Механічні характеристики гідро- та пневмоциліндрів

Barcha fanlardan o'zbek tilida referatlar mega to'plami, архів mutlaqo bepul.

Механічні характеристики гідро- та пневмоциліндрів

Механічні характеристики гідро- та пневмоциліндрів

Вирішальне впливом геть динаміку роботи машин надає механічна характеристика двигуна, у разі гідроциліндра чи пневмоцилиндра. Розглянемо її докладніше.

Почнемо з механічної характеристики гідроприводу. В цьому випадку двигуном машини є гідроциліндр 4 (рис. 8.1а), включений у гідравлічну систему, що містить бак 1 з робочою рідиною, гідронасос 2 і орган управління (золотник) 3 зв'язані трубопроводами. Визначальним показником гідросистеми є технічна характеристика гідронасосу, тобто, його продуктивність та тиск рідини на виході.

У гідроприводах транспортних, технологічних машин і роботів використовуються переважно шестерні, плунжерні, аксіально-поршневі і пластинчасті насоси з продуктивністю від 10 до 200 літрів на хвилину і тиском рідини, що розвивається, від 0,5 до 10 МПа [6].

При положенні золотника показаному на рис. 8.1 рідина від насоса подається в поршневу порожнину 5 гідроциліндра і поршень зі штоком переміщається зліва направо. Якщо зовнішня сила корисного опору FC і сили тертя між поршнем, штоком і циліндром відсутні, то поршень рухатиметься з максимальною швидкістю, що визначається продуктивністю насоса, а тиск у поршневій порожнині, отже, і сила двигуна, дорівнюватимуть нулю. Рідина зі штокової порожнини при цьому 6 зливається в бак.

Максимальна швидкість поршня визначається розподілом продуктивності насоса на площу поршня. З урахуванням перетворення розмірностеймаємо:

де: Q - продуктивність гідронасосу в л/хв;

D – діаметр гідроциліндра у м.кв.

Зауважимо, що практично поршень ніколи не досягає максимальної швидкості через неминуче тертя в ущільненнях між поршнем, штоком та циліндром; крім того, рідина зі штокової порожнини в бак зливається з протитиском через тертя в трубопроводах та дроселювання в органах управління.

Якщо до штока прикласти силу опору FC, його швидкість зменшиться, а тиск у поршневої порожнини (і сила двигуна FД) зросте, причому зменшення швидкості буде пропорційно збільшенню сили. Слід сказати, що ця залежність сили від швидкості для гідроциліндрів, що живляться насосами різних типів, може бути різна, проте у всіх згаданих випадках (тобто з насосами шестеренними, аксіально-поршневими, плунжерними та пластинчастими) вона близька до лінійної. Тому можна вважати, що робоча частина механічної характеристики гідроциліндра (а рис. 8.1б) – це пряма лінія, нахилена до осі абсцис.

Зменшення швидкості поршня при збільшенні навантаження пояснюється багатьма причинами, головними з яких є витікання в гідронасосі та органах управління, а також стисливість рідини при високих тисках [6].

Отже, зі збільшенням зовнішньої сили корисного опору FC швидкість штока падає, а сила гідроциліндра зростає до певної величини, що диктується максимальним тиском гідронасоса. Ця максимальна сила двигуна розраховується за такою формулою:

де р - Тиск, що розвивається гідронасосом в МПа.

При досягненні гідроциліндром максимальної сили швидкість поршня стає мінімальною vmin (рис. 8.1б). Величина падіння швидкості залежить від типу насоса та апаратури керування. В середньому можна вважати, що це падіннядосягає (20 4 30) %, тобто,

Якщо зовнішня сила FC стає більшою, ніж максимальна сила гідроциліндра FДmax, то поршень зупиняється, під ним зберігається максимальний тиск (б на рис. 8.1б), а надлишок рідини зливається в бак через запобіжний клапан (на схемі не показаний).

Перейдемо тепер до пневмоприводу. Пневмопривід у вигляді пневмоциліндра застосовується в транспортних та технологічних машинах, а також у промислових роботах.

У транспортних машинах пневмоциліндри використовуються для приводу допоміжних механізмів, найчастіше це механізми гальмування важких автобусів, вантажівок і поїздів. Пневмоциліндри включаються до схеми, аналогічної показаної на рис. 8.1а, де замість гідронасоса компресор, а замість бака з рідиною атмосфера. Максимальна швидкість поршня і сила пневмоциліндра розраховуються за наведеними вище формулами, але з урахуванням технічної характеристики компресора.

Однак найбільш широко пневмопривід використовується в технологічних машинах і роботах, встановлених на промислових підприємствах, де стиснене повітря подається із заводської пневмомережі, що живиться стаціонарним компресором великої продуктивності. Технічними показниками пневмомережі є тиск стисненого повітря та швидкість його витікання зі штуцера, призначеного для живлення технологічної машини або промислового робота.

Тиск стисненого повітря в заводських пневмомережах може сягати 0,5 МПа, проте при інженерних розрахунках слід набувати менше значення – 0,48 МПа [11].

Що стосується швидкості закінчення стисненого повітря, то цю характеристику пневмомережі зручно виразити через продуктивність Q, що вимірюється м 3 /хв, як це прийнято в пневмомережах. При середніх швидкостях закінчення (7 4 15) м/с та діаметрах отворуштуцера (10 4 15) мм ця продуктивність може бути прийнята Q = (0,06 4 0,16) м 3 /хв.

Механічна характеристика пневмоциліндра показана на рис. 8.1в. При збільшенні навантаження на штоку від нуля до максимально можливої величини швидкість змінюється за лінійним законом від максимального значення не до кінцевої величини, як у гідроциліндра, а до нуля [11]. Це пояснюється різними властивостями рідини (в гідросистемі) і газу (в пневмосистемі), в основному значно більшою стисливістю газу в порівнянні з рідиною.

Максимальна швидкість поршня розраховуватиметься інакше, оскільки продуктивність тут задається не в л/хв, а в м 3 /хв.

Максимальна сила пневмоциліндра розраховується за формулою (8.2) де р = 0,48 МПа.

Таким чином, механічна характеристика пневмоциліндра є прямою лінією, що з'єднує точку максимальної швидкості на осі абсцис і максимальної сили на осі ординат.