосуд жидкости может отличаться от силы давления на дно.
Закон Архимеда – на любое тело погруженное в жидкость действует Архимедовая сила направленная вверх и равная жидкости оббьем которой равен объёму погруженному в жидкость.
Виды движения жидкости:
Неустановившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени изменяются.
Установившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени не изменяются.
Равномерное движение характеризуется тем, что скорости, форма и площадь сечения потока не изменяются по длине потока.
Неравномерное движение отличается изменением скоростей, глубин, площадей сечений потока по длине потока.
Напорное – движение, при котором нет свободной поверхности и поток со всех сторон ограничен стенками.
Безнапорное – движение, при котором меняется свободная поверхность.
Расходом жидкости обычно называют количество жидкости, проходящее через определенное сечение канала (трубопровода) в единицу времени.
Уравнение неразрывности – количество жидкости вдоль всей траектории пути, величина постоянная, это уравнение справедливо:
1) Жидкость капельная.
2) Жидкость движения без разрывов.
3) Количество частиц вдоль всей траектории пути не изменяется.
Уравнение Бернулли.
Идеальна жидкость, в которой отсутствуют силы трения, силами сцепления натяжения пренебрегают.
Для идеальной жидкости сумма потенциальной и кинематической энергии для любого сечения величина постоянная
Режимы движения жидкости:
1) Ламинарный- жидкость движется без перемешивания нет пульсации скоростей и давления.
2) Турбулентный – происходит перемешивание жидкости есть пульсация скорости и давления.
3) Критический – переход ламинарного режима в турбулентный и наоборот.
Кавитация – процесс закипания жидкости или выделения из неё пузырьков воздуха или газа в местах сужения трубопровода.
Потери давления в трубопроводе:
1) Местные – потери вызванные изменением скорости из-за изменения площади сечения, при расширении, сужении трубопровода, или изменении потока жидкости.
2) Потери по длине – потери вызванные силами трения между соями жидкости и между жидкостью и стеками трубопровода.
Гидравлический удар – колебательный процесс резкого повышения или понижения давления в местах внезапного перекрытия трубопровода, процесс может привести к разрыву трубопровода, поэтому трубопроводы перекрываются плавно.
Расход:
Q=V/t=v*s
Рабочие жидкости, применяемые в гидроприводе:
1) Нефтяные жидкости – смазывание системы, пожаро и взрывоопасные, малый диапазон температур.
2) Синтетические – не горючи малая зависимость вязкости от температуры, плохие смазывающие свойства.
3) Водо-полимерные – водный раствор полимеров, не горючи, не токсичны, плохие смазывающие свойства, плохая коррозионная стойкость.
4) Эмульсионные – нетоксичны, пожаростойкие, плохие смазывающие свойства, малый диапазон температур.
Под роторными гидромашинами понимают объёмные роторные насосы и гидромоторы. В роторных гидромашинах подвижные рабочие элементы, образующие рабочие камеры, совершают вращательное или вращательное и возвратно-поступательное движение. Роторные гидромашины имеют три основных рабочих элемента: ротор, статор и замыкатель. Они бывают регулиремые и нерегулируемые, с постоянным и реверсивным потоком, одно двух и многократного действия. Основные параметры: рабочий объём, номинальный рабочий объём, номинальное давление, перепад давления, действительная подача, полная мощность.
В зависимости от характера движения выходного звена гидродвигатели делят на гидродвигатели поступательного движения (линейные), вращательного движения (ротационные) и поворотные. В гидродвигателях поступательного движения, к которым относят гидроцилиндры различных конструкций, выходное звено — шток или плунжер — может перемещаться возвратно-поступательно в пределах максимального хода, длина которого определяется конструкцией гидроцилиндра. Гидродвигатели вращательного движения называют гидромоторами. Выходное звено — вал гидромотора — может вращаться в обе стороны. В поворотных гидродвигателях выходное звено —вал гидродвигателя — может поворачиваться в пределах некоторого угла (обычно менее 360°). По типу применяемого гидродвигателя гидропривод также называют гидроприводом поступательного, вращательного или поворотного движения.
Шестерённым называется роторный насос с рабочими звеньями в виде шестерён, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочих камер и передающих вращающий момент. Шестерённые насосы применяются в гидроприводах как самостоятельные источники питания невысокого давления или как вспомогательные насосы для подпитки гидросистем. Состоит из ведущей шестерни и ведомой , корпус является статором, ведущая шестерня ротором, а ведомая замыкателем.
Изготавливают пластинчатые гидромашины однократного действия и двукратного действия. Известны также гидромашины многократного действия[2]. В машинах однократного действия за один оборот вала гидромашины процесс всасывания и нагнетания осуществляется один раз, в машинах двукратного действия - два раза.
Пластинчатые насосы могут использоваться в режиме гидромотора только в том случае, если в пространстве под пластинами расположены пружины, осуществляющие прижим пластин к корпусу статора. При отсутствии таких пружин насос не является обратимым.
Принцип работы насоса однократного действия состоит в следующем. При сообщении вращающего момента валу насоса ротор гидромашины приходит во вращение. Под действием центробежной силы (или под действием силы упругости пружин, находящихся под пластинами) пластины прижимаются к корпусу статора, в результате чего образуется две полости, герметично отделённых друг от друга. Объём одной из полостей постепенно увеличивается (в эту полость происходит всасывание), а одновременно с этим объём другой полости постепенно уменьшается (из этой полости осуществляется нагнетание рабочей жидкости).
Радиально-поршневой насос – поршневой насос, у которого рабочие камеры образованы рабочими поверхностями поршней и цилиндров, а оси поршней расположены перпендикулярно к оси блока цилиндров или составляют с ней угол более 45(градусов). При вращении ротора, поршни совершают сложное движение – они вращаются вместе с ротором и движутся возвратно-поступательно в своих цилиндрах так, что постоянно контактируют с нпаправляющей статора. Поршни прижимаются к статору центробежными силами, давлением жидкости и иногда пружинами.
Аксиально-поршневой насос – поршневой насос, у которого рабочие камеры образованы рабочими поверхностями цилиндров и поршней, а оси поршнейпараллельны оси блока цилиндровили составляют сней угол не более 45 (градусов). При вращении вала насоса крутящий момент передаётся блоку цилиндров . При этом из-за наличия угла наклона диска поршни совершают сложное движение , они вращаются вместе с блоком цилиндров и одновременно совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах блока, при котором происходят рабочие процессы всасывания и нагнетания.
Гидроцилиндр – объёмный гидродвигатель с ограниченным возвратно-поступательным движением выходного звена. Бывают поршневые, плунжерные, телескопические, мембранные и сильфонные. Поршневые цилиндры разделяют на одностороннего и двухсторонненго действия, с односторонним и двухсторонним штоком, с подвижным штоком и подвижным корпусом.
Поворотные гидродвигатели – двигатель с ограниченным углом поворота выходного звена. Могут быть пластинчатым ( корпус – ротор,пластина), поворотно-поршневой ( зубчатое колесо, рейка с поршнями).
Гидроаппараты – устройство для управления гидроприводом.
Гидроаппараты:
Направляющие – аппараты для пука, остановки и изменения напрвления потока жидкости путём полного открытия или закрытия рабочих окон.
Гидрозамок – пропускает жидкость в одном направлении, в обоих направлениях при наличии внешнего воздействия.
Регулятор расхода – поддерживает заданное значение расхода, независимо от перепада давления в подводимом и не подводимом потоке жидкости.
Регулирующие – предназначены для пуска, остановки, изменения направления потока рабочей жидкости, а также управления расходом путём частичного перекрытия окон.
Синхронизатор – для поддержания расхода рабочей жидкости в одной или нескольких линиях.
Регулятор давления состоит из блока, куда входит клапан и дроссель.
Настраиваемые и регулируемые.
Золотниковые, крановые, клапаны.
Назначение гидрораспределителей
Гидрораспределитель предназначен для изменения направления или пуска и остановки потока рабочей жидкости в гидравлических системах станков, прессов и других стационарных машин.
Гидрораспределители служат для изменения распределения потока жидкости к силовым элементам гидропривода в направлении от насосной станции, а также от силовых элементов к сливной магистрали. Такими силовыми элементами гидрораспределителей служат гидростойки, гидродомкраты и вспомогательные гидроцилиндры. Бывают золотниковые, крановые, клапанные, направляющие, дроселирующие.
Гидродросель – это регулирующий гидроаппарат, предназначенный для управления расходом, путём создания сопротивления.
Клапаны:
1. Обратный – направляющий ГА предназначенный для пропускания жидкости в одном направлении и запирании обратно.
2. Давления – регулирующие гидроаппараты предназначены для управления рабочей жидкости.
Клапаны давления бывают:
1) Прямого и непрямого действия.
2) Напорные, редукционные, разности давлений и соотношения давлений.
Напорные клапаны бывают:
Предохранительный – регулирующий гидроаппарат предназначенный для поддержания постоянного давления в трубопроводе , это клапан кратковременного действия.
Перелевной – регулирующий ГА предназначенный для поддержания постоянного давления в трубопроводе. Клапан длительного времени работы.
Редукционный – регулирующий гидроаппарат для поддержания подводимого давления.
Дросельное регулирование ГП.
ГП с дроссельным управлением – такой ГП в котором параметры движения выходного звена регулируются с помощью регулируемого дросселя, дросселирующего распределителя ЭГУ.
1. Дросельное регулирование с регулируемым дросселем.
1) Дросель на входе.
2) Дроссель на выходе .
3) Параллельная установка дросселя.
2. Дрсельное регулирование с дросилирующим распределителем.
Объёмное ( машинное) регулирование ГП.
ГП с объёмным регулированием, такой ГП в котором параметры движения выходного звена осуществляются с помощью регулируемого насоса, регулируемого мотора или одновременно регулируемыми обоими.
С регулируемым насосом – замкнутый поток жидкости, для подпитки сети берётся насос небольшой мощности и подпитка осуществляется всегда в сливную линию.
Усилители мощности – совокупность гидроппаратов, предназначенных для преобразования и усиления сигнала в поток рабочей жидкости.
Гидроусилители с электрическим управлением называют электрогидроусилителем. Бывают
1. Одно, двух, и много коскадные.
2. Золотниковыве, струйные.
3. Обратные и без обратной связи.
4. Обратная связь электрическая и механическая.
Принцип работы золотникового ЭГУ
К золотникам присоединяются якоря с электромагнитами, в нейтральном положении золотники перекрывают отверстие и жидкость к двигателю не поступает. При подаче сигнала на один из магнитов якорь сдвигает золотники открывая отверстие таки образом, что жидкость поступает в одну из камер ГЦ, из другой происходит слив. Затем сигнал подаётся на другой электромагнит, и второй якорь сдвигает золотники в противоположную сторону, при этом жидкость поступает в другую камеру гидроцилиндра.
Струйный ЭГУ.
При нейтральном положении трубка, которая заканчивается насадком, вся жидкость поступающая насосом идёт на слив. Для смещения струйной трубки с двух сторон установлены электромагниты с якорями, при подаче сигнала на один из магнитов струйная трубка смещается так, что жидкость поступает в одно из отверстий сопловой головки, затем в одну из камер гидроцилиндра С другой камеры ГЦ жидкость идёт на слив, затем сигнал подаётся на другой электромагнит, и струйная трубка смещается в противоположную сторону, жидкость при этом поступает в другую камеру ГЦ.
ЭГУ с соплами и заслонкой.
Вся жидкость от насоса поступает к распределителю и двум соплам. При нейтральном положении золотников отверстия распределителя перекрыты так, что жидкость КГЦ не поступает, поэтому вся подача жидкости от насоса идёт на слив через сопла. При этом заслонка находится также в нейтральном положении, при подаче сигнала на электромагнитный пускатель ЭМП, заслонка полностью или частично перекрывает одно из сопел, при этом нарушается равенство давлений происходит смещение золотников и жидкость поступает в одну из камер ГЦ. Затем перекрывается второе сопло и золотники сдвигаются так, что жидкость поступает в другую камеру ГЦ.
Состоит из ведущей шестерни и ведомой , корпус является статором, ведущая шестерня ротором, а ведомая замыкателем.
Гидролинии – устройства для прохождения жидкости и передачи давления от одного механизма к другому.
По назначению ГЛ бывают:
1. Всасывающие – от бака до насоса.
2. Напорная – от насоса до двигателя.
3. Сливная от двигателя до бака.
4. Дренажная отвод утечек.
5. Линии управления.
По конструкции гидролинии бывают:
1. Трубопроводы ( жёсткие линии) – изготавливаются из металлов.
2. Рукава (гибкие) – применяются при наличии осевых смещений.
3. Монтажные плиты – представляют собой плиты с отверстиями и каналами внутри, каналы выполняют функцию трубопровода, отверстия крепят приспособления.
4. Трубопроводные соединения.
Уплотнительные устройства применяют для предовращения утечек и защиты ГП от загрязнений.
3 группы уплотнительных устройств:
1. Уплотнение для неподвижных соединений ( прокладки).
2. Уплотнительные устройства для подвижных соединений с вращательным моментом.
3. Уплотнение с вращательно поступательным движением к ним относят кольца, манжеты.
В качестве уплотнений используют:
1. Кольца.
2. Манжеты.
3. Металлические кольца.
4. В том случае если нет возможности поставить уплотнение, зазор сопрягаемых поверхностей делают минимальным.
5. Резьбовые соединения чаще всего герметизируют маслостойкими мастиками.
Гидроёмкости – устройство для хранения жидкости с последующим использованием.
1. Гидробак – устройство для хранения жидкости с последующим использованием.
2. Гидроаккамулятор – устройство для хранения рабочей жидкости под давлением с последующим её использованием.
3. Они могут быть:
1) Грузовой.
2) Пружинный.
Кондиционеры рабочей жидкости – это устройства для поддержания качественных показателей жидкости ( фильтры, теплообменники, сепараторы и сапуны).
Фильтр – устройство для очистки жидкости методом фильтрования.
По конструкции фильтры имеются 3 видов:
1) Щелевой – образован металлическими пластинами, фильтр грубой очистки.
2) Сетчатый – образован металлической или текстильной сеткой, фильтр грубой очистки.
3) Пористый – изготавливается из бумаги.
Теплообменник – устройство для регенерации тепла.
Сепаратор – устройство, предназначенное для очищения жидкости от твёрдых частиц.
Сапун – фильтр для очищения воздуха, поступающего в бак.