Гидравлические характеристики. Особенности совместной работы.

V (за 20 с), л

Лабораторная работа № 1

Объемный насос Напорный клапан

Гидравлические характеристики. Особенности совместной работы.

Цель работы:

Познакомиться с конструкцией и принципом действия объемного насоса и напорного клапана.

Научиться снимать гидравлические характеристики объемного насоса, напорного клапана, характеристику их совместной работы.

Задача 1

Постановка задачи

Валки прокатного стана приводятся во вращение гидромоторами. Оператор установил, что скорость вращения валков снизилась до предельно низкого значения. Принято решение о временном переходе на запасной контур управления. Основной насос необходимо отправить на диагностику.

Задание

Разработать гидравлическую принципиальную схему установки для проверки работоспособности объемного насоса, т. е. для снятия его гидравлической характеристики.

Собрать схему на тренажере.

Провести измерения согласно приведенной таблице.

Построить гидравлическую характеристику насоса.

Объяснить возможную причину снижения скорости вращения валков.

Таблица

Давление p, бар
Объем V (за 20 с), л
Расход Q, л/мин

Решение 1

Снятие характеристики объемного насоса

Схема установки для снятия статической характеристики объемного насоса составляется на аудиторной доске с помощью аппликационных моделей.

Принципиальная гидравлическая схема установки для снятия статической характеристики объемного насоса

На стенде-тренажере слушателями самостоятельно собирается схема установки для снятия статической характеристики объемного насоса. Насос 1, характеристику которого требуется снять, входит в состав гидроагрегата и расположен внутри гидравлического бака. Предохранительный клапан 2 насоса настроен на давление 60 бар.

Измерение расхода осуществляется объемным способом и может производиться двумя путями: а) засекается время, за которое набирается определенный объем масла, например, 1 литр, б) замеряется объем масла, который набирается за определенный временной интервал, например, за 20 с.

В мерную емкость 6 поток масла подается при переключении распределителя 5. Требуемое давление р на выходе насоса устанавливается нагрузочным дросселем 4 и контролируется по манометру 3.

Перед включением гидростанции следует полностью открыть нагрузочный дроссель 4 и сливной кран 7 мерной емкости.

Для измерения объемного расхода сливной кран 7 мерной емкости 6 закрыть, и включить гидростанцию. Распределитель 5 переключить на 20 с. Зарегистрировать объем масла в мерной емкости. Расход Q (л/мин) определяется умножением измеренного объема на три.

Опыт повторить 3 раза. Среднее значение расхода занести в таблицу.

Регулировочным винтом нагрузочного дросселя 4 повысить давление р до следующего значения, указанного в таблице, и повторить опыт.

Таблица (пример заполнения)

p, бар
V (за 20 с), л	1, 20	1, 15	1, 08	1, 05	1, 0
Q, л/мин	3, 6	3, 45	3, 24	3, 15	3, 0

После заполнения таблицы построить гидравлическую характеристику насоса Q = f(p)

Гидравлическая характеристика насоса (пример)

Поскольку рабочий объем исследуемого насоса равен V₀ = 2, 5 см³, а частота вращения приводного электродвигателя равна 1450 об/мин, теоретическая подача насоса составляет: Q_т = V₀× п = 2, 5× 1450 = 3625 (см³/мин) = 3, 6 л/мин.

Теоретически характеристика насоса должна иметь вид горизонтальной линии. На практике при увеличении давления на выходе насоса его подача уменьшается из-за появления внутренних утечек (перетечек), которые увеличиваются с повышением давления. Внутренние утечки могут достигать значительной величины у насосов, детали которых изношены и зазоры между ними увеличены. Отношение реального значения подачи насоса к его теоретической подаче представляет собой объемный коэффициент полезного действия насоса:

h₀ = Q/Q_т (У исправных насосов h₀ » 0, 8 - 0, 9)

Вывод: поскольку скорость вращения валков прокатного стана определяется расходом жидкости, поступающей в приводные гидромоторы, снижение скорости вращения валков могло произойти в результате износа насоса, т. е. уменьшения его подачи.

Лабораторная работа № 3

Управление усилием на выходном звене исполнительного механизма

Клапаны давления: напорный и редукционный

Цель работы

Ознакомление с основными способами управления усилием на выходном звене исполнительных механизмов.

Изучение особенностей использования в гидросистемах клапанов давления: напорного и редукционного.

Задача 1

Постановка задачи

В долбежном станке зажим заготовок в тисках и подача инструмента осуществляются посредством двух гидроцилиндров двустороннего действия (A и B соответственно). Гидросистема станка содержит одну насосную установку. Усилия, развиваемые зажимным гидроцилиндром, должны иметь возможность настройки в соответствии с конструкцией обрабатываемой детали, скорость зажима должна быть регулируемой.

Задание

Разработать гидравлическую принципиальную схему приводов инструмента и зажимного приспособления.

Смоделировать систему на тренажере.

Провести измерения давлений зажима. Значения измеряемых величин следует внести в заготовленные таблицы и на основании полученных результатов сформулировать выводы.

Решение 1

В гидросистеме необходимо обеспечить два уровня давления: высокий для привода долбежного инструмента и более низкий - для зажимного приспособления. Понижение давления и поддержание его на заданном уровне в отдельных цепях управления обеспечивается редукционными клапанами.

Гидравлическая принципиальная схема долбежного станка

Необходимо напомнить слушателям, что редукционные клапаны, в отличие от напорных, являются нормально открытыми клапанами, т. е. пропускающими через себя рабочую жидкость в исходном состоянии, а также то, что напорные клапаны «отслеживают» давление перед собой, а редукционные - после себя.

Редукционные клапаны бывают двухлинейными и трехлинейными. В гидравлических приводах используют в основном трехлинейные клапаны, имеющие дополнительное свойство предохранительного клапана относительно настроенного редуцированного давления.

Предложить слушателям собрать схему на доске и самостоятельно объяснить порядок ее работы.

Гидроцилиндр 1. 0 (А) служит для зажима детали, поэтому для управления им применен 4/2 распределитель 1. 1, т. к. останавливать гидроцилиндр в промежуточных положениях не требуется. Редукционный клапан 1. 3, понижающий давление до требуемого уровня, встроен в гидролинию, связанную с поршневой полостью зажимного гидроцилиндра. Отметить назначение обратного клапана, встроенного в редукционный - обеспечение быстрого втягивания штока гидроцилиндра 1. 0 в обход редукционного клапана).

Привод долбяка производится гидроцилиндром 2. 0, управление которым осуществляется 4/3 распределителем 2. 1 с перекрытой линией P в средней позиции. Это условие необходимо для того, чтобы во время реверса или остановки гидроцилиндра 2. 0 не происходило падения давления в линии нагнетания ниже уровня, обеспечивающего нормальную работу редукционного клапана 1. 3.

Для проведения лабораторной работы гидравлическая схема долбежного станка собирается на стенде-тренажере без цилиндра 2. 0 и цепи его управления.

Включить гидростанцию и настроить переливной клапан 0. 2 (показания манометра 0. 3) на 50 бар.

Опыт 1.

Дроссель 1. 6 полностью открыть. Переключить распределитель 1. 1. После достижения штоком гидроцилиндра 1. 0 выдвинутого крайнего положения редукционный клапан 1. 3 настроить таким образом, чтобы манометр 1. 4 показывал 15 бар.

Снять показания манометров при работе гидроцилиндра 1. 0 и заполнить таблицу:

Показания манометров	1. 2	1. 4	1. 5
при выдвижении штока цилиндра 1. 0
шток выдвинут
при втягивании штока цилиндра 1. 0
шток втянут

Опыт 2.

Дроссель 1. 6, создающий подпор в штоковой полости гидроцилиндра 1. 0, настроить таким образом, чтобы во время выдвижения штока манометр 1. 5 показывал 20 бар.

Снять показания манометров при работе гидроцилиндра 1. 0 и заполнить таблицу:

Показания манометров	1. 2	1. 4	1. 5
при выдвижении штока цилиндра 1. 0
шток выдвинут
при втягивании штока цилиндра 1. 0
шток втянут

Вывод: при наличии сопротивления выдвижению штока гидроцилиндра 1. 0 давление в его поршневой полости достигает только 12-15 бар, несмотря на то, что давление настройки переливного клапана системы 0. 3 составляет 50 бар. При закрытом дросселе 1. 6 давление может повышаться лишь до тех пор, пока показание манометра 1. 4 не станет равным 15 бар; при этом поршень остановится, а редукционный клапан закроется.

Опыт 3.

Выдвинуть шток гидроцилиндра 1. 0. Отсоединить линию питания Р, ведущую к редукционному клапану 1. 3 в месте подключения к распределителю 1. 1 (канал А). Переключить распределитель 1. 1 и убедиться в наличии течения в канале Т редукционного клапана 1. 3 через стекло мерного бака.

Снять показания манометров при втягивании штока гидроцилиндра 1. 0 и заполнить таблицу:

Показания манометров	1. 2	1. 4	1. 5
при втягивании штока цилиндра 1. 0
шток втянут

Когда шток гидроцилиндра 1. 0 достигнет втянутого положения, показание манометра 1. 4 некоторое время будет сохраняется на уровне 15 бар, но из-за внутренних перетечек в редукционном клапане 1. 3 давление постепенно начнет падать. Это повлечет за собой изменение соединения каналов клапана с А®Т на Р®A. Так как рабочая жидкость от насоса не поступает на вход Р редукционного клапана, то давление упадет до нуля.

Вывод: скачки давления или повышение давления сверх установленной величины на выходе трехлинейного редукционного клапана (в канале А) сопровождаются соединением выхода с линией слива Т.

На практике вместо дросселя с обратным клапаном 1. 6 часто устанавливают предохранительный клапан с параллельно установленным обратным клапаном. В результате предотвращается возникновение высоких значений противодавления при прямом ходе поршня (вследствие преобразования давления на поршне).

Однако, поскольку в нашем случае система запитывается редуцированным давлением, то и на сливе не может возникнуть чрезмерных давлений. Поэтому здесь применен дроссель с обратным клапаном. Кроме того, этот гидроаппарат значительно дешевле предохранительного клапана и потому зачастую применяют именно его.

Задача 2

Постановка задачи

При проведении переплетных работ в типографии используется гидропресс. Рабочее давление прессования должно регулироваться в зависимости от материала обложки и клеящего вещества, причем давление должно поддерживаться постоянным в течение всего времени прессования (при включенном гидрораспределителе).

Задание

Разработать гидравлическую принципиальную схему пресса с давлением прессования 30 бар:

а) с трехлинейным редукционным клапаном;

б) с напорным клапаном.

В обеих схемах клапан давления установить непосредственно перед цилиндром.

Управление должно осуществляться посредством 4/3- распределителя.

Переливной клапан системы настроить на 50 бар.

Смоделировать обе системы на тренажере.

Сравнить показания манометра, установленного перед распределителем.

Сформулировать принципиальное отличие испытанных схем.

Решение 2

Гидравлические принципиальные схемы гидропресса для переплетных работ

Схема а - давление, прессования настраивается редукционным клапаном.

На входе редукционного клапана 1. 3 поддерживается давление 50 бар, определяемое настройкой переливного клапана 0. 2. Давление в поршневой полости гидроцилиндра 1. 0 не будет превышать 30 бар (давление настройки редукционного клапана), а при полностью выдвинутом штоке будет равняться этому значению. Если от гидростанции 0. 1 производится питание других гидродвигателей, то только у гидроцилиндра 1. 0, перед которым установлен редукционный клапан 1. 3, поддерживается давление жидкости 30 бар, рабочее давление остальных двигателей будет определяться настройкой переливного клапана 0. 2 (если распределитель 1. 1 не находится в нейтральной позиции).

Схема б - давление прессования настраивается напорным клапаном.

Напорный клапан 1. 2, установленный параллельно линии питания поршневой полости гидроцилиндра 1. 0, поддерживает в ней давление 30 бар. Если от гидростанции 0. 1 производится питание других гидродвигателей, то при включенном распределителе 1. 1 давление во всей гидросистеме составит 30 бар, а не 50 бар, на которые настроен переливной клапан 0. 2.

При включенном распределителе 1. 1 и продолжительных выдержках времени насосу необходимо создавать давление 30 бар, а не 50, как в схеме a, что позволяет экономить электроэнергию.

Лабораторная работа № 4

Управление скоростью движения выходного звена исполнительного механизма

Регулируемый дроссель и регулятор расхода. Гидравлические характеристики. Реализация режима работы привода «быстрый подвод - рабочая подача - быстрый отвод»

Цель работы

Знакомство с работой гидроаппаратов, регулирующих расход рабочей жидкости (дроссель и регулятор расхода).

Снятие гидравлической характеристики регулятора расхода.

Сравнение характеристик гидропривода при использовании дросселя и регулятора расхода.

Теоретический расчет скоростей прямого и обратного ходов штока гидроцилиндра при дифференциальной схеме включения. Экспериментальное подтверждение расчетов.

Ознакомиться с применением гидравлического путевого выключателя (4/2 распределителя с управлением от кулачка с роликом)

Задача 1

Постановка задачи

В отрезном станке подача дисковой пилы осуществляется гидроцилиндром двустороннего действия. При разрезании круглой заготовки рабочее сопротивление нарастает от нуля до максимального значения и затем снова уменьшается до нуля.

Сравнить скоростные характеристики исполнительного механизма при использовании в гидроприводе для управления скоростью подачи инструмента дросселя и регулятора расхода.

Задание

А) Снять характеристику двухлинейного регулятора расхода и сравнить ее с характеристикой дросселя (см. ЛР №2)

Б) Предложить гидравлическую схему отрезного станка, обеспечивающую как зависимую от нагрузки, так и постоянную, независимую от нагрузки на режущем инструменте, подачу. Экспериментально определить скорость выдвижения штока гидроцилиндра при различных нагрузках для предложенной схемы.

Решение А

Снятие характеристики регулятора расхода.

Схему проливки трубопровода изобразить на аудиторной доске с помощью аппликационных моделей.

Отрезной станок

Собрать гидравлическую схему на стенде-тренажере.

Включить гидравлическую установку 1, закрыть регулируемый дроссель 6 и настроить переливной клапан 2 на 50 бар.

Полностью открыть дроссель 6, переключить распределитель 7 на мерную емкость 8 и настроить регулятор расхода 4 на расход » 2 л/мин (например, набирать в мерную емкость 0, 5 л за 15 с). Записать значение p₂ (показание манометра 5) в таблицу 1.

Изменяя настройку дросселя 6, устанавливать последовательно значения р₂ согласно таблице 1.

Таблица 1. Переменное давление на выходе (имитация переменной нагрузки)

Не изменяя настройки регулятора расхода 4, последовательно устанавливать с помощью переливного клапана 2 значения р₁ согласно таблице 2, поддерживая на выходе регулятора расхода давление 10 бар дросселем 6.

Таблица 2. Переменное давление на входе (имитация колебания давления в сети)

Построить характеристики Q(р₂) и Q(р₁) двухлинейного регулятора расхода.

Характеристики двухлинейного регулятора расхода

Вывод: регулятор расхода поддерживает расход постоянным (в диапазоне его регулирования) независимо от изменения давления, как перед ним, так и за ним.

Решение Б

Гидравлическая схема отрезного станка.

Схема, которая позволяла бы обеспечить как зависимую от нагрузки, так и постоянную, независимую от нагрузки на режущем инструменте подачу, должна содержать дроссель 1. 4 и регулятор расхода 1. 3.

Гидравлическая принципиальная схема отрезного станка

Дроссель 1. 4 и регулятор расхода 1. 3 необходимо установить параллельно, а включение того или иного гидроаппарата в работу производить путем переключения распределителя 1. 2, установленного последовательно с основным распределителем 1. 1.

Собрать схему на стенде. Настроить переливной клапан на 50 бар. Сравнить скоростные характеристики исполнительного механизма при использовании в гидросхеме дросселя и регулятора расхода.

Изменение нагрузки моделировать настройкой подпорного клапана 1. 7. Измерение времени хода штока гидроцилиндра проводить после каждой настройки клапана 1. 7, как для регулятора расхода, так и для дросселя.

Оба гидроаппарата предварительно должны быть отрегулированы таким образом, чтобы время прямого хода поршня без нагрузки, т. е. с полностью открытым клапаном подпора 1. 7, составляло примерно 5 с.

Результаты измерений давлений и времени выдвижения штока заносятся в следующую таблицу.

p₃, бар	Дроссель		Регулятор расхода
p₃, бар	Время выдвижения	p₂, бар	Время выдвижения	p₂, бар
			5, 5
			6, 5
			7, 6
			9, 7

Результаты измерений времени выдвижения штока цилиндра показывают, что двухлинейный регулятор расхода поддерживает скорость выдвижения штока постоянной практически во всем диапазоне нагрузок на исполнительном механизме. Только когда противодавление (давление p₂) становится слишком большим, перепад давления на регуляторе уменьшается настолько, что протекание через него неизменного расхода оказывается невозможным. Повышение давления перед регулятором расхода приводит к большему открытию переливного клапана и сбросу части жидкости, подаваемой насосом, на слив. После этого время прямого хода штока гидроцилиндра увеличивается.

При использовании регулируемого дросселя время прямого хода гидроцилиндра увеличивается с ростом противодавления p₂. Поэтому для привода подачи отрезной пилы следует выбрать дроссель.

Внимание! После выключения гидроагрегата, перед разборкой схемы необходимо уменьшить до минимума усилие поджатия регулировочной пружины подпорного клапана 1. 7 и переключить распределитель 1. 1 в позицию слива из штоковой полости гидроцилиндра - разгрузить цилиндр.

Задача 2

Постановка задачи

Стол строгального станка приводится в действие гидравлическим приводом с рабочим давлением 50 бар. Исполнительным механизмом является гидроцилиндр двустороннего действия.

Для оптимизации рабочего процесса привод станка работает в режиме «быстрый подвод - рабочая подача - быстрый отвод».

Задание

Разработать гидравлическую схему строгального станка, обеспечивающую режим работы «быстрый подвод - рабочая подача - быстрый отвод».

Собрать схему на стенде-тренажере.

Решение 2

Гидравлическая схема строгального станка, обеспечивающая режим работы «быстрый подвод - рабочая подача - быстрый отвод».

Гидравлическая принципиальная схема строгального станка обеспечивающая режим работы «быстрый подвод - рабочая подача - быстрый отвод»

Управление гидроцилиндром в собранной на стенде-тренажере экспериментальной модели гидропривода осуществляется 4/2 распределителем с ручным управлением 1. 1. В реальных схемах автоматический реверс рабочего стола станка обеспечивается распределителем с электромагнитным управлением.

Изменение скоростного режима движения штока гидроцилиндра 1. 0 осуществляется путевым выключателем 1. 4 (4/2 распределителя с управлением от толкателя с роликом), который направляет поток рабочей жидкости, либо напрямую к гидроцилиндру, либо через регулятор расхода 1. 2. Путевой выключатель 1. 4 устанавливают в месте, с которого цилиндр 1. 0 должен перейти в режим стабильной пониженной скорости, т. е. на рабочую подачу. Переключение распределителя 1. 4 осуществляется кулачком, установленным на штоке гидроцилиндра 1. 0. Длина кулачка x определяет максимально возможную величину рабочей подачи.

Принцип действия гидропривода.

При переключении распределителя 1. 1 осуществляется режим «быстрая подача» - жидкость от насосной станции через распределители 1. 1 и 1. 4 подается в поршневую полость цилиндра 1. 0 с расходом, равным подаче насосной станции.

Когда кулачок, установленный на штоке гидроцилиндра переключит распределитель 1. 4, расход жидкости, поступающей к гидроцилиндру, станет определяться настройкой двухлинейного регулятора расхода 1. 2 - начинается режим «рабочая подача».

Режим «быстрый отвод» осуществляется переводом распределителя 1. 1 в исходное состояние. Жидкость от гидростанции 0. 1 через распределитель 1. 1 подается в штоковую полость гидроцилиндра 1. 0. Слив жидкости из поршневой полости цилиндра осуществляется через обратный клапан 1. 3.

Собрать схему на стенде-тренажере, проверить ее работоспособность.

Лабораторная работа № 5

Позиционирование штока гидроцилиндра в промежуточном положении

Гидрозамок

Цель работы

Ознакомиться с работой гидрозамка.

Разработка, монтаж и наладка гидропривода с использованием гидрозамка

12 Следующая ⇒