Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика (Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика)

Т. М. БАШТА ГИДРОПРИВОД 1 ИДРОПНЕВМОАВТОМАТИИА Допущено Министерством высшего и среднею специального образования СССР в качестве учебника для студентов специальности «Гидропневмоавтоматика и гидропривод» вистах учебных заведений с Москва «МАШИ НОСТ РОЕНИЕ. 1972 Б 33 УЛК 621 — 82-522 Б а ш та Т. М. Гндропривод и гндропневмоавтоматикж М., «Машиностроение», 1972, 320 с. В учебнике изложен широкий комплекс вопросов по устройству, расчету, конструированию и изготовлению объемных гидропневмоприводов и гидропневматических систем, а также по применению этих устройств для механизадии и автоматизации производственных процессов.

В разделах, посвященных элементам гидросистем, подроб. но рассмотрены устройство и расчет исполнительных механизмов, а также многообразной распределительной, регулирующей, предохранительной и прочей гидро- и пневмоаппаратуры, с помощью которой обеспечиваются автоматическое управлевне этими исполнительными механизмами и заданнмй закон их движения. Подробно рассмотрено дроссельное и объемное автоматическое регулирование скорости этих механизмов и обеспечение заданного их взаимодействия.

Рассмотрены устройства для очистки жидкости и герметизации соединений. Свойства рабочей жидкости и газов, законы прикладной гидравликч и газогидродинамики изложены с учетом специфики гидравлических и пневматических устройств. Из элементов автоматического и полуавтоматического регулирования (управления) состанлены типовые комплексные гидропневмосистемы, даны основы расчета этих систем. Описано устройство пневмоприводов, а также гидро- и пне. вмоусилителей следящего типа, широко используемых в системах путевого управления транспортными машинами, в копировальных металлорежущих станках и прочих машинах, требующих обеспечения заданного закона движения выходного (исполнительного) звена.

Табл. 2, ил. 260, список лиг. 24 назв. Рецензенты: кафедра «Гидравлика и гидроавтоматика» МВТУ им. Н. Э. Баумана; д-р техн. наук проф. И. Ф. Семичастиов 3 — 3 — 6 299 — 72 ВВЕДЕНИЕ Настоящему курсу предшествуют курсы «Гидравлика», «Гидрогазодинамика» и «Объемные насосы и гидравлические двигатели». После него следуют .курсы «Теория автоматического регулирования и динамика гидропневмосистем», а также «Технология производства гидроприводов».

С учетом такой последовательности изучения перечисленных дисциплин построен излагаемый в настоящем учебнике материал курса. В соответствии с этим все вопросы, относящиеся к тематике названных курсов (общие вопросы гидро- и газодинамики, динамики гидроагрегатов и гидросистем, конструкций насосов и гидродвигателей, производства гидроагрегатов и пр.), рассмотрены в настоящем курсе лишь в том объеме, в каком это необходимо для понимания излагаемого материала курса.

Термины и общие определения. Под объемным гидропневмоприеодом понимается в общем случае гидропневмосистема, предназначенная для приведения в движение механизмов и машин, в состав которбй входит объемный гидропневмодвигатель. Распространено также определение, согласно которому под объемным гидроприводом понимается гидросистема (система гидромашин и гидроагрегатов), служащая для передачи посредством жидкости энергии на расстояние и преобразования ее в механическую энергию на выходе системы (в энергию движения гидродвигателя) и одновременно выполняющая функции регулирования и реверсирования скорости выходного звена. Объемный гидропривод, состоящий из устройств, конструктивно оформленных в одном общем блоке, называется объемной гидропередачей (гидро- трансмиссией). Понятие «гидропривод» обычно отождествляется с понятием «гидросистема», под которым понимается совокупность устройств, передающих энергию путем использования жидкости под давлением.

Гндросистема может иметь как один, так и несколько гидродвигателей и насосов. Всякий гидропривод состоит из источника расхода жидкости, которым в большинстве случаев служит насос, гидродвнгателя возвратно-поступательного или вращательного движения, агрегатов управления, жидкостных магистралей (гидролиний или гидросетей) и прочих гидроаппаратов.

Под гидроцепью понимается совокупность соединенных друг с другом устройств, имеющих непосредственный контакт с рабочей жидкостью и предназначенных для выполнения определенной функции в объемном гидро- приводе. 'Гидроаппаратурой называют устройства, предназначенные для изменения параметров потока рабочей жидкости или для поддержания нх на определенном постоянном уровне. Под параметрами потока в данном случае понимают давление, расход и направление движения.

1э 3 Под гидролинией яли гидросетью подразумевают устройство, предназначенное для прохождения рабочей жидкости в процессе работы объемного гидропривода. Различают: напорную гидролинию — часть основной гидролинни (гидросети), по которой рабочая среда движется от насоса к распределителю или непосредственно к гндродвигателю; исполнительную гидролинию — часть основной гидролинии, по которой рабочая жидкость движется от распределителя к гидродвигателю и обратно; слиеную гидролинию — часть основной гидролинии, по которой рабочая жидкость движется в бак от распределителя или непосредственно от гидро- двигателя.

Насосом называется машина, преобразующая механическую энергию, приложенную к его валу, в энергию жидкости, и гидродеигагпелем — машина, преобразующая энергию жидкости в механическую 'энергию на его валу. Объемный гидродвигатель с поворотным движением ведомого знена на угол (360' называют гидропоеорогпником, или моментным гидроцилиндром, или гидроквадрантом. Объемный гидропривод с гидроповоротником называется гидроприеодом поворотного движения: Применяется также собирательный термин объемная гидромашина, под которым понимается совокупность насоса и гидродвигателя.

Объемная гидро- машина — это устройство, предназначенное для преобразования механической энергии входа в энергию выхода в процессе заполнения рабочих камер рабочей жидкостью и вытеснения.ее из этих камер, причем под рабочей кальдерой понимается ограниченное пространство объемной гидромашины, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с приемной или отдающей полостью гидромашины. Объемный гидродвигатель с вращательным движением ведомого (выходного) звена называется гидромотором, а гидродвигатель с прямолинейным возвратно-поступательным движением — гидроцилиндром.

В соответствии с этим объемный гидропривод, в котором ведомое звено совершает вращательное движение, называется гидроприводом вращательного движения, а гидропривод, в котором выходное звено совершает прямолинейное движение, — гидроприеодом прямолинейного движения. В зависимости от того, поступает ли рабочая среда от объемного гидро- двигателя в бак или во всасывающую линию насоса, различают гидроприводы с открытой циркуляцией (рабочая среда поступает в бак) и закрытой циркуляцией (рабочая среда поступает во всасывающую линию насоса).

Преимущества и области применения гидроприводов. Практика применения гидроприводов в промышленности, и в частности в машиностроении, доказала прогрессивную их роль в развитии техники. Благодаря таким важным для большинства случаев применения преимуществам гидроприводов, как малая масса и объем, приходящиеся на единицу передаваемой мощности, высокий к.

п. д., надежность действия, а также простота автоматизации управления гидроприводы нашли широкое применение в самых различных отраслях машиностроения. Помимо указанных преимуществ гидродвигатели вращательного действия (гндромоторы) отличаются большим отношением крутящего момента на выходном валу к моменту инерции ротора, определяющим динамические свойства двигателя. Благодаря укаэанному благоприятному отношению вращающего момента гидромотора к моменту инерции его подвижных частей может быть получено ничтожно малое время: его реверса (0,03 — 0,05 сек), достижения максимальных частот вращения (высокое быстродействие привода) и запаздывания при отработке гидромотором командных сигналов.

4 Ввиду этого гидропривод обеспечивает высокую частоту реверснрований (для гидромотора вращательного типа она может быть доведена до 500 и более реверсирований в минуту). Число же реверсирований гидроприводов прямолинейного движения с относительно небольшими массой и ходом достигает 1000 в минуту. Высоким быстродействием отличаются также и насосы. Так, например, время, в течение которого подача некоторых насосов, в частности авиационных, может быть изменена от нулевого до максимального значений, не превышает 0,04 сек, а время снижения подачи от максимального значения до нулевого — 0,02 сек.

Преимуществом гидросистем является также возможность бесступенчатого регулирования выходной скорости в широком диапазоне. Передаточное число гидропривода вращательного действия, под которым понимается отношение минимальной частоты вращения вала гидромотора к максимальной, составляет во многих случаях 1000. Нижний предел частоты вращения большинства существующих гидромоторов доведен до 5 — 10 об(мин. Вместе с тем гидроприводы просты в изготовлении, эксплуатации н отличаются надежностью — срок службы многих типов насосов и гидромоторов доведен до 20 000 ч и выше. Принцип действия объемных гндроприводов. Удельная энергия идеальной жидкости определяется уравнением Е р ил е= — =ел+ — + —, и р 2' где Š— полная энергия жидкости плотностью р; т — масса жидкости, текущей со скоростью и; гд — удельная энергия положения; д — ускорение свободного падения; р!р — удельная энергия давления; ил(2 — удельная кинетическая энергия жидкости.

Передачу энергии жидкостью можно осуществлять, изменяя любой из членов написанного выше уравнения. Применительно к рассматриваемым объемным гидроприводам из указанных трех видов механической энергии жидкости основным видом является энергия давления, которая легко может быть преобразована в механическую работу с помощью гидродвигателей. Для вспомогательных, главным образом командных, цепей используется также кинетическая энергия. Кинетическая энергия жидкости используется в гидродииамических передачах, которые рассматриваются в одноименном учебном курсе. Энергией положения в объемных гидроприводах обычно пренебрегают, поскольку разности высот г между отдельными элементами гидросистемы малы и энергия положения несоизмеримо мала в сравнении с действующей в ней энергией давления жидкости.

Эта энергия положения учитывается лишь при расчетах и исследованиях всасывающих характеристик насосов. Принцип действия объемных гидроприводов основан на высоком объемном модуле упругости (ничтожной сжимаемости) жидкости и на законе известного французского ученого Б. Паскаля, гласящем, что всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся капельной жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в другие точки без изменения. Из приведенной на рис. 1, а схемы, иллюстрирующей этот закон, следует, что если к герметизирующему заполненный жидкостью закрытый цилиндрический сосуд поршню площадью ) приложим силу Р, то эта сила уравновесится (трением поршня пренебрегаем) силой давления жидкости р на этот поршень, которое будет действовать в любой точке жидкости, включая и поверхность сосуда (гидростатнческим давлением, обусловленным силой тяжести жидкости, пренебрегаем). Положение сохранится, если в качестве сосуда возьмем два соединенных трубопроводами герметически закрытых поршнями аг и ае (рис.