Машиностроение : энциклопедия в 40 томах. Гидро- и виброприводы (МЭ, том IV-2, книга 2)

305 Pages·2012·18.661 MB·Russian

by  Фролов К.В.

МАШ ЙН С Р ЕНИЁ
0 1 0
Э Н Ц И К Л О П Е Д И Я
МАШИНОСТРОЕНИЕ
Э Н Ц И К Л О П Е Д И Я
M E C H A N IC A L E N G IN E E R IN G
E ncyclopaedia
Главный редактор академик РАН
К.В. Фролов
МАШИНОСТГОЕНИЕ
Э Н Ц И К Л О П Е Д И Я
в С О Р О К А Т О М А Х
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
ФРОЛОВ К.В.
Председатель редакционного совета
Члены совета:
Белянин П.Н,
(зам. Председателя редсовета и главного
Колесников К.С.
редактора), (зам. Председателя редсовета
Адамов Е.О., АнфимОВ Н.А.,
и главного редактора),
Асташев В.К., Бессонов А.П., Бюшгенс Г.С.,
Васильев В.В., Васильев Ю.С., Воронин Г.П.,
Долбенко Е.Т., Жесткова И.Н., Кирпичников М.П.,
Клюев В.В., Коптев Ю.Н., Ксеневич И.П.,
Мартьшов И.А., Митенков Ф.М., Новожилов Г.В.,
Образцов И.Ф., Панин В.Е., Паничев Н.А.,
Патон Б.Е., Пашин В.М., Платонов В.Ф.,
Пугин Н.А., Румянцева О.Н., Силаев И.С.,
Федосов Е.А., Фортов В.Е., Черный Г.Г.,
Шемякин Е.И.
МОСКВА “МАШ ИНОСТРОЕНИЕ” 2012
Раздел IV
РАСЧЕТ
И КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН
Том 1У-2
ЭЛЕКТГОПРИВОД.
ВИБРОПРИВОДЫ
г а д р о - и
Редакторы-составители Л.Б. Масандилов, Д.Н. Попов, В.К. Асташев
Ответственный редактор академик РАН
К.С. Колесников
Книга 2
ГИ Д РО - И В И Б РО П РИ В О Д Ы
Под общ. ред. д-ра техн. наук проф. Д.Н. Попова,
д-ра техн, наук В.К. Асташева
МОСКВА “МАШ ИНОСТРОЕНИЕ” 2012
УДК 621.01/03
ББК 31.56
М38
Авторы: Д.Н. Попов, В.К. Асташев, А.Н. Густомясов,|А.Ю. Рыбаков,|Б.П. Бо­
рисов, В.Г. Куранов, |В.М. Фомичев,! С.А. Ермаков, Р.В. Сухоруков, А.М. Селива­
нов, О.Н. Трифонов, О.И. Трифонова
Машиностроение. Энциклопедия / ред. совет: К.В. Фролов (пред.)
М38 и др. Т. 1У-2. Электропривод. Гидро- и виброприводы. В 2-х кн. Кн. 2.
Гидро- и виброприводы / Д.Н. Попов, В.К. Асташев, А.Н. Густомясов
и др.; под общ. ред. Д.Н. Попова, В.К. Асташева. М.: Машиностроение,
2012. 304 с.; ил.
ISBN 978-5-94275-590-4
ISBN 5-217-01949-2
Изложены теории и полезные для практики методы расчета гидроприводов, широко
применяемых в различных областях техники. Рассмотрены вопросы классификации гид­
роприводов, их устройство, характеристики и параметры. Описаны свойства используе­
мых в гидроприводах жидкостей. Исследована динамика гидроприводов. Задачи корректи­
рования динамики электрогидравлических следящих приводов решаются с привлечением
электронных средств.
Представлены основы построения вибрационного привода, в котором используется
эффект направленного движения ведомого звена при колебательном движении ведущего
звена. Дана методика расчета вибрационных двигателей. Приведены сведения по расчету
возбудителей колебаний ведущих элементов.
УДК 621.01/03
ББК 31.56
ISBN 978-5-94275-590-4
ISBN 5-217-01949-2 Издательство «Машиностроение», 2012
Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, опубликованных в данной книге,
допускаются только с разрешения издательства и со ссылкой на источник информации
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 4. ГИДРОАППАРАТЫ
8
{В.М. Фомичев)..................................... 103
Глава I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
4.1. Виды гидроаппаратов............. 103
{Д. Н. Попов) ........................................ 9 4.2. Электро гидравлические
1.1. Основные понятия и распределители, управляющие
определения........................................... 9 расходом.................................................... 103
1.2. Способы регулирования 4.3. Терминология ............................ ПО
объемных гидроприводов............ 12 4.4. Критерии качества ЭГР . .. 112
1.3. Показатели, характеризую­ 4.5. Особенности конструкций
щие качество объемных гидро­ Э ГР................................................................. 113
приводов .................................................... 13
4.6. Сравнение ЭГУ и ЭГПР . . . 115
1.4. Гидродвигатели и расчет
4.7. Электрогидравлические
нагрузок на выходные звенья
распределители прямого
гидроприводов ..................................... 14
действия .................................................... 118
1.5. Источники энергопитания
4.8. Электрогидравлические
19
распределители, управляющие
24
давлением................................................. 119
Глава 2. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ГИДРО­ 4.9. Направляющие гидроаппа­
ПРИВОДОВ {Л.Н. Густомясов, раты .............................................................. 124
А.Ю. Рыбаков)................................................25 4.10. Математические модели,
2.1. Классификация свойств РЖ . . 25 методы расчетов и рекомендации
по проектированию ЭГР ................ 125
2.2. Физико-химические
свойства Р Ж ..................................................26 4.10.1. Гидравлические и сило­
вые характеристики дроссели­
2.3. Эксплуатационные
свойства Р Ж ..................................................31 рующих элементов...................... 125
2.4. Некоторые физические 4.10.2. Гидроусилители мосто­
методы уменьшения вязкости вого типа ........................................... 133
жидкостей........................................................34 4.10.3. Математические
2.5. Классификация и типы РЖ модели ЭГУ .................................. 136
гидросистем ..................................................34 Список литературы............................ 137
Глава 3. НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ Глава 5. УПРАВЛЕНИЕ ГИДРОПРИ­
{Б.П. Борисов, В. Г. Куранов) ... 43 ВОДАМИ (Д.Н. Попов)............. 139
3.1. Основные понятия и принцип 5.1. Задачи управления и основы
действия..............................................................43 математического моделирования
3.2. Основные технические систем........................................................... 139
показатели и характеристики объ­ 5.2. Нелинейная математическая
емных насосов и гидромоторов ... 46 модель силовой части гидро­
3.3. Поршневые гидромашины. привода с дроссельным регули­
Основные теоретические рованием .................................................... 142
положения .....................................................51 5.3. Линейная математическая
3.4. Конструкции поршневых модель силовой части гидро­
гидромашин..................................................65 привода с дроссельным регули­
3.5. Пластинчатые гидро­ рованием .................................................... 145
машины ...........................................................83 5.4. Математическая модель
3.6. Зубчатые гидромашины .... 91 силовой части гидропривода
Список литературы.............................. 101 с объемным регулированием ... 147
ОГЛАВЛЕНИЕ
5.5. Источник энергопитания регулированием скорости выход­
с автоматически регулируемым ного звена.................................................202
насосом........................................................ 151 7.6. Электрогидростатические
5.6. Устойчивость следящего приводы ....................................................205
гидропривода с дроссельным 7.7. Автономные приводы с ком­
регулированием .................................. 153 бинированным способом регули­
5.7. Влияние основных нелинейно­ рования скорости выходного
стей на устойчивость гидро­ звена.................................................................209
приводов ..................................................... 158 Список литературы................................212
5.8. Переходные процессы в гидро­
приводах ..................................................... 161 Глава 8. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД
РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОГИДРАВ-
5.8.1. Показатели качества
ЛИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛИ­
переходных процессов .... 161
ТЕЛЯ {О.Н. Трифонов, О. И. Три­
5.8.2. Выбор параметров
фонова) .............................................................213
и расчет переходных про­
цессов ................................................. 163 8.1. Постановка задачи.......................213
Список литературы............................ 166 8.2. Расчет параметров золот­
ника гидравлического распреде­
Глава 6. КОРРЕКЦР1Я ДИНАМИКИ
лителя ...............................................................213
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ
8.3. Расчет сил трения в золотни­
ПРИВОДОВ С ДРОССЕЛЬНЫМ
ковой паре гидравлического
РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ
распределителя.........................................215
(С.Л. Ермаков, Р.В. Сухоруков) ... 167
8.4. Расчет гидравлического
6.1. Динамика исполнительного
усилителя, построенного на основе
механизма гидропривода, управ­
устройства сопло—заслонка............220
ляющего инерционным
8.5. Оценка допустимой частоты
объектом..................................................... 167
сигналов управления гидравли­
6.2. Коррекция динамических
ческим усилителем...................................225
характеристик ЭГРП обратными
8.6. Расчет механической связи
связями по состоянию системы
заслонки гидроусилителя
привода........................................................ 171
с якорем ЭМ П .........................................228
6.3. Повышение стабильности
характеристик электрогидрав- 8.7. Качественный анализ
динамики электрогидравлического
лических сервоприводов................ 183
распределителя .........................................237
Список литературы............................ 188
8.8. Повышение надежности
Глава 7. АВТОНОМНЫЕ ГИДРАВЛИ­
работы электрогидравлического
ЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ
распределителя.........................................240
(Л.Л/. Селиванов)................................. 189
Список литературы................................244
7.1. Общие вопросы ......................... 189
7.2. Автономные гидравлические Глава 9. ВИБРАЦИОННЫЙ ПРИВОД
приводы с дроссельным регули­ {В.К. Асташев).........................................245
рованием скорости выходного 9.1. Вибрационные транспортирую­
звена.............................................................. 190 щие устройства .........................................245
7.3. Автономные гидравлические 9.1.1. Характеристика сухого
приводы с объемно-дроссельным трения.....................................................245
регулированием скорости 9.1.2. Вибрационное перемеще­
выходного звена.................................. 193 ние при действии силы, направ­
7.4. Автономные гидравлические ление которой совпадает с на­
приводы с регулированием ско­ правлением вибрации ................246
рости выходного звена путем 9.1.3. Вибрационное перемеще­
изменения рабочего объема ние при действии силы, лежа­
реверсивного насоса............................ 198 щей в плоскости и направлен­
7.5. Автономные гидравлические ной перпендикулярно к направ­
приводы с объемно-клапанным лению вибрации .............................252
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЭЛЛ. Вибрационное перемеще­ 9Л Л1. Электродинамический
ние при колебаниях, направле­ и электромагнитный возбудите­
ние которых перпендикуляр­ ли колебаний......................................279
но к плоскости............................254 9.2. Вибрационные двигатели , . . 282
9Л.5. Вибрационное преодо­ 9.2.1. Схемы вибрационных
ление силы сопротивления двигателей .........................................282
движению........................................258 9.2.2. Статические характери­
9Л.6. Схемы вибрационных стики вибрационного двига­
транспортирующих машин . . 264 теля ...........................................................284
9Л.7. Динамические характе­ 9.2.3. Обобщенная модель
ристики вибротранспортирую­ статора вибрационного
щих машин с силовым возбуж­ двигателя ............................................288
дением ..................................................267 9.2.4. Динамические характери­
9Л.8. Динамические характе­ стики колебательных систем
ристики вибротранспортирую­ вибрационных двигателей . . . 290
щих машин с кинематическим 9.2.5. Нелинейные явления
возбуждением...................................270 при колебаниях стержневых
9Л.9. Энергетика вибрацион­ систем вибрационных дви­
ной транспортирующей гателей ..................................................295
машины ...............................................272 9.2.6. Возбудители колебаний
9Л Л 0. Дебалансный юзбудитель стержневых систем вибрацион­
колебаний вибрационных транс­ ных двигателей ...................................298
портирующих машин ...................274 Список литературы................................302
ПРЕДИСЛОВИЕ
В книге 2 тома «Электропривод. Гидро- цессов. Описаны современные способы
и виброприводы» рассмотрены схемы, кон­ корректирования динамических характери­
струкции, методы расчета и проектирования стик следящих гидроприводов, реализуемые
гидроприводов, широко применяемых в раз­ путем применения электронных регулято­
личных областях техники. К настоящему ров.
времени отечественная и иностранная тех­ Новые возможности повышения надеж­
ническая литература содержит чрезвычайно ности и энергетической эффективности сис­
большой перечень работ, посвященных гид­ тем автоматического управления появляются
роприводам. Вследствие этого при написа­ при использовании автономных гидроприво­
нии данного раздела для «Энциклопедии ма­ дов, в которых объединены в один агрегат гид­
шиностроения» авторам пришлось решать родвигатель, управляющая аппаратура и ис­
крайне сложную задачу компактного изло­ точник энергопитания. Имеющийся опыт про­
жения материалов по перечисленным выше ектирования и исследования этих гидроприво­
вопросам. дов также представлен в предлагаемых читате­
При решении названной задачи был лю материалах.
принят системный подход, состоящий в Поскольку опубликовано большое число
том, что гидропривод представлен в виде работ по гидроприводам, списки литературы
системы, в которую входят гидродвигатель, помещены после каждой главы. Работы вы­
управляющие гидроаппараты и источник браны так, чтобы они, во-первых, дополняли
энергопитания гидропривода. Такая систе­ кратко изложенные сведения по обсуждаемо­
ма взаимодействует с другими механизма­ му в главе вопросу, а во-вторых, давали пред­
ми, машинами и приборами, которые по от­ ставление о результатах ранее проводившихся
ношению к гидроприводу являются внеш­ исследований в области гидроприводов, став­
ней средой. ших основой при производстве современных
Для описания принципа действия и гидроприводов и обеспечивающих дальней­
конструкций отдельных устройств гидропри­ шее совершенствование систем с гидропри­
водов выбраны их типовые образцы, имею­ водами.
щие необходимые для обобщения свойства. В гл. 9 «Вибрационный привод» рас­
При этом освещаются особенности расчета сматриваются устройства для преобразования
как отдельных элементов, так и всего уст­ вибрации ведущего элемента устройства в на­
ройства. Подробно ознакомиться с ка­ правленное перемещение его ведомого эле­
ким-либо конкретным устройством, его ха­ мента. Речь идет о двух видах вибрационных
рактеристиками и параметрами предлагается приводов: вибрационных транспортирующих
по справочникам и ранее опубликованным устройствах, в которых направленное переме­
работам, которые указаны в списках литера­ щение транспортируемых материалов созда­
туры, приложенных к соответствующим гла­ ется вибрацией рабочих (грузонесуших) орга­
вам раздела. нов; вибрационных двигателях, где вибрация
С учетом того, что гидроприводы часто ведущего элемента преобразуется во враща­
служат исполнительными механизмами сис­ тельное движение ротора либо поступатель­
тем автоматического управления различны­ ное движение ползуна, используемое затем
ми объектами, в данной работе с позиций для привода того или иного механизма. Опи­
теории управления изложены методы мате­ сываются возможные режимы движения, и
матического моделирования динамических определяются основные динамические харак­
процессов в гидроприводах. На примерах теристики колебательных систем вибрацион­
основных видов следящих гидроприводов ных приводов. Анализируется работа возбу­
рассмотрены методы анализа их устойчиво­ дителей колебаний ведущих элементов в при­
сти и особенности расчета переходных про­ водах различного вида.
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ной, двигателем внутреннего сгорания или
и ОПРЕДЕЛЕНИЯ пневмомотором. К одному источнику энер­
гопитания может быть подключено не­
Приводом называют устройство, посред­
сколько гидроприводов. В таком случае ис­
ством которого осуществляется движение ка­
точник энергопитания называют централи­
кой-либо машины или механизма. Такое уст­
зованным. Регулирование давления, расхода
ройство состоит из двигателя и аппаратуры
и направления движения жидкости, подво­
для управления им. Двигатель, приводя в
димой от источника энергопитания к гидро­
движение машину или механизм, использует
двигателю, осуществляют с помощью гид­
электрическую, тепловую или механическую
роаппаратов.
энергию. Если в последнем случае рабочей
Гидродвигатель, источник энергопита­
средой для двигателя служит жидкость, то
ния и гидроаппараты образуют техническую
привод называют гидравлическим, сокращен­
систему (рис. 1.1). Такая система информа­
но — гидроприводом. В зависимости от спосо­
ционно и энергетически связана с внешней
ба использования энергии жидкости гидро­
средой. Границы внешней среды выделены
приводы разделяют на два вида: объемные и
на схеме штриховым контуром, а взаимодей­
динамические.
ствие гидропривода с внешней средой пока­
Принцип действия объемного гидро­
зано стрелками А, В, С. В соответствии с этой
привода состоит в том, что жидкость под
схемой далее рассматриваются конструктив­
давлением изменяет объем одной или не­
ное воплощение ее блоков, их характеристи­
скольких камер двигателя, вызывая тем са­
ки и задачи управления объемными гидро­
мым перемещение рабочего органа двигате­
приводами.
ля и связанного с ним выходного звена.
Назначение и принцип действия уст­
Принцип работы второго вида приводов ос­
ройств объемного гидропривода поясняет
нован на гидродинамическом воздействии
схема, изображенная в условных обозначе­
потока жидкости непосредственно на рабо­
ниях (рис. 1.2). Для данного примера при­
чий орган двигателя. Гидравлические, паро­
нято, что система состоит из трех гидропри­
вые и газовые турбины, вращающие валы
водов, отличающихся типом гидродвигате­
генераторов электрического тока, насосов и
ля: гидроцилиндра /, поворотного гидро­
компрессоров, могут служить примерами
двигателя 2, гидромотора 3. Камеры каждо­
таких приводов. Гидродинамические приво­
го из трех гидродвигателей переключением
ды применяют в системах управления не
столь широко, как объемные, что вызвано
сложностью реверсирования движения вы­
ходных звеньев и другими их конструктив­
ными особенностями. Весь последующий
материал данного тома посвящен объемным
гидроприводам.
Жидкость под давлением подводится к
объемному гидроприводу от источника \
энергопитания, в котором находится насос
или другое устройство, например баллон,
заполненный сжатым газом. Наибольшее Рис. 1.1. Система объемный гидропривод-
применение в источниках энергопитания источник энергопитания:
гидроприводов нашли объемные насосы. / — источник энергопитания; 2 — гидроаппа­
В этих насосах энергия передается жидко­ раты; 3 — гидродвигатель; А — подвод энер­
сти «вытеснителями», приводимыми в дви­ гии; В — сигнал от выходного звена гидродви­
жение электродвигателем, газовой турби­ гателя; С — управление