Дроссельное регулирование скорости

С помощью дроссельного регулирования обеспечивается ручное или автоматическое изменение подачи жидкости и соответственно скорости гидродвигателя. Частота вращения нерегулируемого гидромотора, питаемого от нерегулируемого насоса, регулируется дросселями, устанавливаемыми на входе или выходе рабочей жидкости из гидромотора. Дроссель представляет собой местное гидравлическое сопротивление, устанавливаемое на пути течения жидкости для ограничения (регулирования) ее потока путем создания сопротивления (перепада давления.) В гидроприводах дроссели применяют главным образом для регулирования скорости выходного звена гидродвигателей прямолинейного движения (силовых гидроцилиндров) или частоты вращения вала гидромоторов.

Способы включения дросселя в гидропривод: на входе (рис. 121, а) —дроссель установлен перед гидродвигателем на напорной гидролинии; на выходе (рис. 121, б) — дроссель установлен на сливной гидролинии, после гидродвигателя; на ответвлении (рис. 121, в) —дроссель расположен на напорной гидролинии параллельно гидродвигателю. При всех способах дроссельного регулирования часть жидкости, подаваемой насосом, отводится в сливную гидролинию, не совершая полезной работы.

Гидроприводы с дроссельным регулированием выполняются по двум схемам: с постоянным потоком жидкости и с постоянным давлением. Схема с постоянным давлением применяется в системах с автоматическим регулированием. Использование этой схемы дает возможность одновременной работы нескольких гидродвигателей от одного насоса независимо от внешней нагрузки каждого из гидродвигателей. При работе гидропривода с регулируемым насосом в схеме нет дополнительных устройств, а при работе с нерегулируемым насосом в систему устанавливается переливной гидроклапан, который непрерывно, перепуская часть рабочей жидкости во время работы, поддерживает заданное давление. Рассмотрим более подробно способы включения дросселя в схемах с постоянным потоком.

Гидропривод с дросселем на входе (см. рис. 121, а) не обеспечивает постоянства скорости выходного звена, если нагрузка на нем переменная, а также при подаче жидкости в гидроцилиндр, имеющий значительный момент инерции. Под действием силы инерции движущейся массы дроссель 3 не противодействует. Эту схему нельзя применять в грузоподъемных устройствах, так как груз может упасть вследствие недостаточного противодействия сливной линии и сил трения поршня о стенки цилиндра.

Гидропривод с дросселем на выходе. При этой схеме в любом направлении движения штока под действием внешней нагрузки (см. рис. 121, б) не произойдет разрыва струи и падения груза. Тепло, выделяющееся при прохождении жидкости через дроссель, отводится непосредственно в гидробак, минуя гидрораспределитель и гидроцилиндр.

Гидропривод с дросселем на ответвлении (см. рис. 121, в). Рабочая жидкость, подаваемая насосом, не доходя до гидрораспределителя 4, разделяется на два потока, один из которых через гидрораспределитель направляется в гидроцилиндр, а второй через дроссель отводится в гидробак. Предохранительный клапан перепускает жидкость только в случае превышения нагрузки в гидроцилиндре. Поэтому гидросистема с дросселем на ответвлении экономичнее, чем системы с дросселем на входе или с дросселем на выходе. Скорость движения поршня можно регулировать изменением проходного сечения дросселя. При полностью открытом дросселе вся рабочая жидкость подается в гидроцилиндр, при этом используется максимальная скорость движения поршня гидроцилиндра или частота вращения вала гидромотора. При полностью закрытом дросселе движение гидроцилиндра прекращается.

КПД гидропривода с дроссельным регулированием мал, поскольку дроссельное регулирование основано на превращении части энергии в тепло, гидравлические схемы с этими регуляторами применяют обычно в системах небольшой мощности (до 5 кВт). Кроме регулирования потоков рабочей жидкости, подводимой к ведомому звену в приводах станков, необходимо реверсирование движения этого звена. В гидроприводах с выходным звеном — гидромотором — это будет вращение вала гидромотора по часовой стрелке или против, а в гидроприводах с выходным звеном — гидроцилиндром — возвратно-поступательное движение его штока. В гидроприводах с регулируемым и реверсируемым насосом реверсирование осуществляется отклонением вращающегося ротора или наклонного диска в одну или другую сторону от нейтрального положения. В гидроприводах с нерегулируемым и нереверсируемым насосом реверсирование осуществляется гидрораспределителями.

Рассмотрим подробнее две схемы простого дроссельного регулирования скорости. Гидросхема с дросселем, установленным на входе в полость б гидроцилиндра 4, представлена на рис. 122, а. Полость гидроцилиндра сообщается с гидробаком. Количество масла, поступающего через дроссель 3 в полость б гидроцилиндра, а следовательно, и скорость перемещения поршня определяются проходным сечением дросселя и перепадом (разностью) давлений между нагнетательной гидролинией а и полостью б. Избыток нагнетаемого насосом 2 масла, превышающий поток через дроссель, сливается в гидробак 1 через переливной клапан 6. Гидравлическое реле давления 5 выдает электрический сигнал после остановки штока гидроцилиндра и достижения в полости б давления р₁. Кроме слива в гидробак масла, не используемого для полезной работы, переливные клапаны предназначены для ограничения максимального давления в линии нагнетания.

Равенство сил, действующих на поршень гидроцилиндра, может быть выражено уравнением:

p₁S₁ = p₂S₂ + F + F_T

где p₁ — давление в полости б, Па; p₂ — давление в полости в, Па;

S₁ — Рабочая площадь гидроцилиндра со стороны полости б, м²;

S₂ — рабочая площадь гидроцилиндра со стороны полости в, м²;

F — нагрузка (сила) на шток гидроцилиндра от внешних сил, Н;

F_T — сила трения в уплотнениях гидроцилиндра и поршня о стенки гидроцилиндра, Н.

Перепад давления, т. е. разность давлений до и после дросселя:

∆p_ДР = p_H – p₁

где p_H — давление настройки предохранительного клапана.

По мере возрастания силы F, действующей на шток гидроцилиндра, увеличивается давление p₁ в передней полости гидроцилиндра, в результате чего уменьшается перепад давления на дросселе ∆p_ДР, поток масла через дроссель и, следовательно, скорость перемещения поршня гидроцилиндра. При установке дросселя 3 на выходе из полости в гидроцилиндре (см. рис. 122, б) в полости б давление остается постоянным и равным p₁ = p_H, при этом равенство сил, действующих на поршень гидроцилиндра, определяется уравнением:

p_HS₁ = p₂S₁ + F + F_T или p_HS₁ = ∆p_ДРS₂ + F + F_T (так как p₂ = ∆p_ДР)

откуда

∆p_ДР = p_HS₁/S₂ – (F + F_T)/ S₂

Таким образом, и в этом случае при увеличении нагрузки уменьшаются ∆p_ДР и скорость перемещения поршня гидроцилиндра.

Поскольку простые дроссельные системы не обеспечивают постоянства скорости выходного звена при изменении внешней нагрузки, их применяют только в гидроприводах, работающих при малоизменяющихся нагрузках, или тогда, когда в процессе работы допустимы изменения скорости (в основном в гидроприводах различных вспомогательных устройств).