Библиографическое описание:

Денисов В. А. Особенности дроссельного регулирования гидроприводов // Молодой ученый. — 2013. — №6. — С. 49-52.

Дроссельное регулирование широко применяется в системах гидроприводов вращательного и поступательного действия в силу простоты конструктивного исполнения схемы регулирования. Дроссели можно ставить на напорной линии, на линии слива или параллельно двигателю. В первом случае имеем регулирование «на входе», во втором — «на выходе» и в третьем — регулирование «параллельно».

В различной литературе, как и в пособии [1], отмечается, что схемы дроссельного регулирования, не дополненные специальными устройствами, не обеспечивают жесткой передачи сил и моментов. Однако эти рассуждения носят принципиальный характер и не отражают в полном объеме влияние внешней нагрузки, приложенной к выходному звену гидродвигателя, на его скоростные характеристики. В данной работе мы постараемся восполнить эти положения на примере дроссельного регулирования гидропривода поступательного действия.

Рис. 1. Схемы дроссельного регулирования

Обратимся к рис.1. На схеме а показано регулирование с дросселем, установленным на входе. Рабочая жидкость с помощью насоса 1 через дроссель 2 подводится в правую полость силового цилиндра и одновременно через предохранительный клапан 3 сбрасывается в приемный резервуар (клапан 3 работает в режиме «переливного»). Давление  перед дросселем определяется настройкой переливного клапана и в процессе работы практически остается постоянным. Пренебрегая потерей давления в магистрали от дросселя до силового цилиндра, принимаем, что давление за дросселем равно давлению в поршневой полости силового цилиндра.

Расход Q через дроссель определим по известной формуле:

Q = ,                                                                                                       (1)

где – коэффициент расхода дросселя;

– площадь проходного отверстия дросселя;

– перепад давления на дросселе, равный = ;

 — плотность рабочей жидкости.

С учетом значения формулу (1) перепишем в виде:

Q = .                                                                                               (2)

При установившемся движении жидкости и без учета сил трения в уплотнениях поршня и штока

                                                                                         (3)

где  и – соответственно площади поршня и штока;

– внешняя сила, приложенная к поршню.

Если пренебречь силами сопротивления в сливной магистрали, то можно допустить, что  В этом случае по формуле (3) найдем, что

                                                                                                                      (4)

При надежном уплотнении поршня можно пренебречь протечками рабочей жидкости из поршневой полости в штоковую во время рабочего хода двигателя.

В этом случае

Q,

или с учетом (2)

.                                                                                        (5)

Подставляя в (5) выражение (4) и решая (5) относительно скорости движения поршня , окончательно получим:

                                                                                            (6)

Из формулы (6) явно следует, что скорость перемещения поршня нелинейно зависит от внешнего усилия , приложенного к поршню и при величине , равной = , поршень будет полностью заторможен.

При дроссельном регулировании на выходе (схема б) дроссель 2 устанавливается на линии слива. Давление в правой полости силового цилиндра, независимо от нагрузки , приложенной к поршню, остается практически величиной постоянной, определяемой настройкой предохранительного клапана 3, который в этом случае также работает в режиме «переливного». Пренебрегая потерей давления в напорной линии, можем принять, что давление равно давлению насоса , развиваемому им перед клапаном 3.

Определим расход через дроссель, предварительно определив давление  в левой полости силового цилиндра из уравнения (2). Решая (2) относительно ,получим:

.                                                                                                           (7)

С учетом того, что (см. выше), выражение (7) перепишем в виде:

.                                                                                                          (8)

Если пренебречь потерями давления от левой полости силового цилиндра до дросселя и принять давление за дросселем равным нулю, то  (-перепад давления на дросселе). Имея это в виду, расход Q через дроссель определим по формуле:

Q =                                                                                                         (9)

или с учетом (8)

Q =.                                                                                           (10)

Так как расход через дроссель связан со скоростью  перемещения поршня соотношением

Q = (),                                                                                                       (11)

то, приравнивая (10) и (11), получим:

= .                                                                                   (12)

Из (12) следует, что и при дроссельном регулировании на выходе скорость перемещения поршня нелинейно зависит от внешней нагрузки, причем при F = 2 поршень затормаживается.

Рассмотрим, наконец, дроссельное регулирование «параллельно» (схема в, рис.1). Покажем, что и в этом случае скорость перемещения поршня нелинейно зависит от внешней нагрузки.

Действительно, без учета объемных потерь в насосе, последний обеспечивает напорное течение жидкости в системе с постоянным расходом , которое делится на два потока. Один поток с расходом  сбрасывается через дроссель (2) в приемный резервуар, а другой — с расходом  поступает в поршневую полость двигателя, создавая давление . Расход через предохранительный клапан 3 в этом случае равен нулю, так как в данной схеме он работает в режиме «аварийно».

Пренебрегая потерями давления от правой полости силового цилиндра до дросселя и принимая давление за дросселем равным нулю, получим выражение для расхода  через дроссель в виде

 = .                                                                                                       (13)

При принятых выше допущениях, из (3) найдем:

.                                                                                                                      (14)

С учетом (14) формула для расхода через дроссель принимает вид:

 = .                                                                                        (15)

Скорость перемещения поршня определяет расход жидкости, поступающей в поршневую полость:

= .                                                                                                                  (16)

Так как в данном случае = , то выражение (16) принимает вид:

= ,                                                                                                          (17)

Подставляя (16) в (17) и решая полученное выражение относительно , получим выражение, связывающее скорость перемещения поршня с внешней нагрузкой при постоянной площади открытия дросселя в виде:

= .                                                                                           (18)

Из (18) следует, что и при дроссельном регулировании «параллельно», скорость перемещения поршня нелинейно зависит от внешней нагрузки.

Рис. 2. Нагрузочная характеристика гидропривода с дроссельным регулированием

На рис.2 показана обобщенная нагрузочная характеристика гидропривода с дроссельным регулированием (кривая 1 на рис.2), которая в явном виде свидетельствует о том, что все рассмотренные выше системы не обеспечивают жесткую передачу сил (и моментов).

Систему с высокой жесткостью (прямая 2 на рис.2) можно реализовать, используя регулятор расхода типа МПГ 55–2. Такое устройство состоит из гидродросселя и редукционного клапана, который поддерживает постоянный перепад давления на дросселирующей щели, благодаря чему расход рабочей жидкости, проходящей через дроссель, не зависит от давления на входе и выходе из него. Так же, как и дроссели, регуляторы расхода устанавливают на входе, выходе и параллельно двигателю [2].

Литература:

1.    Погорелов В. И. Гидропневмопривод и автоматика: Учебн. пособие/ В. И. Погорелов, В. С. Тюшев. Ленинград: СЗПИ, 431с.

2.    СвешниковВ. К. Станочные гидроприводы: справочник. М.: Машиностроение, 1995, 321с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle