Два разных способа сочетать воздух и масло
Пневмогидравлический привод использует сжатый воздух как источник энергии, а жидкость — для передачи усилия или управления движением. Под одним названием встречаются разные схемы. В преобразователе воздух–масло давление воздуха воздействует на жидкость без существенного усиления. В усилителе большой воздушный поршень приводит меньший гидравлический плунжер. В приводе с гидравлическим демпфером воздух перемещает механизм, а дозированное вытеснение масла ограничивает скорость рабочего хода.
Эти варианты нельзя выбирать по одному выходному давлению. Демпфер расходует энергию на сопротивлении и не создаёт дополнительной мощности. Преобразователь требует достаточного объёма масла на весь ход. Усилитель повышает давление ценой уменьшения перемещаемого объёма при том же ходе входного поршня. Воздух остаётся сжимаемым на приводной стороне, а масло и стенки имеют конечную податливость; полное отсутствие упругости такая комбинация не обеспечивает.
| Схема | Основная задача | Ключевой параметр |
|---|---|---|
| Воздух–масло | Передача давления в жидкость | Рабочий объём и разделение сред |
| Гидравлический демпфер | Устойчивый рабочий ход | Расход масла и сопротивление |
| Усилитель давления | Высокое давление краткого хода | Отношение площадей и вытесняемый объём |
| Пневматический насос | Повторяющаяся подача жидкости | Расход при требуемом противодавлении |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Отношение площадей и условный пример
В идеальном усилителе при одинаковом ходе поршней коэффициент i = Aвозд/Aгидр. Если противодействующие давления отсутствуют, баланс сил даёт pгидр = i·pвозд, где давления избыточные. Для выбранных расчётных площадей 2000 и 100 мм² отношение составляет 20. При условных 0,5 МПа избыточного давления воздуха получаем 10 МПа избыточного на выходе. Это идеальная предельная оценка; трение, давления возвратной стороны и потери клапанов уменьшают действительное значение.
При ходе плунжера 40 мм вытесненный объём равен 100·40 = 4000 мм³, то есть 4 см³. За тот же ход воздушный поршень изменяет объём на 2000·40 = 80000 мм³, или 80 см³. Для одного нагруженного хода объёмное отношение равно 20. Если в условном цикле выполняются 10 таких нагнетательных ходов в минуту, идеальная подача масла равна 40 см³/мин, или 0,04 л/мин. Это значение не является паспортной подачей насоса: оно предполагает полное заполнение и отсутствие утечек, а частота обычно зависит от выходного давления.
Для постоянной скорости общего штока геометрические расходы удовлетворяют Qгидр = Qвозд,раб/i. Подставлять приведённый расход воздуха вместо рабочего нельзя: сначала учитывают его абсолютное давление и температуру. Повышение давления не умножает мощность; в идеальной модели увеличение давления компенсируется уменьшением расхода жидкости. В реальной системе добавляются механические, объёмные и дроссельные потери, которые оценивают раздельно по доступным характеристикам.
Что ограничивает равномерность
Воздух в масле увеличивает податливость и способен вызывать рывки, а температура изменяет вязкость и расход через сопротивление. Утечки делают промежуточную остановку непостоянной; запертая жидкость может повышать давление при нагреве. Поэтому для выбора нужны допустимая нагрузка, скорость рабочего и быстрого хода, объём, частота циклов, совместимость жидкости и уплотнений. Каталог усилителя содержит отношение давления, но рабочую подачу выбирают по характеристике при требуемом давлении. Крепление, остановку и удержание проектируют для всей машины; наличие гидравлической части само по себе не подтверждает выполнение этих функций.
Первичные источники
- SMC: Air-Hydro Booster CQ2 — Преобразование воздуха в гидравлическое давление и ограниченный объём масла.
- Maximator: High-pressure pumps — Отношение площадей определяет давление; подачу определяют при выходном давлении.
- SMC: Air-hydro Unit — Податливость, воздух в масле, утечки и переходные ограничения конкретной серии.