Попов Д.Н., 1977 - Динамика и регулирование гидропневмосистем

Д. Н. ПОПОВ ДИНАМИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРО- И ПНЕВМОСИСТЕМ Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов втузов, обучающихся по специальности еГидропневмоавтоматика и гидроприводг =Я~~ москва ф ~ ~~~ «Ы А Ш И Н 0 С Т Р 0 Е Н И Е» 1977 Рецензенты: Кафедра гидравлики Московского автодором- ного института й-р техн, наук В. Л.

Сосонкин Нопов Д. Н. П58 Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. Учеб. для машиностроительных вузов. М., «Машиностроение», !976. 424 с. с ил. Изложены основы теории автоматического регулирования, теория, ые. годы расчета и исследования гидравлнчесхих и пневматических линна, следя~дна приводов н регуляторов. Круг вопросов теория автоматпчесвого Регулировании выбран с учетом ях использования для гидро- и пневМо. автоматннн. 31303-022 П 22-77 038(01)-77 6П2.3 6Г2 3 П58 УДК 62 — 82462 — 851; 62 — 52 © Издательство «Машиностроение», 1977 г, ПРЕДИСЛОВИЕ Гидравлические и пневматические средства автоматизации получают все более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, что тесно связано с проведечием комплексной автоматизации производственных процессов. Возрастание требований к автоматическим системам управления явилось причиной углубленного изучения свойств гидравлических и пневматических устройств, развития методов расчета систем, построенных с использованием этих устройств.

Особенно большое внимание специалистов в последнее время привлекают вопросы расчета и исследования динамических процессов, возникающих в гидравлических и пневматических системах. Однако многообразие условий, в которых используются гидравлические н пневматические средства автоматизации, вызывает известные трудности при изложении таких вопросов. Создание курса, который раскрывал бы студентам основные особенности динамики н методов регулирования гидравлических н пневматических систем независимо от нх назначения, стало возможным благодаря тому, что процессы в таких системах подчиняются общим закономерностям, определяемым при помощи теории автоматического регулирования и гидро- механики.

Общим для различных гидро- и пневмосистем является то, что при рассмотрении динамических процессов можно применять квазистационарные гидравлические характеристики проточных элементов, полученные при установившемся движении жидкости или газа с учетом таких факторов, как инерция н сжимаемость этих сред. Кроме того, в некоторых случаях приходится дополнительно вводить коррективы, отражающие влияние нестационарностн структуры потока жидкости илн газа. Учебник написан по материалам лекций, читаемых автором в МВТУ им.

Н, Э. Баумана, содержит результаты выполненных им исследований и обобщение других работ в области динамики и регулирования гидро- и пневмосистем. В первой части учебника кратко изложены основные понятия и методы теории автоматического регулирования, знание которых необходимо для изучения последующих разделов, Вторая часть посвящена динамике жидкости и газа в проточных элементах, методам регулирования потоков этих сред, составлению математических моделей и исследованию динамических свойств гидро- и пневмосистем. Основное внимание в учебнике обращено на гидросистемы, с тем, однако, что излагаемые методы можно применить к расчету и исследованию пневмосистем; рассматриваются также примеры таких систем.

В отдельных случаях проведено сравнение динамических характеристик устройств, работающих на жидкости и на газе, что должно способствовать расширению кругозора будущего специалистаа. Автор выражает глубокую благодарность проф. С. С. Рудневу за внимание и помощь, оказанные при подготовке рукописи учебника, проф. В. Л. Сосонкину, коллективу кафедры гидравлики МАДИ и особенно доцентам этой кафедры К. Л. Навроцкому и С.

А. Ермакову за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи. ВВЕДЕНИЕ С и с т е м о й называется совокупность каких-либо объектов, связанных определенными формами взаимодействия или взаимозависимости. Если объектами служат технические устройства, взаимодействие которых осуществляется с помощью жидкости или воздуха, то такие системы называют соответственно гидравлическими и пневматическими или сокращенно гидро- и пневмосистемами. Используемые в них жидкость и газ называются в дальнейшем рабочей средой, при этом к жидкостям отнесены те вещества, которые в гидромеханике в отличие от газов именуются капельными жидкостями, Гидро- и пневмосистемы с давних пор используются в технике. С изобретением паровых машин и развитием фабричного производства возникла необходимость в передаче энергии на расстояние и в управлении машинами. Сначала для этого использовались механические устройства.

В связи с усложнением производственных процессов для передачи энергии стали применяться воздух н жидкости под давлением, Появление электрических машин на некоторое время приостановило развитие гидро- и пневмосистем. Однако в начале ХХ в, для управления машинами потребовались мощные и быстродействующие приводы. Электрические машины не могли полностью удовлетворять этим требованиям, в связи с чем широкое применение получили различные гидравлические механизмы и машины.

Одновременно развиваются и усложняются гидросистемы, обеспечивающие смазку н охлаждение машин н станков. В настоящее время гидросистемы играют важную роль в самых разнообразных отраслях техники. Потребность в устройствах, более дешевых, чем гидравлические механизмы н машины, а также необходимость создания взрывобезопасных систем для химических производств и систем, не чувствительных к радиации, привели к развитию пневмосистем. В связи с задачами повышения эффективности общественного производства н расширения внедрения систем автоматического управления в промышленности, строительстве и на транспорте в СССР ведутся большие работы по созданию различных гидро- и пневмосистем.

По своему назначению гидро- и пневмосистемы можно разделить на: 1) системы, которые используются при управлении различными машинами, станками, аппаратами, и 2) системы, обеспечивающие рабочий процесс в этих объектах. Примерами систем первого класса могут служить системы, с помощью которых осуществляется управление станками и энергетическими установками. Ко второму классу относятся системы смазки машин, топливные системы двигателей, системы охлаждения машин, системы тепло- и газоснабже. ния. Гидро-. и пневмосистемы, предназначенные для выполнения операций управления машинами, станками и аппаратами, называются системами управления. При этом под управлением понимается комплекс действий, направленных на достижение в каком- либо процессе определенной цели, Излагаемые ниже методы исследования и расчета гидро- и пневмосистем управления в ряде случаев могут быть распространены и на системы второго класса, Современные гидро- и пневмосистемы управления крайне разнообразны и могут различаться по принципу действия, назначению, конструкции устройств, составляющих систему, и по другим признакам.

Не стремясь к подробному и полному обзору всех особенностей гидро- и пневмосистем, остановимся только на тех из них, которые имеют отношение к рассматриваемым в книге вопросам. В соответствии с выполняемыми функциями элементов в гидроили пневмосистеме управления можно выделить: источник питания, цепи управления и исполнительные устройства. От источника питания производится снабжение остальных частей системы рабочей средой под давлением.

Часто источниками питания являются отдельные насосные и компрессорные станции. Известны также системы, которые снабжаются рабочей средой, отбираемой от управляемой машины или аппарата, например, топливом от управляемого двигателя. Источники питания должны иметь контрольно- регулирующую аппаратуру. Кроме того, обычно к ним относят такие вспомогательные устройства, как газогидравлические аккумуляторы, гасители пульсаций давления, фильтры. холодильники Цепи управления представляют собой совокупность устройств, предназначенных для преобразования и передачи целенаправленных сигналов от операторов или контролирующих какой-либо процесс автоматических устройств к исполнительным устройствам, В цепях управления, как правило, передаваемые сигналы усиливаются по мощности за счет использования энергии, подводимой с рабочей средой от источника питания.

Цепь управления и исполнительное устройство образуют гидравлический привод (гидропривод), если рабочей средой служит жидкость, и газовый привод, если рабочей средой является газ. Когда рабочей средой служит ьоздух, приводы сокращенно именуются пневмоприводами. При изучении вопросов расчета и исследования процессов в приводах нет необходимости отдельно рассматривать воздух и какой-либо другой газ, поэтому в дальнейшем приводы, в которых рабочей средой служит любой газ, отнесены к пневматическим (пневмоприводам). При использовании гидро- и пневмосистем в целях управления различными машинами, аппаратами или станками возникает необходимость в поддержании, а также в изменении в определенных пределах давлений н расходов рабочих сред. Выполнение этих задач называется регулированием гидро- и пневмосистем. Применяются гидросистемы с дроссельным, струйным, объемным н объемно- дроссельным регулированием.