Гидравлический привод

Гидравлический привод (гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).

Содержание

Функции гидропривода

Основная функция гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода — это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе — передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.).

В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:

1. Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости. по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.
2. После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.

Виды гидроприводов

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные.

• В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости (и соответственно скорости движения жидкостей в гидродинамических приводах велики в сравнении со скоростями движения в объёмном гидроприводе).
• В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости (в объёмных гидроприводах скорости движения жидкостей не велики — порядка 0,5-6 м/с).

Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.

Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, — большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа, в то время как гидродинамические машины работают обычно при давлениях, не превышающих 1,5—2 МПа.

Объёмный гидропривод намного более компактен и меньше по массе, чем гидродинамический, и поэтому он получил наибольшее распространение.

В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объёмные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.

По характеру движения выходного звена гидродвигателя

Гидропривод вращательного движения

когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;

Гидропривод поступательного движения

у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр — двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);

Гидропривод поворотного движения

когда в качестве гидродвигателя применён поворотный гидродвигатель, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360°.

По возможности регулирования

Если скорость выходного звена (гидроцилиндра, гидромотора) регулируется изменением частоты вращения двигателя, приводящего в работу насос, то гидропривод считается нерегулируемым.

Регулируемый гидропривод

в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть:

Регулирование может быть: ручным или автоматическим.

В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть:

• стабилизированным
• программным (гидроусилители).

Саморегулируемый гидропривод

автоматически изменяет подачу жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени (без фазового сдвига).

По схеме циркуляции рабочей жидкости

Гидропривод с замкнутой схемой циркуляции

в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса.

Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;

Гидропривод с разомкнутой системой циркуляции

в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой.

Достоинства такой схемы — хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.

По источнику подачи рабочей жидкости

Насосный гидропривод

В насосном гидроприводе, получившем наибольшее распространение в технике, механическая энергия преобразуется насосом в гидравлическую, носитель энергии — рабочая жидкость, нагнетается через напорную магистраль к гидродвигателю, где энергия потока жидкости преобразуется в механическую. Рабочая жидкость, отдав свою энергию гидродвигателю, возвращается либо обратно к насосу (замкнутая схема гидропривода), либо в бак (разомкнутая или открытая схема гидропривода). В общем случае в состав насосного гидропривода входят гидропередача, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроёмкости и гидролинии.

Магистральный гидропривод

В магистральном гидроприводе рабочая жидкость нагнетается насосными станциями в напорную магистраль, к которой подключаются потребители гидравлической энергии. В отличие от насосного гидропривода, в котором, как правило, имеется один (реже 2-3) генератора гидравлической энергии (насоса), в магистральном гидроприводе таких генераторов может быть большое количество, и потребителей гидравлической энергии также может быть достаточно много.

Аккумуляторный гидропривод

В аккумуляторном гидроприводе жидкость подаётся в гидролинию от заранее заряженного гидроаккумулятора. Этот тип гидропривода используется в основном в машинах и механизмах с кратковременными режимами работы.

По типу приводящего двигателя

гидроприводы бывают с электроприводом, приводом от ДВС, турбин и т. д.

Импульсный гидропривод

В гидроприводе этого вида выходное звено гидродвигателя совершает возвратно-поступательные или возвратно-вращательные движения с большой частотой (до 100 импульсов в секунду).

Структура гидропривода

Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Насос является источником гидравлической энергии, а гидродвигатель — её потребителем, то есть преобразует гидравлическую энергию в механическую. Управление движением выходных звеньев гидродвигателей осуществляется либо с помощью регулирующей аппаратуры — дросселей, гидрораспределителей и др., либо путём изменения параметров самого гидродвигателя и/или насоса.

Также обязательными составными частями гидропривода являются гидролинии, по которым жидкость перемещается в гидросистеме.

Критически важной для гидропривода (в первую очередь объёмного) является очистка рабочей жидкости от содержащихся в ней (и постоянно образующихся в процессе работы) абразивных частиц. Поэтому системы гидропривода обязательно содержат фильтрующие устройства (например, масляные фильтры), хотя принципиально гидропривод некоторое время может работать и без них.

Поскольку рабочие параметры гидропривода существенно зависят от температуры рабочей жидкости, то в гидросистемах в некоторых случаях, но не всегда, устанавливают системы регулирования температуры (подогревающие и/или охладительные устройства).

Количество степеней свободы гидросистем

Количество степеней свободы гидравлической системы может быть определено простым подсчётом количества независимо управляемых гидродвигателей.

Область применения

Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах. В настоящее время более 50% общего парка мобильных строительно-дорожных машин (бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров и др.) является гидрофицированной. Это существенно отличается от ситуации 30-х — 40-х годов 20-го века, когда в этой области применялись в основном механические передачи.

В станкостроении гидропривод также широко применяется, однако в этой области он испытывает высокую конкуренцию со стороны других видов привода [1] .

Широкое распространение получил гидропривод в авиации. Насыщенность современных самолётов системами гидропривода такова, что общая длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров.

В автомобильной промышленности самое широкое применение нашли гидроусилители руля, существенно повышающие удобство управления автомобилем. Эти устройства являются разновидностью следящих гидроприводов. Гидроусилители применяют и во многих других областях техники (авиации, тракторостроении, промышленном оборудовании и др.).

В некоторых танках, например, в японском танке Тип 10, применяется гидростатическая трансмиссия, представляющая собой, по сути, систему объёмного гидропривода движителей. Такого же типа трансмиссия устанавливается и в некоторых современных бульдозерах.

В целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками.

Преимущества

К основным преимуществам гидропривода относятся:

• возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;
• простота управления и автоматизации;
• простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно, в частности, когда шток, соединённый с рабочим органом, встречает препятствие на своём пути), то давление в гидросистеме достигает больших значений — тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;
• надёжность эксплуатации;
• широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;
• большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-15 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;
• самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить, что при техническом обслуживании, например, мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50% всего времени обслуживания машины, поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;
• возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
• простота осуществления различных видов движения — поступательного, вращательного, поворотного;
• возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
• возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
• упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.

Недостатки

К недостаткам гидропривода относятся:

• утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;
• нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;
• более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;
• необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;
• необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;
• пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;
• зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;
• в сравнении с пневмоприводом — невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.

История развития гидропривода

Гидравлические технические устройства известны с глубокой древности. Например, насосы для тушения пожаров существовали ещё во времена Древней Греции [2] .

Однако, как целостная система, включающая в себя и насос, и гидродвигатель, и устройства распределения жидкости, гидропривод стал развиваться в последние 200—250 лет.

Одним из первых устройств, ставших прообразом гидропривода, является гидравлический пресс. В 1795 году патент на такое устройство получил Джозеф Брама (англ.  Joseph Bramah ) [3] , которому помогал Генри Модели, и в 1797 году первый в истории гидравлический пресс был построен [4] .

В конце XVIII века появились первые грузо-подъёмные устройства с гидравлическим приводом, в которых рабочей жидкостью служила вода. Первый подъёмный кран с гидравлическим приводом был введён в эксплуатацию в Англии в 1846—1847 годах [5] , и со второй половины XIX века гидропривод находит широкое применение в грузо-подъёмных машинах.

Создание первых гидродинамических передач связано с развитием в конце XIX века судостроения. В то время в морском флоте стали применять быстроходные паровые машины. Однако, из-за кавитации, повысить число оборотов гребных винтов не удавалось. Это потребовало применения дополнительных механизмов. Поскольку технологии в то время не позволяли изготавливать высокооборотистые шестерённые передачи, то потребовалось создание принципиально новых передач. Первым таким устройством с относительно высоким КПД явился изобретённый немецким профессором Г. Фётингером гидравлический трансформатор (патент 1902 года) [6] , представлявший собой объединённые в одном корпусе насос, турбину и неподвижный реактор. Однако первая применённая на практике конструкция гидродинамической передачи была создана в 1908 году, и имела КПД около 83 %. Позднее гидродинамические передачи нашли применение в автомобилях. Они повышали плавность трогания с места. В 1930 году Гарольд Синклер (англ.  Harold Sinclair ), работая в компании Даймлер, разработал для автобусов трансмиссию, включающую гидромуфту и планетарную передачу [7] . В 1930-х годах производились первые дизельные локомотивы, использовавшие гидромуфты [8] .

В СССР первая гидравлическая муфта была создана в 1929 году.

В 1882 году компания Армстронг Уитворс представила экскаватор, в котором впервые ковш имел гидравлический привод [9] . Один из первых гидрофицированных экскаваторов был произведён французской компанией Poclain в 1951 году. Однако эта машина не могла поворачивать башню на 360 градусов. Первый полноповоротный экскаватор с гидроприводом был представлен этой же фирмой в 1960-м году. В начале 1970-х годов гидрофицированные экскаваторы, обладавшие большей производительностью и простотой управления, в основном, вытеснили с рынка своих предшественников — экскаваторы на канатной тяге [10] .

Первый патент, связанный с гидравлическим усилением, был получен Фредериком Ланчестером в Великобритании в 1902 году. Его изобретение представляло собой «усилительный механизм, приводимый посредством гидравлической энергии» [11] . В 1926 году инженер подразделения грузовиков компании Пирс Эрроу (англ.  Pierce Arrow ) продемонстрировал в компании «Дженерал моторс» гидроусилитель руля с хорошими характеристиками, однако автопроизводитель посчитал, что эти устройства будут слишком дорогими, чтобы выпускать их на рынок [12] [13] . Первый предназначенный для коммерческого использования гидроусилитель руля был создан компанией Крайслер в 1951 году, и сейчас большинство новых автомобилей укомплектовывается подобными устройствами.

Фирма Хонда после представления гидростатической трансмиссии в 2001 году для своей модели мотовездехода FourTrax Rubicon, анонсировала в 2005-м году мотоцикл Honda DN-01 с гидростатической трансмиссией, включающей насос и гидромотор. Модель начала продаваться на рынке в 2008 году. Это была первая модель транспортного средства для автодорог, в котором использовалась гидростатическая трансмиссия. [14]

Перспективы развития

Перспективы развития гидропривода во многом связаны с развитием электроники. Так, совершенствование электронных систем позволяет упростить управление движением выходных звеньев гидропривода. В частности, в последние 10-15 лет стали появляться бульдозеры, управление которыми устроено по принципу джойстика.

С развитием электроники и вычислительных средств связан прогресс в области диагностирования гидропривода. Процесс диагностирования некоторых современных машин простыми словами может быть описан следующим образом. Специалист подключает переносной компьютер к специальному разъёму на машине. Через этот разъём в компьютер поступает информация о значениях диагностических параметров от множества датчиков, встроенных в гидросистему. Программа или специалист анализирует полученные данные и выдаёт заключение о техническом состоянии машины, наличии или отсутствии неисправностей и их локализации. По такой схеме осуществляется диагностирование, например, некоторых современных ковшовых погрузчиков. Развитие вычислительных средств позволит усовершенствовать процесс диагностирования гидропривода и машин в целом.

Важную роль в развитии гидропривода может сыграть создание и внедрение новых конструкционных материалов. В частности, развитие нанотехнологий позволит повысить прочность материалов, что позволит уменьшить массу гидроборудования и его геометрические размеры, повысить его надёжность. С другой стороны, создание прочных и одновременно эластичных материалов позволит, например, уменьшить недостатки многих гидравлических машин, в частности, увеличить развиваемое диафрагменными насосами давление.

В последние годы наблюдается существенный прогресс в производстве уплотнительных устройств. Новые материалы обеспечивают полную герметичность при давлениях до 80 МПа, низкие коэффициенты трения и высокую надёжность [1] .

См. также

Ссылки

Примечания

1. ↑ 12Второе дыхание гидропривода
2. ↑Насосы: терминология, классификация, история, области применения
3. ↑История гидравлических систем (англ.)
4. ↑ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС
5. ↑История создания подъемно-транспортных машин
6. ↑Автоматические коробки передач (АКПП) — История
7. ↑Light and Heavy Vehicle Technology, Malcolm James Nunney, p 317 (Google Books link)
8. ↑Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives, Patrick Ransome-Wallis, p 64 (ISBN 0-486-41247-4, 9780486412474 Google Books link)
9. ↑Гидрофицированный экскаватор (англ)
10. ↑ Haddock, Keith. The Earthmover Encylopedia. Motorbooks: St. Paul, 2002. 225—263.
11. ↑Гидравлический усилитель (англ)
12. ↑ Nunney, Malcolm James (2006). Light and Heavy Vehicle Technology. Elsevier Science. p. 521. ISBN 978-0-7506-8037-0
13. ↑ Howe, Hartley E. (February 1956). «Mr. Power Steering’s Ship Comes In». Popular Science 168 (2): 145-270.
14. ↑Duke, Kevin. 2009 Honda DN-01 Review; A marriage of motorcycle and scooter (16 March 2009).

Литература

1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.

2. Гейер В. Г., Дулин В. С., Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод: Учеб для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1991.

3. Юфин А. П. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. — М.: Высшая школа, 1965.

4. Алексеева Т. В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1966. 140 с.

5. Т. М. Башта Гидравлические приводы летательных аппаратов. Издание 4-е, переработанное и дополненное. Изд-во «Машиностроение», Москва 1967 г.

6. Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.

7. Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. — Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003 г. — 544 с.

Гидравлические насосы для экскаваторов и запчасти к ним

Одноковшовый экскаватор с объёмным гидравлическим приводом
Гидравлический привод

(гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.

Гидропривод представляет собой своего рода «вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).

Содержание

• 1 История
• 2 Функции гидропривода
• 3 Виды гидроприводов 3.1 По характеру движения выходного звена гидродвигателя 3.1.1 Гидропривод вращательного движения
• 3.1.2 Гидропривод поступательного движения
• 3.1.3 Гидропривод поворотного движения

3.2.1 Регулируемый гидропривод

3.3.1 Гидропривод с замкнутой схемой циркуляции

3.4.1 Насосный гидропривод

Функции гидропривода

Основная функция гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода — это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе — передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота платформы и т.д.).

В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:

1. Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.
2. Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.
3. После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.

содержание .. 11 12 17 ..

Гидравлическая система рабочего оборудования гусеничных бульдозеров и бульдозеров-рыхлителей

Гидросистема является важнейшей составной частью базовой машины и обеспечивает управление рабочим оборудованием.

Принцип работы гидравлической системы. Гидросистема состоит из насоса, работающего от двигателя внутреннего сгорания; исполнительных механизмов — гидроцилиндров; механизмов управления — гидрораспределителя и клапанной аппаратуры; вспомогательных устройств — гидробака, фильтра, гидролиний.

В гидросистеме вращательное движение вала насоса преобразуется в поступательное движение поршня гидроцилиндра. Энергия от насоса передается к исполнительным механизмам рабочей жидкостью, к которой предъявляются следующие требования: мало изменять вязкость и не разлагаться при перепадах температуры, противостоять пенообразованию, не воздействовать на уплотняющие материалы. Рабочая жидкость (например, минеральные масла) одновременно является смазывающей и антикоррозийной средой для агрегатов системы.

На рис. 15 представлена схема взаимодействия элементов гидросистемы. Из гидробака 13 по гидролинии 12 масло всасывается насосом 11, который нагнетает его по напорной гидролинии 9 к полости Г гидрораспределителя 8. Дальнейшая работа системы зависит от положения рукоятки 5 и связанного с ней золотника 7 гидрораспределителя. Гидрораспределитель 8 состоит из корпуса 6, золотника 7, размещенного в осевом отверстии, и рукоятки 5. Полость Г соединяет гидрораспределитель с насосом, полости Б и Д предназначены для подвода масла к гидроцилиндру 4, а полости А и В соединяют гидрораспределитель со сливной гидролинией 3.

При положении рукоятки 5, показанном на рис. 15, а, золотник 7 перекрывает доступ масла от полости Г к полостям Д и Б, а также слив из них через полости В и А. В этом случае масло, находящееся в гидроцилиндре, заперто (нейтральное положение). Масло, поступая от насоса 11 к гидрораспределителю 8, повышает давление в гидролинии 9 и, преодолев сопротивление пружины клапана 10, проходит на слив в гидробак 13.

При опущенном золотнике 7 (рис. 15, б) напорная полость Г соединяется с полостью Д гидроцилиндра, а полость Б — с полостью слива В, и шток гидроцилиндра 4 начинает выдвигаться. При поднятом золотнике (рис. 15, в)

направление подачи и слива масла изменяется, и шток перемещается в обратном направлении.

Общая схема гидравлической системы

. На рис. 16 показана схема гидравлической системы бульдозера-рыхлителя ДЗ-171.03, которая является типичной и для других моделей.

В состав гидравлической системы входят: гидробак 3; насос 2; гидрораспределитель 13; гидроцилиндры 9 подъема-опускания отвала, 11 гидрораскоса отвала и 10 управления рыхлителем; фильтр 4 и гидролинии.

Работает система следующим образом: масло из гидробака 3 всасывается насосом 2 через гидролинию 1 и подается по напорной гидролинии 5 к гидрораспределителю 13. Гидрораспределитель 13 состоит из трех золотников 14 и предохранительного гидроклапана 15. При нейтральном положении (как показано на схеме) входы напорной гидролинии в золотники заперты, и масло за счет возросшего давления в гидролинии 16 преодолевает сопротивление гидроклапана 15, проходит в гидролинию 6 и сливается через фильтр 4 в гидробак. При включении, например, нижнего золотника вправо гидролиния 5 соединится с выходной гидролинией 7, поток масла направится в поршневые полости гидроцилиндров 9 и их штоки начнут выдвигаться, заглубляя отвал. Одновременно вторые полости гидроцилиндров, связанные с гидролинией 8, соединяются со сливом.

Давление в гидросистеме регулируется на уровне 16 МПа с помощью предохранительного клапана 15, установленного в напорной секции гидрораспределителя 13.

Для фиксации положения перекоса отвала в гидролиниях управляющих им гидроцилиндров предусмотрен гидрозамок 12, запирающий выход масла из гидроцилиндров.

Гидросистема базовой машины представляет собой раздельно-агрегатную систему, и ее отдельные элементы рассредоточены по всей машине.

Рис. 15. Схема работы гидравлической системы: а — общая схема (нейтральное положение — масло заперто); б, в — рабочие положения; 1 — фильтр; 2,3,9,12 — гидролинии; 4 — гидроцилиндр; 5 — рукоятка; 6 — корпус; 7 — золотник; 8 — гидрораспределитель; 10 — клапан; 11 — насос; 13 — гидробак

Рис. 16. Схема гидравлической системы бульдозера-рыхлителя: 1, 5, 6, 7, 8,16 — гидролинии; 2 — насос; 3 — гидробак; 4 — фильтр; 9,10, 11 — гидроцилиндры; 12 — гидрозамок; 13 — гидрораспределитель; 14 — золотник; 15 — гидроклапан

содержание .. 11 12 17 ..

Виды гидроприводов

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные.

• В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости (и соответственно скорости движения жидкостей в гидродинамических приводах велики в сравнении со скоростями движения в объёмном гидроприводе).
• В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости (в объёмных гидроприводах скорости движения жидкостей невелики — порядка 0,5-6 м/с).

Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.

Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, — большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа, в то время как гидродинамические машины работают обычно при давлениях, не превышающих 1,5—2 МПа.

Объёмный гидропривод намного более компактен и меньше по массе, чем гидродинамический, и поэтому он получил наибольшее распространение.

В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объёмные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.

По характеру движения выходного звена гидродвигателя

Гидропривод вращательного движения

когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;

Гидропривод поступательного движения

у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр — двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);

Гидропривод поворотного движения

когда в качестве гидродвигателя применён поворотный гидродвигатель, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 270°

По возможности регулирования

Если скорость выходного звена (гидроцилиндра, гидромотора) регулируется изменением частоты вращения двигателя, приводящего в работу насос, то гидропривод считается нерегулируемым.

Регулируемый гидропривод

в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть:

• дроссельным
• объёмным
• объёмно-дроссельным.

Регулирование может быть: ручным

или
автоматическим
.

В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть:

• стабилизированным
• программным
• следящим (гидроусилители).

Саморегулируемый гидропривод

автоматически изменяет подачу жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени (без фазового сдвига).

По схеме циркуляции рабочей жидкости

Гидропривод с замкнутой схемой циркуляции

в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса.

Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;

Гидросистемы с замкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости (справа) и с разомкнутой схемой (слева). На схеме слева всасывающая и сливная гидролинии сообщаются с баком (разомкнутая схема); на схеме справа бак используется только для вспомогательной гидросистемы (системы подпитки). Н и Н1 — насосы; М — гидромотор; Р — гидрораспределитель; Б — гидробак; Н1 — насос системы подпитки; КП1, КП2, — Предохранительные клапана; КО1 и КО2 — обратные клапана. Предохранительные клапана КП (на схеме слева), КП1 и КП2 (на схеме справа) срабатывают в тот момент, когда нагрузка на валу гидромотора слишком велика, и давление в гидросистеме превышает допустимую величину. Обратные клапана КО1 и КО2 срабатывают тогда, когда давление слишком мало, и возникает опасность кавитации

Гидропривод с разомкнутой системой циркуляции

в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой.

Достоинства такой схемы — хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.

По источнику подачи рабочей жидкости

Насосный гидропривод

В насосном гидроприводе, получившем наибольшее распространение в технике, механическая энергия преобразуется насосом в гидравлическую, носитель энергии — рабочая жидкость, нагнетается через напорную магистраль к гидродвигателю, где энергия потока жидкости преобразуется в механическую. Рабочая жидкость, отдав свою энергию гидродвигателю, возвращается либо обратно к насосу (замкнутая схема гидропривода), либо в бак (разомкнутая или открытая схема гидропривода). В общем случае в состав насосного гидропривода входят гидропередача, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроёмкости и гидролинии.

Наибольшее применение в гидроприводе получили аксиально-поршневые, радиально-поршневые, пластинчатые и шестерённые насосы.

Магистральный гидропривод

В магистральном гидроприводе рабочая жидкость нагнетается насосными станциями в напорную магистраль, к которой подключаются потребители гидравлической энергии. В отличие от насосного гидропривода, в котором, как правило, имеется один (реже 2-3) генератора гидравлической энергии (насоса), в магистральном гидроприводе таких генераторов может быть большое количество, и потребителей гидравлической энергии также может быть достаточно много.

Аккумуляторный гидропривод

В аккумуляторном гидроприводе жидкость подаётся в гидролинию от заранее заряженного гидроаккумулятора. Этот тип гидропривода используется в основном в машинах и механизмах с кратковременными режимами работы.

По типу приводящего двигателя

Гидроприводы бывают с электроприводом

,
приводом от ДВС
,
турбин
и т. д.

Импульсный гидропривод

В гидроприводе этого вида выходное звено гидродвигателя совершает возвратно-поступательные или возвратно-вращательные движения с большой частотой (до 100 импульсов в секунду).

Гидравлические экскаваторы: назначение, конструктивная схема

В настоящее время данное оборудование нашло широкое применение в горной промышленности, где оно используется на открытых разработках месторождения полезных ископаемых для их выемки и для погрузки взорванной горной массы в транспорт, и на земляных работах, то есть при исследовании горных пород (1-4 категорий) и разрыхлённых мёрзлых грунтов при низкой температуре окружающей среды (до -40°С).

А также экскаваторы с гидравлическим типом привода – незаменимый помощник в строительстве, особенно в городских условиях, где требуется работать в достаточно небольших участках. Таким образом, данный вид погрузчиков используется не только при транспортировке горных масс, но также в промышленном строительстве на больших земельных участках.

Гидравлическая прямая лопата с поворотным ковшом

(рис. 3.3, а) имеет следующие элементы рабочего оборудования: стрелу 1, рукоять 2 и ковш 3, соответственно поворачивающиеся относительно шарниров О1, О2 и О3 с помощью гидравлических цилиндров подъема – опускания стрелы 4, напора 5 рукояти и поворота 6 ковша. Гидроцилиндр 6 крепится к угловой тяге 7, соединенной шарниром с тягой 5 ковша. В кинематическом отношении неподвижным звеном исполнительного механизма экскаватора является поворотная платформа. Траектория копания образуется сочетанием перемещений основных элементов рабочего оборудования. Гидравлическая прямая лопата может быть выполнена с ковшом, имеющим челюстной створ (на рис. 3.3 не показан). В этом случае в задней стенке ковша устанавливаются дополнительные гидроцилиндры открывания ковша.

Гидравлическая обратная лопата

(рис. 3.3, б) имеет стрелу 1 и рукоять 2, соединенные балкой 6, наклон которой по отношению к стреле фиксируется тягой 5. Поворот стрелы, рукояти и ковша в рабочем движении осуществляется соответственно вокруг осей О1 О2 и О3 гидроцилиндрами 4, 9 и 10. Тяги 7 и 8 служат для крепления ковша. Обратная лопата может иметь неповоротный ковш. В этом случае отсутствует гидроцилиндр 10, а тяги 7 и 8 используются для крепления ковша к рукояти.

Все перечисленные выше виды оборудования гидравлического экскаватора (прямая и обратная лопаты) могут быть сменными и размещаться на одной базовой машине.

ЕМТИХАН БИЛЕТІ / ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4

Гидропривод: область применения, классификация, принцип работы, преимущества и недостатки

Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя.

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.

В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости. Объемный гидропривод состоит из гидропередачи, устройств управления, вспомогательных устройств и гидролиний (рис.1.1).

Объемная гидропередача, являющаяся силовой частью гидропривода, состоит из объемного насоса (преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости) и объемного гидродвигателя (преобразователя энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена).

Классификация и принцип работы гидроприводов

В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.

1. По характеру движения выходного звена гидродвигателя:

— гидропривод вращательного движения (рис.1.2, а), когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;

— гидропривод поступательного движения (рис.1.2, б, в), у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр – двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);

— гидропривод поворотного движения (рис.1.2, г), когда в качестве гидродвигателя применен поворотный гидроцилиндр, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно- поворотное движение на угол, меньший 360..

2. По возможности регулирования:

— регулируемый гидропривод, в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть дроссельным (рис.1.2, б, г), объемным (рис.1.2, а), объемно-дроссельным или изменением скорости двигателя, приводящего в работу насос. Регулирование может быть ручным или автоматическим. В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть стабилизированным, программным или следящим.;

— нерегулируемый гидропривод, у которого нельзя изменять скорость движения выходного звена гидропередачи в процессе эксплуатации.

3. По схеме циркуляции рабочей жидкости:

— гидропривод с замкнутой схемой циркуляции (рис.1.2, а), в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса. Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;

— гидропривод с разомкнутой системой циркуляции (рис.1.2, б, в, г), в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой. Достоинства такой схемы – хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.

4. По источнику подачи рабочей жидкости:

— насосные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается в гидродвигатели насосами, входящих в состав этих гидроприводов;

— аккумуляторные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается в гидродвигатели из гидроаккумуляторов, предварительно заряженных от внешних источников, не входящих в состав данных гидроприводов;

— магистральные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается к гидродвигателям от специальной магистрали, не входящей в состав этих приводов.

5. По типу приводящего двигателя гидроприводы могут быть с электроприводом, приводом от ДВС, турбин и т.д.

Преимущества и недостатки гидропривода

Широкое распространение гидропривода объясняется тем, что этот привод обладает рядом преимуществ перед другими видами приводов машин. Вот основные из них.

1. Бесступенчатое регулирование скорости движения выходного звена гидропередачи и обеспечение малых устойчивых скоростей. Минимальная угловая скорость вращения вала гидромотора может составлять 2…3 об/мин.

2. Небольшие габариты и масса. Время разгона, благодаря меньшему моменту инерции вращающихся частей не превышает долей секунды в отличие от электродвигателей, у которых время разгона может составлять несколько секунд.

3. Частое реверсирование движения выходного звена гидропередачи. Например, частота реверсирования вала гидромотора может быть доведена до 500, а штока поршня гидроцилиндра даже до 1000 реверсов в минуту. В этом отношении гидропривод уступает лишь пневматическим инструментам, у которых число реверсов может достигать 1500 в минуту.

4. Большое быстродействие и наибольшая механическая и скоростная жесткость. Механическая жесткость – величина относительного позиционного изменения положения выходного звена под воздействием изменяющейся внешней нагрузки. Скоростная жесткость – относительное изменение скорости выходного звена при изменении приложенной к нему нагрузки.

5. Автоматическая защита гидросистем от вредного воздействия перегрузок благодаря наличию предохранительных клапанов.

6. Хорошие условия смазки трущихся деталей и элементов гидроаппаратов, что обеспечивает их надежность и долговечность. Так, например, при правильной эксплуатации насосов и гидромоторов срок их службы доведен в настоящее время до 5…10 тыс. ч работы под нагрузкой. Гидроаппаратура может не ремонтироваться в течение долгого времени (до 10…15 лет).

7. Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и возвратно-поворотные без применения каких-либо механических передач, подверженных износу.

Говоря о преимуществах гидропривода, следует отметить простоту автоматизации работы гидрофицированных механизмов, возможность автоматического изменения их режимов работы по заданной программе.

Гидроприводу присущи и недостатки, которые ограничивают его применение. Основные из них следующие.

1. Изменение вязкости применяемых жидкостей от температуры, что приводит к изменению рабочих характеристик гидропривода и создает дополнительные трудности при эксплуатации гидроприводов (особенно при отрицательных температурах).

2. Утечки жидкости из гидросистем, которые снижают КПД привода, вызывают неравномерность движения выходного звена гидропередачи, затрудняют достижение устойчивой скорости движения рабочего органа при малых скоростях.

3. Необходимость изготовления многих элементов гидропривода по высокому классу точности для достижения малых зазоров между подвижными и неподвижными деталями, что усложняет конструкцию и повышает стоимость их изготовления.

4. Взрыво- и огнеопасность применяемых минеральных рабочих жидкостей.

5. Невозможность передачи энергии на большие расстояния из-за больших потерь на преодоление гидравлических сопротивлений и резкое снижение при этом КПД гидросистемы.

Структура гидропривода

Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Насос является источником гидравлической энергии, а гидродвигатель — её потребителем, то есть преобразует гидравлическую энергию в механическую. Управление движением выходных звеньев гидродвигателей осуществляется либо с помощью регулирующей аппаратуры — дросселей, гидрораспределителей и др., либо путём изменения параметров самого гидродвигателя и/или насоса.

Принцип действия золотникового гидрораспределителя, управляющего движением штока гидроцилиндра

Также обязательными составными частями гидропривода являются гидролинии, по которым жидкость перемещается в гидросистеме.

Критически важной для гидропривода (в первую очередь объёмного) является очистка рабочей жидкости от содержащихся в ней (и постоянно образующихся в процессе работы) абразивных частиц. Поэтому системы гидропривода обязательно содержат фильтрующие устройства (например, масляные фильтры), хотя принципиально гидропривод некоторое время может работать и без них.

Поскольку рабочие параметры гидропривода существенно зависят от температуры рабочей жидкости, то в гидросистемах в некоторых случаях, но не всегда, устанавливают системы регулирования температуры (подогревающие и/или охладительные устройства).

Гидравлический исполнительный механизм однонаправленного действия с пружинным возвратом

Этот механизм работает по такому же принципу, что и прошлый. Составные элементы те же самые, с одним важным исключением: в верхней части цилиндра установлена пружина. Как прежде, поршень выталкивается вверх в цилиндре, когда жидкость подается через порт. Поскольку поршень перемещается вверх, это сжимает пружину. Когда жидкостный поток реверсируется, усилие сжатой пружины более эффективно, чем вес поршня, возвращает поршень в первоначальное положение.

Гидравлический исполнительный механизм однонаправленного действия с пружинным возвратом

Область применения

Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах. В настоящее время более 50% общего парка мобильных строительно-дорожных машин (бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров и др.) является гидрофицированной. Это существенно отличается от ситуации 30-х — 40-х годов 20-го века, когда в этой области применялись в основном механические передачи.

В станкостроении гидропривод также широко применяется, однако в этой области он испытывает высокую конкуренцию со стороны других видов привода[1].

Широкое распространение получил гидропривод в авиации. Насыщенность современных самолётов системами гидропривода такова, что общая длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров. Однако, в последнее время в авиации существует тенденция замены гидроприводов на электрический привод (ЭДСУ).

В автомобильной промышленности самое широкое применение нашли гидроусилители руля, существенно повышающие удобство управления автомобилем. Эти устройства являются разновидностью следящих гидроприводов. Гидроусилители применяют и во многих других областях техники (авиации, тракторостроении, промышленном оборудовании и др.).

В некоторых танках, например, в японском танке Тип 10, применяется гидростатическая трансмиссия, представляющая собой, по сути, систему объёмного гидропривода движителей. Такого же типа трансмиссия устанавливается и в некоторых современных бульдозерах.

В целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками.

Малый лексикон гидравлики

– это слово, состоящее из древнегреческих слов “hydro” (вода) и «aulos» (труба). Гидравлика, в общем и целом, имеет дело с режимами потока жидкостей и, в частности, в области строителной техники — с передачей мощности и энергии с использованием жидкостей.

Исторические данные о гидравлике

На рубеже 17-го века Иоганн Кеплер изобрел шестеренный насос с внутренним зацеплением. Однако это изобретение сначала осталось незамеченным. Блез Паскаль заложил основы для дальнейшего развития гидравлики своим «законом гидростатики». В 1663 г. он разъяснил принцип действия гидравлического пресса. Джозеф Брама считается основателем технической гидравлики.

Исторически так сложилось, что основателем технической гидравлики считается англичанин Джозеф Брама (1749 — 1814) (фото справа).

В 1795 г. он разработал агрегат, приводимый в действие с помощью подаваемой под давлением воды и увеличивающий применяемую мощность более чем в 2000 раз.

1905-й год считается началом масляной гидравлики, когда Уильямс и Дженни впервые использовали минеральное масло в качестве передающей среды для гидростатического привода с аксиально-поршневой трасмиссией.

Первый гидроусилитель разработал Гарри Викерс (в 1925 г.); первый клапан давления с сервоуправлением он разработал в 1936 г.

Тем самым были заложены основы сегодняшней гидравлической техники.

Варианты гидравлической передачи мощности

Существует три варианта гидравлической передачи мощности:

1. . гидродинамический привод
2. . гидравлическая муфта
3. . гидростатический привод

Гидравлические системы, исопльзуемые в строительной технике

В строительной технике для гидравлической передачи мощности преимущественно используется гидростатический привод. С помощью насоса гидростатические приводы преобразуют механическую мощность приводной машины в гидравлическую. В настоящее время они представляют собой оптимальное решение для строительной техникиВ строительной технике гидравлика используется для всех рабочих функций, таких как подъем, захват и т.д., а также для управления агрегатом.

, так как они делают возможным бесступенчатое регулирование ведомой скорости.

У гидростатических приводов насос и двигатель очень схожи. Конструкция, как правило, одна – гребенчато-поршневой насос (аксиально-поршневой насос). Корпус насоса выполнен аксиально к приводному валу насоса. Внутри находится кольцо с циркулярно расположенными отверстиями цилиндров, в которых установлены гребенчатые поршни. Аксиально-поршневые двигатели используются как на промышленных установках (напр., тяжелое машиностроение), так и на мобильном рабочем оборудовании. В большинстве случаев речь идет об одном виде конструкции гидравлических двигателей. Они могут иметь постоянный или изменяемый рабочий объем.

Для получения линейного перемещения используются гидравлические цилиндры.

Вращательные движения, напротив, осуществляются посредством гидравлических двигателей или гидромоторов.

Гидравлическим системам постоянно необходима циркуляция жидкостей (минеральное масло, гидравлическое масло, сложный эфир, гликоли или специальные смеси на основе воды). Поскольку сжатие гидравлических жидкостей является низким, большие мощности могут быть переданы очень плавно и точно.

Принцип действия гидравлического насоса

Основное преимущество данных гидравлических систем состоит в диссоциированной конструкции. Тем самым гидравлика может быть оптимально адаптирована к агрегату посредством свободно регулируемых трубных и шланговых соединений. Это становится возможным также благодаря большой мощности сравнительно небольших элементов конструкции.

Кроме этого, данные системы обладают еще целым рядом преимуществ:

• Бесступенчатая установка скорости отбора мощности в очень широких границах,
• Простое изменение направления движения
• Простое производство очень больших мощностей и вращающих моментов
• Надежная и быстродействующая защита от перегрузки с помощью вентиля ограничения давления
• Реализация паралелльно работающих поступательного или вращательного компонентов привода (гидравлические цилиндры или гидромоторы) в общей системе с первичным элементом (насос), в то время как воздействие дифференциала осуществляется без дальнейших затрат.
• Длительный срок службы, поскольку жидкость является самосмазывающейся и служит в качестве охлаждающей среды
• Простая концепция управления для оптимального использования приводного двигателя при сильно изменяющихся требованиях к мощности рабочего агрегата.
• Высокая точность позиционирования
• Простая индикация нагрузки с помощью манометров
• Быстрый запуск из режима ожидания при полной нагрузке
• Защита от коррозии с помощью гидравлической жидкости (кроме воды)

Недостатками гидравлических систем, как показывает практика, являются:

• Высокая требовательность к фильтрации гидравлической жидкости
• Утечки масла
• Высокие потери потока гидравлических жидкостей, которые преобразуются в тепло и нагревают установку (потеря энергии, прежде всего, происходит при использовании старых насосов и двигателей).

По причине своих специфических преимуществ и недостатков гидравлические приводы часто используются в мобильном оборудовании, таком как строительная или сельскохозяйственная техника. В данном случае повышение и снижение нагрузки производится за счет линейного движения гидравлических цилиндров.

Еще несколько примеров типичного использования:

• Двунаправленные экскаваторы
• Сельское хозяйство: тракторы для поднятия, приведения в действие или управления навесного оборудования
• Экскаваторы: гидравлический привод любых агрегатов, включая поворотные мезанизмы и шасси
• Мобильные краны: гидравлический привод выдвижных мачт, подъемники и лебедки, поворотные механизмы, кронштейны, рулевые механизмы, а также частично трансмиссия
• Лесохозяйственные машины: гидростатические трансмиссии

Дополнительно на тему гидравлики:

Рабочий объем

Под рабочим объемом или рабочим количеством в струйной технике применительно к гидравлическим двигателям понимают то количество гидравлическаой жидкости, которое гидравлический двигатель потребляет за один оборот. У регулируемых гидравлических двигателей рабочий объем может быть разным. Отдаваемая гидравлическим двигателем мощность P прямо пропорциональна рабочему объему V, числу оборотов и падению напора Δp. Результат от подводимого объемного потока Q и рабочего объема образует число оборотов. Падение напора представляет собой разницу между давлением подводимой гидравлической жидкости (обычно давление насоса) и давлением отводимой гидравлической жидкости (обычно давление в баллоне).

Шестеренный насос с внутренним зацеплением

Шестеренный насос с внутренним зацеплением представляет собой агрегат для прокачки жидкости, а также привод гидравлических двигателей для передачи мощности. Он является подвидом поршневого насоса. Шестеренный насос с внутренним зацеплением равномерно подает (независимо от гидростатически обусловленной пульсации) перекачиваемую среду и может выдерживать среднее давление до 300 бар. Как и в каждой гидравлической системе, давление устанавливается посредством перекачки среды под нагрузкой. Если нагрузка растет, то давление также повышается. Приводы для гидравлических преобразователей мощности для строительной техники, тракторов, в ремесленном производстве и промышленности, в частности, в автомобильной промышленности.

(Источники: Wikipedia / различные технические словари / собственные работы)

Преимущества

К основным преимуществам гидропривода относятся:

• возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;
• простота управления и автоматизации;
• простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно, в частности, когда шток, соединённый с рабочим органом, встречает препятствие на своём пути), то давление в гидросистеме достигает больших значений — тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;
• надёжность эксплуатации;
• широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;
• большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-20 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;
• самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить, что при техническом обслуживании, например, мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50% всего времени обслуживания машины, поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;
• возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
• простота осуществления различных видов движения — поступательного, вращательного, поворотного;
• возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
• возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
• упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.

Гидравлический исполнительный механизм однонаправленного действия с возвратом по нагрузке

Самый простой вид гидравлического исполнительного механизма. Этот исполнительный механизм является механизмом однонаправленного действия, потому что жидкость вводится цилиндр только через один порт и, следовательно, действует только на одну сторону поршня.

С возвратом по нагрузке, потому что вес нагрузки (поршень) — единственная сила, которая действует, чтобы возвратить поршень в исходную позицию. Управляя количеством жидкости, которая вводится через порт, можно установить поршень в любой точке цилиндра.

Гидравлические исполнительные механизмы однонаправленного действия с возвратом по нагрузке

Принцип действия:

1. Жидкость подается через порт; 2. Жидкость заполняет цилиндр и поднимает поршень вверх; 3. Когда поток прекращается, поршень остается в новой позиции.

Чтобы переместить поршень вниз цилиндра, направление жидкостного потока меняется. Поскольку жидкость вытекает из цилиндра через порт, под действием собственного веса поршень возвращается в первоначальное положение.

Недостатки

К недостаткам гидропривода относятся:

• утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;
• нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;
• более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;
• необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;
• необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;
• пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;
• зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;
• в сравнении с пневмо- и электроприводом — невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.

История развития гидропривода

Гидравлические технические устройства известны с глубокой древности. Например, насосы для тушения пожаров существовали ещё во времена Древней Греции[2].

Однако, как целостная система, включающая в себя и насос, и гидродвигатель, и устройства распределения жидкости, гидропривод стал развиваться в последние 200—250 лет.

Одним из первых устройств, ставших прообразом гидропривода, является гидравлический пресс. В 1795 году патент на такое устройство получил Джозеф Брама (англ. Joseph Bramah)[3], которому помогал Генри Модели, и в 1797 году первый в истории гидравлический пресс был построен[4].

В конце XVIII века появились первые грузоподъёмные устройства с гидравлическим приводом, в которых рабочей жидкостью служила вода. Первый подъёмный кран с гидравлическим приводом был введён в эксплуатацию в Англии в 1846—1847 годах[5], и со второй половины XIX века гидропривод находит широкое применение в грузо-подъёмных машинах.

Создание первых гидродинамических передач связано с развитием в конце XIX века судостроения. В то время в морском флоте стали применять быстроходные паровые машины. Однако, из-за кавитации, повысить число оборотов гребных винтов не удавалось. Это потребовало применения дополнительных механизмов. Поскольку технологии в то время не позволяли изготавливать высокооборотистые шестерённые передачи, то потребовалось создание принципиально новых передач. Первым таким устройством с относительно высоким КПД явился изобретённый немецким профессором Г. Фётингером гидравлический трансформатор (патент 1902 года)[6], представлявший собой объединённые в одном корпусе насос, турбину и неподвижный реактор. Однако первая применённая на практике конструкция гидродинамической передачи была создана в 1908 году, и имела КПД около 83 %. Позднее гидродинамические передачи нашли применение в автомобилях. Они повышали плавность трогания с места. В 1930 году Гарольд Синклер (англ. Harold Sinclair), работая в компании Даймлер, разработал для автобусов трансмиссию, включающую гидромуфту и планетарную передачу[7]. В 1930-х годах производились первые дизельные локомотивы, использовавшие гидромуфты[8].

В СССР первая гидравлическая муфта была создана в 1929 году.

В 1882 году компания Армстронг Уитворс представила экскаватор, в котором впервые ковш имел гидравлический привод[9]. Один из первых гидрофицированных экскаваторов был произведён французской компанией Poclain в 1951 году. Однако эта машина не могла поворачивать башню на 360 градусов. Первый полноповоротный экскаватор с гидроприводом был представлен этой же фирмой в 1960-м году. В начале 1970-х годов гидрофицированные экскаваторы, обладавшие большей производительностью и простотой управления, в основном, вытеснили с рынка своих предшественников — экскаваторы на канатной тяге[10].

Первый патент, связанный с гидравлическим усилением, был получен Фредериком Ланчестером в Великобритании в 1902 году. Его изобретение представляло собой «усилительный механизм, приводимый посредством гидравлической энергии»[11]. В 1926 году инженер подразделения грузовиков компании Пирс Эрроу (англ. Pierce Arrow) продемонстрировал в гидроусилитель руля с хорошими характеристиками, однако автопроизводитель посчитал, что эти устройства будут слишком дорогими, чтобы выпускать их на рынок[12][13]. Первый предназначенный для коммерческого использования гидроусилитель руля был создан компанией Крайслер в 1951 году, и сейчас большинство новых автомобилей укомплектовывается подобными устройствами.

Фирма Хонда после представления гидростатической трансмиссии в 2001 году для своей модели мотовездехода FourTrax Rubicon, анонсировала в 2005-м году мотоцикл Honda DN-01 с гидростатической трансмиссией, включающей насос и гидромотор. Модель начала продаваться на рынке в 2008 году. Это была первая модель транспортного средства для автодорог, в котором использовалась гидростатическая трансмиссия.[14]

Перспективы развития

Перспективы развития гидропривода во многом связаны с развитием электроники. Так, совершенствование электронных систем позволяет упростить управление движением выходных звеньев гидропривода. В частности, в последние 10-15 лет стали появляться бульдозеры, управление которыми устроено по принципу джойстика.

С развитием электроники и вычислительных средств связан прогресс в области диагностирования гидропривода. Процесс диагностирования некоторых современных машин простыми словами может быть описан следующим образом. Специалист подключает переносной компьютер к специальному разъёму на машине. Через этот разъём в компьютер поступает информация о значениях диагностических параметров от множества датчиков, встроенных в гидросистему. Программа или специалист анализирует полученные данные и выдаёт заключение о техническом состоянии машины, наличии или отсутствии неисправностей и их локализации. По такой схеме осуществляется диагностирование, например, некоторых современных ковшовых погрузчиков. Развитие вычислительных средств позволит усовершенствовать процесс диагностирования гидропривода и машин в целом.

Важную роль в развитии гидропривода может сыграть создание и внедрение новых конструкционных материалов. В частности, развитие нанотехнологий позволит повысить прочность материалов, что позволит уменьшить массу гидрооборудования и его геометрические размеры, повысить его надёжность. С другой стороны, создание прочных и одновременно эластичных материалов позволит, например, уменьшить недостатки многих гидравлических машин, в частности, увеличить развиваемое диафрагменными насосами давление.

В последние годы наблюдается существенный прогресс в производстве уплотнительных устройств. Новые материалы обеспечивают полную герметичность при давлениях до 80 МПа, низкие коэффициенты трения и высокую надёжность[1].

Примечания

1. ↑ 12
   Второе дыхание гидропривода
2. Насосы: терминология, классификация, история, области применения
3. История гидравлических систем (англ.)
4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС
5. История создания подъемно-транспортных машин
6. Автоматические коробки передач (АКПП) — История
7. Light and Heavy Vehicle Technology
   , Malcolm James Nunney, p 317 (Google Books link)
8. Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives
   , Patrick Ransome-Wallis, p 64 (ISBN 0-486-41247-4, 9780486412474 Google Books link)
9. Гидрофицированный экскаватор (англ)
10. Haddock, Keith. The Earthmover Encylopedia. Motorbooks: St. Paul, 2002. 225—263.
11. Гидравлический усилитель (англ)
12. Nunney, Malcolm James (2006). Light and Heavy Vehicle Technology. Elsevier Science. p. 521. ISBN 978-0-7506-8037-0
13. Howe, Hartley E. (February 1956). «Mr. Power Steering’s Ship Comes In». Popular Science 168 (2): 145-270.
14. Duke, Kevin
    . 2009 Honda DN-01 Review; A marriage of motorcycle and scooter (16 March 2009).

Литература

• Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
• Гейер В. Г., Дулин В. С., Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод: Учеб для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1991.
• Юфин А. П. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. — М.: Высшая школа, 1965.
• Алексеева Т. В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1966. 140 с.
• Т. М. Башта Гидравлические приводы летательных аппаратов. Издание 4-е, переработанное и дополненное. Изд-во «Машиностроение», Москва 1967 г.
• Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.
• Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. — Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003 г. — 544 с.
• Подлипенский Виктор Семёнович. Гидро- и пневмоавтоматика.

Гидропневмоприводы Гидропривод Принцип действия гидропривода

Гидропневмоприводы

5 Гидропривод

5.1 Принцип действия гидропривода

Гидроприводом

называется совокупность гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости. Гидропривод, содержащий объемные гидромашины, называется
объемным
.

Принцип действия

объемного гидропривода основан на практической несжимаемости жидкости и передаче давления по
закону Паскаля
. Рассмотрим простейший гидропривод (рис.5.1).

Два цилиндра 1 и 2 заполнены жидкостью и соединены между собой трубопроводом. Поршень цилиндра 1 под действием силы перемещается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. Поршень цилиндра 2 при этом перемещается вверх и преодолевает силу . Если пренебречь потерями давления в системе, то по закону Паскаля давление в цилиндрах 1 и 2 будет одинаковым и равным

где и – площади поршней цилиндров 1 и 2. Учитывая практическую несжимаемость жидкости, можно записать: или .

Так как величина является расходом жидкости Q, то условие передачи энергии можно представить в виде , где p

Q – мощность потока жидкости; мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2.

5.2 Основные элементы объемного гидропривода

Основными элементами объемного гидропривода являются:

1 Гидромашины

– насосы и гидродвигатели.
Насосы
служат для подачи (перемещения) жидкости,
гидродвигатели
– для преобразования энергии подаваемой жидкости в механическую энергию рабочего органа.

2 Гидроаппаратура

– это устройства управления гидроприводом, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты от чрезмерно высоких давлений жидкости (дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители).

3 Вспомогательные устройства

: фильтры, теплообменники, (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки и гидроаккумуляторы.

4 Гидролинии

(трубопроводы): всасывающие, напорные, сливные, дренажные.

5 Контрольно-измерительные приборы

: манометры, расходомеры, термометры и др.

Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии. По виду источника энергии гидроприводы разделяют на три типа:

а) насосный гидропривод

– гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода;

б) аккумуляторный гидропривод

– рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора;

в) магистральный гидропривод

– в котором рабочая жидкость поступает в гидродвигатель из гидромагистрали.

По характеру движения выходного звена различают объемные гидроприводы:

а) поступательного движения

– с поступательным движением выходного звена гидродвигателя;

б) поворотного движения

– с поворотным движением выходного звена гидродвигателя на угол меньше ;

в) вращательного движения

– с вращательным движением выходного звена гидродвигателя.

Гидропривод, в котором скорость выходного звена гидродвигателя может изменяться по заданному закону, называется регулируемым

. В случае отсутствия устройств для изменения скорости –
нерегулируемым
.

5.3 Область применения и рабочие жидкости гидропривода

Гидравлические приводы

нашли широкое применение для осуществления движения рабочих органов различных машин. В машиностроении гидравлические приводы применяют в системах автоматического управления металлорежущих станков и автоматических линий, роботов-манипуляторов, прессов, технологических машин в металлургической, пищевой, химической, легкой и других отраслях промышленности.

Кроме этого, объемный гидропривод используют в сельскохозяйственных, строительных, транспортных машинах, угольных комбайнах, буровых установках, самолетах, военной технике и др.

Широкое использование гидропривода обусловлено его существенными преимуществами, к которым можно отнести безступенчатое регулирование скорости вращения или перемещения рабочего органа машины, возможность дистанционного регулирования, реверс исполнительного органа, надежность работы и др.

К основным недостаткам объемного гидропривода следует отнести утечки и нагрев жидкости, необходимость применения специальных устройств для поддержания постоянной температуры рабочей среды, более низкий к.п.д., чем у механических передач.

Рабочая жидкость

в гидроприводе является одновременно носителем энергии и смазкой. При этом она подвергается воздействию высоких давлений, скоростей и температур. Кроме этого, жидкость должна быть нейтральной к материалам, быть пожаробезопасной и нетоксичной. В значительной степени этим требованиям удовлетворяют минеральные масла и синтетические жидкости на кремнийорганической основе. В настоящее время в качестве рабочих жидкостей объемных гидроприводов, используемых в общем машиностроении, применяются минеральные масла: индустриальные ; турбинное; веретенное; АМГ – 10 и др.

Тип рабочей жидкости, применяемой в гидроприводе, определяется условиями его эксплуатации.

6 Насосы объемного гидропривода

6.1 Общая характеристика насосов и их классификация

– это гидравлические машины, в которых происходит преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости.

Насосы подразделяются на два основных класса: динамические

Рисунок 6.1 – Классификация насосов
К динамическим насосам

относятся центробежные, осевые, вихревые и др. Рабочим органом этих насосов, как правило, является вращающееся рабочее колесо (рис.6.2).

Рисунок 6.2 – Схема центробежного насоса:

1 – подвод; 2 – р.к; 3 – отвод; 4 – диффузор

Энергия от рабочего колеса передается жидкости путем динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью.

В объемных насосах

рабочий процесс основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее при помощи вытеснителя. Вытеснителями могут быть поршни, плунжеры, шестерни, винты, пластины и т.п.

Остановимся более подробно на характеристике объемных насосов, которые применяются в объемном гидроприводе. По характеру процесса вытеснения жидкости объемные насосы разделяются на поршневые

и
роторные.
В поршневом насосе

жидкость вытесняется из неподвижных камер в результате возвратно-поступательного движения поршней.

В роторном насосе

жидкость вытесняется из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей (поршней, винтов, пластин).

К общим свойствам объемных насосов, которые отличают их от динамических (лопастных), относятся цикличность рабочего процесса, самовсасывание, малая зависимость подачи насоса от развиваемого ими давления.

6.2 Основные параметры объемных насосов

Для характеристики насосов объемного гидропривода используют следующие параметры:

1 Рабочий объем

— разность наибольшего и наименьшего значений объема рабочей камеры за один оборот вала или за двойной ход рабочего органа насоса.

2 Подача насоса

– объем жидкости, подаваемой насосом за единицу времени.

3 Давление насоса

– разность между давлением на выходе из насоса и давлением на входе в него

4 Мощность
N ,кВт,
потребляемая вращательным насосом (подводимая от двигателя):

где M – крутящий момент на валу насоса;

– частота вращения вала.

2 Полезная мощность насоса –

мощность, сообщаемая насосом перекачиваемой жидкости:

6 К.п.д. насоса

— отношение полезной мощности к мощности насоса

6.3 Поршневые насосы

Поршневые насосы

представляют собой простейшие объемные машины с возвратно-поступательным движением поршня в цилиндре. Схема однопоршневого насоса одностороннего действия показана на рис.6.3.

Рисунок 6.3 – Схема поршневого насоса:

1 – рабочая камера; 2 – поршень; 3, 4 – клапаны; 5, 6 – напорный и всасывающий трубопроводы; 7 – резервуар; 8 – кривошипно-шатунный механизм

Во время работы двигателя вращательное движение его вала

при помощи кривошипно – шатунного механизма преобразуется в
возвратно-поступательное движение поршня.
Если поршень движется вправо, то объем рабочей камеры увеличивается, а давление в ней уменьшается. Всасывающий клапан открывается, и жидкость из резервуара по всасывающему трубопроводу поступает в насос. Если поршень движется влево, то объем рабочей камеры уменьшается, а давление в ней увеличивается, всасывающий клапан закрывается, напорный открывается, и жидкость поступает в напорный трубопровод. За один двойной ход поршня насос производит одно всасывание и одно нагнетание, поэтому он называется насосом одностороннего действия.

насоса одностороннего действия определяется по формуле

где – рабочий объем; h – ход поршня, h=2r; n – число двойных ходов поршня в единицу времени; – объемный к.п.д. ().

Поршневые насосы

применяют для перекачивания воды, вязких и загрязненных жидкостей. Достоинством этих насосов является их способность к самовсасыванию. При запуске поршневой насос не нуждается в предварительном заливе.

6.4 Пластинчатые насосы

В пластинчатых насосах

вытеснителем являются
пластины.
Рабочие камеры образованы двумя соседними пластинами и поверхностями ротора и статора. Схема пластинчатого насоса показана на рис. 6.4.

Рисунок 6.4 – Схема пластинчатого насоса:

1 – ротор; 2 – статор; 3 – пластина; 4 – камера всасывания; 5– камера нагнетания

Насос состоит из статора (корпуса) и ротора, в радиальных пазах которого установлены пластины. Пластины при вращении ротора совершают относительно него возвратно-поступательное движение. Ротор расположен в статоре с эксцентриситетом е

. Статор имеет камеры всасывания и нагнетания. При вращении ротора пластины под действием центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности статора. Жидкость из камеры всасывания переносится в камеру нагнетания.

пластинчатого насоса можно определить по формуле

ширина пластины;
е-
эксцентриситет;
D
— диаметр статора;

число пластин;
—
толщина пластины;
n –
частота вращения ротора; -объемный к.п.д. ().

Пластинчатые насосы

применяются в основном для подачи масла в системы гидропривода станков, прессов, транспортных машин, а также для перекачивания других смазочных материалов и вязких продуктов.

6.5 Шестеренные насосы

Шестеренные насосы

получили широкое распространение для подачи масел в системы гидропривода, а также для перекачивания смазочных материалов. Наиболее широко применяются насосы с шестернями внешнего зацепления. На рис. 6.5 приведена схема такого насоса. Он состоит из двух одинаковых шестерен ведущей и ведомой, установленных в корпусе с минимальными зазорами. Шестерни вращаются навстречу другу. При вращении шестерен жидкость заполняет впадины и переносится из полости всасывания в полость нагнетания и далее, при вступлении зубьев в зацепление, вытесняется в напорное окно.

Рисунок 6.5 – Схема шестеренного насоса

Подача шестеренного насоса определяется по формуле

модуль зацепления;
z-
число зубьев;
n –
частота вращения ротора; -объемный к.п.д. ().

7 Объемные гидродвигатели и гидроаппаратура

7.1 Объемные гидродвигатели

Объемным гидродвигателем

называется объемная гидромашина для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена (вала, штока). В зависимости от характера движения выходного звена гидродвигатели подразделяются на три класса:

а) гидроцилиндры

– объемные гидродвигатели с поступательным движением выходного звена;

б) поворотные гидродвигатели

– объемные гидродвигатели с углом поворота меньше 360°;

в) гидромоторы

– объемные гидродвигатели с вращательным движением выходного звена.

1 Гидроцилиндры.

Гидроцилиндры являются простейшими гидродвигателями, которые применяются в качестве исполнительных механизмов гидроприводов различных машин и механизмов с поступательным движением выходного звена.

В гидроцилиндрах одностороннего действия

движение выходного звена под действием потока рабочей жидкости осуществляется только в одном направлении, в
гидроцилиндрахдвустороннего действия
– в обоих направлениях. Кроме этого, гидроцилиндры выполняются с односторонним или двусторонним штоком. Преимущественно применяют гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком. Схема такого гидроцилиндра показана на рис. 7.1.

Расход гидроцилиндра определяется из соотношения

где Sэ – эффективная площадь поршня гидродвигателя;

n – скорость движения поршня; – объемный к. п. д.

Рисунок 7.1 – Схема гидроцилиндра с односторонним штоком двустороннего действия

Площадь
Sэ
зависит от направления движения поршня. При движении поршня вправо Sэ пр = pD2/4, при движении влево – Sэ лев = p(D2 – d2)/4. При изменении площади соответственно изменяются расход и скорость движения жидкости при ходе влево или вправо.

Усилие на штоке
F
определяется из уравнения равновесия поршня и для хода вправо будет равно:

где р1 и р2 – давления жидкости в рабочей и сливной полостях гидроцилиндра; D – диаметр поршня; d – диаметр штока; – механический к. п. д. гидроцилиндра, учитывающий потерю энергии в гидроцилиндре на преодоление сил трения при движении поршня и штока (= 0,85-0,95).

Выходная (полезная) мощность

гидроцилиндра Nвых определяется из соотношения

где F – усилие на штоке; V

n – скорость передвижения поршня.

Входная мощность
N
определяется параметрами на входе в цилиндр:

– давление на входе в цилиндр; Q – расход гидроцилиндра. К. п. д. цилиндра – это отношение выходной мощности к входной

2 Поворотные гидродвигатели.

По конструкции поворотные гидродвигатели бывают поршневые, лопастные и мембранные. Наиболее распространены поршневые поворотные гилродвигатели (рис. 7.2).

Поворотное движение осуществляется за счет применения реечно-зубчатой передачи. Угол поворота вала рабочей машины ограничивается ходом поршня двигателя.

3 Гидромоторы.

Это объемные гидродвигатели вращательного движения. В машиностроении в качестве гидромоторов используют объемные роторные гидромашины. Благодаря свойству обратимости роторных насосов, любой из них может быть использован в качестве гидромотора. Гидромоторы, как и насосы, классифицируют на шестеренные, винтовые, пластинчатые и поршневые.

В зависимости от возможности регулирования рабочего объема гидромоторы делятся на регулируемые

и
нерегулируемые
. Если выходное звено гидромотора может вращаться в обе стороны, то он называется
реверсивным
. Условное обозначение реверсивного регулируемого гидромотора показано на рис. 7.3.

Гидромотор, как и роторный насос, харак-теризуется рабочим объе-мом V0 ,который зависит от его вида. Расход гидромотора определяется по формуле

Рисунок 7.3 – Условное обозначение гидромотора

где n – частота вращения вала гидромотора; объемный к. п. д.

Перепад давления

на гидромоторе определяется разностью между давлением на входе и на выходе, т. е.

Полезная мощность

где М – крутящий момент на валу гидромотора; w – угловая скорость вала, w = pn/30.

Мощность, потребляемая гидромотором:

Отношение Nп/N определяет общий к. п. д. гидромотора

7.2
Гидроаппаратура
Гидроаппаратом

называется устройство, предназначенное для изменения параметров потока рабочей жидкости (давления, расхода, направления движения) или для поддержания их заданного значения. Основным элементом всех гидроаппаратов является
запорно-регулирующий орган
– подвижный элемент, при перемещении которого частично или полностью перекрывается проходное сечение гидроаппарата. В зависимости от конструкции запорно-регулирующие элементы бывают золотниковые, клапанные, крановые.

Если гидроаппарат изменяет параметры потока рабочей жидкости, то он является регулирующим

Гидроаппараты можно разделить на три основных типа:

а) гидрораспределители; б) гидроклапаны; в) гидродроссели.

Рассмотрим кратко каждый тип гидроаппарата.

1 Гидрораспределители.
Гидрораспределитель
– это гидроаппарат, предназначенный для изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях. В зависимости от числа внешних гидролиний, подводимых к распределителю, гидрораспределители бывают двухлинейные, трехлинейные и т. д.; в зависимости от числа позиций запорно-регулирующего органа – двухпозиционные, трехпозиционные

и т. д. Условное обозначение 4-линейного 3- позиционного распреде-лителя с электрическим управлением показано на рис.7.4.

Рисунок 7.4 – Условное обозначение распределителя

Наиболее распространенным является золотниковый распределитель.

Потери давления Dрр в гидрораспределителе определяют по формуле

и
рном
– номинальная подача и потери напора на номинальной подаче (паспортные данные);

— фактическая подача жидкости в гидроаппарате.

2 Гидроклапаны.
Гидроклапаном
называется гидроаппарат, в котором степень открытия проходного сечения изменяется под воздействием напора проходящей через него жидкости. Гидроклапаны бывают
регулирующие
и
направляющие
. К регулирующим относятся клапаны давления, предназначенные для регулирования давления в потоке рабочей жидкости. Из них наиболее широко применяются
напорные
и
редукционные
клапаны.

Напорные гидроклапаны делятся на предохранительные

, которые предохраняют систему от давления, превышающего допустимое, и
переливные
, предназначенные для поддержания заданного уровня давления путём непрерывного слива рабочей жидкости во время работы.

Основные элементы шарикового напорного клапана

показаны на рис. 7.5 .

Принцип действия всех напорных клапанов одинаков и основан на уравновешивании силы давления рабочей жидкости, действующей на клапан, усилием пружины (рис. 7.6).

Рисунок 7.5 – Схема предохра-нительного клапана

Сила давления пружины Fпр уравновешивается силой давления жидкости Fдавл, действующей на запорный элемент. При условии Fпр = Fдавл – клапан закрыт. Сила давления Fдавл определяется из условия:

Рисунок 7.6 – Принцип действия напорного клапана

— давление жидкости в системе;
d
y – диаметр седла клапана (условного прохода жидкости).

Когда давление жидкости в системе превысит заданное, то Fпр< Fдавл, запорно-регулирующий орган клапана смещается и открывает проход рабочей жидкости на слив.

Редукционные клапаны

предназначены для поддерживания в отводимом потоке стабильного давления
р
2, более низкого, чем давление
р
1 в подводимом потоке. Их применяют при питании от одного насоса нескольких потребителей, требующих разных давлений.

Направляющие (обратные) клапаны

пропускают жидкость только в одном заданном направлении.

2 Гидравлические дроссели.

Г
идродроссель
– это регулирующий гидроаппарат, представляющий собой специальное местное сопротивление, предназначенное для изменения давления в потоке рабочей жидкости. Основное назначение его – установить связь между пропускаемым расходом и перепадом давления до и после дросселя. Дроссели разделяют на
регулируемые
и
нерегулируемые
. Регулируемые дроссели (условное обозначение показано на рис 7.7) широко применяют в гидроприводе для регулирования скорости движения выходного звена гидродвигателя.

Рисунок 7.7 – Условное обозна-чение регулируемого дросселя

Рисунок 7.8 – Схема игольча-того дросселя

В системах гидроавтоматики распространены игольчатые

,
щелевые
и
винтовые
дроссели. Схема
игольчатого
дросселя показана на рис. 7.8. Изменение площади проходного сечения дросселя достигается за счет осевого перемещения иглы.

Расход жидкости через дроссель любой конструкции определяется по формуле

где – коэффициент расхода дросселя, для игольчатых дросселей μ = 0,75 – 0,8; S др – площадь проходного сечения дросселя; △р

=
р
1–
р
2 – перепад давления на дросселе; ρ – плотность жидкости.

8 Принципиальная схема гидропривода. Пневматический привод

8.1 Принципиальная схема гидропривода

Принципиальная схема гидропривода возвратно-поступательного движения показана на рис. 8.1.

р поршень перемещается вправо и преодолевает нагрузку F, сдвигая стол рабочей машины 6.

Из гидроцилинд-ра жидкость сливается через другой канал распределителя 4, подпорный клапан 7 и фильтр 8 в бак 9.

1 – насос; 2 – клапан напорный; 3 – дроссель; 4 – распределитель; 5 – гидроцилиндр; 6 – стол рабочей машины;

7 – клапан подпорный; 8 – фильтр; 9 – бак

Изменение направления движения поршня гидроцилиндра 5 производится изменением позиции распределителя 4. Дроссель 3- регулируемый и позволяет изменять площадь проходного сечения, тем самым изменяя расход жидкости, поступающей в гидроцилиндр Qц

. При этом изменяется скорость Vn передвижения поршня гидроцилиндра и соответственно стола рабочей машины : (). Клапан подпорный 7 обеспечивает плавность хода поршня гидроцилиндра.

8.2 Общие сведения о пневмоприводе

Пневмоприводом

называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие машин и механизмов посредством сжатого газа. Обычно в пневмоприводах рабочей средой является сжатый воздух.

Пневмопривод

используется в станках, тормозных системах, полиграфических машинах, пневмороботах, пневматическом инструменте и др. В сравнении с гидроприводом пневмопривод имеет как преимущества, так и недостатки.

Преимущества

пневмопривода следующие: а) небольшие потери давления в пневмолиниях; б) возможность использования в пожароопасных помещениях; в) экологичность.

Недостатками

пневмопривода являются большой шум, необходимость устройства смазывающих систем и меньшая мощность в сравнении с гидроприводом.

Функциональная схема пневмопривода (рис. 8.2) аналогична схеме гидропривода, только вместо энергии жидкости используется пневмоэнергия, а вместо гидродвигателя и насоса используются пневмодвигатель и компрессор.

Рисунок 8.2 – Схема пневмопривода:

1 – компрессор; 2- фильтр-влагоотделитель; 3 – редукционный клапан; 4 – манометр; 5 – маслораспылитель; 6 – распределитель; 7 – пневмоцилиндр;8 – выход в атмосферу

Рассмотрим принцип работы пневмопривода.

Сжатый воздух от компрессора 1 подводится на вход пневмораспределителя 6. Поток воздуха перед этим проходит через фильтр – влагоочиститель 2, очищается от механических частиц ( пыли, продуктов износа, корозии) и водяного пара. Далее при помощи редукционного клапана 3 регулируется и поддерживается на установленном уровне давление воздуха, которое контролируется манометром 4.

Маслораспылитель 5 насыщает воздух мелкими капельками масла и обеспечивает смазку двигающихся элементов пневмопривода. Двухпозиционный пневмораспределитель 6 в каждой из позиций устанавливает направление движения поршня пневмоцилиндра 7. Отработанный воздух выходит в атмосферу 8.

Список литературы

1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. – М.:Машиностроение, 1982. – 423 с.

2. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск: Вышэйш. школа, 1976. – 416 с.

3. Гідроприводи та гідропневмоавтоматика: Підручник / В.О. Федорець, М.Н. Педченко, В.Б. Струтинський та ін.; За ред. В.О.Федорця. – К.: Вища шк., 1995. – 463 с.

4. Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы: Методические указания и контрольные задания для студентов -заочников инженерно-технических специальностей вузов / В.П.Норкус и др. – М.: Высш.шк., 1989. – 56 с.

Источник https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/102246

Источник https://evakuator-ru-ru.ru/stroitelnaya/princip-raboty-gidravlicheskoj-sistemy-2.html

Источник

Источник