Гидравлические приводы

Классификация

Гидравлическим приводом называют совокупность устройств для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жидкости.

Известно, что удельная энергия жидкости определяется выражением (см. уравнение Бернулли)

Энергией положения z в гидроприводах обычно пренебрегают, поскольку разности высот между отдельными элементами гидросистемы малы.

Если в гидроприводах используется потенциальная энергия давления , их называют объемными («объемными», потому что насосы и гидродвигатели применяются объемного типа).

Кинетическая энергия используется в гидродинамических передачах – гидромуфтах и гидротрансформаторах.

Объемный гидропривод

По кинематическому признаку (по виду движения выходного звена) объемный гидропривод подразделяют на гидропривод поступательного, вращательного и поворотного движения, а по виду циркуляции рабочей жидкости – на гидроприводы с разомкнутой и замкнутой циркуляцией; по способа регулирования скорости выходного звена – на дроссельный и объемный.

Принципиальная схема объемного гидропривода
с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости

1 – насос; 2 – предохранительный клапан; 3а – гидродвигатель поступательного движения (гидроцилиндр); 3б – гидродвигатель вращательного движения (гидромотор); 3в – гидродвигатель поворотного движения (моментный гидроцилиндр); 4 – гидрораспределитель; 5 – дроссель; 6 – фильтр; 7 – гидроемкость.

Принципиальная схема объемного гидропривода
с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости

1 – регулируемый реверсивный насос; 2 – нерегулируемый реверсивный гидромотор; 3 – подпиточный насос с переливным клапаном 4; 5 – обратные клапаны; 6 – предохранительные клапаны

Задача 91

Определить давление, создаваемое насосом, и его подачу, если преодолеваемая сила вдоль штока F = 10 кН, а скорость перемещения поршня u_п=0,1 м/с. Учесть потерю давления на трение в трубопроводе, общая длина которого L=8 м; диаметр d =14 мм. Каждый канал распределителя по сопротивлению эквивалентен длине трубопровода L_э=100d. Диаметр поршня D=100 мм, площадью штока пренебречь. Вязкость масла ν=l Ст; плотность р=900 кг/м³.

Рисунок к задаче 91

Задача 92

Для подъема груза G со скоростью u=0,15 м/с используются два гидроцилиндра диаметром D = 100 мм. Груз смещен относительно оси симметрии так, что нагрузка на штоке первого цилиндра F₁=6 кН, на штоке второго цилиндра F₂=5 кН. Каким должен быть коэффициент местного сопротивления дросселя ξ_др, чтобы платформа поднималась без перекашивания? Диаметр трубопровода d=10 мм; плотность жидкости р=900 кг/м³. Потерями на трение по длине трубы пренебречь.

Рисунок к задаче 92

Задача 93

Объемный гидропривод вращательного движения с дроссельным регулированием состоит из двух гидромашин - насоса 1 и гидромотора 2, а также дросселя 3, предохранительного клапана 4 и вспомогательного насоса 5. Определить пределы изменения частоты вращения гидромотора n₂ при постоянной нагрузке. Даны: частота вращения насоса n₁=2400 об/мин; рабочие объемы гидромашин V ₁=0,01 л; V ₂=0,02 л; давление в напорной гидролинии, обусловленное заданной нагрузкой (моментом на валу гидромотора), P_н=5 МПа; давление во всасывающей линии, поддерживаемое насосом 5, P_вc = 0,3 МПа; площадь проходного сечения дросселя при полном его открытии Sдр =0,015 см²; коэффициент расхода дросселя ξ = 0,65; объемный к. п. д. каждой гидромашины η_о = 0,95. Расход через клапан 4 Q_кл=0.

Рисунок к задаче 93

Задача 94

При испытании насоса получены следующие данные: избыточное давление на выходе из насоса P₂ =0,35 МПа; вакуум перед входом в насос h_вак=294 мм рт. ст.; подача Q=6,5 л/с; крутящий момент на валу насоса М = 41 Н×м; частота вращения вала насоса n =800 об/мин. Определить полезную и потребляемую мощности и к.п.д. насоса. Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов считать одинаковыми.

Задача 95

На рисунке показана упрощенная схема гидропривода с дроссельным управлением и последовательным включением дросселя. Обозначения: 1 — насос, 2 — гидроцилиндр, 3 — регулируемый дроссель, 4 — переливной клапан (распределитель на схеме не показан). Под каким давлением р₁ нужно подвести жидкость (ρ=1000 кг/м³) к левой полости гидроцилиндра для перемещения поршня вправо со скоростью u = 0,1 м/с и преодоления нагрузки вдоль штока F = 1000 H, если коэффициент местного сопротивления дросселя x_др= 10? Другими местными сопротивлениями и потерей на трение в трубопроводе пренебречь. Диаметры: поршня D_n = 60 мм, штока d_ш= 30 мм, трубопровода d_т= 6 мм.

Рисунок к задаче 95

Задача 96

На рисунке показана упрощенная схема объемного гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием скорости выходного звена (штока), где 1 — насос, 2 — регулируемый дроссель. Шток гидроцилиндра 3 нагружен силой F = 1200 H; диаметр поршня D = 40 мм. Предохранительный клапан 4 закрыт. Определить давление на выходе из насоса и скорость перемещения поршня со штоком u_п при таком открытии дросселя, когда его можно рассматривать как отверстие площадью S_о= 0,05 см²с коэффициентом расхода m = 0,62. Подача насоса Q = 0,5 л/с. Плотность жидкости ρ = 900 кг/м³. Потерями в трубопроводах пренебречь.

Рисунок к задаче 96

Задача 97

Подача шестеренного насоса объемного гидропривода Q = 80 л/мин. Подобрать диаметры всасывающей, напорной и сливной гидролиний, принимая следующие расчетные скорости: для всасывающей гидролинии V_вс = 0,6...1,4 м/с, для напорной V_н = 3,0...5,0, для сливной V_с = 1,4...2,0 м/с.

Рисунок к задаче 97

Задача 98

Определить давление, создаваемое насосом, если длины трубопроводов до и после гидроцилиндра l = 5 м; их диаметры d_т = 15 мм; диаметры: поршня D = 60 мм; штока d_ш = 40 м; сила на штоке F = 1 кН; подача насоса Q = 1,2 л/с; вязкость рабочей жидкости n = 0,5 Ст; плотность r = 900 кг/м³. Составить схему.

Задача 99

На рисунке приведена схема гидропривода, состоящего из насоса 1, переливного клапана 2, распределителя 3 и гидроцилиндра 4. Определить скорость движения штока гидроцилиндра при нагрузке F = 20 кН, если рабочий объем насоса V = 32 см³; угловая скорость w = 200 с^-1; объемный к.п.д. h₀₁ = 0,96 при р = 8 МПа; давление начала открытия переливного клапана р_кл = 5 МПа; максимальное давление р_max = 7 МПа; суммарная длина трубопроводов l = 6 м; диаметр трубопровода d_т = 10 мм; эквивалентная длина для каждого канала распределителя l _р = 200d_т, диаметры: поршня D = 80 мм; штока d_ш = 30 мм; плотность рабочей жидкости r = 900 кг/м³; вязкость n = 0,4 Ст.

Рисунок к задаче 99

Задача 100

Определить скорости поршней V_п1 и V_п2, площади которых одинаковы: S_п = 5 см². Штоки поршней нагружены силами F₁ = 1 кН и F₂ = 0,9 кН. Длина каждой ветви трубопровода от точки М до бака l = 5 м, диаметр трубопроводов d = 10 мм; подача насоса Q = 0,2 л/с. Вязкость рабочей жидкости n = 1 Ст; плотность r = 900 кг/м³.