Гидравлический и пневматический приводы

 

      О.В.КАБАНОВ,  Б.С.МАХОВИКОВ, В.В. ШОРНИКОВ А.В. ШАЛЫГИН 
 
 
 
 
 
 
 

      ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ

      И ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОДЫ 

      ЛАБОРАТОРНЫЙ  ПРАКТИКУМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

      2010 
 
 
 
 
 

      Работа  №1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЁМНОГО  ГИДРОМОТОРА ПРИ  ПОСТОЯННОМ РАСХОДЕ. 

           Механической характеристикой двигателя  называется зависимость угловой  скорости  щ

      или частоты вращения n от момента M, приложенного к его валу, вида  

       ; , 

      где n и ω связанны между собой известным соотношением n=30щ/р. Механическая характеристика двигателя от постоянного параметра подводимой к нему энергии, при котором она определяется.

        Поскольку параметры механической  характеристики гидромотора зависит  от давления и расхода жидкости, при опытном ее определении один из названных параметров считают постоянным. При выборе постоянного параметра принимают во внимание, какой из них в условиях эксплуатации изменяется незначительно.

          В системах объемного гидравлического  привода, где источником гидравлической энергии служит насос объемного действия, таким параметром является расход жидкости. Поэтому в работе при построении механических характеристик объемного гидромотора в качестве постоянного параметра принят расход жидкости в двигателе Q_Д=const, что обеспечивает ему жесткую характеристику, т.е. незначительное снижение частоты вращения с ростом момента на валу.

            Общая эффективность двигателя  оценивается его механической  характеристикой в      совокупности с характеристиками  изменения КПД η и мощности N в функции момента на валу:  

      η=η(M); N=N(M). 

           Опытное определение механической  характеристики гидромотора производят  на специальных стендах, включающих  в себя насос, испытываемый  гидромотор и нагрузочное устройство  или машину.

        В работе в качестве нагрузочной машины принят генератор постоянного тока с независимым возбуждением, якорная цепь которого нагружена постоянным сопротивлением. По напряжению и току на зажимах сопротивления определяется нагрузка на валу гидромотора.

           Так как при преобразовании механической энергии, подводимой к валу генератора, в электрическую, снимаемую с его зажимов, часть энергии теряется, электромагнитный момент  не равен моменту на валу генератора. Эти потери моно определить по формуле  

      

,     (1.1) 

      где ΔМ – потери момента, Н·м; М_Э – электромагнитный момент, Н·м; а_о, а₁, а₂ – постоянные коэффициенты.

            Таким образом, если в каком-то  режиме при частоте вращения  n напряжение на зажимах генератора U, а ток I, то электромагниный момент генератора и момент на его валу определяется зависимостями 

      

,         (1.2) 

      

     (1.3) 

      (здесь  напряжение U измеряется в вольтах, ток I - в амперах, n - в оборотах в минуту).

             Следовательно, для каждого из  значений n можно найти М_В.

      Однако  этих данных недостаточно для построения механической характеристики, так как  они не соответствуют постоянному  расходу Q из-за утечек рабочей жидкости в насосе и аппаратуре управлении. Учет утечек в опытной установке производится с помощью объемного КПД насоса и гидросети: 

      

,    (1.4) 

      где  η_О.Н.С -объемный КПД насоса и гидросети; b-постоянный коэффициент,Па^-1; p_Н-давление в нагнетательной магистрали, ПА.

             Затем нужно определить для  каждого из режимов частоту вращения вала гидромотора, которую он имел бы в данном режиме нагружения при постоянной теоретической подаче насоса Q_Н=const: 

      

,       (1.5) 

             Зная n_Т и M_В, строят механическую характеристику гидромотора n_Т=n(M) при постоянном расходе Q_М=Q_Н=const.

        Значения расхода 

      

,     (1.6) 

      где q_М - рабочий объем гидромотора, м³; n_Т.Х – приведенная  частота вращения гидромотора, работающего без нагрузки (при M_В=0),об/мин.

        Объемный КПД гидромотора 

      

.       (1.7)

       

               Для определения полного КПД  гидромотора з_М в каждом из режимов его работы необходимо знать величину полезной N_П и затраченной N_З мощностей. Затраченная мощность(мощность потока на входе в гидромотор) 

      

,     (1.8) 

      где p-перепад давлений в гидромоторе, Па; Q - расход жидкости в гидромоторе, м³/с (Q_М=const)

              Полезная мощность 

      

        (1.9) 

      и полный КПД гидромотора 

      

        (1.10) 

      Описание  установки. Лабораторная установка для опытного определения  характеристик гидромотора^Х (рис.1.1) включает в себя масляный бак 1, шестеренный насос 5 типа НШ-32,

      

      приводимый  в движение асинхронным двигателем 3 марки АО 61-4 с пусковой аппаратурой 2, включающей в себя кнопки пуска  КП, остановки КС и магнитный пускатель ПМ, гидромотор 20 и нагрузочную машину 21 постоянного тока ПН-100 с независимым возбуждением, работающую в генераторном режиме на постоянное нагрузочное сопротивление R_Н. Напряжение и ток в цепи якоря генератора измеряется амперметром А и вольтметром V. Масло из бака 1 подается в насос 5 через всасывающий трубопровод 4 и далее по магистральному напорному маслопроводу 7 через распределители 13 и 14 поступает к гидромотору 20 или гидроциллиндру 19. Из гидросистемы масло сливается по трубопроводу 15, на конце которого перед маслобаком установлен фильтр 25 для очистки масла от механических примесей и обратный клапан 23, препятствующий сливу масла из системы при неработающем насоса. Для защиты системы от перегрузки, связанной с засорением фильтра, на сливном трубопроводе 15 установлен предохранительный клапан 24.

              Скорость гидромотора или гидроцилиндра  регулируют дросселями 10 и 12 или  дроссель-регуляторами 9 и 11. Дроссель 12 и дроссель-регулятор 11 установлены  на напорном трубопроводе последовательно, а дроссель 10 и дроссель-регулятор 9-параллельно.

              Предохранение напорного трубопровода  от перегрузок и подержания  постоянного давления при регулировании  осуществляется с помощью переливного  клапана 6.

              Для измерения давления масла за насосом, перед гидромотором и за гидромотором в гидросистеме установлены манометры 8,16 и 18 с демпферами, которые сглаживают пульсации давления, называемые неравномерностью подачи насоса и расхода гидромотора.

            Частота вращения гидромотора измеряется тахогенератором ТГ, вывод которого соединен таховольтметром n. Для увеличения диапазона измеряемых частот вращения в два раза в схеме тахогенератора и таховольтметра n установлен шунт Ш, включаемый ключом К. При включенном шунте Ш для определения действительной частоты вращения гидомотора показания прибора умножают на 2.

            Генератор 21 в системе опытной  установки служит для создания  нагрузки на гидромотор. Мощность, потребляемую из сети, N определяют по ваттметру 26.

            Изменение нагрузки на валу гидромотора производится посредством изменения тока возбуждения генератора 21 автотрансформатором 22 марки ЛАТР-2м, вход которого соединен с трансформатором 380/127, а выход-с обмоткой возбуждения генератора через выпрямительный мост 17. 

      Порядок выполнения работы. 

           Перед включением стенда в  работу установить на ноль  рукоятку автотрансформатора 22, полностью  открыть дроссель-регулятор 11 и  дроссели 12 и 10, установив их рукоятки  в положение полного открытия  на шкалах, закрыть дроссель-регулятор 9 (рукоятка устанавливается на ноль) и установить золотник 13 вращения гидромотора в левое положение, а золотник 14 гидроцилиндра в положение "Стоп".

           После пуска насоса плавно  закрыть дроссель 10, установить рукоятку  на ноль, а затем перейти к измерениям.

           В процессе измерений устанавливают  различные положения рукоятки  автотрансформатора 22 и при каждом  положении, начиная с нулевого, измеряют напряжение и ток  в цепи якоря генератора, частоту  вращения гидромотора, давления, развиваемое насосом, p_Н, давление на входе p_ВХ и выходе р_ВЫХ из гидромотора по манометрам 16 и 18 соответственно.

            При изменении положения рукоятки  автотрансформатора 22 необходимо следить  за ходом стрелки амперметра  А, не допуская ее зашкаливания.

             После снятия показаний приборов на всех режимах работы гидромотора рукоятка автотрансформатора 22 устанавливается на нуль, рукоятка дросселя 10-в положение, обеспечивающее полное открытие, рычаг золотника 13-в положение "Стоп" и выключается асинхронный двигатель насоса кнопкой КС. 

      Формулы и данные для вычислений. 

             По измеренным величинам в  каждом режиме  нагружения гидромотора  по формуле (6.2) определяют электромагнитный  момент.

             По формуле (1.1) определяют величину  потерь момента, теряемого в  генераторе при преобразовании механической энергии в электрическую, а затем по формуле (1.3) вычисляют момент на валу гидромотора.

            Объемный КПД насоса и сети  рассчитывают по формуле (1.4), приведенное  значение частоты вращения гидромотора  - по формуле (1.5).

            По значениям M_В и n_Т строят механическую характеристику гидромотора n_Т=n(M_В). Полезная мощность на валу гидромотора вычисляют по формуле (1.9).

             Построив график n_Т=n(M_В) при М_В=0 до пересечения с осью ? , находят значение n_Т.Х и по формуле (1.6) определяют расход гидромотора.

             Затем рассчитывают перепад давлений  на выходе и входе гидромотора  Дp=p_ВХ-p_ВЫХ и объемный КПД гидромотора по формуле (1.7).

            По формулам (1.8) и (1.10) вычисляют  мощность, затраченную на вращение  гидромотора, и его полный КПД.

            Значение коэффициентов а_о=7,18, а₁2,33, а₂=8.485, b=47.088(с 19.03.2008) и рабочего объема гидромотора q_М задает преподаватель. 
 

      Опытные и расчетные величины. 

      Отчет по работе должен содержать графики  n_Т=n(M_В); з_М=з(M_В); N_П=N(M_В) з_СМ=з(Дp) (рис.1.2). На участках до M_В=0 характеристики графически экстраполируются