МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Н. А. Симанин, Е. Н. Ярмоленко
ГИДРАВЛИКА, ГИДРОПРИВОДЫ
И ГИДРОАВТОМАТИКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Министерство образования Российской Федерации
Пензенский государственный университет
Н. А. Симанин, Е. Н. Ярмоленко
ГИДРАВЛИКА, ГИДРОПРИВОДЫ И ГИДРОАВТОМАТИКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Допущено учебно-методическим объединением вузов
по образованию в области автоматизированного машиностроения
в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по специальностям ‘‘Технология машино-
строения” и “Металлообрабатывающие
станки и комплексы” (направление подготовки
дипломированных специалистов - “Конструкторско-технологическое обеспечение
машиностроительных производств”)
Издательство
Пензенского государственного
университета
Пенза 2003
Наградной
логотип
вуза
УДК 621.9.06.82
С 37
Рецензенты:
НТС ООО ПКФ “Промсервис”
Заместитель главного конструктора
ООО “Ремармзавод”, г. Пенза
А. П. Ципляев
С 37	Симанин Н. А. Гидравлика, гидроприводы и гидроавтоматика техно-
логического оборудования / Н. А. Симанин, Е. Н. Ярмоленко: Учеб, по-
собие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2003. - 132 с.: 58 ил., 17 табл.,
библиогр. 7 назв.
ISBN 5-94170-021-0
Учебное пособие содержит общие сведения по основным разделам дис-
циплин «Гидравлика» и «Гидроприводы и гидроавтоматика технологического
оборудования», описания конструкций машин и аппаратов, широко исполь-
зуемых в гидроприводах, варианты их применения и методики эксперимен-
тальных исследований. В приложениях 1 и 2 даны соотношения единиц СИ с
другими единицами и условные графические обозначения элементов гидро-
привода и их наименования. Работа дает возможность приобрести знания,
необходимые при эксплуатации и исследовании гидрофицированного техно-
логического оборудования и средств гидроавтоматики.
Книга подготовлена на кафедре «Металлообрабатывающие станки и ком-
плексы» и предназначена для студентов машиностроительных специально-
стей вузов.
ISBN 5-94170-021-0
УДК 621.9.06.82
© Издательство Пензенского государственного
университета, 2003
© Симанин Н. А., Ярмоленко Е. Н., 2003
Раздел I
Общие сведения о гидроприводах
Проектирование и эксплуатация гидрофицированного технологи-
ческого оборудования неразрывно связаны с изучением законов рав-
новесия и движения жидкости, а также умением применять эти зако-
ны при решении практических задач. Прикладная наука, занимаю-
щаяся этими вопросами, называется гидравликой.
Гидравлика состоит из двух разделов: гидростатики и гидродина-
мики.
Гидростатика - раздел гидравлики, в котором изучаются законы
жидкости, находящейся в состоянии покоя, а именно, законы равно-
весия жидкости и законы распределения давления внутри жидкости
и ее действие на погруженные в жидкость тела, а также законы отно-
сительного покоя жидкости.
Гидродинамика - раздел гидравлики, в котором изучаются законы
движения жидкости и ее взаимодействие с твердыми телами при их
относительном движении. Основным уравнением гидродинамики
является уравнение Бернулли, которое устанавливает связь между
скоростью движения и давлением жидкости при установившемся
движении.
Современный металлообрабатывающий станок представляет со-
бой сложный технологический комплекс, в состав которого входит
множество механизмов и устройств, приводящих в действие рабочие
органы оборудования. Для реализации движений, положений или
усилий на рабочих органах используют механические, электриче-
ские, гидравлические, пневматические и комбинированные приводы.
Объемным гидроприводом называют совокупность устройств,
предназначенных для приведения в действие механизмов и машин
посредством рабочей жидкости под давлением, в станках объемный
гидропривод обеспечивает реализацию и управление движений, по-
ложений или усилий на рабочих органах, для чего в состав привода
включают один или несколько объемных гидродвигателей.
Принцип работы объемного гидропривода основан на законе Пас-
каля и высоком модуле упругости рабочей жидкости, т. е. на способ-
ностях жидкости передавать давление и незначительно изменять
свой объем под действием внешних сил. При работе гидропривода
используется преимущественно потенциальная энергия потока жид-
кости, находящейся под избыточным давлением.
Гидроустройства, входящие в состав объемного гидропривода,
образуют гидросистему. На рисунке показана структурная схема
объемного гидропривода. Каждое из входящих в состав гидроприво-
да устройств выполняет определенные функции посредством взаи-
модействия с рабочей жидкостью.
Механическая	Гидравлическая	Механическая
энергия	энергия	энергия
Объемный насос преобразует механическую энергию приводного
двигателя в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости за
счет циклического изменения объема рабочих камер, герметично
отделенных друг от друга и попеременно сообщающихся с входом и
выходом насоса. В станкостроении преимущественное применение
получили пластинчатые насосы с приводом от трехфазных асин-
хронных электродвигателей.
Объемный гидродвигатель преобразует энергию потока рабочей
жидкости в механическую энергию выходного звена, которое непо-
средственно или через механическую передачу соединено с рабочим
органом станка (нагрузкой). По характеру движения выходного зве-
на различают: гидроцилиндры с ограниченным возвратно-поступа-
тельным движением; поворотные гидродвигатели с ограниченным
углом поворота и гидромоторы с неограниченным вращательным
4
движением выходного звена. Выходным звеном гидроцилиндра яв-
ляется шток или плунжер, а выходным звеном поворотного гидро-
двигателя и гидромотора является вал. Выходным звеном объемного
гидродвигателя может быть его корпус, если шток, плунжер или вал
закреплены неподвижно.
Двигатель является основным определяющим устройством гид-
ропривода. Работа всех устройств гидросистемы в конечном итоге
направлена на обеспечение необходимых качественных и количест-
венных показателей работы гидродвигателя, а следовательно, и тех-
нических характеристик станка в целом.
Тип гидродвигателя в проектируемой системе определяется ха-
рактером движения рабочего органа станка, максимальными значе-
ниями величины и скорости перемещения, максимальными нагруз-
ками на выходном звене в процессе работы привода. Для обеспече-
ния возвратно-поступательного движения с перемещением рабочего
органа в пределах 1000 мм рекомендуется использовать нормализо-
ванные поршневые гидроцилиндры двухстороннего действия с одно-
сторонним штоком. При больших перемещениях целесообразно
применение ходовых винтов с различным шагом нарезки и числом
заходов резьбы от одного до трех, приводимых во вращение от нере-
гулируемых аксиально-поршневых гидромоторов. В последнем слу-
чае гидромотор соединяют с ходовым винтом через упругую муфту
или одноступенчатую зубчатую передачу.
Гидроаппаратура предназначена для управления потоком рабочей
жидкости и обеспечивает изменение или поддержание заданных зна-
чений давления и расхода жидкости, либо изменение направления,
пуск и остановку потока масла в двух или более гидролиниях в зави-
симости от наличия внешнего управляющего воздействия. Различа-
ют регулирующую гидроаппаратуру, которая управляет давлением,
расходом и направлением потока рабочей жидкости путем частично-
го открытия рабочего проходного сечения, и направляющую гидро-
аппаратуру, которая управляет пуском, остановом и направлением
потока путем полного открытия или полного закрытия рабочего про-
ходного сечения. К регулирующей гидроаппаратуре относят гидро-
клапаны, гидродроссели, регуляторы расхода, дросселирующие гид-
5
рораспределители и т. п. Группу направляющей гидроаппаратуры
составляют гидрораспределители золотникового, клапанного и кра-
нового типов.
Кондиционеры рабочей жидкости служат для обеспечения необ-
ходимых качественных показателей и состояния рабочей жидкости
(чистоты, температуры и т. п.). Устройствами, относящимися к этой
группе, являются гидроочистители (фильтры), предназначенные для
очистки рабочей жидкости от загрязняющих примесей, и теплооб-
менники, служащие для нагрева или охлаждения масла. В станочных
гидроприводах в качестве гидроочистителей широко используют
сетчатые, щелевые и пористые фильтры, а заданную температуру
рабочей жидкости в баке гидросистемы обеспечивают обычно за
счет воздушного охлаждения.
Гидроемкости предназначены для содержания в них рабочей
жидкости, используемой в процессе работы объемного гидроприво-
да. Различают гидробаки, в которых жидкость содержится, как пра-
вило, под атмосферным давлением, и гидроаккумуляторы, жидкость
в которых находится под избыточным давлением. Часто гидробаки
входят в состав насосных установок, являясь несущей конструкцией,
на которой монтируется большая часть устройств гидросистемы.
Гидролинии служат для движения рабочей жидкости и передачи
давления от одного гидроустройства к другому или от одной полости
к другой внутри устройства. По назначению различают всасываю-
щие гидролинии, по которым масло движется к насосу из бака; на-
порные линии, по которым рабочая жидкость под давлением дви-
жется от насоса (гидроаккумулятора) к объемному гидродвигателю и
другим устройствам; сливные гидролинии, соединяющие гидродви-
гатель или другие гидроаппараты с баком; гидролинии управления,
по которым жидкость подводится к гидроустройствам для управле-
ния ими; дренажные гидролинии, по которым отводятся в бак утечки
жидкости из нерабочих полостей гидроустройств. Конструктивно
гидролинии представляют собой трубопроводы, рукава (шланги) вы-
сокого давления, каналы и соединения.
Важным элементом объемного гидропривода является рабочая
жидкость, с помощью которой гидравлическая энергия передается от
6
источника (объемного насоса или гидроаккумулятора) к потребите-
лю (объемному гидродвигателю). Кроме того, жидкость смазывает
поверхности трения внутри гидравлических устройств, предотвра-
щает коррозию и, в результате беспрерывной циркуляции, в значи-
тельной степени способствует отводу тепла от источников его выде-
ления. В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах ис-
пользуют минеральное масло.
С целью уменьшения габаритов и массы объемных гидроприво-
дов широко используют комбинированные устройства, включающие
в себя блоки гидроаппаратов, гидропанели, насосные агрегаты и ус-
тановки и т. п.
В состав станочных гидроприводов обычно входит большое число
электрических устройств (электродвигатели, электромагниты, ко-
нечные выключатели и т. п.), а также средства контроля и измерения.
При механизации и автоматизации различных операций и техно-
логических процессов для преобразования и передачи энергии рабо-
чим органам машин и механизмов применяют различные виды при-
водов: механические, электрические, пневматические, гидравличе-
ские и комбинированные (электромеханические, электрогидравличе-
ские и т. п.).
Широкое использование гидроприводов в машиностроении опре-
деляется рядом их существенных преимуществ перед другими типа-
ми приводов аналогичного назначения и, прежде всего, возможно-
стью получения больших усилий и мощностей при ограниченных
размерах и массе гидродвигателей, что объясняется высокой напря-
женностью рабочей среды (номинальное давление рабочей жидкости
может достигать 32 МПа). Наименьшие габаритные размеры объем-
ных гидромашин, как правило, определяются конструктивно, в то
время как наименьшие размеры электрических машин обычно опре-
деляются допустимой плотностью магнитного потока и условиями
нагрева и охлаждения.
Гидроприводы обеспечивают возможность плавного бесступенча-
того регулирования скорости движения выходного звена и сравни-
тельно широкий диапазон регулирования (например, отношение
7
максимальной частоты вращения вала гидромотора к минимальной
составляет во многих случаях 1000).
Высокое быстродействие и точность отработки сигналов управ-
ления, а также легкость регулирования гидропривода объясняются
тем, что подвижные части объемных гидромашин обладают малой
инерционностью. На гидромотор приходится обычно не более 5%
момента инерции приводимого им в действие механизма, а для гид-
роцилиндра этот показатель может быть еще меньше, поэтому время
их разгона и торможения не превышает сотых долей секунды. Часто-
та реверсирования некоторых гидродвигателей может достигать
200 реверсов в минуту, что позволяет эксплуатировать привод в ди-
намических режимах с требуемым качеством переходных процессов.
Гидроприводы обеспечивают высокий коэффициент усиления
мощности при малом числе каскадов усиления. Например, в объем-
ных гидроприводах коэффициент усиления мощности одного каска-
да (отношение мощности на выходе к мощности на входе), может
достигать 1000.
Простота и надежность защиты гидросистем от перегрузки и точ-
ный контроль действующих усилий позволяют использовать гидро-
привод при работе по жестким упорам с длительной остановкой гид-
родвигателя под нагрузкой и обеспечивают надежность и безопас-
ность эксплуатации привода.
С помощью гидроцилиндров удается получить прямолинейное
движение без кинематических преобразований, а также обеспечить
определенное соотношение скоростей прямого и обратного хода.
Особо следует отметить предельную простоту конструкции и высо-
кий КПД гидроцилиндров, достигающий 0,99.
Широкое применение стандартных и унифицированных уст-
ройств позволяет снизить затраты на проектирование и изготовление
гидроприводов, повысить надежность их эксплуатации и ремонто-
пригодность.
В современных станках и гибких производственных системах с
высокой степенью автоматизации цикла требуется реализация мно-
жества различных движений. Компактные гидродвигатели легко
встраиваются в станочные механизмы и соединяются с насосной ус-
8
тановкой. Такая система открывает широкие возможности для авто-
матизации цикла, контроля и оптимизации рабочих процессов, при-
менения различных систем управления, легко поддается модерниза-
ции.
Гидроприводы имеют и ряд недостатков, которые ограничивают
их использование. Это, в первую очередь, потери на трение и утечки,
снижающие КПД привода и вызывающие нагрев рабочей жидкости.
Изменение вязкости масла при его нагреве приводит к изменению
скорости движения рабочих органов. Внутренние утечки затрудняют
точную координацию движений гидродвигателей. Работоспособ-
ность гидросистем существенно зависит от качественных показате-
лей и состояния рабочей жидкости.
Технологическое оборудование, содержащее в своем составе гид-
равлические приводы рабочих органов, обычно имеет автономный
источник гидравлической энергии (насосную установку). Насосная
установка размещается в непосредственной близости от станка, при
этом для нее требуется дополнительная производственная площадь,
или встраивается в станок, что приводит к заметному увеличению
габаритов и массы станка.
Узлы гидропривода сравнительно трудоемки в изготовлении, так
как подвижные элементы насосов, гидродвигателей и аппаратов ча-
ще всего уплотняются за счет малых зазоров между трущимися по-
верхностями. Поэтому для их изготовления зачастую требуется при-
менение специального оборудования, инструмента и технологии, что
может быть экономически оправдано при централизованном произ-
водстве гидроаппаратуры и гидромашин на специализированных за-
водах.
В некоторых отраслях промышленности и видах производства
возможность использования минерального масла в гидроприводах
исключается по соображениям пожарной безопасности. Применение
негорючих рабочих жидкостей удорожает гидроприводы.
При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации
гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму.
Критический анализ приводов различного типа применительно к
конкретным условиям того или иного станка позволяет выбрать оп-
9
тимальное техническое решение. Применение гидропривода целесо-
образно лишь в тех случаях, когда его преимущества имеют решаю-
щее значение. Опыт проектирования и эксплуатации станочных гид-
роприводов позволяет рекомендовать их использование при мощно-
стях не менее 5 кВт. Если привод может быть успешно реализован
средствами гидравлики или электротехники, предпочтение должно
быть отдано последней.
Гидроприводы используют в механизмах подач, смены инстру-
мента, зажима, копировальных суппортах, устройствах для транс-
портирования, уравновешивания, разгрузки, фиксации, устранения
зазоров, переключения зубчатых колес, привода смазочных насосов,
блокировок, уборки стружки, перемещения ограждений, поворота
столов и револьверных головок, перемещения пинолей и т. п.
Наиболее эффективно применение гидроприводов в станках с
возвратно-поступательным движением рабочего органа, в высокоав-
томатизированных многоцелевых станках, агрегатных станках и ав-
томатических линиях, гибких производственных системах. Гидро-
приводами оснащают более трети выпускаемых промышленных ро-
ботов.
Основными направлениями развития станочных гидроприводов
являются: улучшение энергетических и эксплуатационных характе-
ристик гидрооборудования, повышение его быстродействия, расши-
ряющееся применение следящего и пропорционального дистанцион-
ного управления, обеспечивающих связь современных электронных
систем с исполнительными устройствами гидропривода.
Постоянное расширение областей применения гидропривода, не-
прерывный рост и совершенствование производства гидравлических
машин, аппаратов и вспомогательных устройств требуют от совре-
менного инженера знания основных законов и понятий гидравлики,
принципов работы и структуры гидропривода, типовых конструкций
входящих в него элементов, а также приобретения практических на-
выков, необходимых при эксплуатации гидрофицированного техно-
логического оборудования и средств гидроавтоматики.
Раздел II
Г идравлика
Лабораторная работа Ng 1
Изучение приборов
для измерения давления жидкости
Цель работы: изучить принципы действия и типовые конструк-
ции приборов для измерения давления жидкости, основные правила
их эксплуатации, приобрести практические навыки поверки механи-
ческих манометров методом грузов и методом сличения.
Общие сведения
Давлением Р жидкости называют физическую величину, равную
отношению нормальной составляющей равномерно распределенной
силы F к площади S поверхности, на которую действует сила,
Р - F/S.	(1.1)
Единицей давления в Международной системе единиц (СИ) явля-
ется паскаль (1 Па = 1 Н/м2). Для удобства измерения давления в
технике целесообразно применять единицу, кратную паскалю, - ме-
гапаскаль (1 МПа = 106 Па). Наряду с указанной единицей, в маши-
ностроении до настоящего времени продолжают использовать вне-
системную - техническую атмосферу (1 ат = 1 кгс/см2 «0,1 МПа).
Если давление Р отсчитывают от абсолютного нуля, то его назы-
вают абсолютным, а если отсчитывают от атмосферного давления Ра,
т. е. от условного нуля, то его называют избыточным (РИЗб)- Следова-
тельно, абсолютное давление
Рабс ~ Ра + Ризб.	(1 *2)
В промышленной гидравлике атмосферное давление принимают
постоянным и равным 0,1 МПа.
Недостаток давления до атмосферного называют вакуумом. Ваку-
ум Радк есть разность между атмосферным давлением Ра и абсолют-
ным давлением Рабс в разреженной области
Рвак ~ Ра ~ Рабе-	(1-3)
11
В некоторых случаях величину вакуума выражают в процентах,
принимая за 100% давление 0,1 МПа.
Действие объемного гидропривода основано на использовании
энергии жидкости, находящейся под избыточным давлением. Вели-
чина давления определяет силовые характеристики гидродвигателей
и машины в целом. Настройка необходимого рабочего давления в
гидросистеме возможна только при наличии соответствующих изме-
рительных приборов.
Приборы для измерения давления жидкости
Для измерения давления используют приборы, которые по прин-
ципу действия делятся на жидкостные, грузопоршневые, механиче-
ские и др.
К жидкостным относятся простейшие приборы, принцип действия
которых основан на уравновешивании измеряемого давления или
разности давлений в двух точках гидросистемы, давлением столба
жидкости в стеклянной трубке прибора.
На рис. 1.1 показан жидкостный вакуумметр, включенный во вса-
сывающий трубопровод, соединяющий бак гидросистемы с насосом.
Верхний конец трубки открыт, поэтому на поверхность жидкости в
трубке, так же как и на поверхность жидкости в баке, действует ат-
мосферное давление.
Величину вакуума определяют по формулам
Рвак = (Й>-Л2)рЯ	(1.4)
ИЛИ
Рвак = (Й1-Ш	(1.5)
где й] и й2 - соответственно показания вакумметра до пуска насоса и
при его работе, м; р - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение
свободного падения, м/с2; у - удельный вес жидкости, Н/м3.
Для измерения разности давлений в двух точках гидросистемы
используют дифференциальный ртутный манометр, представляю-
щий собой U-образную стеклянную трубку, верхние концы которой
подключены к контролируемым точкам системы, а нижняя изогнутая
часть заполнена ртутью.
12
Рис. 1.1
На рис. 1.2 показано простейшее диафрагменное устройство для
измерения расхода жидкости, в котором применен такой манометр.
Разность давлений Pi до и Р2 после диафрагмы может быть опреде-
лена по формулам
AP = PI-P2 = /»g(ppT-p)	(1.6)
или
ДР = Р1-Р2 = Л(урт-у),	(1.7)
где h - показание дифференциального манометра, м; g - ускорение
свободного падения, м/с2; ррт и у рт - соответственно плотность
(кг/м3) и удельный вес (Н/м3) ртути; р и у - соответственно плотность
(кг/м3) и удельный вес (Н/м3) жидкости, проходящей через расходо-
мер.
Расход жидкости определяется по формуле
Q = Cjh ,	(1.8)
где С - постоянная расходомера, м5/2/с; h - показание дифферен-
циального манометра, м.
13
Жидкостные приборы позволяют измерять давление жидкости
с высокой точностью (до 10’5 МПа), которая остается постоянной
в процессе эксплуатации. Приборы просты по конструкции и имеют
неограниченный срок службы. Основным недостатком являет-
ся ограниченный предел измеряемого давления (обычно не более
0,01 МПа), поэтому их применяют в основном в лабораторных
условиях.
В грузопоршневых приборах измеряемое давление, действующее
на поршень, уравновешивается давлением, создаваемым внешней
силой (обычно грузом). Грузопоршневые манометры обеспечивают
точность измерения давления до 10’3 МПа, при этом предел измере-
ния таких приборов обычно не превышает 5 МПа.
В механических приборах измеряемое давление жидкости воз-
действует на упругий элемент (трубку, мембрану, сильфон), вызывая
его деформацию. Величина деформации упругого элемента одно-
значно определяет величину измеряемого давления.
Наиболее распространенными являются механические пружин-
ные манометры, в качестве упругого (чувствительного) элемента ко-
торых используют латунную (при измеряемых давлениях до 2,5 МПа)
или стальную (при давлениях выше 2,5 МПа) трубку эллиптического
сечения (рис. 1.3).
Под действием избыточного давления тонкостенная трубка 2 рас-
прямляется, поворачивая через тягу 5 и зубчатый сектор 6 зубчатое
колесо 3, жестко связанное со стрелкой 4 манометра. Последняя пе-
14
ремещается относительно шкалы 1 с делениями и устанавливается в
определенном положении, соответствующем давлению в контроли-
руемой точке гидросистемы. Масло в трубку 2 подводится через
отверстие в штуцере 7.
По своему назначению манометры подразделяют на промыш-
ленные (обычного назначения) и образцовые. В соответствии с
ГОСТ 2405-88 манометры общего назначения имеют классы точно-
сти 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5 или 4. Под классом точности К понимают
отношение наибольшей допустимой погрешности измерения Д к
верхнему пределу измерений давления П манометра:
К = А. ЮО.	(1.9)
Для поверки технических манометров применяются образцовые
приборы классов точности 0,15; 0,25 или 0,4. Манометры различаются
15
также по верхнему пределу измерения давления (от 0,06 до 160 МПа)
и диаметру корпуса (от 60 до 250 мм).
При эксплуатации манометров рабочее давление не должно пре-
вышать % верхнего предела измерений. Для защиты от резких коле-
баний давления и гидравлических ударов рекомендуется подключать
манометры к гидросистеме через специальные переходники с дрос-
селем, вентили или переключатели манометра. На рис. 1.3 показан
дроссель (сопротивление) для подключения манометра, представля-
ющий собой переходник 8, в гладкое отверстие которого запрессован
винт 9. Масло поступает в манометр через образованную этим соеди-
ненинем винтовую канавку.
Механические манометры по сравнению с жидкостными и грузо-
поршневыми отличаются большей портативностью, универсально-
стью, простотой эксплуатации, значительным диапазоном измеряе-
мых давлений.
Основным недостатком механических манометров является уве-
личение погрешности измерения давления в процессе эксплуатации,
что объясняется накоплением остаточных деформаций упругого
элемента, изменением упругих свойств его материала, износом пере-
даточного механизма от упругого элемента к стрелке манометра.
Поэтому точность механических манометров нужно периодически
поверять.
Методики поверки точности механических манометров
Поверка точности манометров производится на специальном уст-
ройстве, схема которого показана на рис. 1.4.
Устройство содержит поверяемый МН1 и образцовый МН2
манометры, емкость 1 с запасом жидкости 2, нагружающий гидро-
цилиндр 8, грузопоршневой манометр 5, вентили ВН1, ВН2, ВНЗ,
ВН4. Поршень 7 цилиндра перемещается вручную с помощью махо-
вика 6 и винтовой передачи. Внутри колонки грузопоршневого ма-
нометра вертикально размещен подвижный поршень 4. Избыточное
давление масла, действующее на поршень, уравновешивается давле-
нием, создаваемым грузами 3, устанавливаемыми сверху на тарелку
поршня 4.
16
МН1
3
Рис. 1.4
Устройство позволяет производить поверку манометров двумя
методами: методом грузов и методом сличения.
Метод грузов обеспечивает большую точность и обычно приме-
няется для поверки образцовых манометров.
Поверка образцового манометра МН2 методом грузов произво-
дится в следующем порядке. При закрытых вентилях ВН1, ВИЗ, ВН4
и открытом вентиле ВН2 с помощью гидроцилиндра 8 производят
заполнение гидросистемы маслом из емкости 1. Вентиль ВН2 закры-
вают, а вентили ВИЗ и ВН4 открывают. Медленным вращением ма-
ховика 6 в гидросистеме повышают давление жидкости до подъема
поршня 4 с тарелкой. Давление в системе будет равно 0,1 МПа
(1 кгс/см2), когда кольцевая риска на поршне 4 установится в плос-
кости верхнего торца гайки грузопоршневого манометра (положение
равновесия). Стрелка поверяемого манометра должна показать от-
метку на шкале, соответствующую установившемуся в системе дав-
лению.
Поверка производится до предела измерения манометра в точках,
равномерно распределенных по шкале. Для этого на тарелку порш-
ня 4 последовательно устанавливают грузы 3 и с помощью гидроци-
линдра 8 повышают давление в системе устройства до восстановив-
шегося положения равновесия. Достигнув предельного давления,
манометр выдерживают под нагрузкой в течение одной минуты. При
17
этом стрелка должна оставаться неподвижной, что свидетельствует о
герметичности манометра и гидросистемы контрольного устройства.
После выдержки производится поверка манометра при разгружении,
для чего с тарелки поршня 4 поочередно снимают грузы 3, каждый
раз восстанавливая положение равновесия за счет снижения давле-
ния в системе устройства с помощью цилиндра 8.
Таким образом, каждая контрольная точка на шкале манометра
МН2 будет проверена дважды (при нагружении и разгружении), что
повышает достоверность результатов.
В протокол испытаний заносят значения действительного давле-
ния, измеренного грузопоршневым манометром, и показания образ-
цового манометра для каждой контрольной точки. Для каждого за-
мера, внесенного в протокол, определяется погрешность как раз-
ность действительного давления и показания поверяемого маномет-
ра. Поверяемый манометр считается годным, если полученные в ре-
зультате поверки погрешности не превышают наибольшую допусти-
мую погрешность измерения А для манометра класса точности К с
верхним пределом измерений давления П,
0.10)
Метод сличения обеспечивает меньшую точность, но является
более простым и требует меньших затрат времени. Методом сличе-
ния поверяют манометры общего назначения.
Поверка манометра МН1 производится в следующем порядке.
Гидросистема заполняется маслом. При закрытых вентилях ВН2,
ВИЗ и открытых вентилях ВН1, ВН4 с помощью цилиндра 8 в гидро-
системе устройства последовательно повышают давление, которое
фиксируют по шкале образцового манометра через равные интерва-
лы, и одновременно снимают показания поверяемого манометра
МН1. Поверка производится до предела шкалы манометра МН1 и
после минутной выдержки для проверки герметичности повторяется
в обратном порядке при разгружении. Значения действительного
давления, измеренного образцовым манометром, и показания пове-
ряемого манометра заносят в протокол испытаний, определяют по-
грешность и делают вывод о годности манометра.
18
Порядок выполнения работы
1.	Изучить принципы действия и типовые конструкции приборов
для измерения давления жидкости.
2.	Изучить специальное устройство и методики поверки точности
механических манометров.
3.	Произвести поверку образцового манометра методом грузов в
5-8 точках шкалы при нагружении.
4.	Произвести поверку манометра общего назначения методом
сличения в 5-8 точках шкалы при нагружении.
5.	Оформить протокол испытаний манометров и сделать соответ-
ствующие выводы о пригодности их к дальнейшей эксплуатации.
Протокол испытаний
Назначение манометра	образцовый	общего назначения Класс точности поверяемого манометра	К	К Верхний предел измерений давления поверяемого манометра, МПа (кгс/см2)	П	П Наибольшая допустимая погрешность измерения поверяемого манометра, МПа (кгс/см2)	Д	Д					
Поверка методом грузов			Поверка методом сличения		
Действитель- ное давление, МПа (кгс/см2)	Показания поверяемого манометра, МПа (кгс/см2)	Погрешность поверяемого манометра, МПа(кгс/см2)	Действитель- ное давление, МПа (кгс/см2)	Показания поверяемого манометра, МПа(кгс/см2)	Погрешность поверяемого манометра, МПа(кгс/см2)
Контрольные задания
1.	Объясните принцип действия и приведите примеры конструк-
ций жидкостных приборов для измерения давления.
2.	Объясните принцип действия и расскажите об устройстве и ра-
боте механических манометров.
3.	Проведите сравнительный анализ основных достоинств и не-
достатков жидкостных и механических приборов для измерения дав-
ления.
4.	Определите наибольшую допустимую погрешность измерения
механического манометра общего назначения.
5.	Назовите причины увеличения погрешности измерения давле-
ния механическим манометром в процессе эксплуатации.
Лабораторная работа № 2
Изучение равновесия жидкости
при относительном покое
Цель работы: изучить состояние относительного покоя жидко-
сти, его частные случаи и их использование в технике; теоретически
и экспериментально определить форму свободной поверхности жид-
кости, находящейся в относительном покое во вращающейся с по-
стоянной скоростью вокруг вертикальной оси цилиндрической емко-
сти; произвести анализ полученных результатов.
Общие сведения
Различают абсолютный и относительный покой жидкости.
Абсолютный покой жидкости - это наиболее распространенный
частный случай равновесия жидкости, при котором на нее дейст-
вует лишь одна массовая сила (сила, пропорциональная массе жид-
кости) - сила тяжести. Если рассматриваемый объем жидкости
весьма мал по сравнению с объемом Земли, то свободную поверх-
ность жидкости можно считать горизонтальной плоскостью. Абсо-
лютный покой можно наблюдать в случаях, когда жидкость нахо-
дится в емкости, неподвижной относительно Земли или если ем-
кость с жидкостью движется равномерно (V = const, а - 0) и прямо-
линейно.
Если емкость с жидкостью находится в неравномерном или не-
прямолинейном движении, то на частицы жидкости, кроме силы тя-
жести, действуют еще силы инерции, причем если они постоянны по
времени, то жидкость принимает новое положение равновесия, кото-
рое называют относительным покоем.
При относительном покое свободная поверхность жидкости мо-
жет существенно отличаться от горизонтальной плоскости.
Рассмотрим два характерных случая относительного покоя жид-
кости: в емкости, движущейся прямолинейно и равноускоренно, и в
емкости, вращающейся вокруг вертикальной оси с постоянной угло-
вой скоростью.
20
При движении емкости прямолинейно (рис. 2.1) с постоянным ус-
корением а на жидкость действуют: сила тяжести (mg), направленная
по вертикали вниз, и сила инерции (та), направленная в сторону,
обратную ускорению а. Результирующую массовую силу F опреде-
ляют суммированием векторов силы тяжести и силы инерции, а угол
наклона свободной поверхности к горизонту находят из условия ее
перпендикулярности к силе F.
Рис. 2.1
При вращении емкости вокруг вертикальной оси с постоянной
скоростью (рис. 2.2) на жидкость действуют две массовые силы -
сила тяжести и центробежная сила. Под действием последней сво-
бодная поверхность жидкости приобретает вид параболоида враще-
ния с вертикальной осью, совпадающей с осью емкости, а линия пе-
ресечения свободной поверхности с любой вертикальной плоско-
стью, проведенной через ось вращения, будет являться параболой.
Рис. 2.2
21
Теоретически форму свободной поверхности жидкости во вра-
щающейся емкости можно определить, пользуясь зависимостью
2 2
-^теор =	(21)
где х - кратчайшее расстояние (радиус) от рассматриваемой точ-
ки свободной поверхности до оси вращения, м; со - угловая ско-
рость вращения емкости, с'1; g - ускорение свободного падения,
g = 9,81 м/с2.
Угловая скорость вращения емкости определяется по формуле
со = лп/30,	(2.2)
где п - частота вращения емкости, мин'1.
Наиболее наглядным примером использования относительного
покоя жидкости в технике могут служить установки для центробеж-
ного литья деталей и заготовок, имеющих формы тел вращения, из
различных материалов. В этих установках расплавленный (жидкий)
материал заливается в форму, которую приводят во вращение. Под
действием центробежной силы материал принимает заданное поло-
жение равновесия. После окончания процесса перераспределения
материала внутри формы ее охлаждают. Центробежное литье позво-
ляет получать высококачественные отливки, максимально прибли-
женные по форме к готовой детали, в том числе с центральным от-
верстием, близким по форме к коническому (параболоид) или ци-
линдрическому (рис. 2.2). Регулируя частоту вращения формы, мож-
но изменять угол при вершине конического отверстия в отливке.
Погрешность формы свободной поверхности отливки (отклоне-
ние действительной поверхности от расчетной) зависит от техниче-
ских характеристик оборудования (отклонение оси вращения от вер-
тикали, точность настройки и поддержание заданной угловой
скорости вращения формы, правильный выбор и точность выдержки
времени переходных процессов и др.). При этом, если действитель-
ная поверхность выше расчетной, то припуск на механическую
обработку отливки превышает назначенный, а если действительная
поверхность ниже расчетной, то может возникнуть неустранимый
брак.
:2
Описание лабораторного стенда
Экспериментальное определение формы свободной поверхности
жидкости, находящейся в относительном покое, производится на
стенде, схема которого приведена на рис. 2.3.
На неподвижном основании 2 в опорах качения установлен вал
с цилиндрической емкостью 4. Вращение емкости осуществляется
от электродвигателя 1 постоянного тока через редуктор 3. Для изме-
рения координат точек, принадлежащих свободной поверхности,
служит устройство, содержащее неподвижную горизонтальную ли-
нейку 5, ползун 7, мерительную иглу 8, стопорный винт 6. На линей-
ке 5 и игле 8 нанесены шкалы, позволяющие производить измерения
с точностью до 1 мм. Частота вращения емкости 4 регулируется с
помощью трансформатора, включенного в цепь питания электродви-
гателя 1, и контролируется по прибору РА. Значения частоты враще-
ния, соответствующие показаниям прибора РА, определяются по та-
рировочному графику, имеющемуся на стенде.
23
Порядок выполнения работы
1.	Изучить состояние относительного покоя жидкости и варианты
его использования в технике.
2.	Ознакомиться с конструкцией лабораторного стенда.
3.	Установить рукоятку трансформатора в нулевое положение.
4.	Включить стенд и, плавно поворачивая рукоятку трансформа-
тора, настроить заданную преподавателем частоту вращения емко-
сти, контролируя ее по прибору РА.
5.	После того, как жидкость в емкости примет устойчивое поло-
жение равновесия (через 2-3 минуты), произвести измерения коор-
динат пяти точек свободной поверхности, при этом первый замер
произвести при совмещении иглы 8 с осью вращения емкости 4
(данные занести в протокол испытаний).
6.	Определить координаты zon точек свободной поверхности от-
носительно горизонтальной плоскости, проходящей через ось ОХ,
как разность отсчетов по шкале мерительной иглы 8, соответствую-
щих положению иглы на оси вращения (отсчет первой точки) и дан-
ной точке свободной поверхности.
7.	Используя зависимости (1) и (2), определить координаты zTeop
точек свободной поверхности для заданных значений хил.
8.	Определить величину расхождения между опытными и теоре-
тическими значениями соответствующих координат z точек свобод-
ной поверхности по формуле
Аг = | ZtcoP ~ г-оп 100 |, %	(2.3)
^теор
9.	По результатам расчетов и экспериментов в одних координатах
и в одном масштабе построить линии пересечения свободной по-
верхности с вертикальной плоскостью, проходящей через ось враще-
ния емкости (рис. 2.4). Дать анализ полученных графиков.
24
Рис. 2.4
Протокол испытаний
Номер опыта	Отсчет по шкале меритель- ной иглы, м	Координаты точек свободной поверхности			Величина расхождения между опытными и теоретическими значениями Дг, %
		кратчайшее расстояние до оси вращения х, м	по данным опытов zon, м	по теоретиче- ской зависи- мости Zreop, м	
1		0			
2		0,02			
3		0,04			
4		0,06			
5		0,08			
Контрольные задания
1.	Перечислите условия, при которых жидкость находится в рав-
новесии (в покое).
2.	Укажите причины, вызывающие отклонение свободной поверх-
ности жидкости от горизонтальной плоскости, при ее относительном
покое.
25
3.	Объясните, почему физические свойства жидкости не влияют
на форму ее свободной поверхности при относительном покое.
4.	Укажите причины расхождения опытных и теоретических дан-
ных, полученных при определении координат точек свободной по-
верхности жидкости, находящейся в относительном покое.
5.	Назовите известные варианты использования относительного
покоя жидкости в технике.
Лабораторная работа Ns 3
Изучение уравнений Бернулли
Цель работы: провести анализ уравнений Бернулли; по результа-
там экспериментов построить пьезометрическую и напорную линии
для трубопровода переменного сечения.
Общие сведения
Основным уравнением гидродинамики является уравнение Бер-
нулли, которое устанавливает связь между скоростью и давлением
жидкости при установившемся движении.
Уравнение Бернулли для элемента потока идеальной жидкости
имеет вид
д	и*	р2 и22	„
Z1 + — +	= Z2 + — +	= Н = const,
pg	2g	pg	2g
(3.1)
Приведенное уравнение имеет геометрический и энергетический
смысл.
На рис. 3.1 приведена графическая (геометрическая) иллюстрация
27
Членами уравнения (3.1) для каждого сечения являются: zb z2 -
геометрические высоты или геометрические напоры, м; P|/(pg),
/V(pg) - пьезометрические высоты или пьезометрические напоры, м;
C/i2/(2g), C/22/(2g) - скоростные высоты или скоростные напоры, м.
Уравнение (3.1) записано для двух произвольно взятых сечений
элемента потока и выражает равенство полных напоров Н в этих се-
чениях. Так как сечения взяты произвольно, следовательно, и для
любого другого сечения этого же элемента полный напор будет
иметь постоянную величину.
Пьезометрическую высоту (напор) измеряют с помощью пьезо-
метров 1 (см. рис. 3.1), а скоростную высоту (напор) определяют как
разность показаний двух приборов - пьезометра и трубки Пито.
Трубка Пито 2 стеклянная, с верхним открытым концом и загнутым
нижним концом, направленным против течения. Жидкость в трубке
Пито поднимается на дополнительную высоту (по отношению к
уровню в пьезометре) h = t/2/(2g).
Подъем жидкости на дополнительную высоту объясняется тем,
что при «набегании» движущихся частиц жидкости на входной конец
трубки со скоростью U возникает дополнительное давление на не-
подвижную жидкость в трубке Пито, для уравновешивания которого
жидкость должна подняться на такую дополнительную высоту, при
которой сила тяжести столба жидкости уравновесит действие допол-
нительного давления.
В то же время члены уравнения Бернулли (3.1) для каждого сече-
ния являются различными формами удельной механической энергии
жидкости: Zi , z2 -удельные потенциальные энергии положения;
Pi/(pg), ^V(pg) - удельные потенциальные энергии давления;
Ui/(2g), U22/(2g) - удельные кинетические энергии.
Под удельной энергией жидкости понимается энергия, отнесенная
к единице ее веса, или единицы ее массы.
Анализируя выражение (3.1) можно сделать вывод о том, что пол-
ная удельная механическая энергия вдоль элемента потока идеальной
жидкости остается постоянной. Следовательно, уравнение Бернулли
выражает закон сохранения механической энергии в идеальной жид-
кости. В этом и заключается энергетический смысл этого уравнения.
28
В процессе движения идеальной жидкости одна форма энергии
может превращаться в другую, однако полный ее запас остается не-
изменным.
При переходе от рассмотрения элемента потока идеальной жидко-
сти к потоку реальной (вязкой) жидкости, имеющему конечные раз-
меры и ограниченному стенками, необходимо учесть неравномер-
ность распределения скоростей по сечению, а также потери напора
(энергии). То и другое является следствием вязкости жидкости.
Уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости имеет вид
р1	И2	Л	Ъ2 и
Zi +- + a1^- = Z2 + — + a2^- + hn,	(3.2)
pg	2g	pg	2g
где Ct] и a2 - безразмерные коэффициенты Кориолиса, учитывающие
неравномерность распределения скорости жидкости по поперечному
сечению потока (1< a <2); Kj и V2 - средние по сечению скорости
жидкости;
Лп - потеря напора (энергии) на участке между рассматриваемыми
сечениями.
Графическая иллюстрация уравнения Бернулли для потока вязкой
Как видно, полный напор Я уменьшается по длине потока.
29
Если уравнение Бернулли для элемента потока идеальной жидко-
сти представляет собой частный случай закона сохранения энергии,
то для потока реальной жидкости оно является уравнением баланса
удельной механической энергии с учетом потерь. Энергия теряется
жидкостью, но не исчезает бесследно, а лишь превращается в тепло-
вую и рассеивается в окружающую среду.
Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд, схема которого показана на рис. 3.3, пред-
ставляет собой испытываемый трубопровод ТР, состоящий из труб
разного диаметра, причем оси этих труб расположены в одной гори-
зонтальной плоскости. Вода поступает в трубопровод из напорного
бака БН, в который она подается из водопровода через вентиль ВН2.
В напорном баке поддерживается постоянный уровень воды, для че-
го бак разделен перегородкой на две секции А и Б и при подводе во-
ды в секцию А осуществляется постоянный ее перелив в секцию Б и
отвод в сливную линию. В начале трубопровода ТР установлен вен-
тиль ВН1, служащий для регулирования расхода воды.
Из трубопровода вода поступает в мерный бак БМ и после выпол-
нения замеров через вентиль ВИЗ отводится на слив.
30
К трубопроводу подключены пьезометры П1, П2, ПЗ, П4, П5 и
П6, позволяющие измерять пьезометрический напор в местах (сече-
ниях) их установки. Пьезометры смонтированы на щитах, снабжен-
ных соответствующими шкалами. Нули этих шкал расположены на
одном уровне, совпадающем с горизонтальной плоскостью, в кото-
рой лежит общая ось трубопровода ТР.
Порядок выполнения работы
1.	Закрыть вентиль ВН1 и, открыв вентиль ВН2, заполнить на-
порный бак БН водой до начала ее перелива из секции А в секцию Б
и далее на слив.
2.	Открыть вентиль ВНЗ и вентилем ВН1 установить заданный
преподавателем расход воды, при этом перелив из секции А в сек-
цию Б не должен прекращаться.
3.	При установившемся движении потока (Q = const) снять пока-
зания пьезометров Ш, П2, ПЗ, П4, П5, П6 и полученные данные за-
нести в протокол испытаний.
4.	Закрыть вентиль ВНЗ и зарегистрировать по секундомеру вре-
мя заполнения заданного объема в мерном баке БМ.
5.	Закрыть вентиль ВН2 и открыть вентили ВН1 и ВНЗ, при этом
лабораторный стенд возвращается в исходное положение.
6.	Произвести обработку результатов измерений.
6.1	Так как ось трубопровода ТР расположена в горизонтальной
плоскости, то геометрические высоты (напоры) zx, z2, z3, z4, z5, z6 рав-
ны между собой и в расчетах не учитываются.
6.2	Расход жидкости, измеренный объемным способом, является
постоянным для всех сечений трубопровода и определяется зависи-
мостью
Q=W!t.	(3.3)
6.3	Скорость течения жидкости на участке ступенчатого трубо-
провода определяется соотношением
K=2/S = 4g/(7uZ2).	(3.4)
6.4	Скоростной напор определяют, предполагая, что коэффици-
ент Кориолиса а при турбулентном режиме течения жидкости можно
принять равным единице.
31
6.5	Потеря напора определяется как разность полных напоров на
участке испытываемого трубопровода между двумя сечениями.
7.	По результатам вычислений в выбранном масштабе построить
пьезометрическую и напорную линии для трубопровода переменного
сечения и сделать соответствующие выводы.
Протокол испытаний
Номер участка	Номер сечения	Пьезометрический напор P/(pg), м	Объем воды в мерном баке м3	Время наполнения /, с	Расход Q, м3/с	Внутренний диаметр трубы d, м	Площадь сечения трубы S, м2	Скорость течения И, м/с	Скоростной напор aV2/(2g), м	Полный напор P/(pg) + aV2/(2g),M	Потеря напора Лп
I	1										
	2										
II	3										
	4										
III	5										
	6										
Контрольные задания
1.	Объясните геометрический смысл уравнений Бернулли.
2.	Объясните энергетический смысл уравнений Бернулли.
3.	Объясните способ измерения пьезометрического и скоростного
напоров жидкости.
4.	Укажите отличия уравнения Бернулли для потока вязкой жид-
кости от уравнения для элемента потока идеальной жидкости.
5.	Назовите причину возникновения потерь напора (энергии) при
движении потока вязкой жидкости.
Лабораторная работа № 4
Определение величины потери давления
на участке гидросистемы
Цель работы: изучить методику расчета величины потери давле-
ния на участке гидросистемы; определить величину потери давления
в напорной гидролинии при различных режимах работы лаборатор-
ного стенда; проанализировать полученные результаты.
Общие сведения
Потери энергии или потери давления потока рабочей жидкости
при ее движении по гидросистеме приводят к снижению КПД приво-
да. Их величина зависит от многих факторов, главными из которых
являются тип гидравлического сопротивления, вязкость жидкости и
ее скорость.
Обычно потери давления делят на два вида: местные потери и по-
тери на преодоление сил трения по длине трубопровода.
Местные потери давления обусловлены местными гидравличе-
скими сопротивлениями, т. е. изменениями формы и размеров гидро-
линий, вызывающими деформацию потока жидкости и изменение ее
скорости. К ним относят регулирующую и направляющую аппарату-
ру, соединительную арматуру (тройники, уголки, муфты, штуцеры),
изгибы трубопроводов, соединения линий с различными поперечны-
ми сечениями и т. д.
Местные потери давления определяют по формуле
ДРм = ^мР^/2,	(4.1)
где - коэффициент местного сопротивления, который обычно оп-
ределяют экспериментально; р - плотность жидкости; V - средняя по
сечению скорость течения жидкости.
Для нормализованной гидроаппаратуры местные потери давления
АРном определяются испытаниями на заводе-изготовителе при номи-
нальных значениях расхода 2ИОМ и давления Рти и вносятся в пас-
портные данные изделия. Если при эксплуатации расход Q жидкости
через аппарат отличается от номинального, потери давления пере-
считываются по формуле
ДРап = ДРиом(е/биом)2.	(4-2)
33
Коэффициенты типовых местных сопротивлений гидролиний и
соединений приведены в табл. 4.1 и в справочной литературе [3,4].
Потери давления на преодоление сил трения по длине возникают
при движении жидкости на прямых участках гидролиний постоянно-
го сечения. Они обусловлены внутренним трением в жидкости, воз-
растают пропорционально длине линии и для круглых труб их опре-
деляют по формуле
/ V2
Р, (4,3)
где X - коэффициент потерь на трение по длине; I и d - длина и внут-
ренний диаметр трубопровода.
Сравнивая средние по сечению скорости течения жидкости в ме-
стном сопротивлении и на прямом участке линии постоянного сече-
ния, следует отметить, что, вследствие изменения сечения потока в
местном сопротивлении, они могут существенно отличаться.
Потери давления на трение по длине трубопровода зависят от ре-
жима движения жидкости. Существует два режима движения жидко-
сти: ламинарный и турбулентный.
Ламинарным называют слоистое течение без перемешивания час-
тиц жидкости и без изменения давления и скорости по времени.
Турбулентным называют течение, сопровождающееся интенсив-
ным перемешиванием жидкости и изменениями давлений и скоро-
стей.
Изменение режима движения происходит при определенном со-
отношении между критической скоростью Икр, внутренним диамет-
ром d трубопровода и коэффициентом v кинематической вязкости
жидкости:
R-екр = Икр^/у.	(4.4)
Полученный безразмерный критерий называют критическим чис-
лом Рейнольдса, он позволяет определить режим движения жидкости
аналитически и для труб круглого сечения ReKp я 2300. При Re < ReKp
поток имеет устойчивое ламинарное течение. При Re = 2300...4000
существует переходная область неустойчивых режимов, в которой
можно наблюдать переход ламинарного течения в турбулентный и
наоборот. Если Re > 4000, то поток имеет устойчивое турбулентное
течение.
34
Следует отметить, что при работе привода возникают факторы,
способствующие турбулизации потока, например, вибрации трубо-
проводов и нагрев жидкости.
Коэффициент потерь X определяют по формулам:
-	для ламинарного режима
X = 64/Re,	(4.5)
-	для турбулентного режима при Re < 105
Х = 0,3164/VRe.	(4.6)
Анализ приведенных выше зависимостей показывает, что при ла-
минарном режиме потери давления по длине возрастают пропорцио-
нально скорости жидкости в первой степени, а при переходе в турбу-
лентный режим при Ккр наблюдается некоторый скачок потери дав-
ления и затем более крутое нарастание по кривой, близкой к парабо-
ле второй степени (рис. 4.1), т. е. при турбулентном течении потери
давления значительно выше, чем при ламинарном.
Рис. 4.1
Общие потери давления на участке гидросистемы
ЛРобщ = 1ДРм + 1ДРда,	(4.7)
где ЕДРМ - суммарные потери давления на всех местных сопротив-
лениях, расположенных на данном участке, включая потери в аппа-
ратах; ЕДРда - суммарные потери давления на прямых отрезках гид-
ролинии постоянного сечения, составляющих данный участок гидро-
системы.
Необходимо учитывать, что максимальная допустимая величина
потери давления во всасывающей линии системы определяется вели-
35
чиной разрежения (вакуума) на входе в насос и, например, для пла-
стинчатых насосов не должна превышать 0,02 МПа. Потери давления
в напорной линии (обычно 10...20 % номинального рабочего давле-
ния насоса) определяют разность давлений Рн масла на выходе из
насоса и Р в рабочей полости двигателя, а потери давления в сливной
линии определяют величину давления подпора в сливной полости
гидродвигателя. Таким образом, потери давления в напорной линии
уменьшают движущую силу или вращающий момент на выходном
звене гидродвигателя, а потери в сливной линии увеличивают силу
сопротивления.
Влияние потери давления в напорной линии на работу гидродви-
гателя компенсируют настройкой предохранительного клапана сис-
темы на величину
РЮ] = (1,1...1,15)Рн = (1,1...1,1)(/’ + ДРобщ),	(4.8)
где Р - давление в рабочей полости двигателя, необходимое для пре-
одоления максимальной нагрузки и сил сопротивления. Превышение
давления Рю над давлением Ря на 10... 15% обеспечивает необходи-
мый запас мощности привода.
Описание лабораторного стенда
На рис. 4.2 приведена схема соединений гидросистемы стенда, ко-
торая дает представление о составе привода, размещении отдельных
элементов, конфигурации соединительных элементов (арматуры).
36
Стенд включает в себя: бак Б, приводной электродвигатель ЭД,
насос Н, клапан предохранительный КП стыкового соединения, ус-
тановленный на монтажной плите, фильтр Ф, клапан давления КД,
гидромотор М, тахогенератор BR, стрелочный прибор PV (вольт-
метр) тахогенератора.
Всасывающая гидролиния соединяет насос с баком, по напорной
линии масло подводится к гидромотору, а сливная линия служит для
отвода жидкости от гидромотора в бак.
Исследуемый участок гидросистемы (напорная линия) содержит
нормализованные аппараты Ф и КД, включенные в трубопровод
постоянного сечения, имеющий прямые участки и изгибы на 90° с
радиусом, равным 3...6 диаметрам трубы, концевые соединения
(штуцеры) 1, 2, 4 и 9, угловые соединения 5, 6, 7 и 8 с углом 90°,
тройник 3 внутри монтажной плиты.
Гидропривод стенда не силовой, т. е. к валу гидромотора М не
прикладывается нагрузка, а сам гидромотор вместе с тахогенерато-
ром и стрелочным прибором используется в качестве расходомера.
Расход жидкости в напорной линии регулируется клапаном КД при
постоянной настройке клапана КП.
Коэффициенты местных сопротивлений элементов гидролиний и
соединительной арматуры приведены в табл. 4.1, величина потери
давления в нормализованной аппаратуре при номинальных значени-
ях параметров потока жидкости в табл. 4.2, параметры стенда, при-
нимаемые при расчетах и экспериментах постоянными, - в табл. 4.3.
Таблица 4.1
Тип местного сопротивления	Величина &
Изгиб трубы на 90° с радиусом, равным 3.. .6 диаметрам трубы	0,2
Концевое соединение (штуцер)	0,2
Угловое соединение с углом 90е	1,2
Тройник, при разделении потока в точке 3	1,0
Таблица 4.2
Наименование аппарата	Потери давления ДР„ом, Па
Клапан давления (при работе на проход) Фильтр напорный	2-105 110s
37
Таблица 4.3
Наименование параметра	Величина
Общая длина прямых участков трубы напорной линии 1, м	1,5
Внутренний диаметр трубы d, м	0,01
Коэффициент кинематической вязкости v, м2/с	24 О'5
Плотность масла р, кг/м3	900
Номинальный расход QH0M, м3/с	10'3
Порядок выполнения работы
1.	Изучить методику расчета потери давления на участке гидро-
системы.
2.	Ознакомиться с конструкцией лабораторного стенда.
3.	Включить стенд и при 4...5 настройках клапана КД по показа-
ниям прибора PV тахогенератора и тарировочному графику (рис. 4.3)
определить расход масла при различных режимах работы стенда.
Данные занести в протокол испытаний.
Рис. 4.3
4.	Используя алгоритм расчета (рис. 4.4) определить общие поте-
ри давления на напорном участке гидросистемы стенда для каждого
опыта.
38
чо
Номер опыта	
Показания прибора расходомера, делений	
Расход жидкости Q, м3/с	
Средняя скорость жидкости, К, м/с	
Число Рейнольдса Re	И "О ©
Режим движения жидкости	о §
Коэффициент потерь на трение X	испыта
Потери давления по длине ХДРдд, Па	X X Хс
Потери давления в аппаратах 1ДРапп, Па	
Суммарные потери давления на местных сопротивлениях £ДРМ, Па	
Общие потери давления на участке гидросистемы ЕДР^, Па	
По результатам расчетов построить график зависимости
=fiV), произвести ее анализ и сделать выводы.
Контрольные задания
1.	Объясните, как потери давления потока рабочей жидкости
влияют на работу гидропривода.
2.	Назовите виды потерь давления и укажите причины их возник-
новения.
3.	Дайте определение ламинарного и турбулентного режимов
движения жидкости и укажите аналитический метод определения
режима.
4.	Расскажите о влиянии режима движения жидкости на величину
потери давления по длине трубопровода.
5.	Укажите способ компенсации влияния потери давления в на-
порной линии на работу гидродвигателя.
Лабораторная работа № 5
Испытание динамического центробежного насоса
Цель работы: изучить назначение, принцип действия и устройст-
во центробежного насоса; экспериментально определить основные
характеристики насоса, характеристику установки и рабочую точку
гидросистемы; произвести анализ полученных результатов; ознако-
миться со способами регулирования режима насоса.
Общие сведения
Центробежные насосы предназначены для преобразования меха-
нической энергии приводного двигателя в гидравлическую (преиму-
щественно кинетическую) энергию потока жидкости, в первую оче-
редь, за счет увеличения скорости жидкости.
Принцип действия центробежного насоса основан на динамиче-
ском взаимодействии лопастей колеса с обтекающей их жидкостью,
при этом центробежные силы, возникающие в потоке жидкости, про-
ходящем через рабочее колесо, совершают работу, т. е. подведенная
к колесу энергия приводного двигателя передается жидкости.
На рис. 5.1 изображена схема центробежного насоса. Проточная
часть насоса состоит из трех основных элементов: подвода 1, рабоче-
го колеса 2 и отвода 3.
Рис. 5.1
41
По подводу жидкость поступает в рабочее колесо из подводящего
(всасывающего) трубопровода, Подвод должен обеспечить осесим-
метричный поток на входе в колесо. На схеме показан подвод, вы-
полненный в виде прямоосного конфузора.
Рабочее колесо состоит из ведущего диска “а” и ведомого диска “б”,
между которыми находятся лопасти “в”. Ведущим диском колесо
крепится на валу 4.
Назначением отвода является сбор жидкости, выходящей по пе-
риферии колеса, подведение ее к напорному патрубку и уменьшение
скорости жидкости для преобразования части кинетической энергии
в потенциальную энергию давления с возможно меньшими гидрав-
лическими потерями. На схеме показан спиральный отвод, осевые
сечения которого, начиная от клина 5, постепенно увеличиваются.
Спиральный отвод переходит в прямоосный диффузор 6.
Перед запуском насос и всасывающий трубопровод должны быть
заполнены жидкостью, которая разделяет подвод и отвод, выполняя
роль уплотнения. После этого включают двигатель, который приво-
дит во вращение рабочее колесо насоса.
Под действием центробежной силы жидкость, находящаяся в на-
сосе, начинает двигаться по каналам между лопастями колеса в на-
правлении от его центра к периферии, т.е. к стенкам спирального от-
вода. Вследствие этого на входе в рабочее колесо в его центральной
части образуется разрежение и за счет разности давлений жидкость
из бака через всасывающий трубопровод и подвод поступает в насос.
Таким образом, при постоянном вращении рабочего колеса обес-
печивается подача жидкости в напорный трубопровод непрерывным
потоком без пульсаций.
Насосы такого типа используются, например, в системах подачи
смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки, на
металлорежущих станках.
Работа насоса характеризуется его объемной подачей, напором,
потребляемой мощностью, КПД и частотой вращения.
Подачей Q насоса называется объем жидкости, подаваемой в на-
порный трубопровод в единицу времени. В общем случае подача за-
42
висит от наружного диаметра и ширины рабочего колеса на выходе, а
также от частоты его вращения.
Напор Н представляет собой разность удельных энергий (энергий
единицы веса) жидкости на выходе и входе насоса, вычисленную в
метрах столба перекачиваемой жидкости
Р + р у2 _ к2
Я = (Zh - ZB) +	(5.1)
Pg 2g
где (zH - zB) - расстояние между точками присоединения вакуум-
метра В (на входе насоса) и манометра МН1 (на выходе насоса)
(удельная потенциальная энергия положения), м;
Р + Р
—Я----— - напор, создаваемый давлением (удельная потенциаль-
Р5
ная энергия давления), м;
Рк, Ра - давления соответственно на выходе и на входе в насос,
Па;
К2 - К2
—Я------— скоростной напор (удельная кинетическая энергия), м;
2g
Vw - скорости движения жидкости соответственно в напорном
и всасывающем патрубках, м/с;
р - плотность жидкости, кг/м3.
Полезная мощность Nn - это мощность, приобретенная жидко-
стью, прошедшей через насос:
N^pgQH.	(5.2)
Мощность NK - это мощность, потребляемая насосом от привод-
ного двигателя в единицу времени.
Потери мощности в насосе оцениваются КПД насоса
П = Яп/№	(5.3)
На рис. 5.2 приведены графики характеристик насоса
я=ле),№=ле)иц=л0.
С изменением частоты вращения насоса его характеристики изме-
нятся.
43
Рис. 5.2
Режим работы насоса в гидроустановке
Гидроустановка, на которую работает насос, содержит бак, вса-
сывающий и напорный трубопроводы и включенные в них кон-
трольные и регулирующие аппараты и устройства.
Потребным напором установки Япотр называют энергию, которую
необходимо сообщить единице веса жидкости для ее перемещения из
бака по напорному трубопроводу установки при заданном расходе.
Пренебрегая малым скоростным напором в баке, имеем
Я1Юф = Яг + £Л,	(5.4)
где Нг - геометрический напор, определяемый высотой подъема
жидкости, м; 2-Л - сумма потерь напора во всасывающем и напорном
трубопроводах, м.
Определение режима работы насоса в установке основано на со-
вместном рассмотрении характеристик насоса и установки. Характе-
ристика установки выражается уравнением (5.4), в котором потери
напора Eh являются функцией расхода. График характеристики уста-
новки Япотр = jlQ) строится на одном графике с характеристиками
насоса в одном масштабе (рис. 5.2).
44
Насос в данной гидросистеме работает на таком режиме, при ко-
тором потребный напор Япотр равен напору Н насоса, т. е. при кото-
ром энергия, потребляемая при движении жидкости по трубопрово-
ду, равна энергии, сообщаемой насосом жидкости. Режим работы
насоса будет определяться точкой пересечения А зависимостей
Н =Л£?) и НПтр ~ЯО)- Эта точка называется рабочей точкой гидро-
системы, а 0а и НА - подача и напор насоса.
Регулирование режима работы насоса
Режим работы насоса определяется расходом Q& и напором Н\.
Однако требуемая подача может меняться. В этом случае возникает
необходимость регулирования подачи насоса.
Регулирование дросселированием. Если необходима подача Q® < Qa>
то этой подаче должна соответствовать новая рабочая точка В,
(см. рис. 5.2). Чтобы характеристика трубопровода Япотр = Л0 ПР°"
ходила через точку В необходимо увеличить гидравлические потери
на трубопроводе. Сделать это можно прикрывая вентиль ВН2
(рис. 5.3). При этом потребный напор увеличится. Как видно, дрос-
сельное регулирование неэкономично так как вызывает дополни-
тельные потери энергии. Однако этот способ регулирования отлича-
ется простотой при эксплуатации.
45
Регулирование изменением частоты вращения. Характеристики
насоса Н =j(Q) и трубопровода Япотр =А0) получены при определен-
ной частоте вращения рабочего колеса насоса. Для регулирования
частоты вращения необходимы более сложные и дорогие двигатели с
переменной частотой вращения (электродвигатели постоянного тока,
турбины, двигатели внутреннего сгорания). Регулирование работы
насоса изменением частоты вращения колеса более экономично при
эксплуатации, чем дроссельное регулирование.
Регулирование перепуском. Оно осуществляется отводом части
жидкости, подаваемой насосом, из напорного трубопровода в бак по
трубопроводу, на котором стоит вентиль ВН1, (см. рис. 5.3). При из-
менении степени открытия вентиля ВН1 изменяется расход жидко-
сти, проходящей через основной трубопровод. Энергия жидкости,
отводимой через вентиль ВН1, не используется, поэтому регулиро-
вание перепуском неэкономично.
Описание лабораторного стенда
На рис. 5.3 изображена схема стенда. Стенд включает в себя
бак Б, всасывающий трубопровод 1 с фильтрующей сеткой, центро-
бежный насос Н, напорный трубопровод 2, расходомер РМ диафраг-
менного типа с дифференциальным манометром 3, вентили ВН1
и ВН2, манометры МН1 и МН2, вакуумметр В. Параметры стенда
приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Наименование параметра	Величина
Внутренний диаметр всасывающего трубопровода JBC, м	0,035
Внутренний диаметр напорного трубопровода dw м	0,0155
Расстояние между точками присоединения вакуумметра В и манометра	zB), м	0,33
Геометрический напор Нг, м	0,56
Показание вакуумметра до пуска насоса м	0,135
Постоянная расходомера С, м5/2/с	1,2 10‘3
Мощность электродвигателя Na, Вт	120
КПД электродвигателя т|д	0,7
Плотность жидкости р, кг/м3	900
46
Порядок выполнения работы
1.	Определение характеристик насоса.
1.1.	Изучить назначение, принцип действия, устройство и рабочие
характеристики центробежного насоса.
1.2.	Ознакомиться с конструкцией стенда.
1.3.	Закрыть вентили ВН1 и ВН2.
1.4.	Включить электродвигатель насоса и снять показания диффе-
ренциального манометра 3 расходомера - Дй, вакуумметра В - й2,
манометра МН1 - Рп.
1.5.	Провести испытание насоса при 4-5 режимах работы насоса,
изменяя подачу от минимальной до максимальной с помощью вен-
тиля ВН2. Результаты занести в протокол испытаний №1.
1.6.	Выключить электродвигатель насоса.
1.7.	По формулам (5.1), (5.2), (5.3) определить характеристики на-
соса. В этих формулах:
давление вакуума
P. = pg(ht-h2),na;	(5.6)
подача насоса Q определяется по показанию Дй дифференциаль-
ного манометра 3 расходомера РМ и вычисляется по формуле
Q = С7дй, м3/с,	(5.7)
где С - постоянная расходомера, м5/2/с;
скоростной напор в уравнении (5.1) можно выразить через диа-
метры всасывающего <7ВС и напорного d„ и расход Q:
К2 - И2	1 1 1т	л т
——= 8,27 • 10"2(-Л- - -r-)Q2 = 1,4 • 106Q2, м;	(5.8)
2g	4 4
мощность насоса зависит от мощности Na и КПД т]д электродвига-
теля
ЛГН = ЛГдт|д, Вт.	(5.9)
1.8.	Построить графики зависимостей Н	Nn ~fiQ} и т| -J(Q)
и провести их анализ.
47
2.	Определение режима работы насоса (рабочей точки гидросис-
темы).
2.1.	Закрыть вентиль ВН1, а вентиль ВН2 установить в положе-
ние, указанное преподавателем.
2.2.	Включить электродвигатель насоса и снять показания мано-
метров МН1 - Рн , МН2 - Р и дифференциального манометра 3 рас-
ходомера РМ - Дй.
2.3.	Произвести эксперименты при 4-5 режимах, изменяя подачу
от минимальной до максимальной с помощью вентиля ВН1. Данные
занести в протокол испытаний № 2.
2.4.	Вычислить подачу Q по формуле (5.7).
2.5.	Определить потребный напор установки по формуле (5.4). В
этой формуле потери напора
ЕЛ = йс +/гВН2 + Лвых + Л. м,	(5.10)
где hc - потери напора на сетке насоса,
К2
м;	(5.11)
^8
- коэффициент местного сопротивления на сетке, - 12; Квс - ско-
рость жидкости во всасывающем трубопроводе,
Гвс =-!£_, м/с;	(5.12)
Лвн2 - потери напора на вентиле ВН2,
К2
^ВН2 = СВН2 57 > м;	(5-13)
^ВН2 - коэффициент сопротивления вентиля ВН2, зависит от степени
его открытия и определяется по табл. 5.2;
Таблица 5.2
Угол открытия вентиля а,0	20	30	40	45	50	60	65
Коэффициент £вн2	1,54	3,91	10,8	18,7	32,6	118	256
VH - скорость жидкости в напорном трубопроводе,
Ин=-Я. м/с;	(5.14)
48
hmn ~ потери напора на выходе из трубопровода
К2
^вых = ^вых^А> м>	(5-15)
2g
Ux - коэффициент сопротивления на выходе, Свых = 2.
h- потери напора на напорном трубопроводе, зависящие от местных
сопротивлений и трения в трубопроводе
h = —--, м.
Pg
Таким образом, потери напора в трубопроводе
J/2	т/2	у1 р _р
2Л = ^^ВН2^вых^ + ^ =
2g	2g	2g pg
= 8 n2^4.^внаЧвых.. PH-P =
4	<* ~
= Ц8Ы()502(2,48+^Вн2) + и3.1(Г4(Рн-P).
(5-16)
(5.17)
2.6.	Построить характеристику установки Яп<лр = fiQ) на том же
графике, что и характеристики насоса и в том же масштабе.
2.7.	Определить режим работы насоса по рабочей точке А.
2.8.	Провести анализ полученных результатов.
Протокол испытаний № 1
Номер опыта	Показания дифференциального манометра ДА, м	Показания манометра МН1 Р„, Па	Показания вакуумметра В А2, м	Подача насоса Q, м3/с	Величина вакуума Рв, Па	Напор насоса Я,м	Полезная мощность насоса Nn, Вт	КПД насоса т]
49
Протокол испытаний № 2
Номер опыта	Показания дифференциального манометра ДА, м	Показания манометра МН1 Р„, Па	Показания манометра МН2 Л Па	Подача Q, м3/с	Потери напора ХА, м	Потребный напор ^AlOTpa М
Контрольные задания
1.	Укажите назначение и принцип действия центробежного насо-
са.
2.	Назовите основные характеристики центробежного насоса.
Дайте их определения.
3.	Дайте определение характеристики установки.
4.	Укажите, как определяется режим работы насоса.
5.	Проанализируйте основные способы регулирования режима
работы центробежного насоса.
Раздел III
Гидроприводы и гидроавтоматика
Лабораторная работа Ns 6
Изучение конструкций насосов объемного типа
Цель работы: изучить назначение, принцип действия, конструк-
ции и порядок работы насосов объемного типа.
Общие сведения
Насосы объемного типа предназначены для преобразования меха-
нической энергии приводного двигателя в гидравлическую (преиму-
щественно потенциальную) энергию потока рабочей жидкости в
первую очередь за счет увеличения давления жидкости.
Принцип действия этих насосов основан на периодическом изме-
нении объемов рабочих камер, герметично отделенных друг от дру-
га, и попеременно сообщающихся с местами подвода и отвода жид-
кости. При этом вытеснение жидкости из рабочих камер (при
уменьшении их объема) производится вытеснителями, которые кон-
структивно могут иметь вид зуба шестерни, пластины, плунжера,
поршня и т. п.
Простейшим по конструкции является шестеренный насос с
внешним зацеплением зубчатых колес (рис. 6.1). Он состоит из кор-
пуса 1, в цилиндрических расточках которого с минимальными ра-
диальными зазорами располагаются зубчатые колеса 2 и 3, установ-
ленные на валах. Опоры валов размещены в крышках, закрывающих
корпус. Рабочие камеры всасывания В и нагнетания Н образованы
поверхностями корпуса, зубчатых колес и крышек. Вал 4 насоса со-
единен с валом приводного двигателя.
При вращении шестерен зубья выходят из зацепления в камере В,
освобождающиеся впадины увеличивают объем камеры, что приво-
дит к образованию в ней вакуума Рт. За счет разности давлений в
баке гидросистемы и камере В жидкость заполняет освободившийся
объем - происходит процесс всасывания.
51
Рис. 6.1
Вращающиеся шестерни во впадинах переносят жидкость по пе-
риферии из камеры В в камеру Н.
При входе зубьев в зацепление объем камеры Н уменьшается и
жидкость из впадин под избыточным давлением вытесняется в
напорную линию гидросистемы - происходит процесс нагнетания.
Теоретическую производительность шестеренного насоса опреде-
ляют по формуле
Qr = 2iun2zbn,	(6.1)
где т, z, b - соответственно модуль, число зубьев, ширина венца
зубчатых колес; п - частота вращения вала 4.
Анализ формулы (6.1) показывает, что производительность данного
насоса можно изменять только за счет регулирования частоты враще-
ния вала приводного двигателя, следовательно, сам шестеренный
насос представляет собой нерегулируемую гидромашину. Шестерен-
ные насосы, самые дешевые из гидромашин, отличаются простотой
конструкции, компактностью, надежностью работы, высоким КПД
(до 80%), низкими требованиями к очистке рабочей жидкости (насосы
52
работоспособны, если тонкость фильтрации не хуже 100 мкм). В этих
машинах отсутствуют элементы, подверженные неуравновешенному
действию центробежных сил или движущиеся с ускорением, что по-
зволяет эксплуатировать их при частоте вращения до 30 с’1.
Шестеренные насосы имеют существенный недостаток - пульса-
цию жидкости, вызываемую самой природой зубчатого зацепления.
Пульсация потока приводит к пульсации давления и повышенному
шуму (до 90 дБ). Кроме того, характерным для работы шестеренных
насосов является большая постоянная по направлению нагрузка F на
опоры шестерен, вызванная разностью давлений РИЗб и в напор-
ной и всасывающей камерах. Эта сила вызывает повышенное изна-
шивание в опорах, что снижает долговечность насоса. Для компен-
сации неуравновешенных радиальных усилий, создаваемых жидко-
стью, в корпусе 1 выполнены карманы 5, попарно соединенные ка-
налами с камерами В и Н. С этой же целью выходное отверстие на-
соса выполняется значительно меньше входного.
В гидроприводах технологического оборудования шестеренные на-
сосы применяют в системах с дроссельным регулированием скорости
гидродвигателя при сравнительно небольших давлениях (до 10 МПа).
Пластинчатые насосы нашли широкое применение в гидроприво-
дах технологического оборудования, работающих при давлении
жидкости до 12,5 МПа. Различают насосы однократного и двукрат-
ного действия.
Пластинчатый насос однократного действия (рис. 6.2) состоит из
корпуса 1, в цилиндрической расточке которого эксцентрично (со
смещением) расположен ротор 2. В пазах ротора установлены неза-
крепленные пластины 3. К торцам ротора боковыми крышками под-
жаты распределительные диски с окнами В всасывания и Н нагнета-
ния, соединенные каналами в корпусе соответственно с входным и
выходным отверстиями насоса.
Насос представляет собой многокамерную гидромашину. Каждая
камера (на рис. 6.2 их 8) образована поверхностями двух соседних
пластин, ротора, корпуса и распределительных дисков.
53
Рис. 6.2
При вращении ротора пластины выдвигаются из пазов и постоян-
но прижимаются к поверхности расточки корпуса центробежными
силами. Если ротор вращается по часовой стрелке, то рабочие каме-
ры, расположенные слева от вертикальной оси, увеличивают свои
объемы. В них создается вакуум и жидкость за счет разности давле-
ний поступает из бака гидросистемы через окно В в камеры и проис-
ходит всасывание. Одновременно камеры, расположенные справа от
оси, уменьшают свои объемы, и находящаяся в них жидкость вытес-
няется через окно Н в напорную линию гидросистемы, в результате
чего происходит процесс нагнетания.
За один оборот ротора каждая камера совершает один полный
цикл, т. е. всасывание и нагнетание.
Теоретическую производительность пластинчатого насоса одно-
кратного действия определяют по формуле
2Т = 2е(2тг/? - zS)bn,	(6.2)
где е - эксцентриситет; R - радиус цилиндрической расточки корпу-
са; z - число пластин; Sub- соответственно толщина и ширина пла-
стин; и - частота вращения ротора.
54
Если разместить ротор внутри кольца, которое может переме-
щаться в корпусе насоса, то можно создать регулируемую гидрома-
шину. Производительность такого насоса будет зависеть от величи-
ны эксцентриситета, а направление движения жидкости от направле-
ния (вверх или вниз) смещения оси кольца от оси ротора, причем
(2т = 0, если е = 0, т. е. оси ротора и статорного кольца совпадают.
Недостатком рассмотренной конструктивной схемы является
большая постоянная по направлению нагрузка F на опоры ротора,
вызванная разностью давлений РИзб и Дак в камерах нагнетания и
всасывания.
Пластинчатый насос двукратного действия (рис. 6.3) имеет ряд
существенных конструктивных и эксплуатационных отличий от на-
соса однократного действия.
Рис. 6.3
Оси расточки корпуса 1 и ротора 2 совпадают, поэтому при по-
стоянной частоте вращения ротора производительность насоса неиз-
менна.
В корпусе насоса симметрично расположены две зоны всасыва-
ния В и две зоны нагнетания Н, поэтому за один оборот ротора в ка-
ждой камере дважды происходят процессы всасывания и нагнетания.
55
Из-за диаметрально противоположного размещения рабочих полос-
тей силы давления жидкости на ротор уравновешены, а опоры рото-
ра разгружены.
Внутренний профиль корпуса образован двумя дугами радиусов R
и г между перемычками и переходными кривыми, сопрягающими
указанные дуги на участках всасывания и нагнетания.
Жидкость из зон нагнетания Н подведена в кольцевую проточку 3,
из которой она поступает под торцы пластин 4, поэтому радиальное
перемещение пластин и прижим их к расточке корпуса производится
не только центробежной силой, но и силой давления жидкости. В
некоторых моделях насосов жидкостью поджимают и распредели-
тельные диски, расположенные по торцам ротора.
Теоретическую производительность пластинчатого насоса дву-
кратного действия определяют по формуле
& = 2b(R - r)[n(R+ г) - zS] п,	(6.3)
где b - ширина пластины; R и г - соответственно большой и малый
радиусы расточки корпуса; z - число пластин; S - толщина пласти-
ны; п - частота вращения ротора.
В гидроприводах, работающих при давлении жидкости до 20 МПа,
широкое применение нашли аксиально-поршневые насосы.
Аксиально-поршневым называют насос, у которого рабочие ка-
меры образованы поверхностями цилиндров и поршней, а оси порш-
ней параллельны (аксиальны) оси блока цилиндров или составляют с
ней угол не более 45°.
Наибольшее распространение получили насосы с наклонным дис-
ком (рис. 6.4), состоящие из корпуса 1, блока 2 цилиндров с порш-
нями (плунжерами) 3, наклонного диска 4, выполненного в виде
упорного подшипника качения, неподвижного торцового распреде-
лителя 7. Поршни 3 пружинами 6 постоянно поджаты к наклонному
диску. Вал 5 насоса передает вращение блоку 2 от приводного двига-
теля. Рабочие камеры насоса образованы поверхностями цилиндри-
ческих расточек (цилиндров) блока 2 и поршней 3. Для подвода и
56
отвода жидкости в распределителе 7 выполнены два дугообразных
паза всасывания В и нагнетания Н, которые отверстиями 8 и 9 со-
единены соответственно с всасывающим и напорным трубопровода-
ми. При вращении блока 2 рабочие камеры попеременно сообщают-
ся с пазами В и Н распределителя.
Рис. 6.4
Если наклонный диск 4 установить под некоторым углом к оси
вращения блока 2, то при вращении последнего поршни 3 будут со-
вершать возвратно-поступательное движение в расточках, что при-
ведет к периодическому изменению объемов рабочих камер насоса.
При вращении вала, например, по часовой стрелке, рабочие камеры,
находящиеся слева от вертикальной оси распределителя и сооб-
щающиеся с пазом В, увеличивают свой объем. В этих камерах обра-
зуется вакуум и за счет разности давлений жидкость из бака гидро-
системы заполняет камеры - происходит процесс всасывания. Одно-
временно, рабочие камеры, находящиеся справа от оси распредели-
теля и сообщающиеся с пазом Н, уменьшают свой объем. Поршни в
этих камерах оказывают силовое воздействие на жидкость, что при-
водит к росту давления, и вытесняют ее в напорный трубопровод -
происходит процесс нагнетания.
57
Теоретическую производительность аксиально-поршневого насо-
са определяют по формуле
Qt =-£-Dtgazn,	(6.4)
где d - диаметр поршня; D - диаметр окружности блока, на которой
расположены оси цилиндров с поршнями; а - угол наклона диска; z -
число поршней в блоке; п - частота вращения блока.
Изменяя угол наклона диска, можно изменять производитель-
ность насоса, а наклон диска в другую сторону приводит к измене-
нию направления потока жидкости.
Кроме рассмотренных выше, в гидроприводах технологического
оборудования используют насосы, выполненные по другим конст-
руктивным схемам, с которыми рекомендуется ознакомиться по ли-
тературным источникам [1-5].
Особо следует отметить, что гидравлические машины обладают
свойством обратимости, т.е. по одним и тем же конструктивным
схемам могут создаваться как насосы, так и гидромоторы.
Порядок выполнения работы
1.	Изучить назначение и принцип действия насосов объемного
типа.
2.	Используя конструктивные схемы, описания и имеющиеся на-
турные образцы, изучить типовые конструкции объемных насосов.
Для этого необходимо уяснить, из каких основных деталей и узлов
состоит насос, как образуются рабочие камеры, как они изменяют
свой объем за один оборот ротора, каким образом подводится и от-
водится жидкость.
3.	Проанализировать формулы для определения теоретической
производительности насосов и для каждой конструктивной схемы
сделать выводы о возможности регулирования расхода жидкости и
реверсировании потока.
58
Контрольные задания
1.	Укажите назначение и принцип действия насосов объемного
типа.
2.	Используя конструктивную схему и натурный образец, рас-
скажите устройство и порядок работы шестеренного насоса.
3.	Используя конструктивную схему и натурный образец, рас-
скажите устройство и порядок работы пластинчатого насоса дву-
кратного действия.
4.	Используя конструктивную схему и натурный образец, рас-
скажите устройство и порядок работы аксиально-поршневого насоса.
5.	Приведите примеры конструкций насосов, обеспечивающих
изменение производительности и направления потока жидкости.
Лабораторная работа № 7
Испытание объемного насоса
Цель работы: изучить основные параметры и характеристики
объемного насоса, произвести испытание насоса, проанализировать
полученные результаты и сделать выводы.
Общие сведения
Для насосов объемного типа основными являются следующие па-
раметры:
1.	Рабочий объем Ро - суммарное изменение объемов рабочих
камер насоса за один оборот ротора или объем жидкости, вытесняе-
мый в напорную линию за один оборот ротора, определяют по фор-
муле
r0=Fkz*,	(7.1)
где - изменение объема рабочей камеры насоса за один рабочий
цикл, рассчитанное по ее геометрическим размерам; z - число рабо-
чих камер; к - кратность действия, т. е. число рабочих циклов, со-
вершаемых за один оборот вала.
Рабочий объем является главным параметром, по которому строят
ряд типоразмеров насосов.
2.	Теоретическая производительность (подача) Qr насоса - это
расчетный объем жидкости, вытесняемый в напорную линию в еди-
ницу времени
£=ИоЛ,	(7.2)
где п - частота вращения ротора насоса (обычно равна частоте вра-
щения вала приводного двигателя).
3.	Фактическая (действительная) производительность (?ф меньше
теоретической на величину объемных потерь
бФ = ет-А2н>	(73)
где Д0Н - объемные потери жидкости в насосе включают в себя:
утечки жидкости в окружающую среду; перетечки жидкости через
зазоры внутри насоса из полостей высокого давления в полости низ-
60
кого давления; неполное заполнение жидкостью объемов рабочих
камер; наличие в жидкости нерастворенного воздуха. В общем слу-
чае утечки (внешние и внутренние) зависят от величины зазора, пе-
репада давлений между полостями и вязкости рабочей жидкости.
4.	Объемный КПД насоса (коэффициент подачи)
По = Сф/бт = (Ст - Д0Ж =1 -	= 1 - Д0н/(Ко (ТА)
Из этого выражения следует, что с ростом объемных потерь КПД
насоса падает. Вместе с тем он будет выше у тех насосов, частота
вращения роторов которых больше.
5.	Номинальное давление РНом - наибольшее давление рабочей
жидкости на выходе из насоса, при котором гидромашина должна
проработать в течение установленного срока службы с сохранением
основных параметров в пределах установленных норм. Избыточное
давление Рн в напорной полости насоса зависит от сопротивлений в
напорной гидролинии и нагрузки на выходном звене гидродвигателя.
При отсутствии сопротивлений и нагрузки, например, при работе
насоса на бак, давления на его входе и выходе практически будут
равны атмосферному, т. е. Р„ = 0.
6.	Полезная мощность Nn насоса равна мощности потока рабочей
жидкости на его выходе
М = 2ФР„,	(7.5)
где Ря - избыточное давление в напорной полости насоса.
7.	Потребляемая насосом мощность N„ от приводного двигателя
М = МдаПда.	(7-6)
где Ми, и т)да - мощность и КПД приводного двигателя.
Справедливо также выражение
Мн = Мп/Пн,	(7.7)
где т|н - полный КПД насоса.
8.	Полный КПД насоса можно определить как отношение полез-
ной мощности к потребляемой
т)н = М1/Мн	(7.8)
61
или произведение
Пн = По Пм Пг,	(7.9)
где Им - механический КПД, учитывающий потери мощности на пре-
одоление сил трения; т]г - гидравлический КПД, учитывающий поте-
ри давления в каналах насоса.
При типовом проектировании гидропривода насос выбирают по
номинальному давлению Рнои и номинальной производительности
Оном- которую определяют при номинальных значениях частоты
вращения, рабочего объема насоса и давления на его выходе.
Характеристикой гидромашины называют зависимость между ее
определенными параметрами при неизменных других параметрах.
Для насосов, при постоянных частоте вращения ротора, коэффици-
енте кинематической вязкости жидкости и давлении на входе, опре-
деляют функциональные зависимости:
=ЛРН); Л2н = ЛЛ); по =ЛЛ); М, М. =/Рн); =ДРИ).
Характеристики гидромашин приводят в виде аналитических за-
висимостей (формул), в виде таблиц или чаще отражают графически
(рис. 7.1).
<2,
м^/с
Рис. 7.1
Комплексной характеристикой, учитывающей влияние всех кон-
структивных и эксплуатационных параметров, является полный КПД
насоса. График именно этой характеристики позволяет определить, и
рекомендовать для эксплуатации насоса в дальнейшем, оптимальные
режимы работы.
62
Описание лабораторного стенда
и методики испытания насоса
Стенд, схема которого приведена на рис. 7.2, включает в себя:
бак Б, насос Н, клапан предохранительный КП, фильтр Ф, маномет-
ры МН1 и МН2, нагрузочный клапан давления КД, гидромотор М.
Насос приводится в действие от электродвигателя, в одну из фаз на
входе которого включены вольтметр PV1 и амперметр РА. Вал гид-
ромотора соединен с тахогенератором BR, на выходе которого
включен вольтметр PV2.
Рис. 7.2
Максимальное давление жидкости на выходе из насоса ограничи-
вается настройкой предохранительного клапана и контролируется по
манометру МН1. Нагружение насоса, т. е. повышение давления жид-
кости на выходе, производится изменением настройки нагрузочного
клапана, при этом давление контролируется по манометру МН2, ус-
тановленному на лицевой панели стенда. Перекрывая напорную ли-
нию, клапан КД изменяет расход жидкости через гидромотор, часто-
та вращения валов гидромотора и тахогенератора уменьшается, что
регистрируется по показаниям вольтметра PV2.
Стенд позволяет испытать насос и определить его основные па-
раметры и характеристики, в том числе обобщенную расходную ха-
рактеристику насоса с предохранительным переливным клапаном
(график АВС на рис. 7.1). Точка А соответствует теоретической про-
63
изводительности, участок АВ характеристики	показывает
падение производительности насоса при его нагружении, при этом
клапан КП закрыт, а точка В соответствует давлению начала откры-
тия клапана. На участке ВС расход жидкости в напорной линии
уменьшается до нуля за счет возрастающего перелива масла в бак
через клапан КП. Точка С соответствует условиям, когда клапан КД
закрыт, а клапан КП открыт. После начала открытия клапана КП ис-
пытания насоса по принятой схеме теряют смысл.
Порядок выполнения работы
1.	Изучить основные параметры и характеристики насоса объем-
ного типа.
2.	Ознакомиться с конструкцией лабораторного стевда.
3.	Произвести настройку предохранительного клапана КП на
максимальное давление в пределах 5 МПа. При этом клапан КД
должен быть закрыт. Настраиваемое давление контролируют по ма-
нометру МН1.
4.	Произвести испытание насоса при 4-5 режимах нагружения.
При этом давление жидкости на выходе из насоса изменяют от ми-
нимального до максимального с помощью клапана КД и контроли-
руют по манометру МН2. Полученные значения Рн заносят в прото-
кол испытаний.
5.	При каждом значении давления рабочей жидкости в напорной
гидролинии регистрируют показания приборов PV1, РА, PV2 (на-
пряжение U и ток I в одной из фаз на входе электродвигателя и пока-
зания прибора тахогенератора, пропорциональные Q$), полученные
значения заносят в протокол.
6.	Фактическую производительность 2ф насоса определяют по
показаниям прибора PV2 тахогенератора, используя при этом тари-
ровочный график (рис. 7.3).
7.	Основные параметры насоса определяют по приведенным в
описании формулам, учитывая, кроме того, что мощность, потреб-
ляемая приводным электродвигателем
Nm = 3UI,	(7.10)
КПД электродвигателя т|дв = 0,75, теоретическая производительность
испытываемого насоса QT = 10'3 м3/с.
64
Рис. 7.3
8.	По результатам испытаний построить графики характеристик
насоса, по типу представленных на рис. 7.1, проанализировать полу-
ченные графики и сделать соответствующие выводы. Указать опти-
мальные режимы работы насоса.
Протокол испытаний
Номер опыта	Давление жидкости Рн, Па	Напряжение U, В	< с	Показания прибора расходомера, деления	Фактическая производитель- ность насоса £?ф, м3/с	Мощность электродвигателя М.в, Вт	Мощность насоса Nw Вт	Полезная мощность насоса Nn, Вт	Полный КПД насоса г|н	Объемный КПД насоса ц0	Объемные потери в насосе Д(7Н, м3/с
65
Контрольные задания
1.	Назовите основные параметры и характеристики насосов объ-
емного типа.
2.	Проанализируйте влияние объемных потерь жидкости в насосе
на его фактическую производительность.
3.	Укажите, какие параметры насоса являются основными для его
выбора при типовом проектировании гидроприводов.
4.	Проанализируйте характеристики насоса, полученные в ре-
зультате испытания.
5.	Укажите оптимальные режимы работы испытанного насоса.
Лабораторная работа № 8
Изучение конструкций и типовых схем
использования направляющих гидроаппаратов
Цель работы: изучить назначение, принципы действия, конст-
рукции, условные графические обозначения направляющих гидроап-
паратов и типовые схемы их использования в гидроприводах техно-
логического оборудования.
Общие сведения
Направляющие гидроаппараты предназначены для изменения на-
правления или пуска и остановки потока жидкости в двух или более
линиях гидросистемы путем полного открытия или закрытия про-
ходного сечения в зависимости от наличия внешнего управляющего
воздействия. При этом давление и расход жидкости на входе и выхо-
де аппарата практически не изменяется.
Эти аппараты позволяют реверсировать движение рабочих орга-
нов, обеспечивать начало работы или остановку гидродвигателей,
последовательность или одновременность (параллельность) их рабо-
ты, а также выполнять другие элементы заданного цикла работы
оборудования.
К этой группе аппаратов относятся гидрораспределители золот-
никового или кранового типа, обратные клапаны, а также некоторые
гидроклапаны давления, которые могут работать в режиме направ-
ляющих аппаратов.
Наибольшее распространение в промышленных гидроприводах
получили золотниковые распределители, имеющие пятикамерную
конструкцию корпуса и запорно-регулирующий элемент, выполнен-
ный в виде плунжера (золотника) с тремя рабочими поясками
(рис. 8.1).
В зависимости от внешнего управляющего воздействия золотник
может перемещаться в осевом направлении в расточке корпуса и за-
нимать одно из трех фиксированных положений (позиций). Присое-
динительные отверстия аппарата обозначают: Р - вход в аппарат
основного потока, напорная линия (подвод); А, В - отверстия при-
соединения аппарата к потребителю; Т — выход из аппарата основно-
го потока, возвращаемого в бак, сливная линия (слив); X, Y, V -
67
отверстия для подвода и отвода потока управления; L - дренажное
отверстие (слив утечек); М- отверстие для подключения манометра.
Рис. 8.1
В положении I золотника гидрораспределителя Р (рис. 8.1,а) ос-
новной поток масла из напорной линии Р по линии А поступает в
бесштоковую полость гидроцилиндра Ц, а из штоковой полости вы-
тесняется через линию В и распределитель Р в сливную линию Т.
Поршень со штоком перемещается вправо.
В положении II золотника (рис. 8.1,6) масло из напорной линии Р
по линии В поступает в штоковую полость гидроцилиндра Ц, а из
бесштоковой полости масло вытесняется по линии А в сливную ли-
нию Т. Поршень со штоком перемещается влево, т. е. происходит
изменение направления движения выходного звена двигателя (ре-
верс).
68
В среднем положении О (рис. 8.1,в) рабочие пояски золотника пе-
рекрывают среднюю и две крайние цилиндрические расточки (каме-
ры) корпуса, что приводит к разъединению линий А, В, Р, Т между
собой. Подвод и отвод масла к полостям цилиндра прекращаются, и
поршень со штоком останавливается.
Подбирая различные соотношения линейных размеров (ширины)
рабочих поясков золотника и камер корпуса, можно обеспечить раз-
личные варианты соединений линий А, В, Р, Т при среднем положе-
нии золотника.
По типу управления различают распределители с управлением:
ручным от рукоятки, ножным от педали, механическим от кулачка
или упоров, гидравлическим от вспомогательного распределителя
(пилота), электромагнитным от толкающего электромагнита посто-
янного или переменного тока, элекгрогидравлическим, пневматиче-
ским или пневмогидравлическим.
На принципиальных гидравлических схемах распределители изо-
бражают прямоугольниками, состоящими из квадратов, причем каж-
дой позиции золотника соответствует свой квадрат, в котором стрел-
ками показано соединение входных и выходных отверстий распреде-
лителя в данной позиции (рис. 8.1,г). На каждом условном графиче-
ском изображении распределителя указывается тип управления и
способ установки золотника в позицию.
В технической документации могут использовать сокращенную
форму записи наименования распределителя в виде дроби, в числи-
теле которой указывают число линий (ходов, по которым подводится
и отводится основной поток жидкости), а в знаменателе - число фик-
сированных позиций. Например, четырехходовой трехпозиционный
гидрораспределитель обозначают «распределитель 4/3».
Принцип действия кранового распределителя основан на замыка-
нии или размыкании каналов, образованных поверхностями корпуса
и пробкового крана, имеющего расточки и перекрещивающиеся
сквозные радиальные отверстия.
Распределитель (рис. 8.2,а) состоит из корпуса 1, пробкового кра-
на 2, крышек 3 и 9, уплотнительной манжеты 4, фиксатора 5, пружи-
ны 6, рукоятки 7, ступицы 8 и крепежных деталей. Управление рас-
69
пределителем ручное от рукоятки 7 или механическое от упоров,
воздействующих на выступы К ступицы.
б
Рис. 8.2
Крановые распределители могут быть двух или трехпозицион-
ные с соединением в средней позиции линий А и В с линией Р или
линией Т (рис. 8.2,6), они рассчитаны на небольшие расходы жидко-
сти (до 8 л/мин) и давление до 20 МПа.
Обратные клапаны свободно пропускают поток масла в одном на-
правлении; при движении масла в противоположном направлении
клапаны запирают поток. Они должны быть герметичными в закры-
том положении и обладать минимальным гидравлическим сопро-
тивлением в открытом положении.
Обратный клапан (рис. 8.3,а) состоит из корпуса 1, седла 2, плун-
жера 3, пружины 4, пробки 5 и уплотнений. Прямой поток масла
проходит из отверстия А в отверстие В, при изменении направления
потока клапан запирается.
70
Рис. 8.3
Герметичность клапана обеспечивается посадкой конической по-
верхности торца плунжера 3 в коническую фаску седла 2 и поджати-
ем плунжера к седлу пружиной 4 и жидкостью из отверстия В.
Условное обозначение обратного клапана приведено на рис. 8.3,6.
Более подробно с различными конструкциями золотниковой и
клапанной направляющей аппаратурой рекомендуется познакомить-
ся по литературным источникам [2-4].
Типовые варианты использования направляющих аппаратов мож-
но рассмотреть на принципиальной схеме гидропривода (рис. 8.4).
Золотниковые распределители Р1 и Р2 обеспечивают реверсиро-
вание движения выходных звеньев гидроцилиндров Ц1 и Ц2. Золот-
никовый распределитель ПМ (переключатель манометра) с ручным
управлением от кнопки защищает манометр МН от действия избы-
точного давления и позволяет кратковременно включать манометр в
работу для контроля давления. Золотниковый распределитель (пи-
лот), входящий в состав предохранительного клапана КП обеспечи-
вает открытие второго каскада клапана для разгрузки гидросистемы
от давления (исходное положение «стоп»).
71
Рис. 8.4
Обратные клапаны КО2 и КО4 являются защитными элементами
соответственно фильтра Ф1 и маслоохладителя МО и пропускают
масло в моменты перегрузки основных устройств. Клапан КО1 запи-
рает рабочую полость цилиндра зажима Ц1 в момент аварийного от-
ключения источника питания. Клапан КОЗ не допускает холостой
выбег рабочего органа станка при отключении насосной станции.
Обратный клапан, входящий в состав регулятора потока РП и вклю-
ченный параллельно ему, обеспечивает движение масла в обход ре-
гулятора при обратном ходе выходного звена цилиндра Ц2 (элемент
цикла "«быстрый отвод").
72
Клапан давления КД выполняет роль клапанного распределителя,
допускающего работу цилиндра Ц2 подачи только при обеспечении
заданного усилия зажима заготовки, т.е. после срабатывания цилин-
дра Ц1.
Порядок выполнения работы
1.	Изучить назначение и принципы действия направляющих гид-
роаппаратов.
2.	Используя схемы, описания и натурные образцы аппаратов,
изучить устройство и порядок работы направляющих аппаратов.
3.	Изучить условные графические обозначения направляющих ап-
паратов на принципиальных гидросхемах приводов.
4.	Изучить типовые варианты использования направляющих гид-
роаппаратов.
Контрольные задания
1.	Объясните назначение и принципы действия направляющих
гидроаппаратов.
2.	Объясните устройство и порядок работы распределителей зо-
лотникового типа.
3.	Объясните устройство и порядок работы распределителей кра-
нового типа.
4.	Объясните устройство и порядок работы распределителей кла-
панного типа.
5.	Приведите примеры использования направляющих гидроаппа-
ратов в приводах технологического оборудования.
Лабораторная работа № 9
Изучение конструкций и типовых схем
использования аппаратов
для регулирования давления жидкости
Цель работы: изучить назначение, принцип действия, конструк-
ции, условные графические обозначения гидравлических аппаратов
для регулирования давления жидкости и типовые варианты их ис-
пользования в приводах технологического оборудования.
Общие сведения
Гидравлические аппараты для регулирования давления жидкости
называют клапанами. Клапаны используются в гидросистемах в ка-
честве автоматических регулирующих устройств и служат, в первую
очередь, для защиты гидроприводов от перегрузки и настройки и
поддержания силовых параметров на выходном звене гидродвигате-
ля, например, усилия на штоке цилиндра или вращающего момента
на валу мотора.
По назначению клапаны делят на предохранительные, защищаю-
щие гидропривод от давления, превышающего установленное значе-
ние; предохранительные переливные, поддерживающие постоянное
настроенное давление в подводимом потоке рабочей жидкости; ре-
дукционные, поддерживающие постоянное настроенное давление в
отводимом потоке рабочей жидкости более низкого, чем в подводи-
мом; клапаны разности давлений, поддерживающие заданную раз-
ность давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидко-
сти, и другие, в том числе комбинированные аппараты.
Срабатывание клапанов происходит при определенном соотноше-
нии сил, приложенных к подвижному запорно-регулирующему эле-
менту, создаваемых давлениями жидкости в линиях управления и
предварительно отрегулированной пружиной.
В зависимости от воздействия потока жидкости на запорно-регу-
лирующий элемент различают клапаны прямого (однокаскадные) и
непрямого (двухкаскадные) действия. В клапанах прямого действия
размеры проходного сечения аппарата изменяются в результате не-
74
посредственного (прямого) воздействия потока на запорно-регули-
рующий элемент, в клапанах непрямого действия - в результате воз-
действия потока на вспомогательный запорно-регулирующий эле-
мент, который управляет перемещением основного переливного зо-
лотника, подключенного к напорной и сливной линиям.
Предохранительный клапан защищает гидропривод от перегруз-
ки. Он настраивается на давление, необходимое для преодоления
гидродвигателем максимальной расчетной нагрузки, и действует
только в аварийных ситуациях. При перегрузке двигателя клапан от-
крывается и пропускает масло из напорной линии в сливную. В ос-
тальных случаях клапан закрыт, при этом давление жидкости в на-
порной линии определяется величиной нагрузки, преодолеваемой
двигателем. В станкостроении централизованно не изготавливают
клапаны для работы только в аварийном режиме; предохранительные
клапаны станочных гидросистем, как правило, работают в режиме
переливных клапанов.
Клапан давления прямого действия представляет собой много-
функциональный аппарат, который предназначен для предохранения
гидропривода от давления, превышающего установленное значение;
поддержания постоянного установленного давления в напорной ли-
нии путем непрерывного слива необходимого количества масла во
время работы; поддержания заданной разности давлений в подводи-
мом и отводимом потоках и пропускания потока жидкости при дос-
тижении заданной величины давления.
Конструктивная схема клапана приведена на рис. 9.1,а, условное
графическое обозначение - на рис. 9.1,6.
75
Клапан состоит из следующих основных элементов: корпуса 3,
запорно-регулирующего элемента (золотника) 1, пружины 2, регули-
ровочного винта 4. Жидкость подводится к клапану по линии Р и от-
водится по линии А. Линия Р каналом управления 8 соединена с по-
лостью 7, а полость 5 каналом 6 - с линией А. В канале 8 имеется
демпфер 9, который представляет собой короткое отверстие малого
диаметра и обеспечивает плавность перемещения золотника.
Когда усилие, создаваемое давлением масла на торец золотника 1
в полости 7, превышает усилие пружины 2 и усилие давления масла
на золотник со стороны полости 5, нарушается равновесие сил на
золотнике и он смещается вправо, соединяя линии Р и А.
Если линия А соединена с баком, то при работе клапана обеспе-
чивается защита гидропривода от перегрузки и поддержание посто-
янного давления в линии Р, величина которого определяется на-
стройкой пружины
P^FnJS™.	(9.1)
Если клапан работает на проход и линия А не соединена с баком,
то аппарат обеспечивает превышение давления в линии Р над давле-
нием в линии А на определенную величину, определяемую настрой-
кой его пружины.
В зависимости от способа подключения каналов 6 и 8 управления
можно получить четыре исполнения клапана, имеющих различное
функциональное назначение, в том числе направляющих аппаратов.
Клапаны прямого действия просты по конструкции, но использу-
ются обычно только при небольших расходах и давлениях жидкости.
Предохранительный клапан непрямого действия предохраняет
гидросистему от перегрузки, поддерживает постоянное установлен-
ное давление в напорной линии и может разгружать систему от дав-
ления с помощью дистанционного управления.
Конструктивная схема клапана приведена на рис. 9.2,а, условное
графическое обозначение - на рис. 9.2,6.
Клапан состоит из следующих основных элементов: корпуса 4,
переливного золотника 3, нерегулируемой пружины 5, вспомога-
тельного запорно-регулирующего элемента 6, пружины 7, регулиро-
вочного винта 8. Жидкость подводится к клапану по линии Р и отво-
76
дится в бак по линии Т. Линия Р каналами управления 2, 15 и 16 со-
единена соответственно с полостями 10, 14 и 13.Вспомогательный
клапан каналом 9 соединен со сливной линией Т. В канале 2 имеется
демпфер 1.
Если давление в линии Р не превышает давления настройки
вспомогательного клапана (регулируется винтом 8, сжимающим пру-
жину 7), последний закрыт, давления в полостях 10,13 и 14 одинако-
вы, переливной золотник 3 пружиной 5 прижат к своему коническо-
му седлу и разъединяет линии Р иТ.
Когда усилие от давления масла на запорно-регулирующий эле-
мент 6 вспомогательного клапана превышает настроенное усилие
пружины 7, шарик отходит от седла, и масло в небольшом количест-
ве из линии Р по каналам 2 и 9 проходит в сливную линию Т. Из-за
потери давления в демпфере 1 давление в полости 10 уменьшается, и
золотник 3 усилием от давления в полостях 13 и 14 перемещается
вправо, сжимая пружину 5 и соединяя линии Р и Т. При работе кла-
пана обеспечивается защита гидропривода от перегрузки и поддер-
жание постоянного давления в линии Р, величина которого опреде-
ляется выражением
P^F^ISn + F^S™	(9.2)
где Р„р1 и Fnp5 - соответственно силы пружин 7 и 5;	- площадь
отверстия, перекрываемая шариком 6;	- сумма площадей торцов
золотника 3 в полостях 13 и 14.
77
Из выражения (9.2) видно, что фактическое давление в линии Р
несколько выше давления, настраиваемого пружиной 7, на величину,
зависящую от силы нерегулируемой пружины 5. Сила пружины 5
подбирается такой, чтобы она могла обеспечить закрытое состояние
клапана в любом его положении, т. е. соизмеримой с весом золотни-
ка 3, поэтому второе слагаемое выражения (9.2) обычно не учитыва-
ют.
Для разгрузки системы от давления к полости 10 подключают
дополнительный двухпозиционный распределитель (пилот) 11 с
электромагнитным управлением. При отключенном электромагните
(см. рис. 9.2,а) полость 10 через пилот 11 и канал 12 соединяется со
сливной линией Т, давление в полости 10 уменьшается практически
до нуля и золотник 3 перемещается вправо, соединяя линии Р и Т.
Давление жидкости в линии Р будет определяться силой пружины 5
Р = Рпр.А,	(9.3)
а как было отмечено выше, эта сила пренебрежимо мала. Для норма-
лизованных аппаратов давление масла на входе при работе в режиме
разгрузки не превышает 0,2...0,3 МПа.
Редукционный клапан непрямого действия предназначен для по-
нижения давления жидкости на выходе аппарата и поддержания его
постоянным.
Конструктивная схема клапана приведена на рис. 9.3,а, полное и
упрощенное условные графические обозначения соответственно, -
на рис. 9.3,6 и 9.3,в.
а	в
Рис. 9.3
78
Клапан состоит из следующих основных элементов: корпуса 1,
золотника 3, нерегулируемой пружины 4, вспомогательного шарико-
вого клапана 5, пружины 6, регулировочного винта 7. Жидкость под-
водится к клапану по линии Р и отводится по линии А. Линия А ка-
налами управления 9, 12 и 13 соединена соответственно с полостями
8, 2 и 14. От вспомогательного клапана масло отводится в сливную
линию Т. Каналы управления 9 и 12 имеют демпферы 10 и II. Особо
следует отметить, что редукционный клапан является постоянно от-
крытым аппаратом, так как линии Р и А всегда соединены зазором,
образованным кромками золотника 3 и расточки 15 в корпусе. В этом
зазоре происходит дросселирование (создается сопротивление дви-
жению) потока масла, что и обеспечивает понижение давления в ли-
нии А по сравнению с давлением в линии Р.
Клапан работает следующим образом. Жидкость из линии Р через
дросселирующую щель (зазор между кромками золотника 3 и рас-
точки 15 в корпусе) проходит в линию А. Одновременно некоторая
часть жидкости из линии А по каналу 9 через демпфер 10 поступает в
полость 8, открывает вспомогательный шариковый клапан 5 и отво-
дится в сливную линию Т. При этом на демпфере 10 создается раз-
ность давлений
ДР = Р-РЬ	(9.4)
где Р - давление в линии А и полостях 2 и 14; Р] - давление масла в
полости 8, определяемое силой РПр.6 пружины 6 (Pi = Рпр.б/^ш, где Slu -
площадь отверстия, перекрываемая шариком 5).
Наличие разности давлений на торцах золотника 3 создает осевое
усилие, смещающее золотник вправо и сжимающее пружину 4. На
золотнике устанавливается равновесие сил
Р$кл ~ Рпр.4 ~ Р^кл ~ 0,	(9.5)
где - сумма площадей торцов золотника в полостях 2 и 14, равная
площади золотника в полости 8; FnpА - сила пружины 4.
Из выражения (9.5) можно определить давление на выходе редук-
ционного клапана
Р — Fпр (JSw + F„р 4/ Sm,.	(9.6)
Второе слагаемое выражения (9.6) есть величина постоянная и не-
большая, поэтому считают, что редуцированное (пониженное) дав-
79
ление на выходе клапана Р ~ Р\ и его настройку осуществляют путем
изменения силы пружины 6.
Изменения установленного значения редуцированного давления
вызывают смещения золотника 3 в направлении уменьшения ошиб-
ки. При повышении давления в линии А увеличивается перепад дав-
лений на демпфере 10, это нарушает установленное равновесие сил
на золотнике, он дополнительно смещается вправо, прикрывая дрос-
селирующую щель. При уменьшении давления пружина 4 смещает!
золотник влево, уменьшая дросселирование основного потока. Та-
ким образом обеспечивается автоматическое поддержание установ-
ленного значения давления жидкости на выходе аппарата.
Комбинированные регуляторы представляют собой многофунк-
циональные устройства, в состав которых входят два и более аппара-
та, размещенные в общем корпусе.'К ним относят регуляторы давле-
ния, гидропанели, клапанные распределители, регуляторы расхода
и т. п. Описание комбинированных устройств приведено в специаль-
ной литературе [2, 3,4].
Типовые варианты использования рассмотренных выше клапанов
приведены на рис. 9.4,а и б.
Рис. 9.4
80
На рис. 9.4,а предохранительный переливной клапан КП защища-
ет гидропривод от перегрузки и поддерживает установленное давле-
ние жидкости в напорной линии гидросистемы. Регулируемый кла-
пан последовательности КД1 пропускает поток масла в цилиндр Ц2
только при достижении давления на входе, определяемого настрой-
кой его пружины, т. е. после срабатывания зажимного цилиндра Ц1.
Подпорный клапан давления КД2 поддерживает в нижней полости
цилиндра Ц2 давление масла, уравновешивающее вес подвижных
частей машины, что обеспечивает плавное перемещение поршня при
движении вниз или его остановку при отключении насоса Н.
На рис. 9.4,6 предохранительный переливной клапан КП защища-
ет гидропривод от перегрузки, поддерживает установленное давле-
ние жидкости в напорной линии гидросистемы и разгружает систему
от давления с помощью дистанционного управления. Редукционный
клапан КР поддерживает давление питания зажимного цилиндра Ц2,
сниженное по сравнению с давлением в напорной линии насоса Н.
Порядок выполнения работы
1.	Изучить назначение, принцип действия, конструктивные схе-
мы и условные графические обозначения гидравлических аппаратов
для регулирования давления жидкости.
2.	Используя имеющиеся в лаборатории плакаты и натурные об-
разцы аппаратов, познакомиться с конструкциями клапанов.
3.	Изучить типовые варианты использования клапанов в гидро-
приводах технологического оборудования.
Контрольные задания
1.	Назовите основные функции, выполняемые клапанами в гид-
равлических приводах технологического оборудования.
2.	Объясните принцип действия аппаратов для регулирования
давления жидкости.
3.	Приведите примеры использования клапанов давления прямо-
го действия.
4.	Объясните, как обеспечивается разгрузка гидросистемы от
давления с помощью предохранительного клапана непрямого дейст-
вия.
5.	Объясните, с какой целью в гидроприводах используют редук-
ционные клапаны.
Лабораторная работа № 10
Определение статических характеристик
предохранительных переливных клапанов
Цель работы: экспериментально определить статические харак-
теристики предохранительных переливных клапанов прямого и не-
прямого действия и произвести их сравнительный анализ.
Общие сведения
Предохранительные переливные клапаны служат для защиты гид-
росистемы от давления, превышающего установленное значение, и
поддержания постоянного настроенного давления в подводимом по-
токе путем непрерывного слива необходимого количества масла во
время работы.
Срабатывание клапанов происходит при определенном соотноше-
нии сил, приложенных к подвижному запорно-регулирующему эле-
менту, создаваемых давлениями жидкости в линиях управления и
предварительно отрегулированной пружиной.
Равновесие шарика 1 (рис. 10.1) перед началом открытия опреде-
ляется уравнением
Fnp = Fx,	(10.1)
где Fnp - cz0 - усилие пружины 2, имеющей жесткость с и предвари-
тельно поджатой регулировочным винтом 3 на величину z0;	= P&>m -
усилие, создаваемое давлением Ро> действующим на эффективную
площадь шарика 1 при открытии клапана; 5Ш = (я</2)/4.
Равновесие открытого клапана при подъеме шарика на величину z
определяется новым соотношением сил
c(z0 + z) = PSm,	(10.2)
из которого следует, что возросшая сила пружины может быть ком-
пенсирована только ростом подведенного давления Р. Следователь-
но, увеличение расхода жидкости через клапан приводит к росту
82
давления в напорной линии системы. Эту зависимость называют ста-
тической характеристикой клапана и определяют отношением
Дс = ДР/Д£>,	(10.3)
где ДР - изменение давления жидкости, вызванное изменением рас-
хода Д£? через клапан.
Рис. 10.1
На рис. 10.2 приведены графики зависимостей z -fiQ) и Р
Эксперименты показывают, что меньшие значения статической
характеристики у клапана непрямого действия. Это объясняется тем,
что при его работе основной поток жидкости сливается через пере-
83
ливной золотник второго каскада, а через вспомогательный клапан
первого каскада масло проходит в небольшом количестве. Поэтому
изменения расхода жидкости через клапан приводят к незначитель-
ным деформациям регулируемой пружины в первом каскаде.
Значительная величина статической характеристики является су-
щественным недостатком клапанов прямого действия и ограничивает
область их применения.
Описание лабораторного стенда
Статические характеристики предохранительных переливных кла-
панов определяют на стенде, принципиальная гидравлическая схема
которого приведена на рис. 10.3.
Рис. 10.3
В состав стенда входят: насос Н постоянной производительности,
установленный в баке Б, клапан предохранительный КП, дрос-
сель ДР, испытываемые предохранительные переливные клапаны
прямого КД1 и непрямого КД2 действия, манометры МН1 и МН2,
расходомер РМ и подключенный к нему стрелочный прибор П. Кла-
пан КП настроен на давление в 2 раза большее, чем давление, пооче-
редно настраиваемое клапанами КД1 и КД2 при испытаниях, и сра-
батывает только в аварийных ситуациях. Для включения прибора П
расходомера служит кнопка, установленная на лицевой панели стен-
да. Расшифровка показаний прибора выполняется по тарировочному
графику (рис. 10.4).
84
Порядок выполнения работы
1.	Для определения статической характеристики клапана КД1
прямого действия необходимо: полностью закрыть клапан КД2, от-
крыть дроссель ДР и при включенном насосе Н настроить клапа-
ном КД1 начальное давление жидкости в системе, контролируя его
по манометру МН1. Постепенно закрывая дроссель ДР, установить
четыре-пять режимов работы испытываемого клапана. При каждом
установленном режиме снять показания манометра МН1 и прибора П
расходомера. Полученные данные занести в протокол испытаний.
2.	Для определения статической характеристики клапана КД2 не-
прямого действия необходимо: полностью закрыть клапан КД1, от-
крыть дроссель ДР и при включенном насосе Н настроить клапа-
ном КД2 начальное давление жидкости в системе, контролируя его
85
по манометру МН1. Дальнейший порядок испытаний аналогичен
описанному выше.
3.	По результатам испытаний построить графики зависимостей
Р = Л0 Для обоих клапанов, произвести их сравнительный анализ
и сделать соответствующие выводы.
Протокол испытаний
Номер опыта	Давление Л Па	Показания прибора расходомера, делений	Расход жидкости через клапан, Q, м3/с	Численное значе- ние статической характеристики Дс, Нс/м5
Клапан прямого действия				
1 5				
Клапан непрямого действия				
1 5				
Контрольные задания
1.	Объясните, чем отличаются условия равновесия запорно-регу-
лирующего элемента клапана перед открытием и в процессе работы.
2.	Дайте понятие статической характеристики предохранительно-
го переливного клапана.
3.	Укажите основную причину зависимости давления в напорной
линии гидросистемы от расхода жидкости через клапан.
4.	Проведите сравнительный анализ статических характеристик
переливных клапанов прямого и непрямого действия.
5.	Объясните, как конструкции клапанов влияют на вид статиче-
ской характеристики.
Лабораторная работа № 11
Определение динамических характеристик
предохранительных переливных клапанов
Цель работы: экспериментально определить динамические ха-
рактеристики предохранительных переливных клапанов прямого и
непрямого действия и произвести их сравнительный анализ.
Общие сведения
Предохранительные переливные клапаны являются автоматиче-
скими регуляторами давления и предназначены для защиты гидро-
систем от перегрузки и поддержания постоянного установленного
давления в подводимом потоке рабочей жидкости.
Исследование имеющихся и создание новых устройств и систем
автоматического регулирования основано на использовании динами-
ческих характеристик этих объектов.
Динамические характеристики клапанов описывают характер пе-
ремещения запорных элементов в результате изменения действую-
щих на них сил, вызванных изменением физических параметров сис-
темы в переходном режиме работы. Эти характеристики клапанов
могут быть изучены по кривым переходного процесса, представ-
ляющим собой графические зависимости регулируемых или других
параметров от времени.
Типовая кривая переходного процесса срабатывания клапана при-
ведена на рис. 11.1 и показывает зависимость давления в системе от
времени в переходном режиме работы.
Динамические характеристики создаваемых клапанов прямого
действия могут быть получены аналитически, путем решения систе-
мы дифференциальных уравнений, описывающих работу клапанов с
некоторыми допущениями и линеаризацией существенных нелиней-
ностей. В более сложных случаях (при исследовании аппаратов не-
прямого действия) определение характеристик возможно только с
применением аналоговых и цифровых электронных вычислительных
машин. Для определения характеристик существующих предохрани-
тельных клапанов наиболее применимы экспериментальные методы.
87
Рис. 11.1
При исследовании кривых переходного процесса срабатывания
клапанов существенное значение для всей гидросистемы имеет оцен-
ка качества переходного процесса. Для сравнительной оценки мож-
но, по аналогии с гидравлическими следящими системами, принять
за основные показатели: чувствительность, точность, быстродейст-
вие, устойчивость. По типовой кривой переходного процесса можно
судить об этих показателях.
Под чувствительностью понимается способность реагирования
клапана на входной сигнал с минимальной ошибкой на выходе. Этот
показатель с достаточной точностью может быть оценен максималь-
ной величиной перерегулирования, равной ДР/Р0, где Ро - давление
настройки клапана.
Ошибка реагирования клапана на входной сигнал по перемеще-
нию характеризует точность, а ошибка по времени - быстродействие.
Быстродействие может в значительной степени характеризоваться
временем нарастания регулируемой величины с момента подачи им-
пульса нагрузки до ее максимального значения t„.
Устойчивость движения представляет собой способность клапана
возвращаться в состояние заданного установившегося режима рабо-
ты после прекращения действия импульса нагрузки (возмущающего
воздействия). Относительная устойчивость может быть определена
88
числом перерегулирований до полного затухания колебательного
процесса. Обычно число перерегулирований допускается от двух до
четырех. Кроме того, устойчивость может быть оценена также по
времени переходного процесса /пер-
Чувствительность и устойчивость клапана связаны обратно про-
порциональной зависимостью, поэтому в реальных аппаратах, при их
разработке и исследовании, следует создавать достаточные запасы
чувствительности и устойчивости, приемлемые для различного про-
мышленного применения.
Описание лабораторного стенда
Динамические характеристики предохранительных переливных
клапанов определяют на стенде, принципиальная гидравлическая
схема которого приведена на рис. 11.2.
Рис. 11.2
В состав стенда входят: насос Н постоянной производительности,
установленный в баке Б, клапан предохранительный КП, испыты-
ваемые предохранительные переливные клапаны прямого КД 1 и не-
прямого КД2 действия, манометры МН1 и МН2, вентили BHI, ВН2 и
ВНЗ, гидрораспределитель Р с электрогидравлическим управлением,
гидромеханический самописец ГМС. Клапан КП настроен на давле-
ние в 2 раза большее, чем давление, поочередно настраиваемое кла-
89
панами КД1 и КД2 при испытаниях, и срабатывает только в аварий-
ных ситуациях. Для включения и выключения электромагнита ЭМ
распределителя Р служит тумблер «магнит». Включение и выключе-
ние однофазного электродвигателя М протяжки ленты в самописце
производится тумблером «самописец». Для включения и выключе-
ния приводного электродвигателя насоса Н используется кнопочная
станция. Все органы управления размещены на лицевой панели стен-
да.
Динамические испытания клапанов производят путем их ступен-
чатого нагружения давлением с последующей регистрацией пере-
ходного процесса. Ступенчатое увеличение давления в подводимом к
испытываемому клапану потоке жидкости происходит при быстром
переключении распределителя Р из позиции I в позицию О.
Порядок выполнения работы
1.	Для записи переходного процесса срабатывания клапана КД1
выполнить следующие операции:
1.1.	С помощью регулировочных винтов полностью закрыть кла-
пан КД2 и ослабить пружину клапана КД 1.
1.2.	Включить насосную станцию.
1.3.	По манометру МН1 клапаном КД1 установить заданное дав-
ление жидкости в системе, после чего закрыть вентиль ВН1.
1.4.	Тумблером «магнит» включить электромагнит ЭМ распреде-
лителя Р. При этом распределитель Р переключится в позицию I и
соединит напорную линию системы со сливом.
1.5.	Открыть вентиль ВНЗ и установить перо самописца ГМС на
ленте барабана в исходное положение (нулевое давление).
1.6.	Тумблером «самописец» включить двигатель М протяжки
ленты и одновременно выключить тумблер «магнит», произведя за-
пись переходного процесса срабатывания клапана.
1.7.	Выключить двигатели самописца и насоса.
2.	Для записи переходного процесса срабатывания клапана КД2
предварительно произвести настройку стенда в следующем порядке:
2.1.	С помощью регулировочных винтов полностью закрыть кла-
пан КД1 и ослабить пружину клапана КД2.
90
2.2.	Включить насосную станцию.
2.3.	По манометру МН1 клапаном КД2 установить заданное дав-
ление жидкости в системе, после чего закрыть вентиль ВН1.
Далее выполнить операции 1.4-1.7, описанные выше.
3.	Произвести расшифровку полученных кривых переходных
процессов срабатывания испытываемых клапанов, учитывая сле-
дующее: масштаб давления - 1 мм соответствует 0,1 МПа, масштаб
времени - 1 мм соответствует 0,014 с. Определить для каждого кла-
пана: величину перерегулирования, время нарастания давления и
время переходного процесса.
4.	Произвести качественный и количественный сравнительный
анализ динамических характеристик клапанов прямого и непрямого
действия.
Контрольные задания
1.	Объясните, что показывают динамические характеристики
клапанов.
2.	Назовите, по каким показателям оценивают качество переход-
ных процессов.
3.	Назовите основные способы определения динамических харак-
теристик переливных клапанов.
4.	Проведите сравнительный анализ динамических характеристик
переливных клапанов прямого и непрямого действия.
5.	Объясните, как конструкции клапанов влияют на их динами-
ческие характеристики.
Лабораторная работа № 12
Изучение конструкций и типовых схем
использования аппаратов
для регулирования расхода жидкости
Цель работы: изучить назначение, принцип действия, конструк-
ции, условные графические обозначения аппаратов для регулирова-
ния расхода жидкости и типовые варианты их использования в гид-
роприводах технологического оборудования.
Общие сведения
Устройство, предназначенное для изменения расхода проходяще-
го через него потока жидкости, называют дросселем. Гидравличе-
ский дроссель представляет собой регулируемое сопротивление,
обеспечивающее управление расходом (9др жидкости путем измене-
ния площади 5др проходного сечения аппарата:
Одр = ц5др>/2ДР7р,	(12.1)
где |1 - коэффициент расхода дросселя; р - плотность жидкости;
ЫР = Р\ - Рг~ разность давлений Р\ и Р2 жидкости соответственно
на входе и выходе аппарата. Из выражения (12.1) следует, что зави-
симость расхода жидкости от площади проходного сечения дросселя
линейная, а от разности давлений на входе и выходе аппарата - не-
линейная.
На рис. 12.1 приведены некоторые типы регулируемых дросселей.
Основными деталями щелевого дросселя (рис. 12.1,а) являются
втулка 1 с прорезью и корпус 2. Жидкость подводится по линии Р
внутрь втулки и через прорезь отводится в линию А. Втулка может
поворачиваться в корпусе, при этом площадь проходного сечения
дросселя будет определяться зависимостью
S^bry,	(12.2)
где b - ширина прорези; г - радиус отверстия внутри втулки; <р - угол
открытия прорези, рад.
92
Рис. 12.1
В золотниковом дросселе (рис. 12.1,6) площадь проходного сече-
ния зависит от расстояния / между кромками золотника 1 и проточки
в корпусе 2, а также диаметра d золотника
S^iuU.	(12.3)
Расход жидкости, проходящий из гидролинии Р в линию А регу-
лируется путем осевого смещения золотника в корпусе.
Для точной настройки расхода жидкости используют игольчатый
дроссель (рис. 12.1,в), в котором жидкость проходит из линии Р в
линию А через зазор между иглой 1 и кромкой проточки корпуса 2.
Площадь проходного сечения аппарата регулируется путем осевого
смещения иглы в корпусе.
Для указанных дросселей необходимо соблюдать условие: пло-
щадь сечения входных и выходных каналов с диаметром do не долж-
на быть меньше максимальной площади проходного окна дросселя,
иначе сопротивление на входе или выходе аппарата будет больше,
чем в самом дросселе.
Наиболее часто дроссели используют для регулирования скорости
движения выходных звеньев гидродвигателей в системах с насосом
постоянной производительности.
93
Типовые схемы установки дросселей приведены на рис. 12.2. При
установке дросселя ДР в напорной (рис. 12.2,6?) или в сливной
(рис. 12.2,6) линии скорость перемещения поршня цилиндра Ц дости-
гает максимального значения при полностью открытом проходном
сечении аппарата. Если дроссель закрыт, то поршень не перемещается,
а весь расход жидкости, поступающий от насоса Н в напорную линию
системы, через предохранительный переливной клапан КП отводится
в бак Б. При установке дросселя параллельно двигателю (рис. 12.2,в)
максимальную скорость движения поршня можно получить, закрыв
проходное сечение аппарата. Если дроссель полностью открыт, то
поршень останавливается, так как происходит разгрузка насоса на
бак. Клапан КП в данной схеме работает только в аварийных ситуа-
циях.
Рис. 12.2
Общим недостатком при использовании дросселей является зави-
симость скорости выходного звена гидродвигателя от величины пре-
одолеваемой им нагрузки.
Увеличение нагрузки приводит к уменьшению перепада давлений
на входе и выходе дросселя, что, согласно выражению (12.1), снижа-
ет расход жидкости через дроссель и, в конечном итоге, приводит к
уменьшению установленного значения скорости двигателя.
В большинстве гидроприводов установленная скорость движения
выходных звеньев гидродвигателей должна быть постоянной в ши-
роком диапазоне изменения нагрузок на рабочих органах, поэтому
перепад давлений на дросселе должен поддерживаться постоянным и
94
небольшим (0,2...0,3 МПа) для получения минимальных расходов
при минимально допустимой площади проходного сечения аппарата.
Указанным условиям удовлетворяют регуляторы расхода, которые
представляют собой комбинированные аппараты, содержащие дрос-
сель и автоматический регулятор (клапан) для поддержания посто-
янного перепада давлений на дросселе.
Регулятор расхода с редукционным клапаном, конструктивная
схема которого приведена на рис. 12.3,а, а условное графическое
обозначение на рис. 12.3,6, предназначен для регулирования расхода
жидкости и автоматического поддержания установленного расхода
постоянным.
Рис. 12.3
Основными элементами регулятора расхода являются: регулируе-
мый дроссель 7, золотник 2 и пружина 4. Жидкость подводится к ап-
парату по гидролинии Р и отводится по линии А. Полости 1 и 9 ре-
дукционного клапана каналами управления 6 и 8 соединены с линией
А на входе в дроссель 7, а полость 3 каналом 5 с линией А на выходе
дросселя.
При работе аппарата жидкость из линии Р проходит через зазор
высотой I, образованный кромками золотника 2 и проточки в корпу-
се, и дроссель 7 в линию А. При этом перед дросселем создается дав-
ление Р], которое в полостях 1 и 9 создает силу, действующую на
золотник 2 снизу и поднимающую его вверх. Сверху, со стороны по-
95
лости 3, на золотник действуют силы пружины 4 и давления Р2 на
выходе аппарата.
Устойчивое положение золотника 2 в корпусе будет сохраняться
при равновесии сил на нем:
PiSi + F^P^+P'S,,	(12.4)
где Р\ и Р2 — давления жидкости соответственно на входе и выходе
дросселя; Рпр - сила пружины 4; S3 и S9 - площади торцов золот-
ника 2 соответственно в полостях 1, 3 и 9.
Если учесть, что 5, + S9 = S3, a Pi - Р2 = ДР, выражение (12.4)
можно преобразовать к виду
ДР = Рпр/53.	(12.5)
Так как ход золотника 2 мал и изменение силы Рпр незначительно,
разность давлений ДР жидкости на входе и выходе дросселя считают
постоянной.
Если давление Р2 уменьшится, то из-за нарушения равновесия сил,
золотник 2 поднимется вверх и высота I зазора также уменьшится, т. е.
увеличится сопротивление прохождению жидкости из линии Р на
вход дросселя. Потери давления в зазоре увеличатся, и давление Р\
уменьшится. Это приведет к восстановлению равновесия сил на зо-
лотнике и прежней разности давлений ДР.
Увеличение давления Р2 приведет к перемещению золотника 2
вниз, увеличению высоты I зазора (уменьшению его сопротивления)
и росту давления Pi до величины, обеспечивающей равновесие сил
на золотнике. При этом первоначальная разность ДР давлений вос-
станавливается .
Таким образом, регулятор расхода автоматически стабилизирует
разность давлений на входе и выходе дросселя и поддерживает по-
стоянство установленного расхода жидкости в широком диапазоне
изменения давлений в линиях Р и А аппарата.
Недостатком регулятора расхода с редукционным клапаном явля-
ется большое сопротивление движению жидкости, вызванное двой-
ным дросселированием потока. При его использовании насос посто-
янно работает под максимальным давлением независимо от нагрузки
на гидродвигателе.
96
Регулятор расхода с предохранительным клапаном, конструктив-
ная схема которого приведена на рис. 12.4,а, а условное графическое
обозначение на рис. 12.4,6, предназначен для регулирования расхода
жидкости, автоматического поддержания установленного расхода
постоянным, защиты гидросистемы от перегрузки путем ограниче-
ния максимального давления, разгрузки системы от давления при
использовании дистанционного управления.
Основными элементами регулятора расхода являются: регулируе-
мый дроссель 1, золотник 2, нерегулируемая пружина 6, запорный
элемент 7 вспомогательного клапана, регулируемая пружина 8, регу-
лировочный винт 9. Жидкость подводится к аппарату по линии Р и
отводится по линии А в гидросистему, а по линии Т в бак. Поло-
сти 14 и 17 клапана каналами управления 15 и 16 соединены с линией Р
на входе в дроссель 1, а полость 5 каналом 4, имеющим демпфер 3, с
линией А на выходе дросселя. Полость вспомогательного клапана ка-
налом 10 соединена со сливной линией Т.
При использовании дистанционного управления полость 5 кана-
лами 11 и 13 через вспомогательный распределитель (пилот) 12 со-
единяют с линией Т.
Регулирование расхода жидкости осуществляется путем измене-
ния площади проходного сечения дросселя, а его стабилизация - за
счет поддержания постоянной разности давлений и Р2 жидкости
на входе и выходе дросселя.
97
При работе регулятора в режиме стабилизации расхода вспомога-
тельный клапан закрыт (шарик 7 пружиной 8 прижат к седлу и пере-
крывает проход жидкости из полости 5 в канал 10 и линию Т). Золот-
ник 2 принимает устойчивое положение в корпусе при условии рав-
новесия сил на нем
Рг S$ + Fnp.6 = Pi 514 + Л Si7,	(12.6)
где Pi и P2 - давления жидкости соответственно на входе и выходе
дросселя; F„p.6 - сила пружины 6; S5, Sl4 и S)7 - площади торцов зо-
лотника 2 соответственно в полостях 5,14 и 17.
Если учесть, что S14 + 517 = S5, a Pj - Р2 = ДР, выражение (12.6)
можно преобразовать к виду
AP = FnP.6/5s-	(12.7)
Поскольку перемещение золотника 2 невелико и изменение силы
Fnp.6 незначительно, разность давлений ДР жидкости на входе и вы-
ходе дросселя считают постоянной.
Следует обратить внимание на то, что при работе регулятора
часть жидкости, подаваемой на вход дросселя, постоянно сливается в
бак через кольцевой зазор, образованный кромками золотника 2 и
проточки в корпусе. Площадь зазора можно определить по формуле
(12.3).
Если давление Р2 увеличится, то из-за нарушения равновесия сил,
золотник 2 сместится влево. При этом произойдет уменьшение вели-
чины / кольцевого зазора, а следовательно, уменьшит слива жидко-
сти из линии Р в линию Т (в бак). Давление Pt перед дросселем по-
высится до величины, при которой восстановится равновесие сил на
золотнике, что будет означать восстановление прежнего значения
разности ДР давлений на входе и выходе дросселя.
Уменьшение давления Р2 приводит к смещению золотника впра-
во, увеличению размера I кольцевого зазора и, следовательно, слива
жидкости от входа в дроссель. При этом происходит понижение дав-
ления Р] и восстановление значения ДР.
Защита гидросистемы от перегрузки обеспечивается при срабаты-
вании вспомогательного клапана, пружина 8 которого винтом 9 на-
строена на максимально допустимую величину давления Р2. Шарик 7
открывает проход жидкости из полости 5 по каналу 10 в линию Т.
Равновесие сил на золотнике 2 нарушается, он смещается вправо и
открывает проход жидкости из напорной гидролинии Р и сливную Т.
98
Для разгрузки гидросистемы от давления к полости 5 подключают
вспомогательный распределитель (пилот) 12, который каналами 11 и 13
соединяет ее с линией Т. Слив жидкости из полости 5 приводит к на-
рушению равновесия сил на золотнике 2, он, под действием неболь-
шого давления (-0,3 МПа) в полостях 14 и 17, смещается вправо,
сжимая сравнительно слабую пружину 6, и соединяет напорную ли-
нию Р со сливом Т. При этом все масло, подаваемое насосом, слива-
ется в бак, а вспомогательный клапан закрыт.
Применение регулятора расхода с предохранительным клапаном
экономически более выгодно, чем регулятора с редукционным кла-
паном, поскольку потребляемая насосом мощность будет зависеть от
нагрузки. Однако если регулятор расхода с редукционным клапаном
можно использовать вместо дросселя ДР (см. рис. 12.2) при включе-
нии в напорной и сливной линиях и параллельно гидродвигателю, то
регулятор расхода с предохранительным клапаном можно устанав-
ливать только в напорной линии на входе в гидродвигатель, что в
ряде случаев ухудшает плавность движения рабочих органов станка.
Типовые варианты установки регуляторов расхода приведены на
рис. 12.5.
Рис. 12.5
99
Регулятор расхода РР1 с предохранительным клапаном установ-
лен в напорной линии на входе в гидроцилиндр, а регулятор расхода
РР2 с редукционным клапаном в сливной линии на выходе из гидро-
цилиндра. Схема может обеспечить цикл работы машины, элементы
которого описаны следующими уравнениями.
Исходное положение (ИП) «стоп» с разгрузкой гидросистемы от
давления: Б-Н-РР1-Б, при этом пилот Р4 находится в положении I
(см. рис. 12.5).
Быстрый подвод (БП): Б-Н-Р1(1)-Р2(П)-Ц-Р2(П)-РЗ(1)-Б.
Первая рабочая подача (РП1): Б-Н-РР1-Р1(П)-Р2(И)-Ц-Р2(11)-РЗ(1)-Б.
Вторая рабочая подача (РП2): Б-Н-Р1(1)-Р2(П)-Ц-Р2(П)-РЗ(П)-РР2-Б.
Реверс (РВ): происходит при переключении распределителя Р2 из
положения II в положение I.
Третья рабочая подача (РПЗ): Б-Н-РР1-Р1(П)-Р2(1)-Ц-Р2(1)-РЗ(1)-Б.
Четвертая рабочая подача (РП4): Б-Н-Р1(1)-Р2(1)-Ц-Р2(1)-РЗ(П)-
-РР2-Б.
Быстрый отвод (БО): Б-Н-Р1(1)-Р2(1)-Ц-Р2(1)-Р3(1)-Б.
Регулирование скоростей движения выходного звена цилиндра Ц
на первой и третьей рабочих подачах обеспечивается дросселем ре-
гулятора расхода РР1, а на второй и четвертой - дросселем регулято-
ра расхода РР2. Установленные скорости поддерживаются постоян-
ными независимо от нагрузки на рабочем органе. От перегрузки сис-
тему защищает предохранительный клапан регулятора расхода РР1.
Порядок выполнения работы
1.	Изучить назначение, принцип действия, конструктивные схе-
мы и условные графические обозначения гидравлических аппаратов
для регулирования расхода жидкости.
2.	Используя имеющиеся в лаборатории плакаты и натурные об-
разцы аппаратов, познакомиться с конструкциями дросселей и регу-
ляторов расхода.
3.	Изучить типовые варианты использования дросселей и регуля-
торов расхода в гидроприводах технологического оборудования.
100
Контрольные задания
1.	Укажите назначение и принцип действия аппаратов для регу-
лирования расхода жидкости.
2.	Объясните, с какой целью производят регулирование расхода
жидкости в гидросистеме.
3.	Приведите примеры конструктивного исполнения дросселей и
варианты их установки в гидросистеме.
4.	Укажите основной недостаток работы гидропривода с дрос-
сельным регулированием скорости и известные варианты его устра-
нения.
5.	Проанализируйте отличия дросселей и регуляторов расхода по
назначению, устройству и работе.
Лабораторная работа № 13
Изучение дроссельного способа регулирования
скорости гидродвигателя
Цель работы: изучить принцип дроссельного регулирования и
стабилизации скорости гидродвигателя; произвести сравнительные
испытания гидропривода при раздельном использовании щелевого
дросселя и регулятора расхода с редукционным клапаном; проанали-
зировать полученные результаты и сделать соответствующие выво-
ды.
Общие сведения
Исполнительные органы технологического оборудования, приво-
димые в действие гидравлическими двигателями, должны иметь воз-
можность движения с различными скоростями, определяемыми из-
меняющимися условиями работы.
Скорость движения выходного звена гидродвигателя зависит от
расхода жидкости, поступающей в рабочие камеры двигателя, и от
рабочего объема этих камер.
Для гидроцилиндра
V=Q/S,	(13.1)
где V - скорость перемещения поршня со штоком; Q - расход жидко-
сти; S - рабочая площадь поршня.
Для гидромотора
п = Q/V„,	(13.2)
где п - частота вращения вала; Км - рабочий объем гидромотора, т. е.
объем жидкости, необходимый для совершения одного оборота вала
гидромотора.
В гидроприводах с дроссельным способом регулирования скоро-
сти двигателей используют нерегулируемые гидромашины: насосы
постоянной производительности, гидроцилиндры, гидромоторы с
постоянным рабочим объемом. Следовательно, в таких гидросисте-
мах необходима установка дополнительных устройств для регулиро-
вания расхода жидкости. Такими устройствами являются дроссели
(регулируемые местные сопротивления).
102
Принцип дроссельного регулирования заключается в ограничении
расхода жидкости, проходящей через гидродвигатель, путем на-
стройки дросселя и отвода части производительности нерегулируе-
мого насоса в бак через предохранительный переливной клапан.
Расход жидкости, проходящей через дроссель, определяется зави-
симостью
0др=р5др72ДР7р,	(13.3)
где ц - коэффициент расхода; 5др - площадь проходного сечения
дросселя; ДР = Pi - Р2 - перепад давлений Pt на входе и Р2 на выходе
дросселя; р - плотность рабочей жидкости.
В большинстве нормализованных аппаратов регулирование рас-
хода жидкости, а следовательно, и скорости гидродвигателя, осуще-
ствляют за счет изменения площади проходного сечения.
Недостатком простого дроссельного регулирования с использова-
нием щелевого дросселя является значительная зависимость задан-
ной скорости двигателя от изменения нагрузки на рабочем органе.
Это объясняется непостоянством перепада давлений на дросселе и
проходящего через него расхода жидкости.
Указанный недостаток в значительной степени может быть устра-
нен при использовании вместо дросселя более сложного комбиниро-
ванного аппарата, например, регулятора расхода с редукционным
клапаном. Клапан автоматически поддерживает постоянным перепад
давлений на имеющемся в регуляторе дросселе, что приводит к ста-
билизации настроенного расхода жидкости и поддержанию заданной
скорости гидродвигателя при изменениях нагрузки на рабочем орга-
не.
Общим недостатком дроссельного способа регулирования, при
установке дросселя или регулятора расхода на входе или выходе
гидродвигателя, является то, что потребляемая насосом мощность
всегда, независимо от нагрузки на гидродвигателе, максимальна и
постоянна. Дроссельное регулирование целесообразно применять в
гидроприводах мощностью не более 5 кВт при кратковременном ре-
жиме работы.
103
Описание лабораторного стенда
Стенд, принципиальная схема которого приведена на рис. 13.1,
включает в себя: бак Б, насос Н1, фильтр Ф тонкой очистки рабочей
жидкости, регулятор расхода РР и дроссель ДР, каждый из которых
предназначен для бесступенчатого регулирования частоты вращения
вала исполнительного гидромотора М. Максимальное давление ра-
бочей жидкости в системе питания гидромотора ограничивается пре-
дохранительным переливным клапаном КП1. Величина момента со-
противления (нагрузка) на валу мотора определяется настройкой
клапана КП2 системы нагрузочного насоса Н2 (гидротормоза), со-
единенного с валом мотора муфтой 1. Манометры МН1 и МН2 пред-
назначены для контроля давления рабочей жидкости в магистралях
стенда. Измерение частоты вращения вала мотора производится та-
хогенератором BR, соединенным с валом ременной передачей 2.
Контроль и регистрация частоты вращения осуществляются по стре-
лочному прибору РА.
РА
Рис. 13.1
104
Порядок выполнения работы
1.	Первая серия экспериментов выполняется при работе схемы с
щелевым дросселем ДР, регулятор расхода РР при этом полностью
закрыт. Начальная частота вращения вала гидромотора М настраива-
ется с помощью рукоятки дросселя ДР при отсутствии нагрузки.
2.	При четырех значениях нагрузочного давления, настраиваемо-
го клапаном КП2 и контролируемого по манометру МН2, произво-
дится регистрация частоты вращения вала исполнительного гидро-
мотора М по прибору РА. Полученные данные заносятся в протокол
испытаний.
Протокол испытаний
Давление в системе нагрузки Р, Па	Показания прибора РА, деления	Момент сопротивления М, Нм	Частота вращения вала п, с'1	Относительная неравномер- ность частоты вращения а, %
Щелевой дроссель
О
210s
4105
6105
8-Ю3
Регулятор расхода с редукционным клапаном
0
2103
4-Ю5
610s
8105
3.	Серия экспериментов повторяется при работе схемы с регуля-
тором расхода РР. Дроссель ДР при этом полностью закрыт. Для
расшифровки показаний прибора РА используется тарировочный
график, приведенный на рис. 13.2.
105
Показания прибора, деления
Рис. 13.2
Момент сопротивления (нагрузка) на валу гидромотора М опре-
деляется зависимостью
М = м/(2ли) = QTP/(2mi) = ГнР/(2я) =8,9-1О V,	(13.4)
где Nr, Qt - теоретическая мощность и производительность насоса
Н2; Р - давление жидкости в системе гидротормоза; Кн - рабочий
объем нагрузочного насоса, VH = 56-10'6 м3.
Сравнение частот вращения вала гидромотора удобно произво-
дить в относительных величинах, сравнивая не сами частоты, а отно-
сительную неравномерность частот вращения о:
о =	---—100%,	(13.5)
«о
где л0 и ин - частота вращения вала исполнительного гидромотора
соответственно при нулевой и заданной нагрузках.
4.	Рассчитать величину о для каждой нагрузки, построить графики
зависимости о ~ произвести сравнительный анализ полученных
результатов и сделать соответствующие выводы о качестве регули-
рования скорости исполнительно! о гидродвигателя при раздельном
использовании щелевого дросселя и регулятора расхода с редукци-
онным клапаном, включенных на выходе.
106
Контрольные задания
1.	Объясните принцип дроссельного регулирования скорости
гидравлических двигателей.
2.	Назовите условия, при которых скорость гидравлического дви-
гателя не зависит от изменения полезной нагрузки и сил сопротивле-
ния.
3.	Укажите основные конструктивные отличия щелевого дроссе-
ля от регулятора расхода.
4.	Назовите основной недостаток дроссельного способа регули-
рования скорости гидродвигателя.
5.	Проанализируйте результаты сравнительных испытаний гид-
ропривода при раздельном использовании щелевого дросселя и регу-
лятора расхода с редукционным клапаном.
Лабораторная работа № 14
Изучение объемного способа
регулирования скорости гидродвигателя
Цель работы: изучить принцип объемного регулирования скоро-
сти гидродвигателя; произвести испытания гидропривода при раз-
личных вариантах объемного регулирования скорости двигателя;
проанализировать полученные результаты и сделать соответствую-
щие выводы.
Общие сведения
Скорость движения выходного звена гидродвигателя зависит от
расхода жидкости, поступающей в рабочие камеры двигателя, и от
рабочего объема этих камер. Гидравлические двигатели, обеспечи-
вающие возвратно-поступательное движение (гидроцилиндры) и
возвратно-вращательное движение (поворотные двигатели), имеют
постоянный. рабочий объем, следовательно, скорость их выходных
звеньев можно регулировать только за счет изменения подводимого
или отводимого расхода жидкости. Гидромоторы с непрерывным
вращательным движением выходного звена выпускаются с постоян-
ным рабочим объемом (нерегулируемые) или с переменным (регули-
руемые).
Принцип объемного регулирования заключается в изменении
расхода жидкости, проходящей через гидродвигатель, за счет изме-
нения производительности регулируемого насоса. Только в приводах
вращательного движения возможно изменение скорости путем изме-
нения рабочего объема гидромотора при постоянном или перемен-
ном расходе жидкости через него.
Разновидностями объемного способа регулирования скорости
гидродвигателя являются ступенчатое регулирование и регулирова-
ние приводным двигателем насоса.
При объемном ступенчатом регулировании в состав насосной стан-
ции гидропривода включают два и более насоса постоянной произво-
дительности, расход жидкости от которых может поступать в напор-
ную линию системы раздельно, в различной комбинации или вместе.
Так, например, при двух насосах можно обеспечить три различные
скорости гидродвигателя, при трех насосах - семь скоростей и т. д.
108
Если ротор насоса с постоянным рабочим объемом приводится во
вращение от регулируемого двигателя, то его производительность, а
следовательно, и скорость гидродвигателя, будет пропорциональна
частоте вращения.
Регулируемые гидромашины (насосы и гидромоторы) более доро-
гостоящие, чем нерегулируемые. Поэтому, используя их, идут на
значительные капитальные затраты, но получают экономию в экс-
плуатационных расходах, т. е. в стоимости энергозатрат. Ввиду этого
объемный способ регулирования обычно применяют, когда сущест-
венными являются энергетические показатели, например, для гидро-
приводов большой (более 5 кВт) мощности с длительным режимом
работы.
В данной работе проводятся испытания гидропривода с аксиаль-
но-поршневым регулируемым насосом и аксиально-поршневым гид-
ромотором с постоянным рабочим объемом.
Теоретическая производительность аксиально-поршневого насоса
с наклонной шайбой определяется по формуле
71
6™ =~z2>tga лн,	(14.1)
где Кн - рабочий объем насоса; па - частота вращения ротора насоса;
d - диаметр плунжера (поршня); г - число плунжеров в блоке;
D - диаметр окружности блока, на которой расположены оси плун-
жеров; a - угол наклона шайбы.
Производительность насоса можно регулировать за счет измене-
ния угла наклона шайбы при постоянной частоте вращения блока
или за счет изменения частоты вращения блока при фиксированном
наклонном положении шайбы.
Частота вращения вала гидромотора определяется зависимостью
(И.2)
*м *м
где Им = const - рабочий объем гидромотора лабораторного стенда.
Изменяя частоту вращения ротора насоса или угол наклона шай-
бы насоса, можно регулировать частоту вращения вала гидромотора
(скорость гидродвигателя).
109
Действительная частота вращения вала гидромотора будет отли-
чаться (будет меньше) от значения, вычисленного по формуле (14.2),
из-за влияния внутренних утечек Д(?в в насосе и Л<2« в гидромоторе:
„	_ ^ТН
пм -
Гм
(14.3)
Описание лабораторного стенда
Гидравлическая схема стенда представлена на рис. 14.1. Масло от
насоса подпитки Н1 подается во всасывающую полость аксиально-
поршневого насоса Н2 переменной производительности с изменяю-
щимся углом а наклона шайбы. Давление подпитки ограничивается
клапаном КП1 и контролируется по манометру МН1. Предохрани-
тельный клапан КП2 настроен на максимально допустимое рабочее
давление в системе стенда. Давление в напорной гидролинии кон-
тролируется по манометру МН2.
Ротор аксиально-поршневого насоса Н2 получает вращение от
электродвигателя Д постоянного тока.
ПО
Нагрузка на валу гидромотора М обеспечивается тормозным уст-
ройством 1 путем перемещения груза 2 по рычагу 3.
Частота вращения вала гидромотора М регистрируется с помо-
щью тахогенератора BRA по прибору PV1.
Включение электродвигателя Д осуществляется пакетным пере-
ключателем 4. Переключатель 5 позволяет установить режим работы
системы питания электродвигателя Д. Левое положение переключа-
теля 5 соответствует ручному управлению частотой вращения вала
электродвигателя Д без включения обратной связи «тахогенератор -
электродвигатель». В этом случае частота вращения вала электро-
двигателя регулируется реостатным потенциометром /?1 и контроли-
руется с помощью тахогенератора BR2 по прибору 7’12. При правом
положении переключателя 5 частота вращения вала электродвигате-
ля Д устанавливается потенциометром 7?2 блока питания ПТО и ав-
томатически поддерживается постоянной, независимой от преодоле-
ваемой нагрузки. По вольтметру PV4 и амперметру РА1 блока пита-
ния ПТО контролируются напряжение и сила тока, потребляемого
двигателем Д.
Изменение угла наклона шайбы насоса Н2 производится регули-
ровочным винтом 9 через рычаг 8, поджатый к нему пружиной 7. Ве-
личина угла наклона шайбы контролируется по шкале 6.
На рис. 14.2 представлена лицевая панель, на которой расположе-
ны органы управления и настройки. Позиции приборов и аппаратов
на рис. 14.2 соответствуют позициям на рис. 14.1.
Рис. 14.2
111
Порядок выполнение работы
I. Исследование зависимости частоты вращения вала
гидромотора от частоты вращения ротора насоса.
1.	Ознакомиться со схемой, органами настройки и управления
стенда.
2.	Установить переключатель 5 в крайнее правое положение.
3.	Установить потенциометры R1 и R2 в крайнее левое (нулевое
положение).
4.	Кнопкой «пуск» включить насос подпитки Н1.
5.	Переключателем 4 включить систему питания двигателя по-
стоянного тока Д. При этом должна загореться контрольная лампоч-
ка на блоке питания ПТО.
6.	Груз 2 переместить в крайнее левое положение на рычаге 3 и
закрепить его стопорным винтом.
7.	Установить винтом 9 заданный преподавателем угол а наклона
шайбы насоса Н2, контролируя его по шкале 6. Данные занести в
протокол испытаний.
Протокол испытаний
Номер опыта	Угол наклона шайбы а, град	Показания прибора PV2, делений	Частота вращения ротора насоса лн, об/мин	Показания прибора PV1, делений	Частота вращения вала гидро- мотора лм, об/мин	Длина рычага 4. м	Момент сопротив- ления М, Нм
8.	Используя тарировочный график (рис. 14.3) ян = /(показания
PV2), потенциометром R2 последовательно установить заданные
преподавателем различные частоты вращения пн насоса (5...6 значе-
ний), контролируя их по прибору PV2. Одновременно для каждого
опыта зафиксировать показания прибора PVI и по тарировочному
графику (см. рис. 14.3) п„ =/(показания PV1) определить числа обо-
ротов пм вала гидромотора.
9.	По результатам испытаний построить график зависимости
«м =/(«н).
112
Рис. 14.3
II. Исследование зависимости частоты вращения вала
гидромотора от угла наклона шайбы насоса
Последовательность выполнения этой части работы с 1-го по 6-й
пункты совпадает с I частью работы. Далее порядок выполнения сле-
дующий:
1.	Используя тарировсчный график (рис. 14.3) ин = ^показания
PV2), потенциометром R2 установить заданное преподавателем
значение частоты вращения ин ротора насоса.
2.	Винтом 9 перевести рычаг 8 в крайнее левое положение и по
шкале 6 зафиксировать угол а наклона шайбы.
3.	Изменяя угол наклона шайбы через 3-5 градусов, последова-
тельно снять показания прибора PV1 для каждого значения а и по
тарировочному графику им = ^показания PV1) (см. рис. 14.3) опреде-
лить частоту вращения пм вала гидромотора.
4.	По результатам испытаний построить график зависимости
«м=/а).
113
Ш. Исследование зависимости частоты вращения вала
гидромотора от величины нагрузки
Выполнить требования пунктов 1-6 части I настоящей работы,
затем:
1.	Используя тарировочный график (рис. 14.3) пн= f (показания
PV2), потенциометром R2 установить заданное преподавателем зна-
чение частоты вращения «н ротора насоса.
2.	Винтом 9 установить заданное преподавателем значение угла а
наклона шайбы насоса Н2.
3.	Последовательно перемещая груз 2 по рычагу 3 из крайнего ле-
вого положения, в 4-5 точках снять соответствующие показания по
прибору PV1 и, используя тарировочный график (см. рис. 14.3), оп-
ределить частоты вращения пы вала гидромотора.
4.	Момент М, создаваемый тормозным устройством на валу гид-
ромотора, можно определить по формуле
М = Мо + Рр + fP^	(14.4)
где Mq - момент, определяемый силами трения в гидромоторе, Нм;
Рр - вес рычага 3, Н; /ь /2 - плечи рычага 3, м; f - коэффициент
трения башмака тормоза о барабан; Лр - вес груза 2, Н; /х - длина
рычага 3 от точки поворота до точки приложения веса груза 2, м;
jDt - диаметр тормозного барабана, м. Момент Л/о зависит от давле-
ния Р, определяемого по манометру МН2,
М0=±РКм.	(14.5)
2л
Как видно из формулы (14.4), момент М при постоянных
величинах Рр, l\, li, P^f, DJ2, Р и Км зависит от /х. Поэтому момент
М можно определить по упрощенной зависимости
М = 1,54 + 4,36/х.	(14.6)
5.	По результатам испытаний построить график зависимости
пм=/(Л/).
Произвести анализ полученных зависимостей п„	пи - /(а) и
114
Контрольные задания
1.	Объясните принцип объемного способа регулирования скоро-
сти гидродвигателя.
2.	Укажите основные разновидности реализации объемного спо-
соба регулирования скорости гидродвигателей в приводах техноло-
гического оборудования.
3.	Объясните, чем обусловлена более высокая экономичность при
эксплуатации приводов с объемным регулированием скорости гид-
родвигателей по сравнению с дроссельным.
4.	Укажите основные причины зависимости скорости гидродви-
гателя от изменения преодолеваемой нагрузки при объемном регули-
ровании.
5.	Проанализируйте результаты испытаний гидропривода при
различных вариантах объемного регулирования скорости двигателя.
Лабораторная работа № 15
Определение статических характеристик
однокоординатного гидравлического
следящего привода
Цель работы: изучить назначение и принцип действия гидравли-
ческого следящего привода; экспериментально определить отдель-
ные статические характеристики привода с однокромочным дроссе-
лирующим распределителем и дифференциальным цилиндром; про-
извести анализ полученных результатов.
Общие сведения
Следящим называется такой регулируемый гидропривод, в кото-
ром скорость и величина перемещения выходного звена изменяется
по определенному закону в зависимости от задающего воздействия
на звено управления. Выходное звено - это обычно шток гидроци-
линдра или вал гидромотора, а звено управления - устройство, на
которое подается управляющий сигнал [7].
В большинстве случаев использования следящего гидропривода к
функциям слежения добавляются также функции усиления управ-
ляющего сигнала по мощности, поэтому следящий гидропривод час-
то называют гидроусилителем. Его применяют в тех случаях, когда
непосредственное ручное управление той или иной машиной являет-
ся для человека невозможным.
Структурная схема гидравлического следящего привода приведе-
на на рис. 15.1.
Рис. 15.1
116
Следящий привод содержит задающее устройство 1, сравниваю-
щее устройство 2, гидроусилитель 3, гидродвигатель 4, исполнитель-
ный орган машины 5 и обратную связь 6.
Задающее устройство - это, по сути, программоноситель, который
выдает приводу задание на перемещение. На сравнивающем устрой-
стве происходит сравнение заданной команды х с результатом ее вы-
полнения у, подаваемым на второй вход элемента сравнения сигна-
лом обратной связи. Если заданный сигнал отличается от сигнала
обратной связи, то сравнивающее устройство выдает сигнал рассо-
гласования, который усиливается и приводит в действие гидравличе-
ский двигатель до тех пор, пока не будет достигнуто совпадение за-
данного сигнала с выходным. При этом сигнал рассогласования ста-
нет равным нулю и гидравлический двигатель остановится.
Гидравлическая схема простейшего следящего привода попереч-
ной подачи суппорта копировального токарного станка показана на
рис. 15.2.
Рис. 15.2
□адшищим устройством привода является копир 1, сравниваю-
щим - дросселирующий распределитель 2. Он же является и гидрав-
лическим усилителем. В качестве двигателя использован цилиндр Ц
с поршнем 4, а обратной связью служит жесткая перемычка 7, соеди-
няющая шток поршня 4 с корпусом 2 дросселирующего распредели-
117
теля. Исполнительным органом привода является резцедержатель 6
суппорта станка.
Слежение (копирование) осуществляется следующим образом. В
исходном положении копир 1 и золотник 3 дросселирующего гидро-
распределителя не контактируют друг с другом, поэтому золотник 3
под действием пружины находится в нижнем положении, при кото-
ром нет зазора между кромками пояска золотника и проточки в кор-
пусе, т. е. h = 0. При включении насоса Н жидкость заполнит ниж-
нюю и через демпфер 5 (местное сопротивление) верхнюю полости
цилиндра Ц, откроет предохранительный клапан КП и будет сли-
ваться в бак Б. При этом в обеих полостях цилиндра установится
одинаковое давление Рн, определяемое настройкой предохранитель-
ного клапана.
Вследствие неравенства эффективных площадей поршня S) > S2
создается неуравновешенная сила, действующая на поршень и сдви-
гающая его вниз. Вместе с поршнем за счет жесткой обратной связи 7
будет сдвигаться вниз корпус распределителя 2 и золотник 3. Золот-
ник, дойдя до копира 1, остановится, а поршень с корпусом распре-
делителя будут продолжать движение. Последнее приведет к возник-
новению и постепенному увеличению зазора Л, через который жид-
кость из верхней полости цилиндра начнет сливаться в бак. Умень-
шающееся сопротивление щели вызовет падение давления в верхней
полости цилиндра и уменьшит силу, движущую поршень вниз. Когда
давление понизится до значения Р, при котором наступит равенство
сил на поршне, он остановится. Это означает, что резец вышел в зону
резания и привод готов к работе.
При включении скорости задающей подачи У3 весь привод начина-
ет движение влево. При этом золотник 3, скользя по профилю ко-
пира 1, будет двигаться вверх или вниз со скоростью следящей пода-
чи Ус в зависимости от формы копира. Вместе с этим будут меняться
зазор Л, площадь проходной щели S(S = ndh, где d - диаметр золотни-
ка) и давление Р, нарушится равновесие сил на поршне и он будет
смещаться вверх или вниз, повторяя (копируя) движение золотника 3.
Одновременно за счет жесткой обратной связи 7 движение поршня
вызывает перемещение корпуса распределителя, что приводит к вос-
становлению прежнего значения зазора h, при котором снова насту-
118
пит равновесие сил и поршень остановится. Следовательно, движе-
ние поршня возможно только при перемещении золотника.
Анализ работы такого привода показывает, что, несмотря на не-
сложность схемы и простоту изготовления дросселирующего гидро-
распределителя с одним проходным сечением, он обладает рядом
существенных недостатков. Так, эта схема применима лишь для
дифференциальных цилиндров (£i > S2), быстродействие привода не-
велико, поэтому и ошибки копирования существенны.
В практике машиностроения более распространена схема следя-
щего привода с четырехщелевым дросселирующим гидрораспреде-
лителем (рис. 15.3).
Рис. 15.3
При смещении золотника 3, находящегося в контакте с копиром 1,
изменяются сразу четыре дросселирующие щели с зазорами h\, h?, h3
и Л4. Это приводит к изменению давлений Р\ и Р3. в обеих полостях
цилиндра, причем необходимая для движения поршня разность дав-
лений ДР = Л - Pi нарастает значительно быстрее, чем в предыду-
щей схеме.
Жесткость привода с четырехщелевым дросселирующим распре-
делителем, быстродействие и точность воспроизведения профиля
119
копира выше, чем в схеме с однощелевым распределителем. Кроме
того, этот привод применим для симметричных цилиндров (Sj = S2).
Эти достоинства, несмотря на более высокую стоимость изготовле-
ния сложного гидрораспределителя, обусловили широкое примене-
ние привода в токарных гидрокопировальных полуавтоматах и в ко-
пировально-фрезерных станках. Используют его и в качестве гидро-
усилителя руля на самолетах, кораблях и других самоходных маши-
нах.
Следящий гидропривод должен обладать определенной точно-
стью, чувствительностью, быстродействием, устойчивостью и жест-
костью.
Точность определяется ошибкой (погрешностью), с которой ис-
полнительный орган воспроизводит перемещение чувствительного
элемента (золотника дросселирующего распределителя).
Чувствительность определяется способностью исполнительного
органа реагировать на перемещение чувствительного элемента.
Величина погрешности воспроизведения зависит от расстояния,
на которое должен сместиться золотник от нейтрального положения,
для того чтобы создались необходимая разность давлений в полостях
гидроцилиндра и необходимая скорость его перемещения. В процес-
се обработки на такое же расстояние смещаются относительно друг
друга щуп (золотник) и режущий инструмент, что вызывает отличие
профиля обработанной поверхности детали от контура копира. Чем
больше скорость Vc следящей подачи и нагрузка на двигателе, тем
больше погрешность копирования.
Сила сухого трения в исполнительном органе изменяется в зави-
симости от величины и знака скорости слежения, что обусловливает
образование зоны нечувствительности следящего привода, сущест-
венно влияющей на качество (огранка, ступенчатость) копируемой
поверхности.
Влияние погрешности воспроизведения следящего привода и его
нечувствительности на точность копирования показано на рис. 15.4.
Сплошной линией показан контур копира 1, штриховой линией -
контур детали 2, наложенный на контур копира. Величина Д1 харак-
теризует погрешность копирования, обусловленную погрешностью
воспроизведения и зависящую от скорости слежения и нагрузки; ве-
120
личина Д2 - погрешность копирования, обусловленная нечувстви-
тельностью следящего привода в результате действия силы сухого
трения.
Таким образом, контур детали получается как бы сдвинутым от-
носительно контура копира в направлении, обратном направлению
скорости задающей подачи У3.
Быстродействие привода характеризуется временем, в течение ко-
торого выходное звено отреагирует на перемещение чувствительного
элемента.
Под устойчивостью системы понимают ее способность возвра-
щаться в первоначальное состояние после прекращения действия ис-
точника возмущения (сигнала управления или нагрузки). Система, у
которой выходной параметр не реагирует на сигнал входа, становит-
ся неуправляемой.
Жесткость - это способность системы сопротивляться деформа-
ции под действием нагрузки. Для следящих гидроприводов жест-
кость определяется отношением величины нагрузки R на штоке ис-
полнительного цилиндра к величине перемещения (отжатия) L штока
при постоянном входном сигнале
j = RIL.	(15.1)
Величина, обратная жесткости, называется податливостью.
Описание лабораторного стенда
На рис. 15.5 приведена принципиальная схема стенда. Работа это-
го привода обеспечивается двумя сопротивлениями - постоянным,
при фиксированной настройке дросселя ДР, переменным, образован-
ным кромкой золотника 2 дросселирующего распределителя, и коль-
цевой расточкой во втулке 1, а также дифференциальным гидроци-
линдром 3, поршень 4 которого выполнен так, что площадь S, в два
121
раза больше площади S2. Шток поршня 4 или перемещаемый им
подвижный орган машины жестко связан с втулкой 1 дросселирую-
щего распределителя тягой 5, что обеспечивает отрицательную об-
ратную связь по положению. Масло от насоса подается в замкнутую
полость цилиндра 3 и через дроссель ДР в бесштоковую полость, из
которой жидкость через дросселирующий распределитель проходит
на слив в бак.
Рис. 15.5
При отсутствии внешнего управляющего механического воздейст-
вия на золотник 2 поршень 4 цилиндра 3 находится в равновесии, ко-
торое обеспечивается при давлении Pi в бесштоковой полости цилин-
дра, меньшем в два раза по сравнению с давлением Рн в штоковой по-
лости. Такому состоянию привода соответствует линейный зазор е0
между кромкой золотника 2 распределителя и кольцевой расточкой
во втулке 1.
При смещении золотника 2 дросселирующего распределителя от-
носительно нейтрального положения, например, влево по схеме на
величину в на такую же величину изменится (увеличится) линейный
зазор между кромкой золотника 2 и расточкой во втулке 1. Увеличе-
ние проходного сечения в дросселирующем распределителе приведет
к увеличению расхода из бесштоковой полости цилиндра 3, а следо-
вательно, к уменьшению давления Р\. Равновесие сил на поршне 4
122
нарушится, и он начнет перемещаться влево, повторяя тем самым
движение золотника 2. Движение поршня 4 через его шток и тягу 5
передается втулке 1, которая, смещаясь в направлении движения зо-
лотника 2, уменьшает линейный зазор вплоть до его первоначальной
величины е0. Нейтральное положение привода восстанавливается.
Аналогично работает привод при смещении золотника 2 вправо.
При этом зазор уменьшается, что приводит к уменьшению слива
масла из бесштоковой полости цилиндра 3, росту давления Л и пе-
ремещению поршня 4 и связанной с ним втулки 1 вправо до восста-
новления нейтрального положения привода. Постоянный прижим
золотника 2 к копиру обеспечивается пружиной 7.
Наряду с ранее рассмотренными элементами экспериментальный
стенд для исследования следящего гидропривода включает в себя
нагрузочный цилиндр 8; микрометрический винт 6, выполняющий
роль копира и служащий для создания механического управляющего
воздействия на золотник 2; индикатор 9 для измерения смещения
втулки 1 дросселирующего распределителя. По манометрам МН1,
МН2 и МНЗ контролируется давление масла соответственно в рабо-
чей полости нагрузочного цилиндра 8, в штоковой и бесштоковой
полостях исполнительного цилиндра 3. Распределитель Р с ручным
управлением в открытом положении обеспечивает отвод поршня 4 в
крайнее левое положение, а в закрытом - перемещение поршня впра-
во до соприкосновения золотника 2 с микрометрическим винтом 6.
Порядок выполнения работы
1. Экспериментально определить зону нечувствительности следя-
щего привода, для чего при нулевой нагрузке, когда на поршень цилин-
дра 3 действуют только силы трения в уплотнениях, с помощью микро-
метрического винта 6 задать наименьшую величину рассогласования е,
при которой начнется движение рабочего органа. Начало движения ре-
гистрируется по стрелке индикатора 9. За величину зоны нечувстви-
тельности привода принимается разность показаний микрометрическо-
го винта 6 от момента касания его с золотником 2 распределителя до
начала движения штока исполнительного гидроцилиндра 3, жестко свя-
занного с втулкой 1. Измерение повторяется трижды, после чего опре-
деляется среднее значение зоны нечувствительности. Результаты из-
мерений занести в протокол испытаний № 1.
123
2. Определить жесткость привода при двух различных значениях
давления Р\ (показания манометра МНЗ) жидкости в бесштоковой
полости цилиндра 3 и трех-четырех значениях нагрузки R. Усилие
нагрузки R определяется произведением давления Р2 (показания
манометра МН1) на площадь S3 поршня нагрузочного цилиндра 8:
R-P2S3,	(15.2)
где S3=7 Ю^м2.
Величина перемещения L штока (отжатие) исполнительного ци-
линдра 3 следящего привода измеряется индикатором 9.
Полученные данные занести в протокол испытаний № 2. По ре-
зультатам экспериментов построить графики зависимости J -f(R) и
произвести их анализ.
Протокол испытаний Xs 1
Номер опыта	Зона нечувствительности, м	Среднее значение зоны нечувствительности, м
1
2
3
Протокол испытаний № 2
Давление РьПа	Давление Ръ Па	Нагрузка Л.Н	Перемещение £, м	Жесткость У.Н/м
Контрольные задания
1.	Дайте определение следящего гидропривода и приведите при-
меры его использования.
2.	Используя структурную схему гидравлического следящего
привода, объясните принцип его работы.
3.	Произведите сравнительный анализ следящих приводов с од-
нощелевым и четырехщелевым дросселирующими распределителя-
ми.
4.	Назовите причины, по которым профиль обработанной детали
отличается от контура копира.
5.	Назовите основные характеристики гидравлического следяще-
го привода и дайте их определение.
124
Список литературы
1.	Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для ма-
шиностроительных вузов / Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов
и др. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.
2.	Богданович Л.Б. Гидравлические приводы: Учеб, пособие для
вузов. - Киев: Вища школа, 1980. - 232 с.
3.	Свешников В. К. Станочные гидроприводы: Справочник /
В. К. Свешников, А. А. Усов. - М.: Машиностроение, 1982. - 464 с.
4.	Свешников В. К. Станочные гидроприводы: Справочник /
В. К. Свешников, А. А. Усов. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1988. -
512с.
5.	Ситников Б. Т. Гидропневмопривод и гидроавтоматика: Учеб,
пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн, ун-та, 1995. - 96 с.
6.	Гидравлика, гидроприводы и гидроавтоматика технологиче-
ского оборудования / В. Н. Денисов, И. И. Михеев, Н. А. Симанин,
Б. Т. Ситников, Е. Н. Ярмоленко'. Лаб. практикум. - Пенза: Изд-во
Пенз. гос. техн, ун-та, 1993. - 110 с.
7.	Лещенко В. А. Гидравлические следящие приводы станков с
программным управлением. - М.: Машиностроение, 1975. - 288 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Соотношение единиц СИ с другими единицами
Соотношение между единицами массы
1 кг = 103 г	1 г= 10'3 кг
1 кг = 0,102 кгс-с2/м	1 кгс-с2/м = 9,81 кг
Соотношение между единицами частоты вращения
1 с’1 = 1 об/с	1 об/с = 1 с1
1 с’1 = 60 об/мин	1 об/мин = 0,016 с'1
Соотношение между единицами плотности
1 кг/м3 = 10‘3 кг/дм3	1 кг/дм3 = 103 кг/м3
1 кг/м3 = 10‘3 г/см3	10'3 г/см3 = 103 кг/м3
1 кг/м3 = 1,02 кгс-с2/м4	1,02 кгс с2/м4 = 9,81 кг/м3
Соотношение между единицами силы
1Н = 0,102кгс	1кгс = 9,81Н
1Н=105дин	1дин=10‘5Н
Соотношение между единицами давления
1 Па = 1,02-Ю'5 кгс/см2	1 кгс/см2 = 9,81 • 104 Па
1 МПа = 9,81 кгс/см2	1 кгс/см2 = 0,1 МПа
1 Па = 10’6 МПа	1 МПа = 106 Па
Соотношение между единицами мощности
1 Вт = 0,102 кгс-м/с	1 кгс-м/с = 9,81 Вт
1 Вт= 1,36-10‘3 л.с.	1 л.с. = 736 Вт
Соотношение между единицами кинематической вязкости
1м2/с = 104Ст	1Ст=10'4м2/с
1 м2/с = 106 сСт	1 сСт = 10’6 м2/с
Соотношение между единицами объемного расхода
1 м3/с = 6-104 л/мин	1 л/мин = 1,67-10'5 м3/с
1 дм3/с = 60 л/мин	1 л/мин = 1,67-10'2 дм3/с
126
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Условные графические обозначения элементов
гидропривода и их наименования
1 - насос постоянной производительности с постоянным направлением потока;
2 - насос переменной производительности с постоянным направлением потока;
3 - гидромотор нерегулируемый с реверсированием потока; 4 - гидродвигатель
поворотный; 5 - гидроцилиндр двухстороннего силового действия с односто-
ронним штоком; 6 - гидроцилиндр двухстороннего силового действия с одно-
сторонним штоком и тремя подводами; 7 - гидроцилиндр одностороннего сило-
вого действия с возвратом штока пружиной; 8 - гидроцилиндр двухстороннего
силового действия с двухсторонним штоком; 9 - гидроцилиндр двухстороннего
силового действия с двухсторонним штоком и тремя подводами; 10 - гидроци-
линдр двухстороннего силового действия с двухсторонним штоком и четырьмя
подводами; 11 - гидроклапан давления прямого действия;
127
ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРИЛ. 2
12 - предохранительный клапан непрямого действия; 13 - предохранительный
клапан непрямого действия с электрическим управлением разгрузкой; 14 - гид-
роклапан давления с обратным клапаном; 15 - разделительная панель; 16 - ре-
дукционный клапан непрямого действия; 17 - дроссель; 18 - дроссель с обрат-
ным клапаном; 19 - регулятор расхода;
128
ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРИЛ. 2
20 - регулятор расхода с обратным клапаном; 21 - регулятор расхода с предо-
хранительным клапаном; 22 - обратный клапан; 23 - распределитель 2/2 с руч-
ным управлением; 24 - распределитель 2/2 с управлением от электромагнита и
пружинным возвратом; 25 - распределитель 2/2 с управлением от кулачка и
пружинным возвратом; 26 - распределитель 4/2 с управлением от двух электро-
магнитов; 27 - распределитель 4/2 с управлением от электромагнита и пружин-
ным возвратом; 28 - распределитель 4/2 с ручным управлением;
129
ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРИЛ. 2
34
29 - распределитель 3/2 с управлением от электромагнита и пружинным возвра-
том; 30 - распределитель 5/2 с раздельным сливом и электрогидравлическим
управлением; 31 - распределитель 4/3 с соединением на бак нагнетательной ли-
нии и запертыми отводами при среднем положении золотника; 32 - распредели-
тель 4/3 с соединением нагнетательной линии и обоих отводов при среднем по-
ложении золотника; 33 - распределитель 4/3 с запертыми линиями при среднем
положении золотника; 34 - распределитель 4/3 с соединением нагнетательной
линии и одного из отводов на бак и запертым вторым отводом при среднем по-
ложении золотника;
130
ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРИЛ. 2
36
35 - распределитель 4/3 с запертыми линиями при среднем положении золотни-
ка с электрогидравлическим управлением и дроссельным регулированием вре-
мени срабатывания; 36 - распределитель 4/3 с соединением нагнетательной ли-
нии и обоих отводов на бак при среднем положении золотника с электрогидрав-
лическим управлением и дроссельным регулированием времени срабатывания;
37 - реле давления; 38 - фильтр для очистки жидкости; 39 - манометр; 40 - бак
СОДЕРЖАНИЕ
Раздел I. Общие сведения о гидроприводах............................3
Раздел II. Гидравлика................................................11
Лабораторная работа № 1. Изучение приборов для измерения
давления жидкости..................................................11
Лабораторная работа № 2. Изучение равновесия жидкости при
относительном покое................................................20
Лабораторная работа № 3. Изучение уравнений	Бернулли ..............27
Лабораторная работа № 4. Определение величины потери давления
на участке гидросистемы............................................33
Лабораторная работа № 5. Испытание динамического центробежного насоса.. 41
Раздел III. Гидроприводы и гидроавтоматика.........................51
Лабораторная работа № 6. Изучение конструкций	насосов объемного типа.51
Лабораторная работа № 7. Испытание объемного	насоса.......60
Лабораторная работа № 8. Изучение конструкций и типовых схем
использования направляющих гидроаппаратов..........................67
Лабораторная работа № 9. Изучение конструкций и типовых схем
использования аппаратов для регулирования давления жидкости........74
Лабораторная работа № 10. Определение статических характеристик
предохранительных переливных клапанов..............................82
Лабораторная работа №11. Определение динамических характеристик
предохранительных переливных клапанов..............................87
Лабораторная работа № 12. Изучение конструкций и типовых схем
использования аппаратов для регулирования расхода жидкости.........92
Лабораторная работа № 13. Изучение дроссельного способа регулирования
скорости гидродвигателя...........................................102
Лабораторная работа № 14. Изучение объемного способа регулирования
скорости гидродвигателя...........................................108
Лабораторная работа № 15. Определение статических характеристик
однокоординатного гидравлического следящего привода...............116
Список литературы.................................................125
Приложение 1......................................................126
Приложение 2......................................................127
Симанин Николай Алексеевич,
Ярмоленко Елена Николаевна
ГИДРАВЛИКА, ГИДРОПРИВОДЫ И ГИДРОАВТОМАТИКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Учебное пособие
Редактор Т. В. Веденеева
Технический редактор Н. А. Выикова
Корректор Ж. А. Лубенцова
Компьютерная верстка С Н. Черновой
ИД № 06494 от 26.12.01
Сдано в производство 21.03.03. Формат 60х841/16.
Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 7,67.
Уч.-изд. л. 9,15. Тираж 200. Заказ Nb 195. “С” 47.
Издательство Пензенского государственного университета.
440026, Пенза, Красная, 40.