Гидравлический аккумулятор: Особенности, устройство, назначение
Гидроаккумуляторы. Назначение и устройство
Гидроаккумуляторы предназначены для накопления энергии при помощи насоса в период его недогрузки и отдачи ее в короткий отрезок времени, когда потребляемая мощность превышает мощность, развиваемую насосом.
В случае, если работа гидросистемы происходит весьма неравномерно, то, включив гидроаккумулятор, можно уменьшить пульсацию давления, вызванную неравномерностью работы насоса, и повысить коэффициент полезного действия гидросистемы. Кроме того, гидроаккумулятор как присоединенная емкость сглаживает гидравлические удары.
На тракторах гидроаккумуляторы применяют в системах гидропневматического пуска, для поддержания заданного давления в гидроувеличителях сцепного веса при холостой работе насоса и постоянного давления в нагнетательной магистрали гидросистемы с нерегулируемыми насосами.
Гидроаккумуляторы различают пневматические, грузовые и пружинные. В гидроприводах тракторов, сельскохозяйственных, строительных и дорожных машин получили распространение пружинные и пневматические поршневые гидроаккумуляторы.
Рис. Акумуляторы:
а — пружинный; б — пневматический; 1 — корпус; 2 — поршень; 3 — пружина; 4 — стальной корпус; 5 — газовая камера; 6 — уплотнительные кольца; 7 — жидкостная камера.
Пружинный гидроаккумулятор состоит из корпуса 1 и поршня 2 с пружиной 3. Элементом, аккумулирующим энергию, является пружина 3. При зарядке жидкость поступает в аккумулятор через клапан зарядки. Последний автоматически соединяет рабочую полость гидроаккумулятора с нагнетательной линией насоса при падении давления ниже заданной минимальной величины и отключает насос при достижении максимального давления зарядки. Под давлением жидкости поршень сжимает пружину 3 и отодвигается в сторону ее сжатия, накапливая тем самым энергию. При соединении рабочей полости с потребителем (силовым цилиндром) пружина 3 разжимается и выталкивает жидкость из аккумулятора в рабочую полость потребителя. Пружинные гидроаккумуляторы имеют небольшую емкость и их применяют при давлениях до 10 МПа (100 кгс/см2).
Пневматический гидроаккумулятор состоит из закрытого цилиндра (корпуса) 4, внутри которого помещен поршень 2, уплотненный по наружному диаметру двумя круглыми кольцами 6 из маслостойкой резины. Поршень 2 разделяет внутреннее пространство аккумулятора на две камеры: верхнюю 5, заполненную инертным газом, и нижнюю 7, заполненную маслом под давлением. На крышке аккумулятора устанавливают зарядный штуцер с обратным клапаном для периодической зарядки инертным газом до давления, равного около половины максимального давления, на которое рассчитана работа гидроаккумулятора. Обратный клапан препятствует выходу газа из гидроаккумулятора при зарядке. В нижней части гидроаккумулятора имеется штуцер, к которому подсоединяют нагнетальный трубопровод гидравлической системы. Во избежание утечек газа в поршне сделан жидкостный затвор в виде небольшого слоя жидкости над уплотнительными кольцами.
В качестве накопителя энергии в данном случае является сжатый газ. При отдаче жидкости из гидроаккумулятора в гидросистему он расширяется внутри корпуса, благодаря этому давление уменьшается и, наоборот, при поступлении жидкости в гидроаккумулятор газ сжимается, а его давление увеличивается. Поэтому при работе аккумулятора возникают колебания давления. Величину этих колебаний оценивают коэффициентом неравномерности давления.
По условиям ведомственных органов Котлонадзора гидроаккумуляторы должны иметь не менее чем четырехкратный запас прочности и испытаны под давлением в 1,5—2 раза, превышающем рабочее давление.
Принцип работы и назначение гидроаккумулятора
Для чего нужен гидравлический аккумулятор? Какое место он занимает в общей системе трактора?
Одно из основных преимуществ линейки тракторов МТЗ – их необычайно высокая универсальность и возможность агрегатирования большого числа самого разного оборудования и приспособлений. Для обеспечения их максимально эффективного функционирования используется гидроувеличитель сцепного веса, одним из важнейших элементов которого является гидравлический аккумулятор. Именно о нём и пойдёт речь в этом материале.
Гидроаккумулятор – устройство и назначение
Современный гидравлический аккумулятор функционирует совместно с ГСВ и используется для скапливания энергии посредством особого насоса при его недогрузке с последующей отдачей всего накопленного потенциала или его части за непродолжительный период времени, в течение которого на насос приходятся нагрузки, превышающие его мощность.
Монтируется гидроаккумулятор в непосредственной близости от заднего левого колеса на рукаве. Сверху агрегат закрыт тонкостенным кожухом, внутри которого находится подвижной цилиндр, поршень, зафиксированный на штоке, подсоединённом к передней крышке, и пружина, поджимающая цилиндр.
В нижней части гидроаккумулятора имеется небольшое отверстие, используемое для сливания излишков рабочей жидкости и закрытое пробкой. На кожух приварена специальная скоба для крепления гидроаккумулятора. Масса устройства без рабочей жидкости составляет чуть более 5,5 кг.
Поскольку аккумуляторная пружина сжимается до усилия в 200 кгс, при отворачивании болтов на передней крышке следует удерживать аккумулятор строго в горизонтальном положении и направлять крышку от себя.
Принцип действия устройства и его влияние на гидросистему
Пришло самое время разобрать принцип работы гидроаккумулятора более подробно. Итак, в процессе зарядки жидкость посредством зарядного клапана проникает внутрь аккумулятора, соединяющего свою рабочую полость с нагнетательной линией в насосе при снижении давления ниже нормы, и отключающего насос при достижении максимально высокого давления зарядки. Вследствие давления жидкости происходит сжатие пружины с её сдвигом в сторону сжатия, что способствует накоплению энергии. В момент соединения рабочей полости и силового цилиндра происходит разжатие пружины и выброс жидкости в полость потребителя. Гидравлические аккумуляторы пружинного типа обладают довольно небольшой ёмкостью, вследствие чего их применение возможно лишь при давлении не превышающем 10 МПа (100 кгс/см2).
При неравномерной работе гидравлической системы трактора, включение гидроаккумулятора позволяет снизить пульсирование давления, возникающего вследствие проблем в работе насоса, с одновременным увеличением КПД последнего.
Помимо этого, гидроаккумулятор, выступая в роли присоединённой ёмкости, в некоторой степени сглаживает возникающие гидравлические удары.
Возможно также использование этих агрегатов в системах с гидропневматическим спуском, что даёт возможность поддерживать стабильные показатели давления в пределах нагнетательного гидравлического комплекса с насосами нерегулируемого типа.
Особенности использования ГВС и гидроаккумулятора
При использовании ГВС и гидроаккумулятора для обеспечения их максимально длительного и эффективного функционирования, нужно следовать нескольким довольно простым рекомендациям. При въезде на первую борозду следует отрегулировать показатели давления подпора, провернув маховик против часовой стрелки до отказа и перевести рукоять гидроувеличителя в позицию «Сброс давления».
После того, как будет достигнута максимальная глубина обработки, необходимо отжать рукоять до положения «ГСВ включен». Достигнув конца гона управляющий элемент гидроувеличителя нужно перевести в позицию «ГСВ выключен».
Регулировка проводится в начале работы на определённом участке поле и меняется лишь при переезде на новый участок, либо же при затуплении рабочих агрегатов.
При транспортировке трактора, управляющую рукоять гидроусилителя необходимо перевести в позицию «Заперто».
Заключение
Гидроаккумулятор являет собой важнейший элемент гидравлического комплекса, качество работы которого во многом определяет и общую продуктивность самого трактора. Именно поэтому, следует внимательно следить за его состоянием, вовремя проводя все профилактические и ремонтные работы.
Устройство и принцип работы гидроаккумулятора
Гидроаккумулятор – сосуд, предназначенный для накопления объема жидкости, находящейся под давлением, и передачи ее в гидравлическую систему.
Гидроаккумулятор позволяет накопить гидравлическую энергию и, при необходимости, отдать ее в систему.
Функции гидроаккумулятора
Основными функциями гидроаккумуляторов являются:
- Накоплении гидравлической энергии
- Накопление рабочей жидкости
- Демпфирование механических и гидравлических ударов
- Снижение пульсаций
- Компенсация утечек
- Компенсация увеличения объема жидкости
- Поддержание давления в системе
Принцип работы гидроаккумулятора
Основной задачей гидроаккумулятора является накопление энергии жидкости, значит он должен вмещать некоторый объем жидкости и содержать какой-либо механизм накопления энергии. Рассмотрим несколько возможных вариантов накопления энергии: груз поднятый на высоту обладает потенциальной энергией, так же как сжатая пружина или сжатый газ. Эти механизмы используются для накопления энергии.
Жидкость, поступая в полость аккумулятора, передает энергию устройству накопления – поднимает груз, сжимает пружину или газ. При необходимости накопленная энергия используется для подачи жидкости под давлением из аккумулятора в систему.
Виды гидроаккумуляторов
Различают несколько видов гидроаккумуляторов:
- грузовые
- пружинные
- гидропневматические
- баллоные
- мембренные
- поршневые
Устройство грузового гидроаккуммулятора
В грузовых гидроаккумуляторах, на жидкость действует нагрузка вызванная силой тяжести. При зарядке такого аккумулятора жидкость поступает под поршень 1 на котором установлен груз 2, при поступлении жидкости поршень вместе с грузом поднимается. При разрядке груз давит на поршень, которые передает энергию жидкости 3 под давлением, истекающей из гидроаккумулятора.
Расчет давления в грузовом гидроаккуммуляторе
В грузовом гидроаккумуляторе давление жидкости прямо пропорционально массе давящего груза и обратно пропорционально площади поршня.
Давление будет постоянным независимо от объема оставшейся жидкости, так как оно определяется только массой груза и площадью поршня.
Устройство пружинного гидроаккуммулятора
При зарядке пружинного гидроаккумялятора вместо поднятия груза поршень 1 сжимает пружину 2. При разрядке пружина, разжимаясь, передает накопленную энергию воздействуя на поршень, который в свою очередь давит на жидкость 3.
Расчет давления в пружинном гидроаккуммуляторе
В пружинном гидроаккумуляторе давление жидкости зависит от жесткости и величины перемещения пружины.
Давление в аккумуляторе будет уменьшаться по мере уменьшения объема жидкости в аккумуляторе, так как усилие пружины зависит от величины сжатия.
Гидропневматические аккумуляторы
Наибольшее распространение в технике получили гидропневматические аккумуляторы, которых механическая пружина заменена запертым объемом с газа.
Различают гидропневматические аккумуляторы с разделителем и без него.
Гидропневиоаккумуляторы без разделителя используются редко, т.к. при больших величинах давления аккумулирующим газом будет насыщаться рабочая жидкость, что в гидравлике нежелательно. В качестве разделительных элементов используются, поршни, баллоны и мембраны. Ознакомимся с конструкцией самых распространенных пневмогидравлических аккумуляторов.
Баллонный пневмогидроаккумулятор
В аккумуляторах этого типа, газ, находится в баллоне 1, который расположен в корпусе 2. Для заправки гидропневмоаккумулятора газом предназначен зарядный вентиль 3. Клапан 4 ограничивает расширение баллона при отсутствии в полости жидкости под давлением. Подвод рабочей жидкости осуществляется через канал 5.
Баллоные аккумуляторы рекомендуется устанавливать вертикально, хотя в некоторых случая допустимо и горизонтальное расположение.
Мембранный гидропневмоаккумулятор
В качестве разделителя сред в аккумуляторе может использоваться упругая мембрана.
Основными элементами мембранного гидроаккумулятора являются корпус 1, мембрана 2, зарядный вентиль 3, канал для подвода жидкости 4.
Поршневой гидроаккумулятор
В поршневом гидравлическом аккумуляторе на поршень с одной стороны действует давление сжатого газа с другой – давление жидкости.
Поршневой аккумулятор состоит из корпуса 1, в котором расположен поршень 2 с уплотнениями 3, обеспечивающими герметичное разделение газа и жидкости. Зарядка гидропневмоаккумулятора газом осуществляется через заправочный вентиль 4, подвод жидкость – через канал 5.
Схема для расчета поршневого гидроаккумулятора показана на следующем рисунке.
Давление жидкости в аккумуляторе будет зависеть от объема заполненного жидкостью, причем зависимость будет нелинейная, что объясняется процессом сжатия газа.
Гидравлические аккумуляторы
Гидравлическим аккумулятором называется гидроемкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе. В зависимости от носителя потенциальной энергии гидроаккумуляторы подразделяют на грузовые, пружинные и пневматические.
Рис.7.21. Гидроаккумуляторы:
а – грузовой; б – пружинный; в – пневмогидравлический с упругим разделителем
Грузовой аккумулятор (рис.7.21, а) состоит из цилиндра 1, плунжера 2 и груза 3 весом 2G. При зарядке плунжер поднимается (происходит увеличение потенциальной энергии), при разрядке – опускается. Давление разрядки постоянно, но громоздкость ограничивает их применение.
Пружинный аккумулятор (рис.7.21, б) состоит из цилиндра 2, поршня 1, пружины 3, помещенной в корпусе 4. Зарядка и разрядка происходит через отверстие 5. Они компактны, но есть недостаток – неравномерность давления в начале и в конце цикла разрядки, малый полезный объем.
Пневмогидравлический аккумулятор (рис.7.21, в) с упругим разделителем состоит из баллона 1 и эластичной диафрагмы 2, закрепленной в верхней части аккумулятора. Зарядку газом производят через отверстие 4, а рабочей жидкостью через отверстие 3. Верхняя часть заполняется газом до начального давления PН, соответствующего минимальному рабочему Pmin в гидросистеме. Рабочая жидкость заполняет нижнюю часть до давления Pmax, равного максимальному давлению в гидросистеме. Газ сжимается также до давления Pmax. Когда давление в гидросистеме станет меньше Pmax, рабочая жидкость вытесняется из гидроаккумулятора. Кольцо 5 предохраняет диафрагму от продавливания и повреждения. Достоинства: не требует частой подзарядки газом; безынерционен; пригоден к эксплуатации после длительного перерыва в работе и устанавливается в любом положении.
Гидроаккумуляторы поддерживают на заданном уровне давление, компенсируют утечки, сглаживают пульсацию давления, создаваемую насосами, выполняют функцию демпфера, предохраняют систему от забросов давления вызванных наездом машин на дорожные препятствия. Так же используются для достижения большей скорости холостого хода при совместной работе с насосами.
В схеме на рис.7.22 гидроаккумулятор 5 выполняет функцию компенсатора утечек и поддерживает постоянным давление в гидроприводе машины для удержания груза. При наложении грузозахватного органа на груз насос клапаном 2 разгружен, а требуемое давление в рабочей полости гидроцилиндра 6 поддерживается гидроаккумулятором. Обратный клапан 8 в этой схеме блокирует аккумулятор от линии слива при разгруженном насосе. Распределитель 1 управления клапаном 2 включается от реле давления 7, которое настраивают на рабочее давление. Дроссель 3 служит для регулирования расхода при разрядке аккумулятора. Зарядка аккумулятора происходит через обратный клапан 4 в конце сжатия груза.
Риc.7.22. Схема включения гидроаккумулятора для компенсации утечек:
1 – распределитель; 2 – предохранительный клапан непрямого действия;
3 – дроссель; 4, 8 – обратный клапан; 5 – гидроаккумулятор;
6 – гидроцилиндр; 7 – реле давления
По сравнению с безаккумуляторным рассмотренный гидропривод имеет меньшие габарит, массу и может быть более экономичным, так как потребляемая насосом мощность будет меньше за счет уменьшения времени работы насоса под нагрузкой.
