Объемный гидропривод

где z – удельная потенциальная энергия положения, или геометрический напор; — удельная потенциальная энергия давления, или пьезометрический напор; — удельная кинетическая энергия, или скоростной напор.

Передачу энергии жидкости можно осуществлять, изменяя любой из членов написанного выражения.

Энергией положения в гидроприводах обычно пренебрегают, поскольку разность высот z между отдельными элементами гидросистемы малы.

Если в гидроприводе используется потенциальная энергия давления жидкости, то гидропривод называют объемным, т. к. в нем применяют объемные гидромашины; если используется кинетическая энергия жидкости, то это будет гидродинамическая передача.

13. объемный гидропривод

13.1. функциональная схема

Объемный гидропривод представляет собой совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

К числу гидромашин относятся насосы и гидродвигатели, которых может быть несколько. Гидроаппаратура – это устройства управления гидроприводом, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и низких давлений жидкости. К гидроаппаратуре относятся дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители – устройства для изменения направления потока жидкости. Вспомогательными устройствами служат кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ее качество и состояние. Это различные фильтры и центрифуги, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидроемкости, а также гидроаккумуляторы. Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется рабочая жидкость. Функциональная схема представлена на рис.13.1.

Рис.13.1

По виду источника энергии объемные гидроприводы разделяют на три вида.

1. Насосный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода. Он применяется наиболее широко. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает во всасывающую линию насоса) и гидроприводы с разомкнутой циркуляцией (жидкость от гидродвигателя поступает в гидроемкость). Мобильные машины в основном оборудованы гидроприводом с разомкнутой циркуляцией жидкости.

2. Аккумуляторный гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумуятора. Такие гидроприводы используют в системах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов.

3. Магистральный гидропривод, в котором рабочая жидкость поступает в гидродвигатель из гидромагистрали. Давление рабочей жидкости в гидромагистрали создается насосной станцией, состоящей из одного или нескольких насосов и питающей несколько гидроприводов.

13.2. принципиальная схема гидропривода

По кинематическому признаку объемный гидропривод бывает поступательного, вращательного или поворотного движения.

На рис. 13.2 показана принципиальная схема гидропривода с разомкнутой циркуляцией жидкости. На схеме указаны только основные элементы.

1 – насос регулируемый (может быть и нерегулируемый); 2 — гидродвигатель поступательного движения (гидроцилиндр); 2а – гидродвигатель вращательного движения (гидромотор); 2б – гидродвигатель поворотного движения; 3 – гидрораспределитель; 4 — предохранительный клапан; 5 – гидроемкость

Рис. 13.2

На рис.13.3 приведена схема гидропривода вращательного движения с замкнутой циркуляцией жидкости. На схеме изображены регулируемый насос 1 с реверсом подачи; регулируемый гидромотор 2 с реверсом вращения; предохранительные клапаны 3, защищающие гидролинии а и б от чрезмерно высоких давлений; система подпитки, состоящая из вспомогательного насоса 4, переливного клапана 5 и двух обратных клапанов 6 и предохраняющая гидролинии а и б от чрезмерно низких давлений (в целях избежания кавитации в насосе).

Рис. 13.3

На рис.13.2 и 13.3 изображены схемы гидроприводов раздельного исполнения, т. е. такие, в которых гидродвигатели расположены на расстоянии от насоса и соединены с ним трубопроводом. Это расстояние может измеряться метрами и даже десятками метров. Часто, особенно в самоходных машинах (тракторы, строительные, дорожные, сельскохозяйственные машины и др.), применяют гидроприводы в нераздельном исполнении. В них насос, гидромоторы и гидроаппаратура расположены в общем корпусе и образуют компактную гидротрансмиссию, способную бесступенчато изменять частоту вращения ведомого вала и удобную для автоматизации управления приводимой машины. В таких трансмиссиях, заменяющих ступенчатые коробки передач, как правило, используются регулируемые аксиально-поршневые гидромашины.

13.3. Область применения объемных гидроприводов

В настоящее время объемные гидроприводы широко применяют во многих отраслях техники:

— в сельскохозяйственных машинах – для управления навесными агрегатами, в уборочных комбайнах в качестве силовых трансмиссий, как рулевое управление тракторов и комбайнов;

— в металлорежущих станках, автоматах и агрегатах – для зажима заготовок и подачи режущего инструмента. Следящие гидроприводы копировальных станков позволяют обрабатывать детали с применением копира. Применяют также следящие гидроприводы с числовым программным управлением;

— в кузнечно-прессовом оборудовании – в качестве силовых приводов прессов и молотов;

— в водном транспорте – в качестве силовых приводов гребных установок, палубных лебедок, кранов и других вспомогательных судовых механизмов, а также для поворота рулей судов;

— в шахтном и горнорудном оборудовании (в угледобывающих комбайнах, стругах, домкратах и механизмах подачи);

— в транспортных машинах – для силовых трансмиссий, управления скоростями движения и поворотом руля автомобиля, опрокидывания кузова самосвалов;

— в дорожных и подъемно-загрузочных машинах (экскаваторах, грейдерах, скреперах, бульдозерах, кранах и т. д.) – для подъема и перемещения груза;

— в авиационной и ракетной технике – для управления аэродинамическими и газовыми рулями, в механизмах изменения геометрии крыла, в механизмах управления шасси и наземных установках обеспечения и запуска летательных аппаратов;

— в радиолокационной технике – для поворота антенн. При этом практически не возникают ни магнитные, ни электрические помехи;

— в манипуляторах – в качестве силовых приводов отдельных органов, которые довольно просто обеспечивают обратную связь по усилиям, возникающим на рабочих органах манипулятора.

13.4. достоинства и недостатки объемных гидроприводов

Объемные гидроприводы обладают следующими достоинствами.

1. Способность передавать большие усилия при малых размерах установки. гидравлические системы, проигрывая электрическим в компактности и массе аппаратуры управления, значительно превосходят последние по конструктивным возможностям получения малогабаритных и мощных исполнительных механизмов. Например, габариты современного гидромотора составляют 12…20% габаритов электродвигателя той же мощности.

2. Гидродвигатели вращательного действия (гидромоторы) обладают значительно меньшим моментом инерции, чем электродвигатели. Благодаря этому возможно высокое быстродействие гидромотора (время разгона составляет 0,1 с, время реверса 0,03…0,20 с). Вследствие этого гидропривод обеспечивает высокую частоту реверсирований: для гидромотора – до 500 и более, для гидроприводов прямолинейного движения с относительно небольшими массой и ходами – до 1000 в минуту.

3. Возможность бесступенчатого регулирования выходной скорости в широком диапазоне. Например, передаточное отношение гидромотора (отношение минимальной частоты вращения к максимальной) составляет во многих случаях 1:1000. Нижний предел частоты вращения большинства существующих гидромоторов доведен до 5···10 об/мин, чего не скажешь об электродвигателях.

4. Независимость расположения узлов гидросистемы и возможность разветвления мощности. В этом отношении гидропривод подобен электроприводу. В гидроприводах разнообразное взаимное расположение насосов и гидродвигателей обеспечивается применением трубопроводов. Мощность потока жидкости на выходе из одного насоса легко разветвлить для привода нескольких гидродвигателей. Применение секционных насосов еще более упрощает эту функцию.

5. Простота преобразования вращательного движения в поступательное или поворотное. Система насос – гидроцилиндр или насос – моментный гидроцилиндр позволяет легко преобразовывать движение в поступательное или поворотное. При этом обеспечиваются независимость расположения узлов, достаточная величина перемещения, надежная фиксация рабочего органа в любом заданном положении и возможность регулирования скорости перемещения.

6. Сравнительная простота предохранения гидропривода и рабочей машины от перегрузок. Это достигается установкой предохранительного клапана на выходе из насоса.

7. Сравнительная простота автоматического регулирования привода.