Гидравлические приводы, используемые в управлении промышленными процессами, используют гидравлическое давление для привода выходного элемента. Они используются там, где требуется высокая скорость и большие усилия. Жидкость, используемая в гидравлическом приводе, обладает высокой несжимаемостью, поэтому прикладываемое давление может мгновенно передаваться на присоединенный к нему элемент. Больше о гидроприводах и гидронасосах вы можете узнать на сайте Sd-Tehno.
Что такое гидропривод?
когда для управления клапаном (например, клапанами главной паровой системы) требуется большое усилие, обычно используются гидравлические приводы. Гидравлические приводы бывают разных конструкций, наиболее распространены поршневые. Типичный гидропривод поршневого типа. Он состоит из цилиндра, поршня, пружины, гидравлической линии подачи и возврата и штока.
Поршень скользит вертикально внутри цилиндра и разделяет цилиндр на две камеры. Верхняя камера содержит пружину, а нижняя камера содержит гидравлическое масло. Гидравлическая линия подачи и возврата соединена с нижней камерой и позволяет гидравлической жидкости течь в нижнюю камеру привода и из нее. Шток передает движение поршня на клапан.
Первоначально при отсутствии давления гидравлической жидкости сила пружины удерживает клапан в закрытом положении. Когда жидкость поступает в нижнюю камеру, давление в камере увеличивается. Это давление приводит к силе на днище поршня, противоположной силе, создаваемой пружиной. Когда гидравлическое усилие превышает усилие пружины, поршень начинает двигаться вверх, пружина сжимается, и клапан начинает открываться.
По мере увеличения гидравлического давления клапан продолжает открываться. И наоборот, когда гидравлическое масло сливается из цилиндра, гидравлическое усилие становится меньше, чем усилие пружины, поршень движется вниз, и клапан закрывается. Регулируя количество масла, подаваемого или сливаемого из привода, клапан можно установить в положение между полностью открытым и полностью закрытым.
Принцип работы гидропривода аналогичен пневматическому приводу. Каждый из них использует некоторую движущую силу, чтобы преодолеть силу пружины для перемещения клапана. Кроме того, гидравлические приводы могут быть спроектированы так, чтобы открываться или закрываться при отказе, чтобы обеспечить отказоустойчивость.
Принцип работы системы гидравлического привода
Система гидравлического привода использует концепцию, предложенную Паскалем, широко известную как закон Паскаля или принцип Паскаля.
Закон Паскаля гласит, что давление, приложенное в определенной точке к замкнутой жидкости в сосуде, передается одинаково во всех направлениях как внутри жидкости, так и на стенки сосуда без каких-либо потерь.
Предположим, что если давление P приложено к площади A, то результирующая сила из-за приложенного давления будет
Ф = П * А
Теперь, если некоторая сила F приложена к меньшей площади, чтобы иметь давление P в замкнутой жидкости, то сила, создаваемая в результате этого на большей площади, может быть сравнительно больше, чем сила, создаваемая давлением.
Таким образом, приложенное давление в определенной точке используется для создания очень больших сил, и этот принцип используется в различных гидравлических системах.
Работа гидравлического привода
Основным компонентом устройства является пилотный клапан, также известный как золотниковый клапан, и главный цилиндр (или силовой цилиндр).
Он работает таким образом, что разность давлений, создаваемая в двух областях главного цилиндра, приводит к возникновению поступательного движения поршня. Давайте посмотрим, как работает гидравлический линейный привод, если главный цилиндр имеет две области. Эти две области получаются путем разделения главного цилиндра с главным поршнем. Таким образом, имеется две камеры главного цилиндра. Скорость, с которой жидкость течет внутри цилиндра, контролируется золотниковым клапаном. Золотниковый клапан имеет 4 порта, и каждый порт подключен к отдельной части системы. Два отдельных порта соединены с областью подачи и слива жидкости соответственно. В то время как два других порта соединены отдельно с двумя камерами главного цилиндра. Первоначально золотник находится в нейтральном положении, скажем, x = 0, и в этом положении внутри главного цилиндра не будет потока жидкости. Сборка гидравлического привода такова, что груз будет перемещаться в соответствии с потоком жидкости. Таким образом, когда входное смещение x равно 0, выходное смещение y также будет равно 0. Как только будет обеспечено определенное входное смещение, золотник сдвинется вправо. Движение золотника вправо заставляет жидкость из источника высокого давления двигаться к левой камере главного цилиндра. Таким образом, давление в левой камере цилиндра повышается сравнительно больше, чем в правой камере. Это приводит к возникновению ускоряющей силы, вызывающей движение груза. Таким образом, направление, в котором течет жидкость, соответствует направлению, в котором движется груз. Это действует как усиление мощности, как обсуждалось в принципе работы, потому что сила, прилагаемая для смещения клапана, сравнительно очень мала, чем создаваемая сила, которая фактически смещает нагрузку. Следовательно, таким образом работают гидроприводы.
Принцип работы гидравлических приводов
Гидравлические приводы используют давление жидкости, а не давление приборного воздуха, чтобы приложить усилие к диафрагме для перемещения привода клапана, а затем для позиционирования штока клапана.
Почти во всех конструкциях гидравлических приводов для преобразования давления жидкости в механическую силу используется поршень, а не диафрагма. Высокое номинальное давление поршневых приводов хорошо подходит для типичного давления в гидравлической системе, а смазывающая природа гидравлического масла помогает преодолеть характерное трение приводов поршневого типа.
Учитывая высокое номинальное давление большинства гидравлических поршней, с помощью гидравлического привода можно создавать огромные приводные усилия даже при небольшой площади поршня.
Например, гидравлическое давление 2000 фунтов на квадратный дюйм, приложенное к одной стороне поршня диаметром 3 дюйма, создаст линейную тягу, превышающую 14000 фунтов (7 тонн)!
В дополнение к способности гидравлических приводов легко создавать чрезвычайно большие усилия, они также демонстрируют очень стабильное позиционирование благодаря несжимаемости гидравлического масла. В отличие от пневматических приводов, где рабочая жидкость (воздух) является «эластичной», масло внутри цилиндра гидравлического привода не поддается заметной деформации под нагрузкой. Если проход масла к гидравлическому цилиндру и от него заблокирован небольшими клапанами, привод будет прочно «заперт» на своем месте.
Это важная функция для некоторых приложений позиционирования клапана, когда привод должен прочно удерживать положение клапана в одном положении. Некоторые гидравлические приводы содержат свои собственные насосы с электрическим управлением для подачи жидкости, поэтому клапан фактически управляется электрическим сигналом. Другие гидравлические приводы полагаются на отдельную гидравлическую систему (насос, резервуар, охладитель, ручные или электромагнитные клапаны и т. д.), чтобы обеспечить гидравлическое давление для работы. Однако системы подачи гидравлического давления, как правило, имеют более ограниченный физический диапазон, чем пневматические распределительные системы, из-за необходимости использования толстостенных трубок (для сдерживания высокого давления масла), необходимости продувки системы от всех пузырьков газа и проблема поддержания герметичности распределительной сети. Обычно нецелесообразно строить систему подачи и распределения гидравлического масла, достаточно большую, чтобы покрыть весь промышленный объект. Еще одним недостатком гидравлических систем по сравнению с пневматическими является отсутствие внутреннего накопления энергии. Системы сжатого воздуха в силу сжимаемости (упругости) воздуха естественным образом накапливают энергию в любых объемах под давлением и, таким образом, обеспечивают определенную степень «резервной» мощности на случай отключения основного компрессора. Гидравлические системы естественным образом не обладают этой желательной чертой. и, таким образом, обеспечить определенную степень «резервной» мощности на случай отключения основного компрессора. Гидравлические системы естественным образом не обладают этой желательной чертой. и, таким образом, обеспечить определенную степень «резервной» мощности на случай отключения основного компрессора. Гидравлические системы естественным образом не обладают этой желательной чертой.
Преимущества гидравлических приводов
Регулируемые гидроприводы широко используются в качестве приводов станков, прокатных станов, прессового и литейного оборудования, дорожных и строительных машин, транспортных и сельскохозяйственных машин и др. Ряд преимуществ по сравнению с механическими и электрическими передачами объясняет столь широкое их применение.
- бесступенчатая регулировка передаточного числа в широком диапазоне и возможность создания большого передаточного отношения
- малый удельный вес, т.е. вес гидропривода по отношению к передаваемой мощности (0, 2…0, 3 кг/кВт)
- возможность простой и надежной защиты двигателя от перегрузок
- малая инерционность вращающихся частей, обеспечивающая быструю смену режимов работы (пуск, разгон, реверс, остановка)
- простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное
- возможность позиционирования гидродвигателя на удалении от источника энергии и свобода конфигурирования.
Недостатки гидроприводов
- КПД объемного гидропривода несколько ниже КПД механической и электрической передач, а при регулировании снижается
- условия работы гидропривода (температура) влияют на его характеристики
- КПД гидропривода несколько снижается по мере исчерпания его ресурса из-за увеличения люфтов и увеличения расхода жидкости (падение объемного КПД)
- чувствительность к загрязнению рабочей жидкости и необходимость высокой культуры обслуживания.