Работа гидродомкрата с ручным приводом, основные параметры объёмного гидропривода

Объёмный гидропривод — это совокупность объёмных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубоприводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

Принцип действия объёмного гидропривода основан на малой сжимаемости капельных жидкостей и передаче давления в них по закону Паскаля — давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точка этой жидкости и по всем направлениям одинаково.

Гидравлические машины служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии потока в механическую энергию (гидравлические двигатели — гидромоторы, которых может быть несколько).

Гидроаппаратура — это устройства управления гидроприводом, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и низких давлений жидкости. К гидроаппаратуре относятся дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители — устройства для изменения направления потока жидкости.

Вспомогательные устройства — это так называемые кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие её качество и состояние. К ним относятся различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы.

Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется рабочая жидкость.

Принцип действия объёмных гидромашин основан на попеременном заполнении и опорожнении ограниченных пространств (рабочих камер), периодически сообщающихся с местами входа и выхода рабочей жидкости.

При перемещении рукоятки рычага 1 вверх серьга 13 поднимает плунжер 2 в гидроцилиндре насоса 5. Рабочая жидкость из бака 4 по всасывающей магистрали 7 и обратному клапану 11 поступает в под плунжерное пространство. Обратный клапан 10 напорной магистрали 8 в это время закрыт.

Если приложить силу F₁ к наконечнику рычага 1, то серьга 13 передаст усилие F₂ на плунжер 2. Рабочая жидкость под давлением p₂ преодолевает сопротивление обратного клапана 10 и по нагнетательному каналу 8 поступает в гидроцилиндр двигателя 6. Обратный клапан 11 и запорный вентиль 12 в это время закрыты.

Если пренебречь потерями давления в системе, то по закону Паскаля давление в цилиндрах 5 и 6 будет одинаковым и равным р = F₂/S₂ = F₃/S₃, (1).

где, S2 и S3 — площади поршней цилиндров 5 и 6.

Совершая неоднократные движения рычагом 1 на величину h₁, перемещаем плунжер 2 на величину h₂, перекачиваем рабочую жидкость из бака 4 в цилиндр гидродвигателя 6, где, преодолевая силу F₃, перемещаем поршень 3 на величину h₃.

Если открыть запорный клапан 12, то рабочая жидкость по дополнительной магистрали 9 перетекает из цилиндра гидродвигателя 6 в масляный бак 4.

При ходе плунжера 2 насоса из одного крайнего положения в другое объем жидкости в цилиндре 5 изменяется на величину.

q₂ = h₂ S₂; (2).

где, h₂ — ход плунжера 2, S₂ — площадь гидроцилиндра 5 насоса.

Этот объем определяет теоретическую подачу насоса за один рабочий ход и называется рабочим объёмом.

В насосах, где входное звено совершает не возвратно-поступательное, а непрерывное вращательное движение, рабочим объемом гидромотора называют подачу за один оборот вала.

Рабочий объем насоса служит его основным параметром и указывается в технической характеристике. Он измеряется в дм³ (литрах) или см³, обозначается q.

q = h₂ (d₂²) / 4 = h₃ (d₃²) / 4; (3).

h₂ d₂² = h₃ d₃²; V₂ d₂² = V₃ d₃²; (4).

h₂ / h₃ = d₃² / d₂² = V₂ /V₃; (5).

где, d₂, d₃ — соответственно диаметр плунжера 2 и диаметр поршня 3; V₂, V₃ — скорость плунжера и поршня; h₃ — ход поршня 3.

Для гидроприводов подобного типа хода плунжера насоса и поршня исполнительного цилиндра обратно пропорциональны квадратам диаметров их цилиндров (плунжеров, поршней) или рабочим площадям. Скорость плунжеров (поршней) также обратно пропорциональна их рабочим площадям, так как их перемещения происходят в одно и то же время.

Произведение рабочего объема «q» на число рабочих ходов или оборотов входного вала насоса «n» в единицу времени есть теоретическая подача насоса, она измеряется в дм³/с или л/мин и служит одним из основных параметров гидропривода, так как определяет скорость исполнительных механизмов, она обозначается Q.

Q = q n = V₂ S₂ = V₃ S₃. (6).

К основным параметрам также относится рабочее давление жидкости «р», оно указывается в технической характеристике.

р = F / S; F_{2 =} p S₂; F₃ = p S₃; (7).

F3 / F2 = (p S3) / (p S2) = d3² / d2² = (d3 / d2)². (8).

т.е. сила F₃ во столько раз больше силы F₂, во сколько площадь поршня 3 гидродвигателя больше площади плунжера 2 насоса или отношения диаметров поршня и плунжера в квадрате.

Сопоставив соотношения (8) и (5), получим.

F₃ / F₂ = h₂ / h₃ = (d₃ / d₂) ² = U_г. (9).

Это соотношение обратной пропорциональности представляет собой гидравлическое передаточное число U_Г = (d₃ / d₂) ² гидропривода с гидродвигателем поступательного движения. Оно аналогично механическому передаточному числу U_М = l₁ / l₂ простого рычага. Если к длинному концу рычага 1 приложить силу F₁, то этим рычагом можно преодолеть силу F₂, во столько раз большую силы F₁, во сколько раз короткое плечо рычага l₂ меньше длинного l₁. А путь (ход плунжера) h₂ во столько раз меньше пути h₁, во сколько раз короткое плечо рычага меньше длинного. Это правило рычага представляется также в виде обратной пропорциональности, т. е.

F₂ / F₁ = h ₁ / h ₂ = l₁ / l₂ = U_М. (10).

Механические потери складываются из потерь на трение в подшипниках, сальниках (уплотнениях), поршней и т. п. о жидкость; они учитываются механическим КПД. Механический КПД выражает влияние потерь на трение в механизме на эффективность его работы и для гидродомкрата с ручным приводом (без учета потерь поршня 3 гидродвигателя) равен.

_м = N₂ / N₁; (11).

где, N₁ = F₁ V₁; N₂ = F₂ V₂ = p₂ Q₂ — соответственно мощность на рукоятке рычага 1 и на плунжере 2 гидронасоса.

Объемные потери оцениваются объемным КПД и определяются утечками жидкости из напорной полости через зазоры между рабочим органом и корпусом гидромашины. Для большинства поршневых насосов _о = 0,85 — 0,98.

Гидравлические потери возникают в рабочих органах гидромашины и представляют разность между теоретическим и действительным давлением жидкости. Гидравлические потери оцениваются гидравлическим КПД. Гидравлические КПД, определяемые потерями напора в клапанах, находятся в пределах _г = 0,8 — 0,9.

Общий, или полный, КПД гидромашины представляет собой произведение КПД механического, объемного и гидравлического. Полный КПД характеризует степень совершенства конструкции гидромашины в механическом и гидравлическом отношениях. В насосах современных конструкций (без учета механического привода) _м = 0,9 — 0,97; _о = 0,95 — 0,98; _г = 0,9 — 0,95. Максимальный полный КПД крупных современных насосов — _п = 0,92; для малых и средних насосов — _п = 0,5 — 0,75. При перекачке жидкостей, отличающихся по вязкости от воды, КПД может быть ниже. В гидроцилиндрах с резиновыми кольцевыми уплотнениями _м = 0,85 — 0,95; _о = 0,98 — 0,99; _г 1,0.

При выполнении расчетов необходимо обращать внимание на анализ размерностей физических величин. Например,.

N = p Q = F V = T; (12).

где, N — мощность, Вт = Нм/с; p — давление, Па = Н/м²; Q — подача жидкости, м3/с; F — сила, Н; V — линейная скорость, м/с; T — крутящий (вращающий) момент, Нм; - угловая скорость, 1/с.

Подставляя размерности физических величин, получим ;

N (Нм/с) = p Q (Н/м²)(м³/с) = Нм/с = F V (Н)(м/с) = T (Нм/с).