Механические характеристики гидро- и пневмоцилиндров Исполнитель

Механические характеристики гидро- и пневмоцилиндров

{spoiler=Далее}

Механические характеристики гидро- и пневмоцилиндров

         Решающее влияние на динамику работы машин оказывает механическая характеристика двигателя, в данном случае гидроцилиндра или пневмоцилиндра. Рассмотрим ее подробнее.

         Начнем с механической характеристики гидропривода. В этом случае двигателем машины является гидроцилиндр 4 (рис. 8.1а), включенный в гидравлическую систему, содержащую бак 1 с рабочей жидкостью, гидронасос 2 и орган управления (золотник) 3, связанные трубопроводами. Определяющим показателем гидросистемы является техническая характеристика гидронасоса, то есть, его производительность и давление жидкости навыходе.

Рис. 8.1.

В гидроприводах транспортных, технологических машин и роботов ис­пользуются преимущественно шестеренные, плунжерные, аксиально-поршне­вые и пластинчатые насосы с производительностью от 10 до 200 литров в минуту и развиваемым давлением жидкости от 0,5 до 10 МПа [6].

При положении золотника, показанном на рис. 8.1, жидкость от насоса подается в поршневую полость 5 гидроцилиндра и поршень со штоком перемещается слева направо. Если внешняя сила полезного сопротивления F_C и силы трения между поршнем, штоком и цилиндром отсутствуют, то поршень будет двигаться с максимальной скоростью, определяемой производительностью насоса, а давление в поршневой полости, значит, и сила двигателя, будут равны нулю. Жидкость из штоковой полости 6 при этом сливается в бак.

         Максимальная скорость поршня определяется делением производительности насоса на площадь поршня. С учетом преобразования размерностей имеем:

  (м/с)                             (8.1)

где: Q – производительность гидронасоса в л/мин;

D – диаметр гидроцилиндра в м.

         Заметим, что практически поршень никогда не достигает максимальной скорости из-за неизбежного трения в уплотнениях между поршнем, штоком и цилиндром; кроме того, жидкость из штоковой полости в бак сливается с про­тиводавлением из-за трения в трубопроводах и дросселирования в органах управления.

         Если к штоку приложить силу сопротивления F_C, то его скорость уменьшится, а давление в поршневой полости (и сила двигателя F_Д) возрастет, причем уменьшение скорости будет пропорционально увеличению силы. Следует сказать, что эта зависимость силы от скорости для гидроцилиндров, питаемых насосами разных типов, может быть различна, однако во всех упомянутых случаях (то  есть, с насосами шестеренными, аксиально-поршневыми, плунжерными и пластинчатыми) она близка к линейной. Поэтому можно считать, что рабочая часть механической характеристики гидроцилиндра (а на рис. 8.1б) – это прямая линия, наклоненная к оси абсцисс.

         Уменьшение скорости поршня при увеличении нагрузки объясняется многими причинами, главными из которых являются утечки в гидронасосе и органах управления, а также, сжимаемость жидкости при высоких давлениях [6].

         Итак, с увеличением внешней силы полезного сопротивления F_C скорость штока падает, а сила гидроцилиндра растет до вполне определенной величины, диктуемой максимальным давлением гидронасоса. Эта максимальная сила двигателя рассчитывается по формуле:

  (Н)                              (8.2)

где р – давление, развиваемое гидронасосом в МПа.

         При достижении гидроцилиндром максимальной силы скорость поршня становится минимальной v_min (рис. 8.1б). Величина падения скорости зависит от типа насоса и аппаратуры управления. В среднем можно считать, что это падение достигает (20 4 30) %, то есть,

         Если внешняя сила F_C становится больше, чем максимальная сила гидроцилиндра F_Дmax, то поршень останавливается, под ним сохраняется максимальное давление (б на рис. 8.1б), а избыток жидкости сливается в бак через предохранительный клапан (на схеме не показан).

Перейдем теперь к пневмоприводу. Пневмопривод в виде пневмоцилиндра применяется в транспортных и технологических машинах, а также, в промышленных роботах.

         В транспортных машинах пневмоцилиндры используются для привода вспомогательных механизмов, чаще всего – это механизмы торможения тяжелых автобусов, грузовиков и поездов. Пневмоцилиндры включаются в схему, аналогичную показанной на рис. 8.1а, где вместо гидронасоса – компрессор, а вместо бака с жидкостью – атмосфера. Максимальная скорость поршня и сила пневмоцилиндра рассчитываются по вышеприведенным формулам, но с учетом технической характеристики компрессора.

Однако наиболее широко пневмопривод используется в технологических машинах и роботах, установленных на промышленных предприятиях, где сжатый воздух подается из заводской пневмосети, питаемой стационарным компрессором большой производительности. Техническими показателями пневмосети является давление сжатого воздуха и скорость его истечения из штуцера, предназначенного для питания технологической машины или промышленного робота.

         Давление сжатого воздуха в заводских пневмосетях может доходить до 0,5 МПа, однако при инженерных расчетах следует принимать меньшее значение – 0,48 МПа [11].

         Что касается скорости истечения сжатого воздуха, то эту характеристику пневмосети удобно выразить через производительность Q, измеряемую в м³/мин, как это принято в пневмосетях. При средних скоростях истечения (7 4 15) м/с и диаметрах отверстия штуцера (10 4 15) мм эта производительность может быть принята Q = (0,06 4 0,16) м³/мин.

Механическая характеристики пневмоцилиндра показана на рис. 8.1в. При увеличении нагрузки на штоке от нуля до максимально возможной величины его скорость изменяется по линейному закону от максимального значения не до конечной величины, как у гидроцилиндра, а до нуля [11]. Это объясняется разными свойствами жидкости (в гидросистеме) и газа (в пневмосистеме), в основном, значительно большей сжимаемостью газа по сравнению с жидкостью.

         Максимальная скорость поршня будет рассчитываться иначе, так как производительность здесь задается не в л/мин, а в м³/мин.

           (м/с)                                (8.3)

         Максимальная сила пневмоцилиндра рассчитывается по формуле (8.2), где р = 0,48 МПа.

         Таким образом, механическая характеристика пневмоцилиндра представляет собой прямую линию, соединяющую точку максимальной скорости на оси абсцисс и максимальной силы на оси ординат.

{/spoilers}