Дроссельное регулирование широко применяется в системах гидроприводов вращательного и поступательного действия в силу простоты конструктивного исполнения схемы регулирования. Дроссели можно ставить на напорной линии, на линии слива или параллельно двигателю. В первом случае имеем регулирование «на входе», во втором — «на выходе» и в третьем — регулирование «параллельно».
В различной литературе, как и в пособии [1], отмечается, что схемы дроссельного регулирования, не дополненные специальными устройствами, не обеспечивают жесткой передачи сил и моментов. Однако эти рассуждения носят принципиальный характер и не отражают в полном объеме влияние внешней нагрузки, приложенной к выходному звену гидродвигателя, на его скоростные характеристики. В данной работе мы постараемся восполнить эти положения на примере дроссельного регулирования гидропривода поступательного действия.
Рис. 1. Схемы дроссельного регулирования
Обратимся к рис.1. На схеме а показано регулирование с дросселем, установленным на входе. Рабочая жидкость с помощью насоса 1 через дроссель 2 подводится в правую полость силового цилиндра и одновременно через предохранительный клапан 3 сбрасывается в приемный резервуар (клапан 3 работает в режиме «переливного»). Давление 
перед дросселем определяется настройкой переливного клапана и в процессе работы практически остается постоянным. Пренебрегая потерей давления в магистрали от дросселя до силового цилиндра, принимаем, что давление за дросселем равно давлению 
в поршневой полости силового цилиндра.
Расход Q через дроссель определим по известной формуле:
Q = 
, (1)
где – коэффициент расхода дросселя;
– площадь проходного отверстия дросселя;
– перепад давления на дросселе, равный = – ;
— плотность рабочей жидкости.
С учетом значения формулу (1) перепишем в виде:
Q = 
. (2)
При установившемся движении жидкости и без учета сил трения в уплотнениях поршня и штока
(3)
где 
и 
– соответственно площади поршня и штока;
– внешняя сила, приложенная к поршню.
Если пренебречь силами сопротивления в сливной магистрали, то можно допустить, что 
В этом случае по формуле (3) найдем, что
(4)
При надежном уплотнении поршня можно пренебречь протечками рабочей жидкости из поршневой полости в штоковую во время рабочего хода двигателя.
В этом случае
Q,
или с учетом (2)
. (5)
Подставляя в (5) выражение (4) и решая (5) относительно скорости движения поршня 
, окончательно получим:
(6)
Из формулы (6) явно следует, что скорость перемещения поршня нелинейно зависит от внешнего усилия , приложенного к поршню и при величине , равной = 
, поршень будет полностью заторможен.
При дроссельном регулировании на выходе (схема б) дроссель 2 устанавливается на линии слива. Давление в правой полости силового цилиндра, независимо от нагрузки , приложенной к поршню, остается практически величиной постоянной, определяемой настройкой предохранительного клапана 3, который в этом случае также работает в режиме «переливного». Пренебрегая потерей давления в напорной линии, можем принять, что давление равно давлению насоса 
, развиваемому им перед клапаном 3.
Определим расход через дроссель, предварительно определив давление 
в левой полости силового цилиндра из уравнения (2). Решая (2) относительно ,получим:
. (7)
С учетом того, что 
(см. выше), выражение (7) перепишем в виде:
. (8)
Если пренебречь потерями давления от левой полости силового цилиндра до дросселя и принять давление за дросселем равным нулю, то 
(-перепад давления на дросселе). Имея это в виду, расход Q через дроссель определим по формуле:
Q = 
(9)
или с учетом (8)
Q =
. (10)
Так как расход через дроссель связан со скоростью перемещения поршня соотношением
Q = (– ), (11)
то, приравнивая (10) и (11), получим:
= 
. (12)
Из (12) следует, что и при дроссельном регулировании на выходе скорость перемещения поршня нелинейно зависит от внешней нагрузки, причем при F = 2 поршень затормаживается.
Рассмотрим, наконец, дроссельное регулирование «параллельно» (схема в, рис.1). Покажем, что и в этом случае скорость перемещения поршня нелинейно зависит от внешней нагрузки.
Действительно, без учета объемных потерь в насосе, последний обеспечивает напорное течение жидкости в системе с постоянным расходом 
, которое делится на два потока. Один поток с расходом 
сбрасывается через дроссель (2) в приемный резервуар, а другой — с расходом 
поступает в поршневую полость двигателя, создавая давление . Расход через предохранительный клапан 3 в этом случае равен нулю, так как в данной схеме он работает в режиме «аварийно».
Пренебрегая потерями давления от правой полости силового цилиндра до дросселя и принимая давление за дросселем равным нулю, получим выражение для расхода через дроссель в виде
= 
. (13)
При принятых выше допущениях, из (3) найдем:
. (14)
С учетом (14) формула для расхода через дроссель принимает вид:
= 
. (15)
Скорость перемещения поршня определяет расход жидкости, поступающей в поршневую полость:
= . (16)
Так как в данном случае = – , то выражение (16) принимает вид:
= – , (17)
Подставляя (16) в (17) и решая полученное выражение относительно , получим выражение, связывающее скорость перемещения поршня с внешней нагрузкой при постоянной площади открытия дросселя в виде:
= 
. (18)
Из (18) следует, что и при дроссельном регулировании «параллельно», скорость перемещения поршня нелинейно зависит от внешней нагрузки.
Рис. 2. Нагрузочная характеристика гидропривода с дроссельным регулированием
На рис.2 показана обобщенная нагрузочная характеристика гидропривода с дроссельным регулированием (кривая 1 на рис.2), которая в явном виде свидетельствует о том, что все рассмотренные выше системы не обеспечивают жесткую передачу сил (и моментов).
Систему с высокой жесткостью (прямая 2 на рис.2) можно реализовать, используя регулятор расхода типа МПГ 55–2. Такое устройство состоит из гидродросселя и редукционного клапана, который поддерживает постоянный перепад давления на дросселирующей щели, благодаря чему расход рабочей жидкости, проходящей через дроссель, не зависит от давления на входе и выходе из него. Так же, как и дроссели, регуляторы расхода устанавливают на входе, выходе и параллельно двигателю [2].
Литература:
1. Погорелов В. И. Гидропневмопривод и автоматика: Учебн. пособие/ В. И. Погорелов, В. С. Тюшев. Ленинград: СЗПИ, 431с.
2. СвешниковВ. К. Станочные гидроприводы: справочник. М.: Машиностроение, 1995, 321с.
