Объемное регулирование скорости

В большинстве станков с ЧПУ и следящим гидроприводом использовались системы дроссельного регулирования. В настоящее время в приводах подач станков с ЧПУ начали применять гидропередачи объемного регулирования, которые имеют более высокий КПД, чем привод дроссельного регулирования; нагрев рабочей жидкости при использовании привода объемного регулирования меньше; более плавно обеспечивается реверсирование и торможение гидродвигателя. Такая гидропередача позволяет проще программировать не только скорость выходного вала гидропередачи, но и ускорение. Нагрев рабочей жидкости вызывает «дрейф» нулевого положения и вносит искажения в точность слежения. При объемном регулировании точность слежения выше.

Объемный способ регулирования угловой скорости гидропривода (гидропередачи) вращательного движения применяется обычно в гидроприводах с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости и осуществляется изменением рабочего объема насоса при постоянном рабочем объеме гидромотора (регулирование насосом), либо изменением рабочего объема гидромотора (регулирование гидромотором) при постоянной подаче (рабочем объеме) насоса, либо одновременно изменением рабочих объемов как насоса, так и гидромотора, которые в этом случае являются регулируемыми машинами.

В практике распространены гидроприводы, в которых регулирование скорости гидродвигателя осуществляется изменением лишь подачи насоса путем подачи сигнала управления на входное звено регулируемого насоса. Схема гидропривода с объемным регулированием угловой скорости гидромотора 4 показана на рис. 119, а. Регулирование осуществляется изменением подачи насоса 2. Отработанное масло сливается в гидробак 1. Система имеет предохранительный клапан 3.

Вместо гидромотора в гидроприводе может быть применен и гидроцилиндр (рис. 119, б). Гидропривод состоит из гидробака 1, гидромотора 2 с регулируемой подачей масла, гидрораспределителя 3, гидроцилиндра с поршнем 4, шток которого может быть соединен с суппортом или столом станка, подпорного клапана 6 (через который масло может проходить лишь при небольшом давлении, что способствует получению более плавного движения) и предохранительного клапана 5, предназначенного для защиты системы от перегрузки. Гидрораспределитель — трехпозиционный. В средней позиции все поступающее от насоса масло сбрасывается на слив. При правом положении запорно-регулирующего элемента масло поступает в левую полость гидроцилиндра и поршень движется вправо. Если указанный элемент переместится влево, направление движения поршня меняется.

При объемном способе регулирования максимально используется приводная мощность двигателя, которая выбирается, исходя из максимальной мощности, развиваемой насосом, с учетом общего КПД гидропривода.

При регулировании выходной скорости (вала гидромотора) путем изменения рабочего объема V_H насоса при постоянном рабочем объеме V_M гидромотора (рис. 120, а) получим при постоянном перепаде давления жидкости переменную расчетную мощность Р и постоянный крутящий момент М на валу гидромотора. А при регулировании рабочего объема гидромотора при постоянном рабочем объеме насоса (рис. 120, б) получим постоянную мощность и переменный крутящий момент на валу гидромотора. При применении регулируемых насоса и гидромотора расширяется диапазон регулирования, а также имеется возможность выбора выходных характеристик передачи по крутящим моментам и мощностям (рис. 120, б). Регулирование в диапазоне α скоростей осуществляется изменением рабочего объема насоса при постоянном рабочем объеме гидромотора, а регулирование в диапазоне в — изменением рабочего объема гидромотора при постоянном рабочем объеме насоса.

Частота вращения п выходного вала гидромотора (гидропередачи) вычисляется из условий равенства объемов, описываемых рабочими элементами насоса и гидромотора (поршнями, пластинами) в единицу времени (без учета потерь):

отсюда теоретическая частота вращения гидромотора (об/мин):

где n_H — частота вращения насоса, об/мин; V_H и V_M — рабочие объемы насоса и гидромотора (расчетная подача за один оборот), см³/об (л/об).

Для гидроприводов с аксиально-поршневыми гидромашинами (об/мин):

где k — коэффициент, характеризующий параметры передачи; ɣ_H, ɣ_M — углы наклона дисков гидромашин.

Выходную скорость аксиально-поршневого привода регулируют изменением углов наклона дисков насоса и гидромотора (для радиально-поршневого насоса — изменением эксцентриситета), при этом диапазон частоты вращения выходного вала ограничивается величинами максимального давления и подачи. Эти величины указываются в паспорте насоса.

К недостаткам привода объемного регулирования относится большая сложность системы автоматизированного управления механизмом регулирования насоса (для осуществления которого применяют мощные двухкаскадные гидроусилители), в то время как управление распределителем в схеме дроссельного регулирования осуществляется обычно с помощью маломощных и быстродействующих однокаскадных гидроусилителей. Поэтому применение в гидросистемах гидравлического привода объемного регулирования целесообразно лишь при средних и больших (>5 кВт) мощностях.