Энергетические характеристики гидроприводов.

Они определяют не только к.п.д., но и показывают зависимость от полезной нагрузки, т.к. выявляется баланс между подводимой и полезной мощностями в зависимости от полезной нагрузки, где учитываются непроизводственные потери подводимой энергии.

1)Насосы постоянной производительности. Энергетический анализ этих насосов удобно проводить по нагрузочной характеристике. При этом принимается ряд допущений: золотник идеален, а расход жидкости постоянный. Характеристика насоса выражается зависимостью: u=u_max·(1-F/F_тр)^1/2, где u-скорость подвижного элемента исполнительного устройства при данной нагрузке, u_max-максимальная скорость(без нагрузки), F-полезная нагрузка, F_тр-тормозное усилие. Полезная мощность гидропривода выражается зависимостью: N=F·u. Если текущее значение силы F=2/3F_тр, то при этом u=u_max·(1/3)^1/2, тогда макс. мощность будет равна: N_{вых max}=(2/3)·F_тр· u_max. Мощность, потребляемая на входе должна также учитывать к.п.д. по объему и давлению N_вх=F_трu_max/h_обh_давл. Теоретический к.п.д. в этом случае будет равен: h=N_вых/N_вх=(2/3)(1/3)^1/2h_обh_давл. Принимают h_об»0, 85, h_давл»0, 8, тогда h»26%. Данный к.п.д. может быть получен только в случае нагрузки на всех исполнительных устройствах 2/3F_тр и при поступлении команд управления на них одновременно. На практике к.п.д. еще ниже. Этот тип привода имеет низкие энергетические характеристики еще из-за потерь потенциальной энергии жидкости, которая сливается обратно в бак. Эта конструкция применяется в роботах небольшой грузоподъемности и с небольшим числом гидродвигателей.

2)Одним из путей улучшения структуры ГП является насос переем. произ-ти. Мощность потока жидкости, подводимой к ГН дрос. упр-ия с ГН пер. пр-ти: Насосы переменной производительности. при нагрузке F=(2/3)F_тр N_вх=F_трu_max/(h_обh_давлh_упрÖ 3), , тогда h=N_вых/N_вх»2/3·h_обh_давh_упр, принимают h_упр»0, 9, тогда общий к.п.д.гидропривода»40%.

3) Гидропривод объемного управления при равных мощностях с дроссельным позволяет получить гораздо больший к.п.д.(до 70%) при уменьшении скорости почти в 1, 5 раза по сравнения с дроссельным.

14.Типовые схемы силовых гидроцилиндров и основы расчета:

ГД преобразует энергию потока рабочей жидкости в эн. движения выходных звеньев. В зависимости от вида движения выходного звена разл. ГД с возвратно-поступательным движением (ГЦ): поршневые и плунжерные, сильфонные и мембранные. ГД с ограниченным поворотным движением(угол поворота до 360 град.): шиберные, поршневые, мембранные. ГД с неограниченным вращательным движением (гидромоторы). Рабочим звеном ГЦ может быть поршень, плунжер, мембрана, сильфон, соединенные со штоком и размещенные в корпусе. Поршневые ГЦ бывают одностороннего действия, двустороннего действия, двустороннего действия с двусторонним штоком. РИСУНКИ

Поршневые

Плунжерные

сильфонный

Мембранные

ГД с ограниченным поворотным движением:

А – шиберный, б – пластинчатый, в – фигурно-шиберный, г – поршневой, д – мембранный.

Поршневые и плунжерные ГЦ применяются обычно в силовых приводах. Сильфонный и мембранный ГЦ применяются во вспомогательных устройствах и системах управления.

Принцип действия ГЦ заключается в следующем: при подаче жидкости под давлением в полость А поршень, перемещаясь вправо, вытесняет жидкость из полости В или сжимает пружину. При подаче жидкости под давлением в полость В поршень со штоком перемещается влево. По направлению действия рабочей среды различают ГЦ одностороннего и двустороннего действия. У односторонних движение рабочего звена под действием рабочей жидкости возможно только в одном направлении. Возврат рабочего звена в исходное положение возможен под действием силы пружины, силы тяжести и действия звена механизма. У двустороннего движение рабочего звена происходит под действием рабочей жидкости в обоих направлениях. По характеру хода выходного звена ГЦ бывают одноступенчатые, у которых ход выходного звена (штока) равен ходу рабочего органа (поршня) и телескопические, у которых ход выходного звена равен сумме ходов всех рабочих звеньев. Конструкция телескопического цилиндра представляет собой корпус, в котором перемещаются один относительно другого несколько концентрично расположенных поршней.

Основы расчета ГД: ГД применяются в средних и крупных ПР для переносных степеней подвижности. Эти двигатели характеризуются малой инерционностью подвижных частей и развивают большие усилия, что обеспечиваем им сравнительно большое быстродействие, V=0, 8…1, 2 м/с при большой грузоподъемности. ГД, применяемые для переносных степеней подвижности Р, имеют ГЦ поступательного движения и режемоментные ГЦ и гидромоторы. ГЦ по конструктивному исполнению могут быть выполнены с односторонним, двусторонним штоком одностороннего или двустороннего действия. Рассмотрим схему ГД с цилиндрами двустороннего действия, которые перемещаются для поступательных перемещений руки ПР в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

К числу основных параметров ГД относятся: эффективные площади поршня в рабочей А1 и сливной А2 полостях, ход поршня S, текущая координата X, скорость выходного звена V и ускорение a, масса руки m_p, давление масла в рабочей P₁ и сливной P₂ полостях, эффективные площади сечений трубопровода на входе f₁ и выходе f₂, диаметры поршня D и штока d_шт, движущая сила F_д и сила нагружения F_н. Усилие нагрузки имеет 3 составляющие: F_н=F_тр+F_ин±G, где F_тр, -сумма сил трения в направляющих цилиндра и штока и F_ин – сила инерции, G-сила веса, если цилиндр находится в вертикальной плоскости. , где m-масса всех поступательно движущихся частей, а-ускорение. Движущая сила равна силе сопротивления масла в полости слива и силе нагрузки: F_д=F_с+F_н, где F_c=р₂·А₂. При движении поршня вправо движущую силу вычисляют по выражению: F_д=к_t(р₁А₁-р₂А₂), где к_t-коэффициент, учитывающий потери на трение, к_t»0, 9…0, 98. Диаметр поршня или внутренний диаметр цилиндра определяется по выражению: D=(4F_д/pр)^1/2, где р-давление масла в рабочей полости, F_д-движущая сила. Если известна площадь поршня и нужно определить давление, при которой будет реализована требуемая движущая сила, то р=F_д/А, где А=pD²/4-площадь внутреннего цилиндра. Полученное значение р округляют до ближайшего большего числа из ряда предпочтительных. объем цилиндра определяется по выражению: V=A·S, где S-ход поршня. Взаимосвязь между усилием на штоке F_Д и скоростью поршня v без учета потерь на трение и утечек жидкости определяется по выражению: u=Q/A или u=Qp/F. Расход жидкости для гидродвигателей определяется по выражению: Q=1, 05·10^-3·u_max·pD²/4, где v_max- макс.скорость движения поршня, D-внутренний диаметр цилиндра (поршня). Общий расход системы равен сумме расходов ГП по отдельным степеням подвижности за время цикла, поделенное на время.

Выбор гидродвигателей. При выборе гидродвигателей большое значение имеет выбор следующих его элементов: Диаметр штока выбирается в зависимости от диаметра цилиндра, давления в системе: если давление меньше или равно 1, 5 МПа, то d_шт/D_цил»0, 3..0, 35. Если давление до 5 МПа(включительно), то d_шт/D_цил»0, 5, и если давление в системе от 5 до 8-10 МПа, то d_шт/D_цил»0, 7. Диаметры цилиндров выбираются по нормали Энимса-ряд стандартных диаметров цилиндров. Длина цилиндров может быть до 3 метров, как исключение – до 15 метров. Диаметр цилиндра и его длину выбирают в зависимости от компоновки. Обычно рекомендуют L/D»18..20. Для больших перемещений, когда L/D намного больше 20, при движении поршня возникают сильные вибрации. В ПР если необходимо увеличить перемещение, то применяют ГД вращательного движения (поворотный ГД или ГМ). Вместе с таким ГД применяется зубчатореечная или винтовая передача, служащая одновременно редуктором или преобразователем движения. К гидроцилиндрам предъявляются следующие требования:

-поршни и плунжеры под действием статического усилия плавно перемещаются по всей длине хода.

-не допускаются боковые нагрузки, т.к. это приводит к ускоренному износу уплотнений, поршней и рабочих поверхностей цилиндра.

-не допускаются утечки рабочей жидкости через неподвижные соединения.

-на подвижных соединениях допускается наличие масляной пленки без каплеобразования, внутренние утечки не должны превышать норм по техническим условиям. Во избежание загрязнения внутренних полостей необходимо применять грязесъемники в местах выхода штока.