Глава XVIII. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛИ

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕЙ

Гидравлические вибровозбудители сообщают колебания рабочему органу вибромашины либо вследствие использования пульсирующего источника рабочей жидкости, либо прерывания потока рабочей жидкости постоянного расхода с помощью золотниковых устройств. Золотниковыми устройствами могут управлять либо внешний привод, либо сам вибровозбудитель в соответствии с положением его исполнительного органа.

В этой главе рассмотрены основные виды гидравлических вибровозбудителей и их конструкции. Методы расчета не рассмотрены, так как можно использовать методы, описанные в гл. XVII.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ

Гидравлические вибровозбудители по принципу действия делят на пульсаторные, автоколебательные, следящие и самоуправляющиеся.

Вибровозбудители первого типа построены по принципу возбуждения исполнительного органа (гидроцилиндра) пульсирующим давлением, которое создается пульсирующим потоком рабочей жидкости. Наиболее широкое распространение получили пульсаторные вибровозбудители, имеющие замкнутый рабочий объем и характеризующиеся отсутствием протока рабочей жидкости. Находят применение вибровозбудители одностороннего и двустороннего действия. В первых рабочая жидкость совершает работу только во время прямого хода, а обратный ход осуществляется под действием упругой системы вибромашины. В вибровозбудителях двустороннего действия обратный ход происходит также под действием рабочей жидкости.

В автоколебательных и самоуправляющихся гидравлических вибровозбудителях периодическая вынуждающая сила создается при питании от магистрали постоянного давления вследствие наличия специальной системы, автоматически осуществляющей периодический подвод и отвод рабочей жидкости. Поршень гидроцилиндра сам управляет движением распределительного золотника, обеспечивая непрерывность возвратно-поступательного движения.

Следящими называют вибровозбудители, которые имеют жесткую отрицательную обратную связь по перемещению между гидрораспределителем и рабочим органом машины.

В автоколебательных и самоуправляющихся вибровозбудителях периодическая вынуждающая сила создается при питании от магистрали постоянного давления вследствие наличия в вибровозбудителе специальной системы, автоматически осуществляющей периодический подвод и отвод рабочей жидкости. Поршень гидроцилиндра сам управляет движением распределительного золотника, обеспечивая непрерывность возвратно-поступательного движения.

В автоколебательных системах колебания возбуждаются из-за наличия в гидравлической следящей системе нелинейного элемента — зазора в жесткой обратной связи.

Рис. 1. Принципиальные схемы гидравлических вибровозбудителей пульсационного действия

В самоуправляющихся вибровозбудигелях колебания генерируются благодаря наличию специальных устройств, обеспечивающих переключения управляющего золотника в момент нахождения поршня гидроцилиндра в крайнем положении. Частота колебаний регулируется подводимым давлением, амплитуда — величиной зазора в обратной связи автоколебательного вибровозбудителя или смещением упоров переключающих устройств самоуправляющихся вибровозбудителей.

Пульсаторные вибровозбудители по принципу возбуждения делят на две группы — с насосами-пульсаторами и с золотником, создающим пульсацию.

В качестве гидрораспредели гелей используют вращающиеся или поступательно движущиеся зологники, имеющие привод от внешнего двигателя. Частота колебаний вибровозбудителя регулируется скоростью вращения или возвратно-поступательного движения гидрораспределителя. Амплитудой управляют изменением давления рабочей жидкости.

Схема принципиального устройства пульсаторного гидравлического вибровозбудителя двустороннего действия с насосом-пульсатором для создания гармонических колебаний приведена на рис. 1, а. В рабочем гидроцилиндре 1 перемещается поршень 2 под напором рабочей жидкости, подаваемой двухпоршневым пульсатором 3 или пульсатором другого типа. Пульсатор в первую половину хода подает рабочую жидкость с одной стороны поршня (по патрубку 4) и откачивает с другой (по патрубку 5). Во второй половине хода направление подачи жидкости меняется.

Колебательная система соединена с поршнем вибровозбудителя штоком 6 с упругим элементом 7. Упругий элемент в этом случае нужен для придания системе необходимых степеней подвижности. Некоторая дополнительная упругость создается вследствие сжимлемости жидкости и упругости соединительных трубопроводов (шлашов).

Один из наиболее существенных недостатков гидравлических машин — утечка рабочей жидкости в процессе работы через технологические зазоры между поршнем и цилиндром, уплотнением и штоком. В последнее время разработана новая конструкция гидравлического вибровозбудителя без пар скольжения, лишенная этого недостатка В таких устройствах вместо поршня применен резиновый упругий элемент, работающий на сдвиг. Достоинством этой конструкции является также органическое соединение вибровозбудителя с упругой системой, что позволяет создать универсальный агрегатный вибропривод

Для создания бигармонических колебаний может быть использован гидравлический вибровозбудитель с двухпоршневым пульсатором, один из поршней которого движется с удвоенной частотой. Принципиальная схема такой машины одностороннего действия представлена на рис 1, б. Вибровозбудитель состоит из гидроцилиндра 1, в котором перемещается поршень 2, шток 3 которого имеет упругий элемент 4. Рабочая жидкость к гидроцилиндру подается двухпоршневым пульсатором 5 через патрубки 6 и 7. Вследствие того, что расход жидкости каждого цилиндра пульсатора суммируется в рабочем цилиндре, поршень последнего движется по бигармоническому закону.

Схема принципиального устройства пульсаторного гидравлического вибровозбудителя одностороннего действия для создания эллиптических колебаний приведена на рис. 1,в. Он состоит из двух рабочих гидроцилиндров 1 и 2, раздвинутых под прямым углом, в которых перемещаются поршни 3 и 4, под напором рабочей жидкости, подаваемой двухпоршневым пульсатором, поршни 5 и 6 которого перемещаются со сдвигом по фазе эксцентриковыми механизмами 7 и 8, синфазно вращающимися с одинаковыми угловыми скоростями. Поршни гидроцилиндров через штоки с упругими элементами 9 и 10 сообщают колебательной системе перемещения во взаимно перпендикулярных направлениях

Машины, приведенные на рис. 1, б и в, могут быть выполнены и двустороннего действия; для этого на каждый рабочий цилиндр в пульсаторе должны работать два цилиндра.

Основное достоинство пульсаторных вибровозбудителей с насосами-пульсаторами — четкая реализация заданной амплитуды и частоты поршня исполнительного гидроцилиндра Данный привод объемного действия Амплитуда колебаний штока рабочего гидроцилиндра определяется объемом, вытесненным поршнями насоса-пульсатора, и соотношениями конструктивных параметров машины независимо от рабочей нагрузки.

Регулирование режимов работы пульсаторных гидравлических вибровозбудителей осуществляется изменением как частоты, так и амплитуды колебаний. Частота колебаний регулируется путем изменения скорости вращения пульсатора, амплитуда колебаний — путем изменения производительности пульсатора, например, с помощью дроссельного устройства

К числу наиболее серьезных недостатков гидропульсаторных приводов относится нагрев рабочей жидкости, обусловленный замкнутостью ее объема на участке поршень пульсатора — поршень вибровозбудителя.

Существуют две разновидности золотникового гидропульсаторного привода — гидропривод с золотником на входе исполнительного гидроцилиндра и на выходе.

Гидравлический вибровозбудитель пульсаторного типа одностороннего действия с поступательно движущимся золотником приведен на рис. Он состоит из гидроцилиндра 1 и золотиика 2, который периодически сообщает рабочую полость то с напорной, то со сливной магистралями. Вибровозбудитель двустороннего действия, состоящий из гидроцилиндра 1 и золотника 2, приведен на рис. Золотник периодически сообщает одну рабочую полость гидроцилиндра со сливной и в то же время вторую рабочую полость с напорной магистралями; затем направление движения рабочей жидкости меняется. На рис. представлен вибровозбудитель,

состоящий из гидроцилиндра 1 и золотника 2, который управляет сливом рабочей жидкости.

Принципиальная схема гидропривода пульсаторного типа с золотником-генератором пульсации на входе приведена на рис. Гидропривод состоит из иасоса 1 постоянной или регулируемой производительности, который подает рабочую жидкость на вход золотника 2 Золотник может быть выполнен, например, в виде вращающейся пробки с рядом отверстий, расположенных таким образом, что за один оборот полость исполнительного цилиндра 3 сообщается попеременно то с напорной магистралью, со сливной. В этой полости создается пульсация давления, обусловливающая возвратно-поступательные перемещения поршня. Регулировка амплитуды осуществляется с помощью регулятора давления 4, регулировка частоты — изменением скорости вращения золотника. Для привода золотника могут быть использованы регулируемые гидромоторы, механические вариаторы, двигатели постоянного тока малой мощности, так как золотник является лишь управляющим элементом.

В рассмотренном пульсаторном гидроприводе давление перед золотником поддерживается постоянным и определяется характеристикой насоса. В полость гидроцилиндра рабочая жидкость подается сдросселированной в каналах золотника с давлением, зависящим от угловой скорости вращения золотника Дросселирующие сопротивления золотника входящей из исполнительного гидроцилиндра рабочей жидкости незначительны, и характер изменения давления в рабочей полости гидроцилиндра будет определяться гидравлическими сопротивлениями сливной магистрали и динамическими характеристиками колебательной системы, в паре с которой работает гидропривод

Этой схеме гидропривода свойствен характерный недостаток, заключающийся в том, что при увеличении сопротивлений в системе, обусловливающем рост давления в гидроцилиндре, уменьшается перепад давления в дросселирующем канале золотника, снижается расход рабочей жидкости, вследствие чего амплитуда колебаний с увеличением нагрузки уменьшается.

Принципиальная схема гидравлического пульсаторного вибровозбудителя приведена на рис. 1,з Насос 1 постоянной или регулируемой производительности подает рабочую жидкость в полость гидроцилиндра вибровозбудителя 2. На выходе исполнительного гидроцилиндра в сливной магистрали гидросистемы установлен золотник с вращающейся пробкой 3. При вращении пробки, выполненной со специальным профилем, изменяется величина проходной щели золотника, и в полости гидроцилиндра возникает пульсация давления. Частота пульсации регулируется изменением скорости вращения пробки золотника, амплитуда — с помощью дросселя 4 или изменением производительности насоса В виброприводе этого типа амплитуда колебаний поршня гидроцилиндра зависит от расхода жидкости через золотник и дроссель. Рабочая жидкость, подаваемая насосом, поступает в гидроцилиндр и сливной бак через золотник и дроссель. Если дроссель полностью перекрыт, то амплитуда колебаний поршня будет зависеть только от пропускной способности золотника.

Пробку золотника можно спрофилировать таким образом, чтобы в течение большей части прямого хода поршня исполнительного гидроцилиндра золотник будет полностью перекрыт. В этом случае (при достаточном давлении) амплитуда поршня при прямом ходе не зависит от сопротивлений в колеблющейся системе. Когда поршень совершает обратный ход под действием восстанавливающих сил упругих связей системы, золотник имеет достаточное отверстие для пропускания суммарного расхода рабочей жидкости, подаваемой насосом и поступающей из гидроцилиндра.

Гидравлический вибропривод пульсаторного типа с золотником несложен по конструкции, допускает сравнительно простое регулирование по амплитуде и частоте колебаний, пульсации от одного насоса могут передаваться на поршни желаемого числа исполнительных гидроцилиндров.