Гидравлические исполнительные механизмы
Гидравлические исполнительные механизмы входят в состав гидроприводов и состоят из двух основных частей: гидродвигателя и управляющего устройства. В зависимости от вида последнего, они разделяются на три типа: с дроссельным, с объемным (гидростатическим) и со струйным управлением.
Конструкции гидравлических исполнительных механизмов
Исполнительные механизмы с дроссельным управлением.
Гидравлические исполнительные механизмы с дроссельным регулированием работают при постоянном давлении рабочей жидкости.
В качестве управляющих устройств используются главным образом золотниковые пары, в некоторых случаях, преимущественно в маломощных механизмах, - дроссели "сопло - заслонка". В зависимости от числа управляющих дросселей гидравлические исполнительные механизмы разделяются на одно-, двух - и четырехщелевые (рисунок 1).
Рисунок 1 - Схемы устройства гидравлических исполнительных механизмов с дроссельным управлением: а -однокромочный; б - двухкромочный; в - четырехкромочный; ро - давление в напорной магистрали; рсл - давление слива; х - перемещение золотника; v - скорость перемещения поршня силового цилиндра
Перемещение поршня каждого из представленных на рисунке механизмов происходит за счет изменения площади поперечного сечения окон золотника, определяемого его смещением со среднего (нейтрального) положения.
Существуют три варианта конструктивного выполнения золотниковых пар. В первом варианте ширина рабочего пояска золотника превышает ширину канавки или отверстия во втулке, так что при среднем положении золотниковой пары отсутствует проток рабочей жидкости (золотник с перекрытием), во втором - перекрытие равно нулю, так что рабочие кромки золотника, находящегося в среднем положении, совпадают с рабочими кромками втулки (идеальный золотник); в третьем варианте золотниковая пара имеет начальные осевые зазоры, а вместе с тем и проток рабочей жидкости.
Применение золотников с перекрытием понижает чувствительность исполнительного механизма. Однако перекрытия могут быть полезны, если необходимо отфильтровать случайные колебания золотника или когда для уменьшения силы сухого трения золотник подвергается принудительной продольной вибрации (осциллированию) в пределах осевых перекрытий.
Золотники с небольшим начальным осевым зазором, не превышающим радиального, существенно повышают чувствительность механизма. При увеличении начального осевого зазора чувствительность падает. Одновременно возрастает позиционная ошибка при движении нагруженного поршня и непроизводительно увеличивает расход жидкости.
Особенность исполнительных гидравлических механизмов с дроссельным управлением заключается в том, что вся энергия жидкости при отсутствии внешней нагрузки расходуется на преодоление гидравлических сопротивлениях в окнах золотника и, следовательно, превращается в тепло. В связи с этим гидравлические исполнительные механизмы с дроссельным управлением имеют низкий к. п. д.
Преодоление механизмом внешней нагрузки осуществляется за счет уменьшения энергии гидравлических потерь, а следовательно, и перепада давлений на окнах золотника. При этом скорость движения исполнительного двигателя уменьшается.
Исполнительные механизмы с дроссельным управлением работают, как правило, от насоса постоянной производительности и при постоянном давлении питания, поддерживаемого переливными клапанами. В ряде случаев для повышения общего к. п. д. механизмы питаются от насоса регулируемой производительности, работающих совместно с гидравлическими аккумуляторами.
Основным преимуществом гидравлических исполнительных механизмов с дроссельным управлением является высокое быстродействие, обусловленное малым перемещением золотника и большим коэффициентом усиления по давлению. Их применение целесообразно в тех случаях, когда поток жидкости, поступающий в золотник, должен развивать мощность 0,2…10 КВт.
Гидравлические исполнительные механизмы со струйным управлением.
Рисунок 3 - Схема устройства гидравлического механизма со струйным управлением: х - перемещение конической насадки струйной трубки; щ -угловая скорость поворота (реверсируемого) выходного вала
При симметричном расположении насадки струйной трубки относительно приемных отверстий количество поступающей в них жидкости одинаково. Поэтому поршень находится в покое. При повороте трубки соотношение количества жидкости изменится, а вместе с тем начнется движение поршня.
Недостатком механизмов со струйным управлением является постоянный расход жидкости через насадку трубки. Поэтому их к. п. д. ниже, чем у механизмов с дроссельным управлением. Применение гидравлических исполнительных механизмов со струйным управлением целесообразно в сравнительно маломощных системах. Часто такие механизмы используются в качестве управляющих устройств более мощных механизмов дроссельного или объемного управления.
Преимуществом гидравлических механизмов со струйным управлением является их высокая надежность, обусловленная отсутствием малых зазоров во всем гидравлическом тракте.
Гидравлические исполнительные механизмы с объемным управлением.
Гидравлические исполнительные механизмы с объемным регулированием управляются за счет изменения производительности насоса, подающего рабочую жидкость в гидравлический двигатель с вращательным движением. В качестве рабочей жидкости применяют нефтяные масла, синтетические жидкости, спирто-глицериновая смесь и др.
Управляющими устройствами в этих механизмах (рисунок 4) служат насосы переменной производительности, имеющие возможность реверса потока жидкости.
Рисунок 4 - устройства гидравлического исполнительного механизма с объемным управлением.
Наибольшее распространение нашли насосы с аксиальным и радиальным расположением цилиндров. В обоих случаях регулирование производительности осуществляется за счет изменения рабочего хода поршней.
Для надежной работы исполнительных механизмов, имеющих замкнутую цепь циркуляции рабочей жидкости, обычно используют дополнительные насосы подкачки. Эти насосы необходимы для предупреждения возникновения кавитационных режимов в гидравлических магистралях при реверсах выходного вала гидромотора.
Известны две конструктивные разновидности гидравлических исполнительных механизмов с объемным управлением:
1) совмещенный вариант, в котором управляющий насос, гидромотор, насос подкачки и вспомогательные клапаны выполняются в виде единого агрегата, и 2) раздельный, в котором гидромотор представляет самостоятельную конструкцию, расположенную на некотором расстоянии от насоса.
Особенностью гидравлических механизмов с объемным управлением является то, что большая часть потребляемой ими энергии расходуется на преодоление внешней нагрузки.
Недостатком механизмов с объемным управлением является сравнительно низкое быстродействие, обусловленное значительным временем полного изменения производительности насоса. Применение таких механизмов целесообразно в тех случаях, когда потребная выходная мощность превышает 2 КВт. Верхний предел выходной мощности практически не ограничен.
По движению выходного вала гидродвигатели делятся на гидродвигатели возвратно-поступательного движения (поршневые двигатели) и гидродвигатели вращательного движения или гидромоторы (применяются в гидравлических исполнительных устройствах с объемным регулированием).
Основные конструктивные схемы поршневых двигателей показаны на рисунке 6
Рисунок 6 - Схемы поршневых двигателей. а - простого действия; б - двойного действия
В поршневом двигателе простого действия (рисунок 3.6, а) движение поршня 2 вправо производится усилием давления Р рабочей жидкости, подводимой в полость силового цилиндра 3 через штуцер 1. Движение поршня влево осуществляется за счет усилия пружины 4. При этом жидкость из полости силового цилиндра 3 отводится через штуцер 1. Шток 5 с одной стороны жестко связан с поршнем 2, а с другой стороны - объектом управления или с его органами.