Регулирование скорости гидродвигателей

Различают два основных способа регулирования частоты вращения гидромотора и скорости перемещения штоков гидроцилиндров: дроссельный и объемный.

При дроссельном регулировании частота вращения вала гидромотора зависит от гидравлического сопротивления линии, в которую включен гидромотор. Сопротивление линии регулируется дросселем, установленным последовательно или параллельно с гидромотором. Дроссельный способ регулирования используют преимущественно в гидросистемах эпизодического действия или в системах небольших мощностей, что обусловлено сравнительно низким кпд этого способа регулирования. Основным достоинством гидропривода с дроссельным регулированием является простая конструкция входящих в нее машин (насос и гидродвигатель – нерегулируемые).

При объемном регулировании изменение частоты вращения достигается изменением рабочего объема насоса или мотора. Объемное регулирование требует применения гидромашин регулируемого типа. Достоинством гидропривода с объемным регулированием является его высокая экономичность и жесткая нагрузочная характеристика. Скорость этого привода незначительно зависит от нагрузки.

Рис. 3. Схема (а) и нагрузочная характеристика (б) передачи с объемным регулированием скорости

Расчетную зависимость частоты вращение вала гидромотора от нагрузки получают из уравнений расхода:

; .

Поскольку при замкнутой циркуляции потока жидкости в передаче , то частота вращения вала гидромотора будет равна

.

Для гидромашин аксиально-поршневого типа

,

где и – диаметры делительных окружностей блоков цилиндров насоса и мотора; и – углы установки наклонных дисков соответственно у насоса и мотора; и – диаметры поршней насоса и мотора; и – количество поршней у насоса и у мотора.

График зависимости частоты вращения вала гидромотора от момента (давления) нагрузки принято называть нагрузочной или механической характеристикой передачи (рис. 3, б).

Из уравнения (2) следует, что уменьшение частоты вращения мотора с ростом момента нагрузки обусловлено ростом утечек. График зависимости имеет такой же вид, как и график зависимости .

При увеличении нагрузки от нулевого до номинального значения частота вращения гидромотора снижается на величину (рис. 3, б)

.

Для передач со значениями 0,95 … 0,97 относительное уменьшение частоты вращения составляет величину порядка 6 … 10 %. Таким образом, объемный способ регулирования обеспечивает высокую “жесткость” механической характеристики привода.

Диапазон регулирования частоты вращения передачи с объемным регулированием составляет примерно : = 1: 30, если регулируется одновременно насос и мотор.

Дроссельное регулирование применяется преимущественно в системах с гидрогенератором (насосом) постоянного давления.

Таким генератором может служить нерегулируемый насос, работающий совместно с автоматом разгрузки и гидропневматическим аккумулятором, центробежный насос или регулируемый насос, работающий в режиме постоянного давления.

Дроссель в системах с const устанавливается либо в линии питания гидромотора (на входе), либо в сливной магистрали (на выходе). Схемы с дросселем в сливной магистрали обеспечивают двухстороннюю жесткость питаемого гидромотора, поэтому такие системы можно применять при колебающихся и знакопеременных нагрузках. Кроме того, схемы с дроссельным регулятором в сливной магистрали более устойчивы против автоколебаний.

Нагрузочную характеристику передачи с дроссельным регулированием скорости при последовательном включении регулятора рассчитывают из уравнений расхода для дросселя и двигателя и уравнения перепадов давления:

; ; ; .

Откуда

, (4)

где

.

Рис. 4. Схема (а) и нагрузочная характеристика (б) передачи с дроссельным регулированием скорости при последовательном включении дросселя

Реже применяют системы дроссельного регулирования, в которых давление определяется нагрузкой гидродвигателя. В такой системе излишек подачи насоса сбрасывается в бак через дроссель, установленный параллельно с мотором. Подача насоса делится на два параллельных потока, один из которых идет на слив в бак, а второй поступает в гидромотор.

Уравнение расходов для системы с параллельно включенным дросселем имеет вид

Давление в системе соответствует давлению нагрузки:

.

Система с параллельно включенным дросселем потребляет мощность, меньшую номинальной мощности установленного в ней насоса, что снижает нагрев жидкости. Последнее обусловлено тем, что давление в этой системе пропорционально нагрузке и лишь при максимальном ее значении может достигнуть номинального значения.

Недостатком системы с = var является ее пониженная жесткость и необходимость индивидуального источника питания для каждого потребителя.

Для систем дроссельного регулирования скорости существуют оптимальные режимы работы. Для определения соотношения между давлением нагрузки и давлением питания, при котором мощность двигателя максимальна (потери в системе для упрощения расчетов не учитываются), используют выражение для расчета мощности двигателя в системе с последовательной установкой дросселя:

.

В точке характеристики, где , производная равна нулю, т.е.

. (5)

Решив уравнение (5), получают

.

При оптимальной нагрузке кпд передачи с дроссельным регулированием составит

;

.

Системы дроссельного регулирования можно применять лишь в передачах малых мощностей или в передачах, работающих эпизодически. Практически при мощностях более 10 кВт при использовании этих систем возникают трудности теплоотвода.

Частоту вращения гидромотора в системе с переливным клапаном (рис. 5) можно определить графическим методом.

Рис. 5. Схема дроссельного регулирования скорости гидромотора в системе с переливным клапаном

Рис. 6. Характеристика гидромотора в системе с переливным клапаном

Суммируя по давлениям характеристики 4 и 3, а затем складывая с полученной характеристику 2 по расходам, находят точку А пересечения результирующей характеристики с характеристикой насоса.

Точка А является рабочей точкой системы. Из рис. 6 следует, что различные расходы , а значит, и различную скорость гидромотора можно получить, изменяя сопротивление дросселя (т.е. характеристику 4).

При полностью заторможенном гидромоторе рабочей точкой системы будет точка В. Давление, создаваемое насосом, равно , а подача . На линии СА характеристика системы будет соответствовать объемному регулированию (до открытия переливного клапана). От А до В режим регулирования – дроссельный.