Лабораторная работа 1 Статика

1.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Уфимский государственный авиационный технический университет» (ФГБОУ ВО «УГАТУ»)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ГИДРОПРИВОДА
Кафедра прикладной гидромеханики

2.

Цель работы:
Выполнить численное моделирование статических характеристик
гидропривода с объемным регулированием в математическом пакете
Mathcad.
Задачи:
2
- Разработать принципиальную (расчетную) схему гидропривода с
объемным регулированием, определить расчетные и исходные
параметры.
- Рассчитать и построить статические и динамические характеристики
гидропривода.
2

3.

Краткие теоретические сведения
Конструкция и характеристики гидропривода (ГП) обусловлены назначением
исполнительных (рабочих) органов машины, для которых этот ГП предназначен.
и
характеристиками
При составлении принципиальной гидравлической схемы необходимо широко использовать опыт разработки и
эксплуатации гидрофицированных машин, типовых гидравлических схем, использованных на машинах подобного
назначения. В ходе разработки гидравлической схемы решают такие принципиальные вопросы, как число потоков
гидросистемы, (одно- двух- или многопоточная), характер циркуляции рабочей жидкости (замкнутая или
разомкнутая), регулирование скорости привода (нерегулируемый, дроссельный или объемный), способ управления
(ручной, дистанционный или автоматический), вопросы размещения и компоновки элементов гидропривода.
Объемное (машинное) регулирование скорости рабочего органа при замкнутой системе циркуляции жидкости
находит широкое применение при большой мощности привода в тягачах, землеройно-транспортных машинах.
Дроссельное регулирование менее экономично, чем объемное и может применяться в ГП малой мощности и в
случаях кратковременного регулирования, т.е. в ГП, для которых вопросы экономичности не имеют решающего
значения.
В гидросистемах мобильных строительных и дорожных машин применяется, в основном, управление от
оператора ручное и дистанционное. Автоматическое управление гидроприводом применяют в случае необходимости
точного выполнения, например, планировочных работ на автогрейдерах, каналокопателях, бульдозерах.
3

4.

Принципиальной называют схему, определяющую полный состав элементов и связей между ними и, как правило,
дающую детальное представление о принципах работы изделия.
Элементы и устройства на схеме изображают в виде условных графических обозначений, установленных ГОСТ
2.704-2011 «Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Правила выполнения гидравлических и
пневматических схем».
При вычерчивании принципиальной схемы гидропривода все элементы, как правило, изображают в исходном
положении (гидравлические распределители - при отключенных управляющих электромагнитах, поршни цилиндров ―
перед совершением рабочего хода и т.д.).
Каждый элемент принципиальной гидравлической схемы привода или системы должен иметь буквенноцифровое позиционное обозначение.
Буквенное обозначение должно представлять собой сокращенное наименование элемента, составленное из его
начальных или характерных букв, например клапан ― К, дроссель ― ДР и т.д. (табл. 1).
Таблица 1
Буквенные позиционные обозначения основных элементов
4
Наименование элемента
Буквенное
обозначение
1
2
Аппарат теплообменный
AT
Вентиль
ВН
Влагоотделитель
ВД
Гидроаккумулятор (пневмоаккумулятор)
АК
Гидроаппарат (пневмоаппарат) золотниковый
РЗ

5.

Продолжение табл. 1
5
1
Гидроаппарат (пневмоаппарат) клапанный
Гидробак
Гидровытеснитель
Гидродвигатель (пневмодвигатель) поворотный
Гидродинамическая муфта
Гидродинамическая передача
Гидродинамический трансформатор
Гидродроссель (пневмодроссель)
Гидрозамок (пневмозамок)
Гидроклапан (пневмоклапан)
Гидроклапан (пневмоклапан) выдержки времени
Гидроклапан (пневмоклапан) давления
Гидроклапан (пневмоклапан) обратный
Гидроклапан (пневмоклапан) предохранительный
Гидроклапан (пневмоклапан) редукционный
Гидромотор (пневмомотор)
Гидропреобразователь
Гидрораспределитель (пневмораспределитель)
Гидроусилитель
Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
Делитель потока
2
РК
Б
ВТ
Д
МФ
МП
ТР
ДР
ЗМ
К
КB
КД
КО
КП
КР
М
ПР
Р
УС
Ц
ДП

6.

Окончание табл. 1
1
Компрессор
Манометр
Масленка
Маслораспылитель
Насос
Насос аксиально-поршневой
Насос-мотор
Насос пластинчатый
Насос радиально-поршневой
Пневмогидропреобразователь
Пневмоглушитель
Регулятор потока
Реле давления
Ресивер
Сепаратор
Сумматор потока
Термометр
Устройство (общее обозначение)
Устройство воздухоспускное
Фильтр
6
2
КМ
МН
МС
МР
Н
НА
НМ
НП
HP
ПГ
Г
РП
РД
PC
С
СП
Т
А
УВ
Ф

7.

В пределах одной группы элементы могут иметь порядковые номера (например, P1, Р2, т.д.).
Порядковые номера элементам следует присваивать в соответствии с последовательностью
их расположения на принципиальной схеме сверху вниз и слева направо. Если на схеме имеется
только один элемент данной группы, то его порядковый номер обычно не ставится. Позиционные
обозначения располагаются справа и сверху относительно условного графического обозначения
элемента.
Всем гидравлическим линиям на схеме присваиваются порядковые номера, начиная с
единицы, как правило, по направлению движения потока рабочей жидкости из бака насосной
станции; дренажные линии нумеруются в последнюю очередь и изображаются пунктиром.
Номера обычно ставятся около обоих концов линий, причем номера соответствующих
трубопроводов на схеме соединений, составляемой разработчиком станка, и принципиальной
схеме должны совпадать.
Расположение графических обозначений элементов и устройств на схеме должно примерно
соответствовать их действительному размещению в изделии.
При вычерчивании условных обозначений гидравлических двигателей рекомендуется
придерживаться определенного масштаба (диаметр цилиндра, величина перемещения и т.п.), то
же относится и к другим элементам привода (аппаратура, насосы, фильтры и т.п.). Вблизи
гидравлических двигателей ставятся стрелки с указанием направления и вида действия
(например, «зажим», «фиксация» и другие).
7

8.

Рабочие позиции гидравлических распределителей на принципиальных схемах обозначают
римскими цифрами или строчными буквами русского алфавита, при этом нейтральное положение
распределителя считается нулевым. Графические обозначения элементов следует располагать на
поле схемы таким образом, чтобы получить линии связи наименьшей длины, а также наименьшее
число их изломов и взаимных пересечений.
Данные об элементах, изображенных на принципиальной схеме, должны быть записаны в
перечне элементов, который помещают на первом листе схемы в виде таблицы или выполняют в
виде самостоятельного документа. Элементы привода в перечень записывают в алфавитном
порядке буквенных позиционных обозначений, указывая их наименование, тип и количество. В
примечании приводят основные параметры элементов гидропривода (рабочее давление, расход,
основные размеры гидравлических двигателей, тонкость фильтрации и т.п.).
В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные обозначения,
элементы располагаются по возрастанию порядковых номеров. Однотипные элементы (например,
распределители Р1, ..., Р4) записываются в одну строчку.
Кроме перечня элементов на принципиальной схеме приводится таблица всех основных
движений (элементов цикла), реализуемых гидроприводом, с указанием номеров включаемых при
этом управляющих электромагнитов распределителей. Электромагниты аппаратов и устройств
гидропривода нумеруют на схеме сверху вниз и слева направо цифрами по порядку, начиная с
единицы. Перед цифрами ставят буквы ЭМ (например, ЭМ1, ЭМ2 и т.д.).
8

9.

Составление принципиальной гидравлической схемы целесообразно начинать с составления
схемы «от двигателей», т.е. нанести на схему места расположения выбранных исполнительных
гидродвигателей, затем на их рабочих гидролиниях ― регулирующие и исполнительные аппараты
в соответствии с режимом работы и другими конкретными требованиями к работе каждого
двигателя. После этого объединить линии нагнетателя, слива и дренажа отдельных участков
схемы; при необходимости определить места установки редукционных клапанов, дросселей с
обратным клапаном (для пропускания потока в одном направлении и ограничения потока в
обратном) и других гидроаппаратов. Последним этапом является разработка гидросхемы
насосной установки, размещение фильтров и других вспомогательных элементов. Составленную
гидравлическую схему необходимо анализировать на безаварийность работы, т.е. оценить
поведение рабочих органов при возможных нарушениях в работе гидроаппаратов. При
необходимости в схему вводят дополнительные блокирующие устройства, гидрозамки,
исключающие возможность возникновения аварийных ситуаций.
Таким образом, основная номенклатура компонентов гидропривода определяется на стадии
составления принципиальной гидравлической схемы, далее уточняется и выбирается в процессе
расчета гидропривода.
9

10.

Принципиальная схема гидропривода с объемным регулированием
1 насос; 2 – предохранительный клапан; 3 – фильтр;
4 – ГР регулятора; 5 – ГЦ регулятора; 6 – управляющий ГР;
7 – исполнительный ГД; Ppit – давление питания;
Psl – давление на сливе; Up1, Up2 – напряжение на ЭМП;
i1(t), i2(t) – сила тока; x1(t), x2(t) – перемещение
золотника ГР; P1(t) – давление на входе в ГЦ регулятора;
P2(t) – давление на входе в исполнительный ГЦ;
y1(t), y2(t) – перемещение поршня ГЦ; Rst – статическая
нагрузка
10

11.

Выбор и расчет основных параметров и исходных данных
Для проектирования ГП необходимо иметь следующие данные:
• тип базовой
характеристика;
машины,
схема
исполнительных
рабочих
органов
и
их
техническая
• назначения гидропривода и требования, предъявляемые к нему;
• характеристика климатической зоны эксплуатации машины;
• принципиальная гидравлическая схема гидропривода;
• режим работы гидропривода;
• усилия на штоках гидроцилиндров и нагружающие моменты на валах гидромоторов;
• скорости перемещения истоков гидроцилиндров и частоты вращения валов гидромоторов.
От типа и назначения базовой машины, кинематики используемых рабочих органов, циклов и
режимов работы зависят гидравлическая схема, компоновка элементов гидросистемы и режим
работы гидропривода, каждый необходим при расчетах параметров гидромашин.
11

12.

Статические характеристики гидропривода
Статические характеристики гидропривода отражают свойства объемного ГП при
установившихся режимах работы, поэтому точки для построения статической характеристики
определяют при установившихся (постоянных) значениях скорости и силы (момента силы) на
выходном звене.
Рассмотрим основные статические характеристики объемных приводов.
Регулировочная характеристика объемного привода отражает зависимость скорости или
силы (момента силы) на выходном звене от управляющего воздействия.
По графику регулировочной характеристики оценивают линейность регулирования, зону
нечувствительности и возможный гистерезис объемного привода.
Нагрузочная характеристика показывает зависимость скорости выходного звена от силы
(момента силы), развиваемой для преодоления внешней нагрузки.
Малая кривизна и небольшой наклон графика нагрузочной характеристики свидетельствуют о
стабильной работе объемного привода.
Характеристика энергетических потерь (сокращенно ― энергетическая характеристика)
представляет собой зависимость КПД объемного привода от скорости или силы (момента силы) на
выходном звене.
На таких графиках видна область эффективной эксплуатации объемного привода, в которой КПД
имеет приемлемые значения.
12

13.

Построение статических характеристик ГП с объемным регулированием
Характеристика насоса привода подачи
1
0.97
7
10 2.5
P( γ , Q)
P.н
2
η .он( γ )
10
0.9
0.85
P_1 ( Q)
P_2 ( Q)
0.95
7
1
0.85
7
10
0
0
0
0
0
0.2
0.4
0.6
Q
Q.maxн
13
0
0.8
1
1
10
20
γ
30
25

14.

Построение статических характеристик гидромотора
3
4
10
4
2.492
4 10
4
10
2
4
10
M( P , n)
1
4
M .max
0
- 1.275
0
4
10
M .2 ( Q , n )
10
0
0
0
13
M .1 ( Q , n )
M .max
2
20
40
60
n
80
100
80.82
4
10
- 2
4
10
0
0
20
40
60
n ( Q) , n ( Q)
80
100
92.608

15.

Построение динамических характеристик ГП с объемным
регулированием
Перемещение
z
400
65.5
300
65.125
z
n , 1 200
0
n, 2
64.75
64.375
100
64
0 1.1 2.2 3.3 4.4 5.5
z
13
Угловая cкорость
n, 0
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2
z
n, 0

16.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Основы проектирования гидравлических приводов // Гидро-Максимум. 2016. URL: https://hydro-
maximum.com.ua/a328681-osnovy-proektirovaniya-gidravlicheskih.html (дата обращения: 25.09.2020).
2. Гидравлический расчет объемного гидропривода: учеб. пособие / Л. Е. Полякова и др. Улан-Удэ.:
ВСГТУ, 2002. 20 с.
3. Объемный гидропривод // С. А. Остренко. 2001. URL: http://bek.sibadi.org/fulltext/ED1893.pdf (дата
обращения: 25.09.2020).
22