Перегляд вихідного коду сторінки Методи контролю швидкості руху пневмодвигуна

== Визначення ==
'''Гідравлі́чний двигу́н''' ('''гідродвигу́н''') — гідравлічна машина, що перетворює механічну енергію рідини на механічну енергію веденої ланки (вала, штока та ін.).
<br>'''Гідроцилі́ндр''' ('''Пневмоциліндр''') - об'ємний гідродвигун (пневмодвигун) зі зворотно-поступальним рухом вихідної ланки. Основним видом гідроциліндра є гідроциліндр (пневмоциліндр) поршневого типу. Часто до групи гідроциліндрів відносять також плунжерні, мембранні і сильфонні гідро- (пневмо-) двигуни.

== Контроль швидкості руху пневмодвигуна ==
Для того, щоб змінити швидкість руху гідродвигуна, необхідно мати можливість змінити один з двох параметрів. 
<br>У гідроциліндра змінити робочу площу поршня нереально, в той час як плавно змінювати робочий об'єм гідромотора цілком можливо.
<br>В сучасних гідроприводах дані варіанти реалізуються двома способами:
* машинне (об'ємне) регулювання, тобто регулювання швидкості зміною робочого об'єму насоса (змінюємо витрату потоку рідини, що подається в гідродвигун) або гідромотора, або того й другого;
* дросельне регулювання, тобто регулювання швидкості за рахунок введення регульованого гідравлічного опору і відведення частини потоку рідини через дросель або клапан, минаючи гідродвигун.

== Машинний спосіб регулювання швидкості ==
У даного способу регулювання швидкості руху гідродвигуна можливі три варіанти:
* регулювання насосом;
* регулювання гідродвигуном;
* спільне регулювання насосом і гідродвигуном.
=== Регулювання насосом ===
[[Файл:Рис.1._Характеристики_гідросистеми_з_регулюючим_насосом.png|thumb|200px|Рис.1 Характеристики гідросистеми з регулюючим насосом]]
У цьому варіанті використовується насос з регульованою подачею. Параметром, що визначає характеристики гідросистеми, є параметр регулювання насоса <math>U_H
</math>. <br>Характеристики гідросистеми:
* подача насоса <math>Q_H</math>;
* крутний момент на валу насоса <math>M_H</math>;
* швидкість руху гідродвигуна, відповідно, для гідромотора <math>n_M</math> і гідроциліндра <math>V_HZ</math>
* навантаження на гідродвигуні, відповідно, на валу гідромотора <math>M_M</math> і штоці гідроциліндра <math>R</math>
* потужність на валу насоса <math>N</math>
Графіки наведених характеристик гідросистеми обертального руху представлені на рис.1. Для гідропередачі поступального руху необхідно швидкість обертання валу гідромотора <math>n_М</math> і його крутний момент <math>М_М</math> замінити, відповідно, на швидкість руху поршня гідроциліндра <math>V_HZ</math> і зусилля на його штоці <math>R</math>.
<br>Звернемо увагу на одну особливість графіків на рис.1. При <math>U_H = 1</math> маємо <math>n_M<n_Н</math> i <math>M_M> M_H</math>. Це можливо тільки якщо <math>q_M>q_М_H</math>. Таким чином, гідросистема виконує функції редуктора. Якщо робочі обсяги насоса і гідромотора рівні (<math>q_M = q_H</math>), то передавальне відношення гідропередачі буде дорівнювати одиниці.
При <math>q_M<q_H</math> матимемо гідропередачу-мультиплікатор, у якій <math>n_M>n_H</math> і <math>M_M<M_H</math>.
=== Регулювання гідромотором ===
[[Файл:Рис.2.Характеристики_системи_з_регульованим_гідромотором.png|thumb|200px|Рис.2.Характеристики системи з регульованим гідромотором]]
Для даного варіанту необхідний гідромотор з регульованим робочим об'ємом. Задаючим параметром в цьому випадку є параметр регулювання гідромотора <math>U_M</math>, а розрахункові залежності характеристик гідропередачі:
* потужність на валу насоса <math>N</math>
* подача насоса <math>Q</math>
* крутний момент на валу насоса <math>M_H</math>
* швидкість обертів вала гідромотора <math>n_M</math>
* крутний момент на валу гідромотора <math>M_H</math>
Графіки характеристик гідропередачі, що відповідають наведеним розрахунковим залежностям, наведені на рис.2
Вони побудовані при тих же співвідношеннях робочих обсягів насоса і гідромотора, що і на рис.1, тобто при <math>q_M>q_H</math>.
<br>Аналіз залежності швидкості обертання валу гідромотора nМ від параметра регулювання UМ показує, що при <math>U_M→0</math> буде <math>n_M→∞</math>. Однак насправді швидкість обертання валу гідромотора не може бути більше <math>n_M</math>  при <math>U_M = 1 в 2,5-3</math> рази. Це обумовлено тим, що зі зменшенням <math>U_M</math> знижується крутний момент <math>M_M</math>, що розвивається на валу гідромотора.
При <math>U_Mmin</math> (рис.2) величина <math>М_M</math> стає співрозмірною з моментом тертя гідромотора. Швидкість обертання валу стає нестійкою, а при подальшому зменшенні <math>U_M</math> вона взагалі падає до нуля. Настає так зване '''самогальмування гідромотора'''.
<br>Зупинка двигуна може відбутися при будь-якому значенні <math>U_M</math>, якщо навантажувальний момент перевищить крутний момент, який здатний створити гідромотор. Істотною перевагою даного варіанту регулювання є сталість (<math>n_H = const</math> і <math>p_H = const</math>) крутного моменту <math>М_M</math> і, як наслідок цього, потужності N на валу насоса в усьому діапазоні регулювання (рис.2).

=== Спільне регулювання насосом і гідромотором ===
[[Файл:Рис.4._Характеристики_гідропередачі_при_спільному_регулюванні_насосом_і_гідромотором.png|thumb|200px|Рис.3. Характеристики гідропередачі при спільному регулюванні насосом і гідромотором]]
Даний варіант зумовлює використання обох регульованих гідромашин - насоса і гідромотора. Регулювання виконується послідовно (не одночасно!) з метою розширення діапазону регулювання гідроприводу. Якщо потрібно поступово збільшити швидкість обертання валу гідромотора до nм max (наприклад, при рушанні з місця і розгоні транспортної машини), то регулювання виконується в наступному порядку (рис.3):
* насос встановлюють в положення нульового робочого об'єму (<math>U_H=0</math>), а гідромотор в положення максимального (<math>U_M = 1</math>);
* вмикають приводний двигун і виводять його на задану постійну частоту обертання (<math>n_DV = n_Hnom</math>);
* робочий об'єм насоса поступово збільшують до максимуму (<math>U_H=1</math>), внаслідок чого швидкість вала гідромотора зростає до значення, відповідного номінальної потужності приводу;
* 4)	збільшують швидкість вала гідромотора <math>n_M</math> шляхом зменшення робочого об'єму гідромотора до мінімального значення (<math>U_Mmin</math>), що визначається початком нестійкої роботи.
З рис.3.4 видно, що перший етап розгону відбувається при постійному моменті <math>M_M = max</math> і зростаючої потужності приводу. Для другого характерно зменшення крутного моменту ММ і постійна потужність приводу. При закритих запобіжних клапанах (тиск в гідропередачі менше тиску настройки клапанів) для даного варіанту регулювання буде
<br><center><math>n_H=(q_H/q_M U_M)n_M</math></center>.

== Дросельний спосіб регулювання швидкості ==
Ідея даного способу регулювання полягає в тому, що частина подачі нерегульованого насоса відводиться на злив, минаючи гідродвигун, тобто подача насоса <math>Q_H</math> розділяється на дві частини
<br><center><math>Q_H=Q_H_D + Q_B</math>,</center>
де <math>Q_H_D</math> і <math>Q_B</math> - витрата рідини що, відповідно, подається в гідродвигун і відводиться на злив в бак.
Це здійснюється за рахунок введення в гідросистему регульованого гідравлічного опору (дроселя), що дозволяє змінювати витрату рідини, що підводиться в гідродвигун, і в підсумку регулювати її швидкість руху.
<br>При дросельному регулюванні можливі два принципово різні способи включення регульованого дроселя: послідовно з гідродвигуном і паралельно до гідродвигуна.

=== Послідовне включення дроселя ===
[[Файл:Рис.4.Схеми_гідропередач_з_послідовною_установкою_дроселя.png|thumb|400px|Рис.4. Схеми гідропередач з послідовною установкою дроселя]]
Даний спосіб включення регулюючого дроселя може бути здійснений в трьох варіантах: дросель включений на вході в гідродвигун (в напірній магістралі), на виході з нього (в зливній магістралі) і на вході і виході одночасно (рис.4).
<br>При повному відкритті дроселя (<math>Δp_d_r = 0</math>) швидкість поршня <math>V_p</math> гідроциліндра <math>Г_t_s</math> виходить максимальної, тому що  (<math>p_K</math> - тиск настройки клапана КП), і вся подача насоса надходить в гідроциліндр. При зменшенні перетину дроселя тиск перед ним підвищується:
* для схеми з дроселем на вході <math>p_H=R/S_p + Δp_d_r=p_k</math>; (1)
* для схеми з дроселем на виході <math>p_H=R/S_p + Δp_d_r S_s_h/S_p=p_k</math>; (2)
* для схеми з дросельним розподільником <math>p_H=R/S_p + Δp_d_r(1+S_sh/S_p)=p_k</math>, (3)
де <math>R</math> – зовнішня загрузка; <math>S_p</math> і <math>S_sh</math> – робочі площі гідроциліндра; <math>Δp_d_r</math> - перепад тиску на дроселі.
<br>У цьому випадку клапан КП відкривається і пропускає частину подачі насоса на злив в бак. Швидкість поршня буде зменшуватися. При повному закритті дроселя вся подача насоса направляється через клапан на злив в бак, а швидкість поршня дорівнює нулю. Таким чином, в процесі регулювання клапан КП більшу частину часу відкритий, тобто в даному випадку він є переливним.
<br>Графіки регулювальної і механічної характеристик наведені на рис.5.
[[Файл:Рис.5.Регульована_і_механічна_характеристики_гідропередачі_при_послідовному_включенні_дроселя.png|thumb|300px|Рис.5 Регульована (а) і механічна (б) характеристики гідропередачі при послідовному включенні дроселя]]
З графіка механічної характеристики видно, що максимальне навантаження <math>R_max</math>, при якому вихідна ланка гальмується (<math>V_p = 0</math>), від ступеня відкриття дроселя не залежить. При <math>V_p=0</math><math>R=K_2/K_3</math>, де <math>K_2,K_3</math> - постійні коефіцієнти.
<br>Аналізуючи вищевикладене, необхідно зазначити, що при відкритому переливному клапані КП тиск в потоці рідини на виході з насоса дорівнюватиме тиску настройки клапана і буде постійним, тому що <math>p_k =const</math>. Звідси випливає, що і потужність, що витрачається на обертання насоса (<math>N_H=Q_H p_H</math>), також буде постійною, незалежно від величини подоланої навантаження R. Це нераціонально, тому що приведе до перевитрати енергії.
<br>Зіставляючи варіанти установки дроселя на вході і виході можемо відзначити, що останній має ряд переваг. Створення надлишкового тиску в штоковій порожнині гідроциліндра (рис.4, б) сприяє більш стійкій роботі гідродвигуна, особливо при знакозмінному навантаженні. Є можливість регулювання гідроприводу при негативних навантаженнях, тобто при направленні витраченої сили R в сторону переміщення поршня. Крім того, при установці дроселя в зливній гідролінії тепло, що виділяється при дроселюванні потоку рідини, відводиться в бак без нагріву гідродвигуна, як це має місце в схемі з дроселем на вході.
<br>Використання дросельованого розподільника (рис.4,в) також сприяє більш стійкій роботі гідродвигуна при коливаннях навантаження. Крім цього для симетричного дросельованого золотникового розподільника при однакових навантаженнях R і швидкостях <math>V_p</math> прохідні перетини дросельованих проток розподільника (<math>S_d_r_._r</math>) будуть більшими, ніж перетини отворів дроселя (<math>S_d_r</math>), що істотно знизить ймовірність відмови гідросистеми через засмічення малих дросельованих отворів.

=== Паралельне включення дроселя ===
[[Файл:Рис.6.Схема_гідропередачі_з_паралельною_установкою_дроселя_і_її_регулювальна_і_механічна_характеристики.png|thumb|200px|Рис.6. Схема гідропередачі з паралельною установкою дроселя (а) і її регулювальна (б) і механічна (в) характеристики]]
Зі схеми (рис.7,а) видно, що в точці А потік робочої рідини від насоса Н розгалужується: одна частина потоку через розподільник рн направляється в гідроциліндр ГЦ, а інша - через регульований дросель Др повертається по зливній лінії в бак.
<br>Клапан ПК в даному випадку є запобіжним. Він відкривається лише при надмірному підвищенні тиску в гідросистемі. Швидкість <math>V_p</math> вихідної ланки - поршня гідроциліндра регулюється зміною ступеня відкриття дроселя. Чим вона менша, тим більша частка подачі насоса направляється в гідроциліндр і тим більше швидкість <math>V_p</math>. При повному закритті дроселя (<math>U_d_r=0</math>) швидкість <math>V_p</math> найбільша. При повному відкритті дроселя (<math>U_d_r = 1</math>) швидкість поршня зменшується до нуля або до мінімального значення в залежності від навантаження R.
<br>Графіки механічної характеристики для паралельної установки дроселя, на відміну від графіків для його послідовної установки, мають протилежну кривизну і виходять з однієї точки, відповідної <math>V_p = max</math> і <math>R = 0</math>. Максимальне навантаження <math>R_m_a_x</math>, що викликає гальмування поршня гідроциліндра, зменшується зі збільшенням ступеня відкриття дроселя і при <math>U_d_r</math> прямує до нуля, <math>R_m_a_x</math> прямує до безкінечності. При паралельній установці дроселя, як і при послідовній його установці на вході, виключається можливість регулювання при дії навантаження в напрямку, що збігається з напрямком руху поршня гідроциліндра.

== Джерела ==
* [https://uk.wikipedia.org/wiki/Пневмопривод Пневмопривод - Вікіпедія] 
* [https://uk.wikipedia.org/wiki/Гідропривод Гідропривод - Вікіпедія]
* [http://elib.lutsk-ntu.com.ua/book/knit/auvp/2010/10-143/page39.html Дросельне регулювання,Бібліотека eлектронних навчальних посібників Луцького НТУ]
* ОСНОВЫ ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДА: Учебное пособие /В.В. Кузнецов, К.А. Ананьев - Кемерово 2012.