Системи розвантаження насосів та регулювання гідродвигунів
9.1. Способи розвантаження насосів від тиску
У гідроприводах, у яких гідродвигуни працюють недовго, необхідно влаштовувати системи навантаження від тиску. Завдяки цьому зменшуються експлуатаційні витрати, збільшується ККД системи та підвищується довговічність насоса.
Розвантаження через розподільникздійснюється шляхом з'єднання напірної лінії насоса безпосередньо через розподільник з баком. На рис.9.1 а показаний момент розвантаження насоса за допомогою трипозиційного реверсивного розподільника з електромагнітним управлінням. Розвантаження здійснюється за середнього становища плунжера з допомогою каналів, зроблених в плунжері золотника.
Розвантаження насоса з утриманням в гідромагістралі тискунеобхідне для гідросистем машин з притиском або затискачем деталей при їх обробці (у станкобудуванні) або в гідросистемах, де тривалий час повинен підтримуватися високий тиск за відсутності витрати. У таких випадках застосовують гідроакумулятори. Дана система розвантаження насоса була розглянута в п.7.4 на рис.7.22. Розглянемо ще один варіант розвантаження. На рис.9.1 б представлена гідросхема, де розвантаження насоса з утриманням тиску в гідромагістралі здійснюється наступним чином. Після притиску штоком поршня вантажу 1 до упору починається зарядка гідроакумулятора 2. У цей час рідина під високим тиском по лінії управління 3 підводиться до напірного клапана.
Коли тиск досягне значення, на яке налаштований клапан 4, він відкриється та з'єднає напірну лінію із гідробаком. Насос розвантажиться від високого тиску, при цьому зворотний клапан 5 блокує магістраль від зливу, а потрібний тиск підтримується гідроакумулятором 2. Гідроакумулятор при цьому компенсує витоку робочої рідинигідроапаратури та перетічки в гідродвигуні.
9.1. Принципові схеми розвантаження насосу
Розвантаження насоса в положенні "стоп" виконавчого механізму застосовують у верстатах, що працюють за циклами: робочий хід - "стоп" - реверс - холостий хід. У цьому випадку до гідроциліндра та гідромагістралі необхідно підключити зворотні клапани (рис.9.1, г). При досягненні поршнем крайнього правого положення (рис.9.1 в) насос розвантажується по лінії 1-2-3-4-5-6-7, а при досягненні крайнього лівого положення (рис.9.1, г) - по лінії 1-2 -6-8-9-3-7.
9.2. Дросельне регулювання
Найчастіше у багатьох робочих процесах необхідно змінювати швидкості руху вихідних ланок гідродвигунів. Зміна швидкості може здійснюватися різними способами. Одним із них є дросельне управління.
Дросельний спосіб регулювання швидкості гідроприводу з нерегульованим насосом заснований на тому, що частина рідини, що подається насосом, відводиться в зливну гідролінію і не робить корисної роботи. Найпростішим регулятором швидкості є регульований дросель, який встановлюється в системі або послідовно з гідродвигуном, або гідролінії управління паралельно гідродвигуну.
При паралельному включенні дроселя (рис.9.2, а) робоча рідина, що подається насосом, поділяється на два потоки. один потік проходить через гідродвигун, інший - через дросель, що регулюється.
Швидкість поршня для цієї схеми визначиться виразом
деS- ефективна площа поршня;QН- подача насоса;Sдр- площа прохідного перерізу дроселя; μ - коефіцієнт витрати;FН- навантаження на шток поршня; ρ - густина рідини.
У такій системі при постійному зовнішньому навантаженніFН=const, швидкість руху буде змінюватися від ?minдо ?>др max доSдр= 0. Оскільки в аналізованому гідропривод тиск на виході насоса залежить від навантаженняPH= FH/Sі не є постійною величиною, таку систему називаютьсистемою зі змінним тиском. Клапан, встановлений у системі, є запобіжним. Ця система дозволяє регулювати швидкість тільки в тому випадку, якщо напрямок дії навантаження протилежний напрямку руху вихідної ланки гідроприводу (негативне навантаження).
9.2. Схеми гідроприводів із дросельним керуванням швидкістю: а - з паралельним включенням дроселя; б - із дроселем на вході гідродвигуна; в - із дроселем на виході гідродвигуна; г - з чотирилінійним дроселюючим розподільником
Послідовне включеннядроселя здійснюється на вході в гідродвигун, на виході гідродвигуна, на вході та виході гідродвигуна. При цьому у всіх трьох випадках система регулювання швидкості будується на принципі підтримки постійного значення тиску PH на виході насоса нерегульованого за рахунок зливу частини робочої рідини через переливний клапан. Тому система дросельного регулювання з послідовним включенням дроселів отримала назвусистема з постійним тиском.
Гідропривід з дроселем на вході (рис.9.2 б) допускає регулювання швидкості тільки при негативному навантаженні. При позитивному навантаженні, спрямованої рухом поршня, може статися розрив суцільності потоку робочої рідини, особливо при заритому дроселі, коли поршень продовжує рух під дією сил інерції.
Швидкість руху поршня у такому гідроприводівизначається виразом
Гідропривід з дроселем на виході (рис.9.2 в) допускає регулювання швидкості гідродвигуна при знакозмінному навантаженні, так як при будь-якому напрямку дії силиFНзміні швидкості перешкоджає опір дроселя, через який робоча рідина надходить із порожнини гідродвигуна на злив. Для такої схеми включення дроселя швидкість руху вихідної ланки визначиться
При встановленні дроселя на виході у випадках великих позитивних навантажень тиск перед дроселем може перевищити допустимий рівень. Тому для захисту системи паралельно дроселю включають запобіжний клапан.
Недоліком дросельного регулювання є те, що при регулюванні частина енергії витрачається на подолання опору в дроселі та запобіжному клапані, внаслідок чого підвищується температура рідини, а це негативно позначається на роботі гідросистеми. При дросельному регулюванні знижується ККД гідроприводу і відсутня сталість швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна при змінному навантаженні.