Как можно увеличить мощность гидропередачи

Сайт Галдина Н.С.

5.2. Дроссельное регулирование

5. СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ

5.2. Дроссельное регулирование

При дроссельном регулировании скорости движения выходного звена гидропривода осуществляется изменение расхода жидкости, поступающей в гидродвигатель за счет изменения гидравлического сопротивления гидролинии и отвода части потока жидкости в гидробак, без совершения полезной работы.

Дроссельное регулирование применяется в гидроприводах поступательного, вращательного и поворотного движения небольшой мощности (до 3…5 кВт). Наиболее широкое применение этот способ регулирования получил в гидроприводах поступательного движения. Основными преимуществами дроссельного регулирования являются следующие:

— возможность плавного изменения скоростей;

— простота конструкции гидравлических устройств и невысокая их стоимость;

— малые усилия, требуемые для перемещения запорно-регулирующих элементов гидравлических устройств.

Однако гидроприводы с дроссельным регулированием имеют низкий КПД, обусловленный самим принципом дросселирования потока рабочей жидкости.

В гидроприводах с дроссельным регулированием применяются преимущественно нерегулируемые насосы. По схеме работы гидроприводы с дроссельным регулированием можно разделить на две группы: гидроприводы с постоянным и переменным давлением.

Для гидроприводов с постоянным давлением характерно наличие переливного клапана, который поддерживает в напорной гидролинии постоянное давление путем непрерывного слива рабочей жидкости в гидробак.

В гидроприводе с переменным давлением в напорной гидролинии давление изменяется в зависимости от нагрузки гидродвигателя, а часть рабочей жидкости сливается в гидробак через дроссель.

При дроссельном регулировании применяются три схемы установки дросселей (рис. 5.3):

а) на входе – дроссель установлен перед гидродвигателем на напорной гидролинии;

б) на выходе – дроссель установлен на сливной гидролинии после гидродвигателя;

в) на ответвлении – дроссель установлен на гидролинии, араллельно гидродвигателю.

Первые две схемы (а и б) относятся к гидроприводам с постоянным давлением, а третья схема (в) – к гидроприводу с переменным давлением.

Рис. 5.3. Схемы гидроприводов с дроссельным регулированием

В гидроприводе с дросселем на входе (рис. 5.3, а) скорость движения штока гидроцилиндра (выходного звена) регулируется следующим образом. Жидкость из гидробака Б нерегулируемым насосом Н подается по напорной гидролинии через дроссель ДР и распределитель Р поступает в одну из полостей гидроцилиндра Ц, например, в поршневую полость А.

Под действием давления жидкости поршень со штоком перемещаются вправо, вытесняя жидкость из штоковой полости Б в сливную гидролинию и гидробак. Направление движения штока гидроцилиндра изменяется с помощью распределителя Р, а скорость – с помощью расхода жидкости через дроссель ДР, который зависит от перепада давления на дросселе и площади рабочего проходного сечения дросселя.

Подача насоса делится в этой схеме на два параллельных потока, один из которых поступает в гидродвигатель (через дроссель), а другой через переливной клапан КП в гидробак. Поэтому можем записать следующее выражение:

, (5.6)

где Q _н – подача насоса; Q _др – расход жидкости через дроссель, поступающий в гидродвигатель; Q _б – расход жидкости, сбрасываемой через переливной клапан в гидробак.

Скорость движения штока гидроцилиндра определяется выражением:

, (5.7)

Давление р ₁ перед дросселем устанавливается настройкой переливного клапана. В процессе работы оно практически остается постоянным. Давление же в напорной гидролинии за дросселем зависит от нагрузки, приложенной к штоку гидроцилиндра. Давление р₂ определяется (без учета потерь давления в гидролиниях, сил трения и инерции) из условия равновесия подвижных частей и в случае поршневой рабочей полости запишется следующим образом:

, (5.8)

Из формулы (5.8) найдем давление за дросселем, при этом давление в сливной гидролинии ввиду его малости примем равным нулю. Получим:

. (5.9)

Из формулы (5.9) видно, что давление за дросселем р ₂ прямо пропорционально нагрузке, приложенной к штоку гидроцилиндра.

С учетом формул (5.7), (5.9) можем записать выражение для скорости движения штока гидроцилиндра при рабочей поршневой полости:

. (5.10)

При увеличении нагрузки F давление р₂ возрастает, а перепад давления на дросселе уменьшается, что приводит к снижению скорости движения штока. Следовательно, в гидроприводе с дросселем на входе скорость движения выходного звена не постоянна, а изменяется в зависимости от нагрузки. Такие гидроприводы наиболее целесообразно применять в машинах с постоянной нагрузкой.

Гидроприводы с дросселем, установленным на входе гидродвигателя, не пригодны для работы в режимах с отрицательными нагрузками.

Принято считать нагрузку отрицательной, если ее направление совпадает с направлением движения штока гидроцилиндра. Под действием отрицательной нагрузки скорость штока может увеличиться настолько, что произойдет разрыв сплошности потока жидкости в рабочей полости гидроцилиндра, и движение поршня станет неуправляемым, так как в сливной гидролинии отсутствуют тормозные или демпфирующие устройства. Такие гидроприводы нельзя применять в грузоподъемных машинах.

К недостаткам рассматриваемого гидропривода можно отнести низкий КПД привода ( h 0,36) и нагрев гидродвигателя рабочей жидкостью, поступающей в него после дросселирования через дроссель.

На рис. 5.3, б показана принципиальная схема гидропривода с дросселем ДР, установленным на выходе из гидроцилиндра Ц. Давление р₁ в напорной гидролинии поддерживается постоянным с помощью переливного клапана КП. давление в штоковой полости определяется (без учета сил трения и инерции) из условия равновесия подвижных частей:

, (5.11)

Из формулы (5.11) найдем давление перед дросселем p _шт :

(5.12)

. (5.13)

С учетом формул (5.7), (5.12) и (5.13) запишем выражение для скорости движения штока гидроцилиндра при рабочей поршневой полости:

. (5.14)

Полученное уравнение (5.14) аналогично уравнению (5.10). Механические характеристики гидропривода с последовательным включением дросселя показаны на рис. 5.4, а. Характеристики построены для разных рабочих проходных сечений дросселя ( S _{др max} > S_{др 1} > S_{др 2} ). Общую точку F _Т для семейства характеристики определяют при максимальной нагрузке, когда скорость движения штока равна нулю.

Преимуществом гидропривода с дросселем на выходе является то, что обеспечивается его работоспособность при знакопеременной нагрузке благодаря двусторонней жесткости гидродвигателя.

Тепло, выделяющееся при дросселировании жидкости, отводится непосредственно в гидробак, минуя гидродвигатель и другие элементы гидропривода.

Однако гидропривод с дросселем на выходе менее экономичен по сравнению с дросселем на входе гидродвигателя, так как часть мощность гидропривода затрачивается на преодоление противодавления. По этой схеме также не обеспечивается постоянство скорости движения выходного звена при изменении нагрузки.

Рис. 5.4. Механические характеристики гидроприводов

с дроссельным регулированием

На рис. 5.3, в показана схема гидропривода с дросселем ДР, установленным на ответвлении (параллельно гидроцилиндру Ц). В этой схеме поток рабочей жидкости, создаваемый насосом, разделяется на два параллельных потока, один из которых поступает по напорной гидролинии через гидрораспределитель Р в гидроцилиндр, а второй поток жидкости через дроссель поступает в гидробак.

Для предохранения гидропривода от давления, превышающего допустимое, в напорной гидролинии установлен предохранительный клапан КП. Отличительной особенностью этого гидропривода является отсутствие переливного клапана, т.е. в этом случае давление в напорной гидролинии переменно и зависит от нагрузки на гидродвигатель.

Расход рабочей жидкости, подводимой к гидроцилиндру, можно определить по формуле:

, (5.15)

где Q _ц – расход жидкости, поступающей в гидроцилиндр; Q _н – подача насоса; Q _др – расход жидкости через дроссель.

Скорость движения штока гидроцилиндра при поршневой рабочей полости определяется по формуле

, (5.16)

где – перепад давления на дросселе, = р_п – р_с здесь р_п – давление перед дросселем, р_с – давление за дросселем (в сливной гидролинии), р_с » 0.

Давление перед дросселем р_п зависит от внешней нагрузки F и определяется (давление в сливной гидролинии не учитывается) из выражения

. (5.17)

С учетом формул (5.16), (5.17) запишем выражение для определения скорости выходного звена с параллельным включением дросселя:

. (5.18)

Следовательно, скорость движения выходного звена зависит от настройки дросселя (площади его рабочего проходного сечения) и внешней нагрузки. При постоянной нагрузке скорость максимальна при полностью закрытом дросселе, т.е. при площади рабочего проходного сечения дросселя равной нулю S _др » 0.

По мере открытия дросселя (увеличения площади дросселя S _др ) скорость движения выходного звена будет уменьшаться. На рис. 5.4, б приведены механические характеристики гидропривода с параллельно установленным дросселем, построенные для разных рабочих проходных сечений дросселя ( S _{др max} > S_{др 1} > S_{др 2} ). Общую для семейства характеристик точку определяют при отсутствии нагрузки, т.е. F = 0 (режим холостого хода).

Скорость движения выходного звена при одной и той же площади рабочего проходного сечения дросселя уменьшается с увеличением внешней нагрузки. Эта зависимость является общим недостатком всех гидроприводов, в которых применяются регулируемые дроссели.

Гидроприводы с дросселем на ответвлении имеют выше КПД и более экономичны по сравнению с гидроприводами с последовательным включением дросселя, так как мощность такого привода зависит от нагрузки. Кроме того, меньше нагрев жидкости. Недостатком является пониженная жесткость и невозможность регулирования скорости при отрицательных нагрузках.

Источник

Регулирование скорости гидропривода

В зависимости от способа изменения этого расхода различают объемное и дроссельное регулирование. Тот и другой способы регулирования не зависят от кинематического признака гидропривода, но зависят от других факторов, в частности, от характера изменения нагрузки, выходной скорости гидродвигателя; определяются они и экономическими соображениями.

Рассмотрим объемный способ регулирования применительно к гидроприводу вращательного движения, а дроссельный – применительно к гидроприводу возвратно–поступательного движения.

Объемное регулирование

Расчетную частоту вращения вала гидромотора n₂ определяют из условий равенства подачи насоса Q₁ и расхода жидкости гидромотора Q₂, т.е. Q₁=Q₂ или W₁·n₁=W₂·n₂, откуда

,

где W₁, W₂ – рабочие объемы соответственно насоса и гидромотора.

Частота вращения вала насоса n₁ постоянна для гидроприводов с объемным регулированием, т.к. эта частота номинальна для приводящего двигателя, при которой к.п.д. двигателя будет максимальным.

Следовательно, регулирование частоты вращения гидромотора возможно тремя способами: изменением рабочего объема насоса (рис.13.10), гидромотора (рис. 13.11) или одновременно насоса и гидромотора (рис.13.12).

Рис.13.10 Рис.13.11 Рис.13.12

Первый способ применяют в гидроприводах поступательного, поворотного и вращательного движения, второй и третий – только в гидроприводах вращательного движения.

гидропривод с регулируемым насосом и нерегулируемым гидромотором является самым распространенным видом объемного регулирования (рис.13.10). Принцип работы гидропривода заключается в следующем. При включении приводящего двигателя насос 1 нагнетает рабочую жидкость по напорной линии в гидромотор 2, вал которого под действием крутящего момента вращается в определенном направлении. Из гидромотора 2 рабочая жидкость по сливной линии снова поступает в насос. Давление в гидросистеме р₁ зависит от нагрузки гидромотора:

,

где М₂ – крутящий момент гидромотора, Н·м; W₂ – рабочий объем гидромотора, м 3 ; р_тр – потери давления в гидролиниях, Па.

Частоту вращения гидромотора регулируют, изменяя рабочий объем насоса, а направление вращения вала гидромотора изменяют благодаря реверсированию потока рабочей жидкости, создаваемого насосом. При этом сначала подачу насоса уменьшают до нуля, а затем увеличивают, но в противоположном направлении. В результате функции гидролиний меняются: сливная становится напорной, напорная – сливной.

На рис.13.13 показаны характеристики такого гидропривода с учетом следующих условий: n₁=const; W₂=const; p₂=const. Основные параметры гидропривода определяют по следующим формулам:

гидропривод с регулируемым гидромотором и нерегулируемым насосом(рис.13.11) применяют значительно реже по сравнению с гидроприводами, которые имеют регулируемые насосы. На рис.13.14 показаны характеристики такого гидропривода с учетом следующих условий: n₁=const; W₁=const; р₂= const. Основные параметры гидропривода определяют по формулам

Частота вращения гидромотора изменяется в рассматриваемом гидроприводе обратно пропорционально рабочему объему гидромотора. Например, чтобы увеличить частоту вращения гидромотора, необходимо уменьшить его рабочий объем (при этом уменьшается его крутящий момент). Теоретическая мощность привода (без учета потерь) в данном гидроприводе является постоянной. К недостаткам такого привода следует отнести сложность управления гидромоторами в случае их значительного удаления от операторов и ограничение минимального рабочего объема гидромотора, при котором момент, развиваемый гидромотором, становится равным или меньше момента внутреннего трения (самоторможение).

Гидропривод с регулируемым насосом и гидромотором.Для такого привода (рис.13.12) характерен больший диапазон регулирования частоты вращения и момента, развиваемого гидромотором. Обеспечение характеристики М₂=f(n₂), как показано на рис. 13.15, дает возможность использовать этот гидропривод в транспортных средствах, где необходимо осуществлять трогание машины с моментом M_max при очень малой скорости (n₂≈0). По мере разгона момент должен снижаться, а частота вращения увеличиваться. Это достигается уменьшением (регулированием) рабочего объема гидромотора. Применение регулируемого насоса увеличивает диапазон регулируемого привода, но из-за сложности двойного регулирования такой гидропривод пока не нашел широкого применения.

Дроссельное регулирование

Дросселем называют гидравлическое сопротивление, которое устанавливают для регулирования потока жидкости, следовательно, и скорости выходного звена гидропривода. Конструкции дросселей будут рассмотрены ниже.

Скорость перемещения поршня в цилиндре или частоту вращения вала гидромотора можно регулировать, изменяя сопротивление дросселя.

В зависимости от места установки дросселя в схеме гидропривода по отношению к гидродвигателю различают три способа дроссельного регулирования:

— дроссель «на входе» (рис.13.16);

— дроссель «на выходе» (рис.13.17);

— дроссель «на ответвлении» (рис.13.18).

Рис.13.16 Рис.13.17 Рис. 13.18

В линейных дросселях движению жидкости препятствует сопротивление трения жидкости о стенки канала. Для получения больших сопротивлений сечение канала уменьшают, а длину увеличивают. В дросселях такого типа устанавливается ламинарный режим движения жидкости, при котором перепад давления прямо пропорционален первой степени скорости или расхода и может быть вычислен по формуле

,

Примером линейного нерегулируемого дросселя может служить, капилляр. встроенный в основной трубопровод (рис.13.19). Для увеличения расхода устанавливают пакет капилляров (рис.13.20).

Примером линейного регулируемого дросселя может служить пробка с винтовой нарезкой, помещенной в хорошо пригнанный по наружному диаметру корпус (рис.13.21). Длину нарезки можно менять, следовательно, будет меняться и расход через дроссель.

Следует отметить нестабильность работы системы с линейным дросселем, так как его сопротивление зависит от вязкости жидкости, которая изменяется с изменением температуры.

В нелинейных дросселях широко используют местные сопротивления в виде диафрагм и насадков. В дросселях такого типа устанавливается турбулентный режим движения жидкости, при котором перепад давлений пропорционален второй степени скорости или расхода; последний может быть вычислен по формуле

,

где — коэффициент расхода; — площадь отверстия дросселя; — перепад давления на дросселе.

Примером нелинейного нерегулируемого дросселя является калиброванное отверстие (диафрагма) 1, установленное в основной поток жидкости (рис.13.22), или пакет пластичных дросселей.

Примерами нелинейных нерегулируемых дросселей могут быть золотники и краны различных конструкций (рис.13.23).

Так как в нелинейном дросселе потери энергии связаны с отрывом потока и вихреобразованиями, а потери от трения минимальны, то гидравлическое сопротивление такого дросселя практически не зависит от вязкости жидкости и изменения температуры. Нелинейные дроссели обеспечивают стабильность характеристики Q=f(Δp) в большом диапазоне чисел Re.

анализ работы гидропривода с дроссельным регулированием.В системах дроссельного регулирования характерным условием является неравенство

,

а применительно к гидроприводу поступательного движения

(13.2)

При таком условии избыточная часть жидкости от насоса отводится через переливной клапан в гидроемкость не выполнив никакой работы.

Система с дросселем «на входе» (рис.13.24).

В гидросистеме между насосом 1 и гидрораспределителем 3 установлен дроссель А, от настройки которого зависит скорость поршня в цилиндре 4. если сохранено условие (13.2), то избыток жидкости отводится через переливной клапан 2, при этом в нагнетательной полости насоса и перед дросселем удерживается постоянное давление, соответствующее настройке клапана 2.

Рассмотрим работу этой системы и выясним, как влияет на скорость поршня изменение полезной нагрузки Р при неизменной настройке дросселя.

Допустим, что поршень со штоком перемещается вправо. Давление рабочей жидкости в левой полости обозначим р_раб, в правой – р_пр (противодавление), силу трения – Т, полезную нагрузку – Р.

Составим уравнение равновесия поршня силового цилиндра:

.

В этом уравнении силу трения Т и силу от противодавления можно принять постоянными.

Следовательно, если изменится внешняя нагрузка Р, то должно измениться давление p_раб. Так как дроссель А установлен последовательно к гидроцилиндру, то Q_др = Q_гц. Расход, например, через нелинейный дроссель

;

.

Так как р_п.к.= const, то расход через дроссель, следовательно, и скорость поршня гидроцилиндра будут меняться с изменением внешней нагрузки Р.

Система с дросселем на входе допускает регулирование скорости гидродвигателя только в том случае, если направление действия нагрузки не совпадает с направлением движения выходного звена. Действительно, если нагрузка направлена в ту же сторону, что и движение выходного звена системы, то при уменьшении подачи жидкости через дроссель поршень может перемещаться быстрее, чем будет заполняться полость цилиндра. Произойдет разрыв потока в магистрали перед поршнем.

Кроме того, например, в грузоподъемных машинах поднятый груз при опускании может упасть, так как внешняя нагрузка – груз – будет преодолевать при опускании только силу трения поршня о цилиндр и противодавление в сливной линии. Поэтому для стабилизации сил трения на сливной магистрали устанавливается подпорный клапан 5 (или демпфер), создающий противодавление р_пр в нерабочей полости цилиндра. Давление подпора не должно быть больше 0,2…0,3 МПа.

Система с дросселем на выходе. В гидравлической системе (рис.13.25) дроссель В подключен на сливной магистрали после распределителя 3. скорость поршня здесь определяется объемом жидкости, который вытесняется из штоковой полости цилиндра 4 через дроссель В в гидроемкость.

Проанализируем работу этой системы и установим влияние изменения нагрузки Р на скорость поршня.

Составим уравнение равновесия поршня силового цилиндра:

.

Если сохраняется условие, при котором > , то давление р_раб в процессе не изменяется и соответствует настройке переливного клапана 2 р_п.к, т.е. . Силы трения Т для данного механизма почти неизменны. Так как по условию нагрузки Р величина переменная, то из уравнения равновесия следует, что противодавление р_пр тоже будет переменным.

Давление перед дросселем «В» при некотором допущении может быть принято равным р_пр, а после дросселя – почти атмосферному р_ат. Поэтому перепад давления в дросселе при подключении последнего на выходе является величиной переменной. Следовательно, переменным будет расход жидкости через дроссель и скорость поршня.

Система с дросселем «на выходе» более предпочтительна, чем система с дросселем «на входе». Во-первых, тепло, выделяющееся при прохождении через дроссель, отводится в гидроемкость, не нагревая гидродвигатель. Во-вторых, эту систему целесообразно, применять в монтажных механизмах, т.к. перекрывая дроссель В, можно мгновенно останавливать в нужном положении поднятый груз.

В рассмотренных выше системах дроссельного регулирования мощность, потребляемая насосом, постоянна и независима от внешней (полезной) нагрузки Р.

Система с дросселем на ответвлении.Рассмотрим третий возможный способ подключения дросселя в систему – на ответвлении (рис.13.26).

Поток жидкости, идущий от насоса 1, разделяется по двум направлениям: к гидроцилиндру 4 через распределитель 3 и через дроссель С, который установлен в ответвлении параллельно силовому цилиндру. Скорость поршня как и в предыдущих системах, определяется настройкой дросселя С.

При закрытом дросселе скорость поршня максимальна. По мере открытия его часть жидкости начинает циркулировать в гидроемкость, а скорость поршня соответственно уменьшается. Если при полном открытии дросселя сопротивление, оказываемое им и магистралью после дросселя, меньше, чем в цилиндропоршневой группе и подпорном клапане 5, то вся жидкость от насоса будет отводиться через дроссель в гидроемкость, а поршень остановится.

При указанном расположении золотника в распределителе 3 к насосу подключена поршневая полость гидроцилиндра 4, давление в которой р_раб определяется нагрузкой Р+Т. Если нагрузка в процессе работы изменяется, то перепад давления в дросселе зависит от нагрузки. Следовательно, расход жидкости через дроссель и скорость выходного звена меняются.

Клапан 2 в системе включается в работу эпизодически в момент перегрузок, выполняя, таким образом, только функцию предохранительного устройства.

Мощность, потребляемая насосом, и давление в полости нагнетания пропорциональны полезной нагрузке, поэтому гидросистема с дросселем, установленным параллельно силовому цилиндру, экономичней систем с дросселем «на входе» и «на выходе», так как к.п.д. ее выше.

Из анализа работы гидравлических систем с дроссельным способом регулирования скорости следует, что независимо от места расположения дросселя не обеспечивается постоянство скорости поршня при неизменной настройке дросселя, если нагрузка в процессе работы изменяется. Объясняется это нестабильным перепадом давления в дросселе.

Поэтому напрашивается само собой устройство, в котором автоматически поддерживался бы постоянным перепад давления на дросселе с изменением нагрузки на выходном звене. Такое устройство называется дроссель-регулятором. Этот аппарат состоит из дросселя и редукционного клапана, размещенных в общем корпусе. Расход жидкости устанавливается дросселем, а постоянство разности давления до и после дросселя обеспечивается автоматически редукционным клапаном.

Следящий гидропривод

В рассмотренном ранее гидроприводе возвратно–поступательного движения происходит простое перемещение поршня из одного крайнего положения в другое с преодолением нагрузки Р вдоль штока.

В тракторных, автомобильных системах управления, в гидрокопировальных станках и системах гидроавтоматики применяют следящие гидроприводы (бустеры), в которых шток силового цилиндра должен автоматически следовать за перемещением рукоятки управления.

В таких следящих системах исполнительный шток развивает большее усилие, чем приложено к органу управления. Поэтому следящий гидроприводов еще называют гидроусилителем.

Рассмотрим принцип действия такого привода (рис.13.27) золотникового типа.

Двигая ручку управления 1, например, вправо, мы перемещаем командный золотник 2, который через золотниковые окна и каналы 3 (гибкие шланги) направляет жидкость под давлением в левую полость силового цилиндра 4 и соединяет со сливом правую его полость. Под действием давления, создаваемого насосом, поршень 5 перемещается вправо вместе с корпусом золотника 6 до тех пор, пока не перекроются каналы золотника, по которым жидкость подается в цилиндр и отводится от него.

При перемещении ручки с золотником влево давление будет подведено в правую полость цилиндра, и поршень будет перемещаться влево.

Таким образом, исполнительный шток 7, связанный, например, с рулевой тягой трактора, следует за всеми движениями золотника 2, но развиваемое им усилие во много раз превышает то, которое прикладывается к золотнику.

Рассмотрим теперь основные характеристики гидроусилителя как силового привода. Выведем формулы для усилия на исполнительном штоке гидроусилителя, к.п.д. гидроусилителя и развиваемой им мощности.

Давление, подведенное к гидроусилителю р_о, расходуется на преодоление усилия вдоль исполнительного штока и на гидравлическое сопротивление:

,

где , — перепад давления в гидроцилиндре;

,

где Р – усилие на штоке; — площадь поршня, за вычетом площади штока; — суммарная потеря давления на пути движения жидкости от входа в гидроусилитель до выхода.

Гидравлические потери происходят в основном в двух частично перекрытых золотниковых окнах и подчиняются квадратичному закону в функции скорости (расхода):

,

где — коэффициент сопротивления золотникового окна; V – скорость течения жидкости в золотниковом окне.

Считая окно прямоугольным, шириной в, получим уравнение расхода

,

где V – скорость перемещения поршня гидроцилиндра.

, (13.3)

где .

Величину К можно принять постоянной.

Считая давление насоса постоянным и пренебрегая потерями в подводящих трубах, получим

.

При отсутствии нагрузки (Р=0, ) и полном открытии окон (х=х_max) определим К из выражения (13.3)

. (13.4)

Подставив (13.4) в (13.3) и решив относительно , получим

где ; ; ; — степень открытия золотниковых окон; — относительный расход (скорость).

Сила исполнительного штока (нагрузка)

.

.

Полученное уравнение позволяет построить сетку так называемых статических характеристик гидроусилителя, т.е. для разных значений .

График (рис.13.28) построен для положительных и отрицательных значений , т.е. для движения золотника и штока, следовательно, и жидкости как в одном, так и в другом направлении.

Из графика видно, что лишь при малых скоростях V перемещения исполнительного штока усилие на нем приближается к максимально возможному значению: . Чем быстрее перемещается исполнительный шток, тем меньшую нагрузку он преодолевает.

Там, где кривые пересекают ось абсцисс, нагрузка на штоке меняет свой знак, т.е. превращается в силу, тянущую шток в направлении движения. При этом происходит дальнейшее увеличение его скорости, а гидроцилиндр переходит в режим насоса.

Таким образом, на графике (рис.13.28) в квадрантах I и III гидроцилиндр работает в режиме гидродвигателя, совершающего работу преодоления нагрузки, а в квадрантах II и IV – в режиме насоса, нагнетающего жидкость в том же направлении, что и основной насос.

Статические характеристики гидроусилителя можно построить и в другой системе координат (рис.13.29).

Решим уравнение относительно :

и построим зависимость для разных значений . Мы получим ряд прямых, угол наклона которых к оси тем меньше, чем больше нагрузка на исполнительном штоке. При характеристика гидроусилителя совпадает с осью абсцисс, а это значит, что скорость исполнительного штока равна нулю.

На характеристики гидроусилителя влияет так называемое перекрытие золотника, т.е. соотношение ширины золотникового поршня h к ширине золотникового окна t (рис.13.30).

В связи с этим различают идеальный золотник, у которого h=t, золотник с положительным перекрытием h>t, золотник с отрицательным перекрытием h

Источник