Текст:

Содержание

Введение

1. История развития гидравлических приводов.

2. Структурная схема гидравлических приводов.

3. Классификация и принцип работы гидравлических приводов

3.1 По характеру движения выходного звена гидродвигателя

3.2 По возможности регулирования

3.3 По схеме циркуляции рабочей жидкости

3.4 По источнику подачи жидкости

3.5 По типу приводящего двигателя

4. Рабочие жидкости для гидросистем

5. Гидроприводы с дрюссельным управлением

6. Гидроприводы с машинным управлением

7. Гидроприводы с машинно-дрюссельным управлением

8. Области применения

9. Перспективы развития

Список литературы

Введение

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.

Основное назначение 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.).

Важнейшие характеристики гидроприводов:

. Передача больших сил (крутящих моментов) при относительно небольших габаритных размерах.

. Работа на полную мощность, возможна сразу после запуска.

. Бесступенчатая настройка в системах без обратной связи или с обратной связью, легко достигается регулировка: скорости, крутящего момента, силы.

. Простота защиты от перегрузки.

. Широкий диапазон регулирования: возможность контролируемых движений с большой или предельно малой скоростью.

. Возможность аккумулирования энергии.

. Простое централизованное управление.

. Возможность децентрализованного преобразования гидравлической энергии в механическую.

Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов. В частности, в горной промышленности он используется в креплении подземных горных выработок: в очистных забоях применяются индивидуальные гидравлические стойки и гидравлические комплексы, выполняющие основные и вспомогательные операции по передвижке как самих крепей, так и другого механического оборудования в лаве; широко применяются крепи сопряжения горных выработок. Практически все комбайны для ведения очистных и нарезных работ, проведения подготовительных выработок имеют гидропривода подачи исполнительного органа на забой и механизмов для выполнения различных вспомогательных операций. Гидропривод является неотъемлемым элементом буровых установок. Большинство приводов шахтных конвейеров снабжено гидродинамическими муфтами.

1. История развития гидравлических приводов

Гидравлические технические устройства известны с глубокой древности. Например, насосы для тушения пожаров существовали ещё во времена Древней Греции. 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, которому помогал Генри Модели, и в 1797 году первый в истории гидравлический пресс был построен.

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, 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), 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, работая в компании Даймлер, разработал для автобусов трансмиссию, включающую гидромуфту и планетарную передачу ( см. рисунок 1). В 1930-х годах производились первые дизельные локомотивы, использовавшие гидромуфты.

Рисунок 1 - Гидромуфта в разрезе из автомобиля фирмы Даймлер

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. 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.

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». В 1926 году инженер подразделения грузовиков компании Пирс Эрроу продемонстрировал в компании Дженерл моторс гидроусилитель руля с хорошими характеристиками, однако автопроизводитель посчитал, что эти устройства будут слишком дорогими, чтобы выпускать их на рынок. 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.

2. Структурная схема гидравлических приводов

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 ( см.таблицу 1).

Таблица 1

Схема объемного гидропривода

Объемный гидропривод
Объемная гидропередача	Устройства управления	Вспомогательные устройства	Гидролинии
Объемный насос	Гидрораспределитель	Кондиционеры
Объемный гидродвигатель	Регуляторы давления	Гидроемкости
Гидроаккумулятор	Регуляторы расхода	Уплотнители
Гидропреобразователь	Гидравлический усилитель	Гидравлические реле

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).

В состав некоторых объемных гидропередач входит гидроаккумулятор (гидроемкости, предназначенные для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего ее использования для приведения в работу гидродвигателя). Кроме того, в состав гидропередач могут входить также гидропреобразователи - объемные гидромашины для преобразования энергии потока рабочей жидкости с одними значениями давления P и расхода Q в энергию другого потока с другими значениями P и Q.

Устройства управления предназначены для управления потоком или другими устройствами гидропривода. При этом под управлением потоком понимается изменение или поддержание на определенном уровне давления и расхода в гидросистеме, а также изменение направления движения потока рабочей жидкости. К устройствам управления относятся:

гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей,

регуляторы давления (предохранительный, редукционный, переливной и другие клапаны), предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости в гидросистеме;

регуляторы расхода (делители и сумматоры потоков, дроссели и регуляторы потока, направляющие клапаны), с помощью которых управляют потоком рабочей жидкости;

гидравлические усилители, необходимые для управления работой насосов, гидродвигателей или других устройств управления посредством рабочей жидкости с одновременным усилением мощности сигнала управления.

Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех элементов гидропривода. К ним относятся: кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменные аппараты и др.); уплотнители, обеспечивающие герметизацию гидросистемы; гидравлические реле давления; гидроемкости (гидробаки и гидроаккумуляторы рабочей жидкости) и др.

Состав вспомогательных устройств устанавливают исходя из назначения гидропривода и условий, в которых он эксплуатируется.

Гидролинии (трубы, рукава высокого давления, каналы и соединения) предназначены для прохождения рабочей жидкости по ним в процессе работы объемного гидропривода. В зависимости от своего назначения гидролинии, входящие в общую гидросистему, подразделяются на всасывающие, напорные, сливные, дренажные и гидролинии управления.

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 состав гидродинамического привода входят: электродвигатель, гидромуфта, насос, выносной пульт управления АСУ, радиатор охлаждения, маслостанция ( см.рисунок 2).[1]

Рисунок 2 - Состав гидродинамического привода

3. Классификация и принцип работы гидравлических приводов

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

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные:

В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости. В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объёмные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.

3.1По 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 движении. У которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр - двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена ( штока поршня, плунжера или корпуса);

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

3.2 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: дрюссельным, объемным, объемно-дрюссельным. Регулирование может быть: ручным или автоматическим. В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть: стабилизированным, программным, следящим;

Саморегулируюмый гидропровод. Автоматически изменяет подачу жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени (без фазового сдвига);

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

3.3 По схеме циркуляции рабочей жидкости

Гидропривод с замкнутой схемой циркуляции. В котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса. 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 (см.рисунок 3).

а) б)

Рисунок 3 - Гидросистемы с замкнутой и разомкнутой схемой циркуляции

а) Открытая гидросистема; б) Закрытая гидросистема.

3.4 По источнику подачи 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. Наибольшее применение в гидроприводе получили аксиально-поршневые, радиально-поршневы, пластинчатые и шестеренные насосы (см.схему 1);

Манистральный гидропровод. 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 гидропровод. 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.[2]

3.5 По типу приводящего двигателя

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.

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.

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

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

10. 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.

11. Взрыво- и огнеопасность применяемых минеральных рабочих жидкостей.

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

4. Рабочие жидкости для гидросистем

В гидроприводе рабочая жидкость является энергоносителем, благодаря которому устанавливается связь между насосом и гидродвигателем. Кроме того, рабочая жидкость обеспечивает смазку подвижных частей элементов гидропривода.В качестве рабочих жидкостей в гидравлическом приводе применяют минеральные масла, водомасляные эмульсии, смеси и синтетические жидкости. Выбор типа и марки рабочей жидкости определяется назначением, степенью надежности и условиями эксплуатации гидроприводов машин

Выбор рабочих жидкостей для гидросистемы машины определяется:

Диапазоном рабочих температур;

Давление в гидросистеме;

Скоростями движения исполнительных механизмов;

Конструкционными материалами и материалами уплотнений;

Особенностями эксплуатации машины (на открытом воздухе или в помещении, условиями хранения машины, возможностями засорения и т.д.).

Диапазон рекомендуемых рабочих температур находят по вязкостным характеристикам рабочих жидкостей. Верхний температурный предел для выбранной рабочей жидкости определяется допустимым увеличением утечек и снижением объемного КПД, а также прочностью пленки рабочей жидкости.

Нижний температурный предел определяется работоспособностью насоса, характеризующейся полным заполнением его рабочих камер или пределом прокачиваемости жидкости насосом. При безгаражном хранении машин в зимнее время вязкость жидкостей становится настолько высокой, что в периоды пуска и разогрева гидросистемы насос некоторое время не прокачивает рабочую жидкость. В результате возникает "сухое" трение подвижных частей насоса, кавитация, интенсивный износ и выход насоса из строя. Таким образом, при применении рабочих жидкостей в условиях отрицательных температур пуску гидропривода в работу должен непременно предшествовать подогрев рабочей жидкости. Максимальные и минимальные значения вязкости рабочих жидкостей в зависимости от типа насоса приведены в табл.2.[3]

гидравлич

еский привод двигатель циркуляция

Таблица 2

Значения вязкости при крайних температурных пределах

Тип насоса	нижнем		верхнем
	По условию прокачиваемости	По условию полного заполнения рабочих камер	По условию обеспечения смазывающей пленки и значению КПД = 0,80…0,85
шестеренный	4500…5000	1380…1250	16…18
пластинчатый	4000…4500	680…620	10…12
аксиально-поршневой	1800…1600	570…530	6…8

5. Гидроприводы с дрюссельным управлением

Общие сведения. Гидроприводом с дроссельным управлением называется гидропривод, в котором управление параметром движения выходного звена гидродвигателя осуществляется при помощи регулируемого дросселя или регулятора расхода, дросселирующего распределителя или гидроусилителя.

По источнику подачи рабочей жидкости гидроприводы с дроссельным управлением могут быть насосными, аккумуляторными и магистральными. В насосных гидроприводах применяют обычно нерегулируемые насосы. При этом подача насоса должна превышать максимальный расход гидродвигателя. По циркуляции рабочей жидкости гидроприводы с дроссельным управлением являются гидроприводами с разомкнутым потоком. Они могут быть поступательного, поворотного и вращательного движения.

В зависимости от схемы гидроприводы с дроссельным управлением разделяют на гидроприводы с постоянным и переменным давлением. Для гидроприводов с постоянным давлением характерно наличие переливного клапана, который поддерживает в напорной линии постоянное давление путем непрерывного слива рабочей жидкости. В гидроприводе с переменным давлением в напорной линии давление изменяется в зависимости от нагрузок гидродвигателя. В таких гидроприводах дроссель устанавливают параллельно гидродвигателю.

Изменение скорости движения выходных звеньев гидродвигателей осуществляется изменением расхода рабочей жидкости путем дросселирования. При этом лишняя часть потока рабочей жидкости непроизводительно сливается в бак либо через переливной клапан, либо через регулируемый дроссель (при его параллельном включении в гидроприводах с переменным давлением).

В гидроприводе с дроссельным управлением в каждый момент времени соблюдаются следующие равенства (без учета потерь):

_н = Q_гд + Q_п.к; Q_н = Q_гд + Q_др, (1)

где Q_н -подача нерегулируемого насоса; Q_гд - расход жидкости, поступающей в гидродвигатель; Q_п.к, Q_др - расход жидкости, проходящей через переливной клапан, дроссель.

В гидроприводах с регулируемыми дросселями и регуляторами расхода изменение направления движения выходных звеньев гидродвигателей (реверсирование) осуществляется при помощи направляющих распределителей.

Основными преимуществами гидроприводов с дроссельным управлением являются высокая чувствительность и большое быстродействие, простота конструкции гидроустройств и невысокая их стоимость; возможность автономного управления гидродвигателями, работающими от одного насоса. К недостаткам относятся: сложность обеспечения дистанционного управления гидроприводом или объемной гидропередачей, в состав которых входят регулируемые дроссели и регуляторы расхода; более низкий по сравнению с гидроприводом с машинным управлением КПД, обусловленный самим принципом дросселирования рабочей жидкости. Поэтому гидроприводы и объемные гидропередачи с дроссельным управлением обычно применяют при мощности не более 5 кВт.

Гидроприводы с постоянным давлением. В таких гидроприводах регулируемые дроссели устанавливают либо в напорной линии перед направляющим распределителем (дроссель на входе), либо в сливной линии после направляющего распределителя (дроссель на выходе).

На рис. 5, а показана гидравлическая принципиальная схема гидропривода с дросселем, установленным на входе гидродвигателя (гидроцилиндра). Гидропривод состоит из нерегулируемого насоса Н с приводящим электродвигателем ЭД, бака Б, переливного клапана К, регулируемого дросселя ДР, направляющего распределителя РН и поршневого гидроцилиндра Ц.

На рис. 5, б показаны механические характеристики гидроприводов с регулируемым дросселем на входе с постоянным давлением -зависимости скорости движения штока цилиндра от нагрузки.

Гидроприводы и объемные гидропередачи с дросселями, установленными на входе гидродвигателей, нельзя использовать для работы с отрицательной нагрузкой, т.е. с нагрузкой, направление действия которой совпадает с направлением движения штока цилиндра. Под действием отрицательной нагрузки скорость штока может увеличиться настолько, что произойдет разрыв сплошности потока в рабочей полости цилиндра, и движение поршня цилиндра станет неуправляемым, так как в сливной линии отсутствуют тормозные или демпфирующие устройства.

Рисунок 5 - Гидропривод с дросселем на входе а - гидравлическая принципиальная схема; б - характеристика

Расход Q_ц жидкости, подводимой к цилиндру, равен расходу жидкости через дроссель Q_др:

, (2)

где - коэффициент расхода; μ = 0,6 ... 0,7; S_др - площадь рабочего проходного сечения, м²; Δр - перепад давлений, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м³.

Излишек жидкости, равный Q_н - Q_др, сливается в бак через переливной клапан, который поддерживает давление р₁ постоянным. Давление р₂ в линии после дросселя, зависящее от нагрузки, определяют из условия равновесия цилиндра (без учета сил трения и инерции)

, (3)

где - рабочая площадь поршня цилиндра, м²; F - нагрузка на штоке цилиндра, Н; р_с - давление жидкости в сливной линии, Па.

Средняя скорость штока цилиндра:

, (4)

Скорость движения штока цилиндра

, (5)

Преимущества рассматриваемого гидропривода: возможность управления скоростью движения выходных звеньев гидродвигателей при знакопеременной нагрузке, быстрое торможение выходного звена гидродвигателя; отвод теплоты, выделяющейся при дросселировании рабочей жидкости, в бак, минуя гидродвигатель, К недостаткам относятся зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от нагрузки, а также меньшая экономичность по сравнению со схемой гидродвигателя с дросселем на входе (часть мощности гидродвигателя затрачивается на преодоление гидравлического сопротивления в сливной линии).

Такой гидропривод получил широкое применение в следящих гидроприводах с автоматическим управлением. Для этой схемы характерны быстродействие и точность отработки управляющих сигналов. К недостаткам можно отнести зависимость скорости движения выходных звеньев гидродвигателя от нагрузки, а также нагрев жидкости в результате двойного дросселирования потока жидкости.[4]

6. Гидроприводы с машинным управлением

Гидроприводом с машинным управлением называется гидропривод, в котором управление параметрами движения выходного звена гидродвигателя осуществляется регулируемым насосом пли регулируемым гидромотором, или обеими регулируемыми гидромашинами (насосом и гидромотором).

Теоретическую (расчетную) частоту вращения вала гидромотора в таких гидроприводах определяют из условий равенства подача насоса Q_н и расхода Q_м гидромотора:

_н = Q_мили V_он*п_н = V_о_м*п_м, (6)

где V_он и V_о_м - рабочие объемы насоса и гидромотора; п_н и п_м - частоты вращения насоса и гидромотора:

п_м = Q_м / V_о_м = п_н*V_он / V_о_м. (7)

Частота вращения вала насоса для гидроприводов с машинным управлением постоянна. Следовательно, осуществлять управление частотой вращения вала гидромотора можно тремя способами: изменять рабочий объем насоса или гидромотора или одновременно изменять рабочие объемы и насоса, и гидромотора. Первый способ применяют в гидроприводах поступательного, поворотного и вращательного движения, второй и третий - только в гидроприводах вращательного движения.

На рис.6 приведены простейшие схемы гидроприводов с машинным управлением. Гидропривод с регулируемым насосом и нерегулируемым гидромотором (см.рисунок,6а) является самым распространенным. Принцип его работы следующий. При включении приводящего электродвигателя ЭД насос Н нагнетает рабочую жидкость по напорной линии 1 в гидромотор М, вал которого под действием крутящего момента вращается в определенном направлении. Из гидромотора рабочая жидкость по сливной линии 2 снова поступает в насос.

Рисунок 6 - Простейшие принципиальные схемы и характеристики гидроприводов с машинным управлением:а, б - с регулируемым насосом; в, г - с регулируемым гидромотором

Давление р_н гидропривода в напорной линии зависит от нагрузки гидромотора:

, (8)

где - вращающий момент гидромотора, Нм; - перепад давлений в гидромоторе, Па; - потери давления в гидролиниях, Па.

Частотой вращения вала гидромотора управляют, изменяя рабочий объем насоса, а направление вращения вала гидромотора изменяют в результате реверсирования потока рабочей жидкости, создаваемого насосом.

Нa рис. 6, б приведены характеристики такого гидропривода с учетом следующих условий: n_н = const; V_ом = const и Δр_м = const.

Основные параметры гидропривода определяют по следующим формулам

п_м = п_нV_он / V_о_м; N_н = N_м =

= Q_н Δр_м ≠ const; = const, (9)

где N_н и N_м - мощность насоса и гидромотора.

Следовательно, частота вращения вала гидромотора и его мощность изменяются в рассматриваемом гидроприводе прямо пропорционально рабочему объему насоса, а вращающий момент гидромотора (без учета потерь) является постоянным.

Гидропривод с регулируемым гидромотором и нерегулируемым насосом (см.рисунок 6 в) применяют значительно реже по сравнению с гидроприводами, которые имеют регулируемые насосы. На рис. 6, г приведены характеристики такого гидропривода с учетом следующих условий: n_н = const; V_он = const; Δр_м = const.

Основные параметры гидропривода определяют по формулам

п_м = п_нV_он / V_о_м; N_м = Q_н Δр_м = const;

≠ const. (10)

Частота вращения вала гидромотора изменяется в рассматриваемом гидроприводе обратно пропорционально его рабочему объему.

Основным недостатком гидроприводов и объемных гидропередач с машинным управлением является сложность системы автоматического управления рабочими объемами регулируемых насосов и гидромоторов. Для перемещения элементов регулирования насосов и гидромоторов требуются значительные усилия, которые создаются с помощью двух каскадных электрогидравлических механизмов управления, имеющих низкий КПД.

7. Гидроприводы с машинно-дрюссельным управлением

Гидроприводом с машинно-дроссельным управлением называется гидропривод, в котором управление параметрами движения выходного звена осуществляется регулирующим гидроаппаратом и объемной гидромашиной (чаще всего - регулируемым насосом).

На рис. 7,а показана гидравлическая принципиальная схема гидропривода поступательного движения с разомкнутым потоком с машинно-дроссельным управлением (с регулируемым насосом Н, имеющим регулятор подачи с обратной связью по давлению).

Скорость штока гидроцилиндра Ц изменяют с помощью дросселирующего распределителя РДР с управлением от электромагнитов, аналогично гидроприводу с дроссельным управлением. Однако в рассматриваемом гидроприводе при уменьшении расхода рабочей жидкости через распределитель РДР автоматически уменьшается подача регулируемого насоса Н. Пневмо-гидроаккумулятор АК, подключенный в напорную линию, предназначен для питания гидропривода в начале перемещения золотника распределителя РДР из исходной позиции, когда подача насоса еще невелика.

На рис. 7,б показана принципиальная схема аксиально-поршневого насоса с регулятором подачи. Чувствительным элементом регулятора является пружина 5 гидроцилиндра 6 одностороннего действия. Шток цилиндра шарнирно соединен с наклонным диском 4 насоса 8, а поршневая полость цилиндра подключена через дроссель 6 к напорной линии. Насос имеет упор 9, который ограничивает угол наклона β диска.

Рисунок 7 - Гидропривод с машинно-дроссельным управлением: а - гидравлическая принципиальная схема; б - схема регулятора подачи насоса

8. Области применения

Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах. В настоящее время более 50% общего парка мобильных строительно-дорожных машин ( бульдозеров,эскаваторов 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.

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.). целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками. В табл. 2 приведены области применения гидроусилителей.[5]

Области применения гидроусилителей

Таблица 3

Отрасли	Оборудование
Станкостроение	Металлообрабатывающие станки, прессовое оборудование, пресс-автоматы для пластмасс
Лесная отрасль	Валочно-пакетирующие машины, погрузчики-штабелеры, машины сучкорезные, установки раскряжевочные, валочно-трелевочные машины, лесоповалочные машины.
Нефте- и газодобывающая отрасль	Машины для ремонта скважин, лебедки, трубоукладчики, гидроключи, гидроманипуляторы
Строительно-дорожная и подъемно-транспортная техника	Автокраны, автогрейдеры, автогидроподъемники, бульдозеры, асфальтоукладчики, бетоноукладчики, катки, экскаваторы, погрузчики, косилки роторные дорожные, подъемники.
Судостроение	Приводы судовых механизмов, механизмы подъема якорей, катера, гидроманипуляторы, лебедки гидравлические
Инженерная техника	Машины для наведения мостов, бензозаправщики, траншеекопатели, колесные тягачи, вездеходы автокраны.
Металлургия	Прокатные станы, литьевые машины, установки для транспортировки ленты, прессы гидравлические правильные;
Горнодобывающие отрасли	Скреперы, карьерные экскаваторы, карьерные самосвалы, угольные комбайны, солевые комбайны, бульдозеры, автогидроподъемники, фронтальные погрузчики, путеремонтные машины, автогрейдеры
Железно-дорожный транспорт	Рельсоукладчики, балластоукладчики, щебнеочистительные машины, выправочно-подбивочные машины, погрузчики, трелевочные трактора, гидравлические краны на ж/д ходу, путеремонтные машины, краново-бурильные машины
Коммунальное хозяйство	Снегоуборочные машины, мусоровозы, пожарные машины, пескоразбрасыватели, уборочные машины.
Аэродромная техника	Аэродромно-уборочные машины, погрузчики, подъемники, снегоуборочные машины, заправщики, лестницы.

9. 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.

Список литературы

1. Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др., « Гидравлика, гидромашины и гидроприводы»/Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др.//М.: Машиностроение,1982. С. 382-383.

. В.В. Лозовецкий, « Гидро- и Пневмосистемы транспортно-технологических машин»/ В.В. Лозовецкий. //Лань,2012. С. 5-10.

. Б.А. Гавриленко, В.А. Минин, С.Н. Рождественский, « Гидравлический привод» / Б.А. Гавриленко, В.А. Минин, С.Н. Рождественский.// М.: Машиностроение, 1968. С. 14-16.

. Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др., « Гидравлика, гидромашины и гидроприводы»/Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др.//М.: Машиностроение,1982. С. 396-398.

. В.В. Лозовецкий, « Гидро- и Пневмосистемы транспортно-технологических машин»/ В.В. Лозовецкий. //Лань,2012. С. 13-17.