Гидравлическая трансмиссия дорожных машин

Содержание

Гидравлическая трансмиссия дорожных машин

Гидравлические передачи дорожных машин

Гидравлические передачи получили широкое применение в дорожных машинах, вытесняя механические благодаря значительным преимуществам: возможности передавать большие мощности; бесступенчатой передаче усилий; возможности разветвления потока мощности от одного двигателя к различным рабочим органам; жесткой связи с механизмами рабочих органов, обеспечивающей возможность их принудительного заглубления и фиксирования, что особенно важно для режущих органов землеройных машин; обеспечению точного регулирования скорости и реверсирования перемещения рабочих органов достаточно простым и удобным управлением рукоятками распределительных устройств; возможности конструировать любые трансмиссии машин без громоздких карданных передач и компоновать их с применением унифицированных элементов и широким использованием автоматизированных устройств.

В гидравлических передачах рабочим элементом, передающим энергию, является рабочая жидкость. В качестве рабочей жидкости применяют минеральные масла определенной вязкости с про-тивоизносными, антиокислительными, антипенными и загущающими присадками, улучшающими физические и эксплуатационные свойства масел. Применяется масло индустриальное ИС-30 и МС-20 с вязкостью при температуре 100° С 8—20 сСт (температура застывания —20 —40° С). Для повышения работоспособности и долговечности машин промышленностью выпускаются специальные гидравлические масла МГ-20 и МГ-30, а также ВМГЗ (температура застывания —60° С), предназначенное для всесезонной эксплуатации гидросистем дорожных, строительных, лесозаготовительных и других машин и обеспечивающее их работу также в северных районах, районах Сибири и Дальнего Востока.

Гидропередачи по принципу действия разделяются на гидростатические (гидрообъемные) и гидродинамические. В гидростатических передачах используется давление рабочей жидкости (от насоса), преобразуемое в поступательно-возвратное механическое движение с помощью гидроцилиндров или во вращательное движение с помощью гидромоторов (рис. 1.14). В гидродинамических передачах крутящий момент передается путем изменения количества рабочей жидкости, протекающей в рабочих колесах, заключенных в общую полость и осуществляющих функции центробежного насоса и турбины (гидромуфты и гидротрансформаторы).

Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:

Рис. 1.14. Схемы гидростатических передач:
а — с гидроцилиндром; б — с гидромотором; 1 — гидроцилиндр; 2 — трубопровод; 3 — гидрораспределитель; 4 — насос; 5 — приводной вал; 6 — бак для жидкости; 7 — гидромотор

Гидростатические передачи выполняют как по открытой, так и по закрытой (замкнутой) схемам с насосами постоянной и переменной подачи (нерегулируемыми и регулируемыми). В открытых схемах жидкость, циркулирующая в системе, после срабатывания в силовом элементе привода возвращается в бак, находящийся под атмосферным давлением (рис. 1.14). В закрытых схемах циркулирующая жидкость после срабатывания направляется в насос. Для устранения разрывов струи, кавитации и утечек в закрытой системе производится подпитка за счет небольшого напора от подпиточного бачка, включенного в гидросистему.

В схемах с насосами постоянной подачи регулирование скоростей движения рабочих органов осуществляется изменением проходных сечений дросселей или неполным включением золотников распределителей. В схемах с насосами переменной подачи регулирование скоростей движения осуществляется изменением рабочего объема насоса. Схемы с дроссельным регулированием проще, однако для наиболее нагруженных машин и при передаче больших мощностей рекомендуется использовать схемы с объемным регулированием системы.

За последнее время в дорожных машинах широко применяют гидростатическую тяговую передачу. Впервые такая гидротрансмиссия была применена на малогабаритном тягаче (см. рис. 1.4). Такой тягач с комплектом навесного оборудования предназначен Для вспомогательных работ в различных отраслях народного хозяйства. Он представляет собой короткобазовую машину, мощность дизеля которой 16 л. с, наибольшее тяговое усилие 1200 кгс, скорость передвижения вперед и назад — от нуля до 14,5 км/ч, база 880 мм> колея 1100 мм, масса 1640 кг.

Схема гидростатической передачи тягача показана на рис. 1.15. Двигатель через центробежную муфту и раздаточный редуктор сообщает движение двум насосам, питающим гидромоторы соответственно правого и левого бортов машины.

Рис. 1.15. Компоновочная схема гидростатической передачи малогабаритного тягача с бортовым поворотом:
1 — двцгатель; 2 — центробежная муфта; 3 — раздаточный редуктор; 4 — подпиточный насос; 5 — гидроусилитель; 6, 16 — трубопроводы высокого давления; 7 — магистральный фильтр; 8 — гидромотор хода; 9 — клапанная коробка; 10, 11 — автоматические клапаны; 12 — обратный клапан; 13, 14 — предохранительные клапаны; 16 — в гидронасос переменной подачи> 17 — шестеренный бортовой редуктор

Крутящий момент гидромотора увеличивается шестеренным бортовым редуктором и передается на передние и задние колеса каждого борта. Все колеса тягача являются ведущими. В гидравлическую схему передачи каждого борта входят насос, гидромотор, гидроусилитель, подпиточный насос, магистральный фильтр, клапанная коробка, трубопроводы высокого давления.

При работе насоса рабочая жидкость под давлением, зависящим от преодолеваемого сопротивления, поступает в гидромотор, приводит его вал во вращение и затем возвращается в насос.

Утечка ее через зазоры в сопряженных деталях компенсируется подпиточным насосом, встроенным в корпус тягового насоса. Управление подпитки осуществляется автоматически клапанами. Рабочая жидкость для нее подается в ту магистраль, которая является сливной. Если нет надобности в подпитке, то весь расход подпиточного насоса направляется на слив в бак через клапан. Предохранительные клапаны ограничивают максимально допустимое давление в системе, равное 160. кгс/см2. Давление подпитки поддерживается на уровне 3—6 кгс/см2.

Рис. 1.16. Схема гидромуфты:
1 — ведущий вал; 2 — насосное колесо; 3 — корпус; 4 — турбинное колесо; 5 — ведомый вал

Насос переменной подачи может изменять минутную подачу рабочей жидкости, т. е. менять местами линии всасывания и нагнетания. Частота вращения вала гидромотора прямо пропорциональна подаче насоса: чем больше подано жидкости, тем выше частота вращения, и наоборот. Установка насоса на нулевую подачу приводит к полному торможению.

Таким образом, гидростатическая трансмиссия целиком исключает сцепление, коробку передач, главную передачу, карданный вал, дифференциал и тормоза. Функции всех этих механизмов выполняются сочетанием работы насоса переменной подачи и гидромотора.

Гидростатические трансмиссии- имеют следующие преимущества: полное использование мощности двигателя на всех эксплуатационных режимах и предохранение его от перегрузок; хорошая пусковая характеристика и наличие так называемой ползучей скорости при большой силе тяги; бесступенчатое, плавное регулирование скорости на всем диапазоне от нуля до максимума и обратно; высокая маневренность, простота управления и обслуживания, самосмазываемость; отсутствие жестких кинематических связей между элементами трансмиссии; независимость расположения двигателя с насосом и гидродвигателей на шасси, т. е. благоприятные условия для выбора наиболее рациональной компоновки машины.

Гидродинамические передачи в качестве простейшего механизма имеют гидромуфту (рис. 1.16), состоящую из двух рабочих колес, насосного и турбинного, каждое из которых имеет плоские радиальные лопатки. Насосное колесо соединено с ведущим валом, приводимым в движение двигателем; турбинное колесо с ведомым валом соединено с коробкой передач. Таким образом, между Двигателем и коробкой передач нет жесткой механической связи.

Рис. 1.17. Гидротрансформатор У358011АК:
1 — ротор; 2 — диск; 3 — стакан; 4 — реактор; 5 — корпус; 6 — турбинное колесо; 7 — насосное колесо; 8 — крышка; 9, 10 — уплотнительные кольца; 11 — ведомый вал; 12 — жиклер; 13 — механизм свободного хода; 14 — ведущий вал

Если вал двигателя вращается, то насосное колесо отбрасывает рабочую жидкость, находящуюся в муфте, к периферии, где она попадает на турбинное колесо. Здесь она отдает свою кинетическую энергию и, пройдя между лопатками турбины, попадает вновь в насосное колесо. Как только крутящий момент, передаваемый на турбину, окажется больше момента сопротивления, ведомый вал начнет вращаться.

Поскольку в гидромуфте только два рабочих колеса, то при всех условиях эксплуатации крутящие моменты на них равны, изменяется только отношение их частот вращения. Разность этих частот, отнесенная к частоте вращения насосного колеса, называется скольжением, а отношение частот вращения турбинного и насосного колес представляет собой КПД гидромуфты. Максимальный КПД достигает 98%. Гидромуфта обеспечивает плавное трогание машины с места и уменьшение динамических нагрузок в трансмиссии.

На тягачах, бульдозерах, погрузчиках, автогрейдерах, катках и других строительных и дорожных машинах широко применяют гидродинамические передачи в виде гидротрансформаторов. Гидротрансформатор (рис. 1.17) действует аналогично гидромуфте.

Насосное колесо, сидящее посредством ротора на ведущем валу, соединенном с двигателем, создает циркулирующий поток жидкости, передающий энергию от насосного колеса к турбинному. Последнее соединено с ведомым валом и с трансмиссией. Дополнительное неподвижное рабочее колесо — реактор позволяет иметь крутящий момент на турбинном колесе больший, чем на насосном. Степень увеличения крутящего момента на турбинном колеса зависит от передаточного числа (отношения частот вращения турбинного и насосного колес). Когда частота вращения ведомого вала возрастет до частоты вращения двигателя, роликовый механизм свободного хода блокирует ведомую и ведущие части гидротрансформатора, обеспечивая прямую передачу мощности от двигателя на ведомый вал. Уплотнение внутри ротора осуществляется двумя парами чугунных колец.

Крутящий момент будет максимальным, когда турбинное колесо не вращается (режим стопорения), минимальным — на режиме холостого хода. При повышении внешнего сопротивления крутящий момент на ведомом валу гидротрансформатора автоматически увеличивается по сравнению с крутящим моментом двигателя в несколько раз (до 4—5 раз в простых и до 11 раз в более сложных конструкциях). В результате повышается использование мощности двигателя внутреннего сгорания при переменных нагрузках на исполнительных механизмах. Автоматизация трансмиссий при наличии гидротрансформаторов значительно упрощается.

При изменении внешних нагрузок гидротрансформатор полностью предохраняет от перегрузок двигатель, который не может остановиться даже при стопорении трансмиссии.

Кроме автоматического регулирования, гидротрансформатор обеспечивает также управляемое регулирование скорости и момента. В частности, при регулировании скоростей легко достигаются монтажные скорости для кранового оборудования.

Описанный гидротрансформатор (У358011АК) устанавливается на самоходных дорожных машинах с двигателем мощностью 130-15O л. с.

Насосы и гидромоторы. В гидравлических передачах применяют шестеренные, лопастные и аксиально-поршневые насосы — Для преобразования механической энергии в энергию потока жидкости и гидромоторы (обратимые насосы) — для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию. Основными параметрами насосов и гидромоторов являются объем рабочей жидкости, вытесняемый за один оборот (или двойной ход поршня), номинальное давление и номинальная частота вращения, а вспомогательными — номинальная подача или расход рабочей жидко-сти’ номинальный крутящий момент, а также общий КПД.

Шестеренный насос (рис. 1.18) имеет две цилиндри-еские шестерни, выполненные заодно с валами, которые заключены в алюминиевом корпусе.

Рис. 1.18. Шестеренный насос серии НШ-У:
1, 2 — стопорные кольца уплотнения; 3 — уплотнение; 4 — О-образные уплотнения; 5 — ведущая, шестерня; 6 — корпус; 7 — бронзовые втулки подшипника; 8 ведомая шестерня; 9 — болт крепления крышки; 10 — крышка

Выступающий конец вала ведущей шестерни соединен шлицами с приводным устройством. Валы шестерен вращаются в бронзовых втулках, которые одновременно служат уплотнителями торцовых поверхностей зубчатых колес. В насосе предусмотрена гидравлическая компенсация торцовых зазоров, благодаря чему при эксплуатации длительно сохраняется высокий объемный КПД насоса. Выступающий вал имеет уплотнения. Насосы крепятся болтами к крышке.

Таблица 1.7
Техническая характеристика шестеренных насосов

Рис. 1.19. Лопастный (шиберный) насос серии МГ-16:
1 — лопасть; 2 — отверстия; 3 — статор; 4 — вал; 5 — манжета; 6 — шарикоподшипники; 7 — дренажное отверстие; 8 — полости под лопастями; 9 — резиновбе кольцо> 10 — сливное отверстие; 11 — сливная полость; 12 — кольцевой выступ; 13 — крышка); 14 — пружина; 15 — золотник; 16 — задний диск; 17 — коробка; 18 — полость; 19 — отверстие для подвода жидкости с высоким давлением; 20 — отверстие в заднем дискег 21 — ротор; 22 — передний диск; 23 — кольцевой канал; 24 — подводящее отверстие; 25 — корпус

Шестеренные насосы выпускаются серии НШ (табл. 1.7), причем насосы первых трех марок полностью унифицированы по конструкции и отличаются только шириной зубчатых колес; остальные их детали, за исключением корпуса, взаимозаменяемы. Насосы НШ могут быть выполнены обратимыми и могут работать как гидродвигатели.

У лопастного (шиберного) насоса (рис. 1.19) вращающиеся части имеют малый момент инерции, что позволяет изменять скорость с большими ускорениями, при незначительных повышениях давления. Принцип его действия заключается в том, что вращающийся ротор о помощью лопастей-шиберов, свободно скользящих в пазах, засасывает жидкость в пространство между лопастями через подводящее отверстие и подает ее в сливную полость далее через сливйде отверстие к рабочим механизмам.

Лопастные насосы также могут быть выполнены обратимыми и использованы для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию вращательного движения вала. Характеристика насосов приведена в табл. 1.8.

Аксиально-поршневые насосы получили применение главным образом в гидроприводах с повышенным Давлением в системе и относительно высоких мощностях (20 л. с. и более). Они допускают кратковременные перегрузки и работают с высоким КПД. Насосы этого типа чувствительны к загрязнению масла и поэтому при проектировании гидроприводов с такими насосами предусматривают тщательную фильтрацию жидкости.

Таблица 1.8
Техническая характеристика лопастных (шиберных) насосов

Насос типа 207 (рис. 1.20) состоит из приводного вала, семи поршней с шатунами, радиального и сдвоенного ра-диально-упорного шарикоподшипников, ротора, который центрируется сферическим распределителем и центральным шипом. За один оборот приводного вала каждый поршень совершает один двойной ход, при этом поршень, выходящий из ротора, засасывает рабочую жидкость в освобождаемый объем, а при движении в обратном направлении вытесняет жидкость в напорную магистраль. Изменение величины и направления потока рабочей жидкости (реверсирование насоса) осуществляется изменением угла наклона поворотного корпуса. С увеличением отклонения поворотного корпуса от положения, при котором ось приводного вала совпадает с осью ротора, ход поршней увеличивается, и подача насоса изменяется.

Рекомендуется к прочтению  Справочник: Определение типа АКПП по марке автомобиля

Рис. 1.20. Аксиально поршневой регулируемый насос типа 207:
1 — приводной вал; 2, 3 — шарикоподшипники; 4 — шатун; 5 — поршень; 6 — ротор; 7 — сферический распределитель; 8 — поворотный корпус; 9 — центральный шип

Таблица 1.9
Техническая характеристика аксиально-поршневых регулируемых насосов

Насосы выпускают различной подачи и мощности (табл. 1.9) и в различных конструктивных исполнениях: с разными способами присоединения, с подпиткой, с обратными клапанами и с регуляторами мощности типа 400 и 412. Регуляторы мощности автоматически обеспечивают изменение угла наклона поворотного корпуса в зависимости от давления, сохраняя постоянную приводную мощность при определенной частоте вращения приводного вала.

Для обеспечения большей подачи выпускают сдвоенные насосы типа 223 (табл. 1.9), состоящие из двух унифицированных качающих узлов насоса типа 207, устанавливаемых параллельно в общем корпусе.

Аксиально-поршневые нерегулируемые насосы типа 210 (рис. 1.21) являются обратимыми и могут использоваться в качестве гидромоторов. Конструкция качающего узла у этих насосов аналогична насосу типа 207. Насосы-гидромоторы типа 210 выпускают различной подачи и мощности (табл. 1.10) и, как и насосы типа 207, в различных конструктивных исполнениях. Направление вращения приводного вала насоса правое (со стороны вала), а для гидромотора — правое и левое.

Рис. 1.21. Аксиально-поршневой нерегулируемый насос типа 210:
1 -в приводной вал; 2, 3 — шарикоподшипники; 4 — поворотная шайба; 5 — шатунз 6 -э поршень; 7 — ротор; 8 — сферический распределитель; 9 — крышка; 10 — центральный шип; 11 — корпус

Насос НПА-64 выпускается в одном исполнении; он является прототипом конструкции насосов семейства 210.

Гидроцилиндры. В машиностроении применяют силовые гидроцилиндры для превращения энергии давления рабочей жидкости в механическую работу механизмов с возвратно-поступательным движением.

Таблица 1.10
Техническая характеристика аксиально-поршневых нерегулируемых насосов-гидромоторов

По принципу действия гидроцилиндры бывают одностороннего и двустороннего действия. Первые развивают усилие только в одном направлении — на выталкивании штока поршня или плунжера. Обратный ход совершается под действием нагрузки той части машины, с которой сопряжен шток или плунжер. К таким цилиндрам относятся телескопические, обеспечивающие большой ход за счет выдвижения телескопических штоков.

Цилиндры двустороннего действия работают под действием давления жидкости в обоих направлениях и бывают с двусторонним (сквозным) штоком. На рис. 1.22 показан наиболее широко применяемый нормализованный гидроцилиндр двустороннего действия. Он имеет корпус, в котором помещен подвижной поршень, закрепленный на штоке с помощью корончатой гайки и шплинта. Поршень уплотнен в корпусе манжетами и резиновым кольцом круглого сечения, вставленным в проточку штока. Манжеты прижаты к стенкам цилиндра дисками. Корпус с одной стороны закрыт приваренной головкой, с другой — навинченной крышкой с буксой, сквозь которую проходит шток с проушиной на конце. Уплотнение штока также осуществлено манжетой с диском в сочетании с резиновым кольцом круглого сечения. Основная нагрузка воспринимается манжетой, а уплотнительное кольцо, имеющее предварительный натяг, обеспечивает герметичность подвижного соединения. Для повышения долговечности манжетного уплотнения перед ним установлена защитная фторопластовая шайба.

Выход штока уплотнен сальником-грязесъемником, очищающим шток от налипающих пыли и грязи. В головке и крышке цилиндра имеются каналы и нарезные отверстия для присоединения питающих маслопроводов. Проушины в готовке цилиндра и штоке служат для присоединения цилиндра посредством шарниров к несущим конструкциям и рабочим органам. При подаче масла в поршневую полость цилиндра шток выдвигается, а при подаче в штоковую полость — втягивается в цилиндр. В конце хода поршня хвостовик штока, а в конце противоположного хода — втулка штока утапливаются в расточки головки и крышки, оставляя при этом узкие кольцевые зазоры для вытеснения жидкости. Сопротивление проходу жидкости в этих зазорах замедляет ход поршня и смягчает (демпфирует) удар при его упоре в головку и крышку корпуса.

В соответствии с ГОСТом выпускаются основных типоразмеров унифицированных гидроцилиндров G внутренним диаметром цилиндра от 40 до 220 мм с различной длиной и ходами штока на давление 160—200 кгс/см2. Каждый типоразмер гидроцилиндра имеет три основных исполнения: с проушинами на штоке и головке цилиндра с подшипниками; в проушиной на штоке и цапфе на цилиндре для осуществления его качания в одной плоскости; со штоком, имеющим резьбовое отверстие или окончание, а на торце головки цилиндра — резьбовые отверстия под болты для крепления рабочих элементов.

Гидрораспределители управляют работой гидродвигателей объемных гидросистем, направляют и перекрывают потоки масла в трубопроводах, соединяющих агрегаты гидросистемы. Применяют чаще всего золот‘никовые распределители, которые выпускают в двух исполнениях; моноблочном и секционном. У моноблочного распределителя все золотниковые секции выполнены в одном литом корпусе, число секций постоянное. У секционного распределителя каждый золотник установлен в отдельном корпусе (секции), присоединяемом к таким же смежным секциям. Число секций разборного распределителя можно уменьшить или увеличить путем перемонтажа. В эксплуатации при неисправности одного золотника можно заменить одну секцию, не бракуя в целом весь распределитель.

Моноблочный трехсекционный распределитель (рие. 1.23) имеет корпус, в котором установлены три золотника и перепускной клапан, опирающийся на седло. Посредством рукояток, установленных в крышке, водитель переставляет золотники в одно из четырех рабочих положений: нейтральное, плавающее, подъема и опускания рабочего органа. В каждом положении, кроме нейтрального, золотник фиксируется специальным устройством, а в нейтральном — возвратной (нуль-установочной) пружиной.

Из фиксированных положений подъема и опускания золотник возвращается в нейтральное автоматически или вручную. Фиксирующие и возвратные устройства закрыты крышкой, прикрепленной снизу к корпусу болтами. Золотник имеет пять проточек, осевое отверстие в нижнем конце и поперечное отверстие в верхнем конце под шаровой поводок рукоятки. Поперечный канал соединяет осевое отверстие золотника с полостью высокого давления корпуса в положениях подъема и опускания.

Рис. 1.23. Моноблочный трехсекционный гидрораспределитель с ручным управлением!
1 — верхняя крышка; 2 — золотник; 3 —. корпус; 4 — бустер; 5 — сухарик; 6 — втулка; 7 — корпус фиксаторов; 8 — фиксатор; 9 — фасонная втулка; 10 — возвратная пружина; 11 — стакан пружины; 12 — винт золотника; 13 — нижняя крышка; 14 ш. седло перепускного клапана; 15 — перепускной клапан; 16 —рукоятка

Шарик клапана посредством бустера и сухарика прижат пружиной к торцу отверстия золотника, соединенного с его поверхностью поперечным каналом. Золотник охватывает втулка, соединенная с сухариком с помощью штифта, который пропущен сквозь продолговатые окна золотника.

При возрастании в системе давления до максимального шарик клапана отжимается вниз под действием жидкости, посту-пающей через поперечный канал из полости подъема или опускания в осевое отверстие золотника. При этом бустер отодвигает вниз сухарик 5 вместе с втулкой до упора во втулку. Для жидкости открывается выход в сливную полость, и давление в полости нагнетания распределителя уменьшается, Клапан 15 отсекает полость слива от полости нагнетания, так как он постоянно прижат пружиной к седлу. Поясок клапана имеет отверстие и кольцевой зазор в расточке корпуса, по которым сообщаются полости нагнетания и управления.

При работе с нормальным давлением в полостях над и под пояском перепускного клапана устанавливается одинаковое давление, так как эти полости сообщены посредством кольцевого зазора и отверстия в пояске. Детали 7—12 составляют устройство для фиксации положений золотника.
па рис. 1.24 показаны положения деталей фиксирующего Устройства применительно к рабочим положениям золотника.

Рис. 1.24. Схема работы фиксирующего устройства золотника моноблочного гидрораспределителя :
а — нейтральное положение; б — подъем; в — опускание; г — плавающее положение; 1 — выжимная втулка; 2 — верхняя фиксаторная пружина; 3 — корпус фиксатора; 4 — нижняя фиксаторная пружина; 5 — опорная втулка; 6 — втулка пружины; 7 — пружина; 8 — нижний стакан пружины; 9 — винт; 10 — нижняя крышка распределителя; 11 ~ корпус распределителя; 12 — золотник; 13 — полость опускания

Нейтральное положение золотника фиксируется пружиной, разжимающей до упора стакан и втулку. В остальных трех положениях пружина сжата больше и стремится раздаться для возврата золотника в нейтральное положение. В этих положениях кольцевые фиксаторные пружины западают в проточки золотника и стопорят его относительно корпуса.

Водитель может возвратить золотник в нейтральное положение. При движении рукоятки золотник сдвигается с места, кольцевые пружины отжимаются из проточек золотника, и. он возвращается в нейтральное положение разжимающейся пружиной.

Автоматически золотник возвращается в нейтральное положение при возрастании давления в полостях подъема или опускания до максимального. При этом внутренний шарик золотника отжимает втулку вниз, а торец этой втулки выталкивает кольцевую пружину в проточку корпуса. Золотник освобождается от стопорения. Дальнейшее передвижение золотника к нейтральному положению осуществляется пружиной, воздействующей на золотник через втулку и стакан, удерживаемый на золотнике винтом. Известны распределители с шариковыми фиксаторами вместо кольцевых пружин и с измененной конструкцией бустера и шарового клапана.

При нейтральном положении золотника полость над пояском перепускного клапана соединяется со сливной полостью распределителя клапана. В этом случае давление в полости управления уменьшается по сравнению с давлением в нагнетательной полости, благодаря чему клапан поднимается, открывая путь на слив, а золотник отсекает полости исполнительного цилиндра (или нагнетательный и сливной маслопроводы гидродвигателя) от напорного и сливного трубопроводов системы.

В положении подъема рабочего органа золотник соединяет напорный клапан с соответствующей полостью цилиндра и одновременно другую полость цилиндра со сливным каналом распределителя. При этом он перекрывает канал полости управления над пояском перепускного клапана, благодаря чему давление в ней и в полости нагнетания (под пояском клапана) выравнивается, пружина прижимает клапан к седлу, отсекая полость слива от полости нагнетания.

В положении опускания рабочего органа золотник изменяет на противоположное соединение полостей напора и слива с полостями исполнительного цилиндра. При этом он одновременно перекрывает канал полости управления перепускного клапана, благодаря чему клапан устанавливается в положение прекращения перепуска.

В плавающем положении рабочего органа золотник отсекает от напорного канала распределителя обе полости исполнительного цилиндра и соединяет их со сливной полостью. Одновременно он соединяет канал полости управления перепускного клапана со сливным каналом распределителя. При этом давление над пояском клапана уменьшается, клапан приподнимается с седла, сжимая пружину и открывая маслу путь из напорной полости в полость слива.

Распределители других типов и размеров конструктивно отличаются от описанного размещением и формой каналов и полостей корпуса, поясков и проточек золотников, а также компоновкой перепускного и предохранительного клапанов. Бывают распределители трехпозиционные, у которых нет плавающего положения золотника. Для управления гидродвигателями плавающее положение золотника не требуется. Вращением двигателя в прямом и обратном направлениях управляют установкой золотника в одно из двух крайних положений.

Для тракторного оборудования и дорожных машин широко используют моноблочные распределители производительностью 75 л/мин: двухзолотниковые типа Р-75-В2А и трехзолотниковые Р-75-ВЗА, а также трехзолотниковые распределители Р-150-ВЗ производительностью 160 л/мин.

На рис. 1.25 показан типовой (нормализованный) секционный распределитель с ручным управлением, состоящий из напорной, рабочей трехпозиционной, рабочей четырехпозиционной и сливной секций. При нейтральном положении золотников рабочих секций жидкость, поступающая от насоса по переливному каналу, свободно сливается в бак. При перемещении золотника в одно из рабочих положений переливной канал перекрывается с одновременным открытием напорного и сливных каналов, которые поочередно соединяются с отводами к гидроцилиндрам или гидромоторам.

Рис. 1.25. Секционный распределитель с ручным управлением:
1 — напорная секция; 2 — рабочая трехпозициоаная секция; 3, 5 — золотники; 4 — рабочая четырехпозиционная секция; 6 — сливная секция; 7 — отводы; 8 —предохранительный клапан; 9 — переливной канал; 10 — сливной канал; 11 — валорный канал; 12 — обратный клапан

При перемещении золотника четырехпозиционной секции в плавающем положении напорный канал закрыт, переливной канал открыт, а сливные каналы соединены с отводами.

В напорной секции встроен предохранительный конический клапан дифференциального действия, ограничивающий давление в системе, и обратный клапан, исключающий противоток рабочей жидкости из гидрораслределителя во время включения золотника.

Трехпозиционные и четырехпозиционные рабочие секции различаются только системой фиксации золотника. К рабочим трех-позиционным секциям при необходимости можно присоединять блок перепускных клапанов и золотник дистанционного управления. Распределители собирают из отдельных унифицированных секций — напорных рабочих (различных по назначению), промежуточных и сливных. Секции распределителя стягивают между собой болтами. Между секциями находятся уплотнительные пластины с отверстиями, в которые устанавливают круглые резиновые кольца, уплотняющие стыки. Определенная толщина пластин позволяет при затяжке болтов иметь одинарную деформацию резиновых колец по всей плоскости стыка секции. Различные компоновки распределителей показаны на гидравлических схемах при описании машин.

Устройства управления потоком рабочей жидкости. К ним относятся реверсивные золотники, клапаны, дроссели, фильтры, трубопроводы и соединительная арматура.

Реверсивный золотник представляет собой одно-секционный трехпозищюнный распределитель (одно нейтральное и два рабочих положения) и служит для реверсирования потока рабочей жидкости и изменения направления движения исполнительных механизмов. Реверсивные золотники могут быть с ручным (типа Г-74) и электрогидравлическим управлением (типа Г73).

Электрогидравлические золотники имеют два электромагнита, соединенных с золотниками управления, перепускающими жидкость к главному золотнику. Такие золотники (типа ЗСУ) часто применяют в системах автоматики.

Клапаны и дроссели предназначены для предохранения гидросистем от чрезмерного давления рабочей жидкости. Применяются предохранительные клапаны (типа Г-52), предохранительные клапаны с переливным золотником и обратные клапаны (типа Г-51), предназначенные для гидравлических систем, в которых поток рабочей жидкости пропускается только в одном направлении.

Дроссели (типа Г-55 и ДР) предназначены для регулирования скорости перемещения рабочих органов путем изменения величины потока рабочей жидкости. Применяют дроссели совместно с регулятором, что обеспечивает равномерную скорость движения рабочих органов независимо от нагрузки.
Фильтры предназначены для очистки рабочей жидкости от механических примесей (с тонкостью фильтрации 25, 40 и 63 мкм) в гидросистемах машин и устанавливаются в магистрали (отдельно монтируемые) или в баках рабочей жидкости. Фильтр представляет собой стакан с крышкой и отстойной пробкой. Внутри стакана находится полый стержень, на котором устанавливают нормализованный комплект сетчатых фильтрующих дисков или бумажный фильтрозлемент. Фильтрующие диски набирают на стержень и стягивают болтом. Собранный фильтропакет ввертывают в крышку. Бумажный фильтрозлемент представляет собой гофрированный цилиндр из фильтровальной бумаги с подслойной сеткой, соединенный по торцам металлическими крышками с помощью эпоксидной смолы. В крышках устроены отверстия для подвода и отвода жидкости, а также вмонтирован перепускной клапан. Дидкость проходит через фильтрующий элемент, попадает в полый стержень и очищенная выходит в бак или в магистраль.

Рекомендуется к прочтению  Любимая тема. Полный привод

Трубопроводы и соединительная арматура. Номинальный проход трубопроводов и их соединений должен быть, как правило, равен внутреннему диаметру труб и каналов соединительной арматуры. Наиболее распространены номинальные внутренние диаметры трубопроводов 25, 32, 40 мм и реже 50 и 63 мм. Номинальное давление 160—200 кгс/см2. Проектируются гидроприводы на номинальное давление 320 и 400 кгс/см2, что значительно уменьшает размеры трубопроводов и гидроцилиндров.

До размера 40 мм наиболее употребительны резьбовые штуцерные соединения стальных труб, для размеров выше указанного применяют фланцевые соединения. Жесткие трубопроводы изготовляют из стальных цельнотянутых труб. Соединяют трубопроводы посредством врезающихся колец, которые при затяжке плотно обжимаются вокруг трубы. Таким образом, соединение, включающее трубу, накидную гайку, врезающееся кольцо и штуцер, может быть многократно разобрано и собрано без потери герметичности. Для подвижности соединения жестких трубопроводов применяют поворотные соединения.

Эластичные трубопроводы (резинотканевые рукава) применяют для соединения подвижных элементов гидропривода, а также для облегчения сборки и получения быстроразборных соединений. Рукав состоит из внутреннего резинового слоя, хлопчатобумажных и металлических оплеток из высокопрочной проволоки, промежуточного и наружного резинового слоев. На концах рукавов, имеющих нормализованные длины, крепятся наконечники с накидными гайками и нажимными кольцами для присоединения.

Мощные, экономичные, популярные
Гидросистемы современной дорожно-строительной техники

Мы побеседовали с рядом специалистов по гидравлическому оборудованию дорожно-строительной техники. Познакомим читателей с их видением нынешнего этапа развития этой отрасли.

Несмотря на прогресс, принципиальное устройство гидросистем дорожно-строительных машин не меняется, по крайней мере, уже в течение 25 лет. Гидравлические системы любой сложности состоят из одних и тех же базовых компонентов: источник энергии (обычно двигатель внутреннего сгорания), исполнительные механизмы (силовые цилиндры и гидромоторы), а также аппаратура управления потоком жидкости и защиты системы от перегрузок (гидрораспределитель).

И все же за этот период производители перешли от гидромеханических систем к электрогидравлическим. Чем же характеризуются современные электрогидравлические гидросистемы?

Регулирование производительности в зависимости от нагрузки

Одним из наиболее значительных усовершенствований в конструкции гидросистем стало использование электроники для согласования работы систем и агрегатов машины. В состав гидросистем стали вводить датчики, позволяющие измерять величины рабочего давления в системе, и на основе этих данных автоматически регулировать производительность гидросистемы в зависимости от нагрузки на машину. Система с помощью датчиков отслеживает давление в гидроконтурах и подает команды насосу и гидрораспределителю, обеспечивая необходимый расход жидкости в нужном гидроконтуре.

Производительность регулируется за счет использования гидронасосов с переменным объемом. Этот насос путем изменения величины рабочего хода развивает только такую производительность, какая необходима в данный момент, и только когда необходимо подавать жидкость, что существенно повышает к.п.д. системы. Сократилось время реагирования гидросистемы на изменение нагрузки.

Традиционно в большинстве строительных машин использовались гидронасосы с постоянным рабочим объемом или шестереночные. Такие насосы подавали жидкость постоянно, даже когда гидравлическое оборудование не работало. Если нужно было выполнить нетяжелую работу, то большая часть потока гидравлической жидкости, создававшегося насосом, сбрасывалась редукционным клапаном обратно в гидробак и мощность двигателя затрачивалась на бесполезную работу, в результате расходовалось лишнее топливо, и система перегревалась.

Использование в системе не одного, а нескольких гидронасосов также позволяет регулировать производительность и энергозатраты. Применяя несколько гидронасосов, обеспечивающих независимую работу гидроконтуров рулевого управления и рабочего оборудования, можно подобрать производительность насосов к необходимой мощности в данном контуре и за счет этого уменьшить потери на дросселирование. Насосы могут располагаться последовательно или параллельно.

Одновременное выполнение нескольких операций, повышение рабочего давления

Один из способов повышения рентабельности – дать возможность машине одновременно выполнять несколько операций, например работать стрелой, рукоятью ковша и поворачивать надстройку экскаватора, не теряя при этом скорости работы и мощности. Для выполнения подобной задачи очень полезна система управления, регулирующая производительность гидросистемы в зависимости от нагрузки. Разработаны современные высокопроизводительные гидросистемы, обеспечивающие за счет увеличения рабочего давления и расхода потока возможность выполнения машиной сразу нескольких операций.

С течением времени гидравлическое оборудование строительных машин развилось из систем низкого давления «с открытым центром» в электрогидравлические системы с намного более высоким давлением «с закрытым центром». Лет тридцать назад давление в 20 МПа считалось высоким. Сегодня оно уже рассматривается как низкое. Во многих гидросистемах, рассчитанных на работу со сменным навесным оборудованием, рабочее давление составляет 28 МПа. У большинства современных экскаваторов давление в гидросистеме – 34,5 МПа, а в большинстве гидростатических ходовых систем развивается давление в 41,5 МПа.

Стимулом для повышения рабочего давления также является возможность уменьшить размеры исполнительного механизма. За счет повышения давления можно получать такое же усилие, используя гидроцилиндр меньшего диаметра. Для приведения в действие с такой же скоростью гидроцилиндра меньшего диаметра требуется меньший поток жидкости в контуре. Это, в свою очередь, позволяет использовать в системе гидронасос меньшего размера. Таким образом, за счет повышения давления всю систему можно сделать более компактной, но при этом она будет развивать такую же общую мощность, как и прежняя, то есть повысится ее удельная плотность энергии.

Повышение универсальности машин

Современные гидросистемы высокого давления и производительности увеличивают универсальность машины. Вместо нескольких узкоспециализированных машин, для которых не всегда находится работа и им приходится простаивать, на одном, например, погрузчике с бортовым поворотом просто устанавливается различное навесное оборудование, за счет чего увеличиваются его производительность, коэффициент использования и экономическая отдача.

Снижение утомляемости оператора

Производители современной дорожно-строительной техники стремятся уменьшить утомляемость оператора во время работы. От механических рычагов и педалей органы управления гидравлическим оборудованием эволюционировали в электронное управление. Электрогидравлические системы обеспечивают намного более простое управление функциями машины с помощью короткоходных джойстиков и значительно уменьшают усилие, которое приходится прикладывать к рычагу джойстика. Следует заметить, что некоторые строители по-прежнему предпочитают простые системы управления с помощью механических педалей, потому что они надежны и сравнительно недороги, но джойстики, которые намного удобнее для оператора, приобретают все большую популярность.

Некоторые производители обеспечивают оператору возможность выбора любого из трех типов управления: рулевое с помощью рычагов и гидросисте-мой – педалями; более усовершенствованная система с педалями и рычагами управления подъемом стрелы и ковшом; джойстик для управления ходом машины и работой гидравлического оборудования.

Автоматизация функций управления

Электрогидравлические системы позволяют поддерживать функции автоматического или полуавтоматического управления функциями машины, за счет чего не только появилась возможность выбора режима работы, уменьшается время выполнения цикла и повышается точность работы, но и вообще упрощается и облегчается эксплуатация машины. Электронные системы автоматического управления повышают производительность машин и упрощают работу оператора. Даже неопытный оператор сможет выполнять работы с высоким качеством за счет автоматизации управления, а опытные операторы смогут быстрее освоить управление новой машиной и увеличить производительность, то есть выполнять работы больше, чем раньше.

Например, повышают производительность труда оператора такие автоматические функции, как ограничение высоты подъЖЖЖема ковша и уменьшение раскачивания ковша при движении машины. Когда машина внедряет ковш в штабель материала, она работает жестко и резко, но как только погрузчик, набрав материал в ковш, отъезжает от штабеля, автоматически включается функция ограничения раскачивания ковша, обеспечивающая плавное движение машины. Все эти ограничения можно задать не выходя из кабины. Для замены навесного оборудования раньше требовались 1–2 человека и несколько минут времени. Теперь благодаря автоматизации оператор выполняет эту операцию за считаные секунды не выходя из кабины.

Нивелирование ранее производилось по столбикам, мерной ленте и натянутым шнурам. Сегодня оно выполняется средствами лазерной, ультразвуковой и спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС намного проще, быстрее и точнее. Например, у автогрейдеров автоматическая функция управления отвалом дает возможность оператору сосредоточить внимание на одном конце отвала, в то время как бортовой компьютер контролирует положение другого конца. Это позволяет увеличить скорость движения машины при нивелировании и обеспечивает более точное выполнение работы. У некоторых бульдозеров в системе управления гидросистемой имеется несколько режимов управления отвалом. Например, при выполнении финишной планировки можно уменьшить скорость выполнения команд и сделать движения очень плавными. Если же бульдозер перемещает большие массы земли, управление можно сделать более быстрым и резким.

Это только несколько примеров, когда гидросистема облегчает и упрощает работу оператора и повышает его производительность.

Техобслуживание современных гидросистем

Многие операции техобслуживания (ТО) приходится выполнять самому оператору. Поэтому от того, насколько меньше он будет затрачивать времени на выполнение всех необходимых операций ТО и утомляться при этом, зависит общая производительность его труда.

С точки зрения техобслуживания современные гидросистемы во многом похожи на предшествующие: также требуется вовремя заменять жидкость, фильтры и по мере выработки ресурса гидравлические компоненты. Однако в результате усовершенствования эксплуатационных характеристик гидравлических жидкостей и использования в их составе новых присадок сроки службы жидкостей и интервалы техобслуживания увеличились до нескольких тысяч моточасов.

Чистота гидравлической жидкости

Часто причиной неисправностей и падения производительности гидросистем бывает загрязнение. Дорожно-строительные машины, как правило, работают в условиях высокой запыленности, в грязи, в окружении множества потенциальных источников загрязнения. Загрязнения могут легко попасть в гидросистему при замене навесного оборудования, если на разъемах РВД налипла грязь. Люди, обслуживающие машину, должны следить, чтобы не внести загрязнения и влагу в гидросистему, например, при заправке жидкости через грязную воронку или при выполнении работы грязным инструментом.

Современные, более сложные электрогидравлические системы еще более чувствительны к загрязнениям. Поэтому рекомендуется фильтровать заправляемую жидкость, чего, к сожалению, большинство операторов и сервисменов не делают. Рекомендуется также использовать гидравлическую жидкость с увеличенным сроком службы, чтобы увеличить интервалы ТО, благодаря чему оператор будет реже открывать крышку гидробака, и, следовательно, вероятность попадания через нее загрязнений в гидробак уменьшится. Гидравлическая жидкость должна быть высокого качества и рассчитана на те температуры окружающего воздуха и прочие климатические условия, при которых эксплуатируется машина.

Жидкость должна качественно фильтроваться при работе в системе. То, что считалось достаточно чистым 20 лет назад, сейчас просто неприемлемо. Некоторые производители для увеличения интервалов ТО стали использовать гидравлические фильтры увеличенной емкости, другие используют фильтрующие элементы из материалов повышенного качества или с меньшими размерами ячеек. Для уменьшения вероятности попадания загрязнений некоторые производители современных дорожно-строительных машин устанавливают воздушные фильтры в сапуне гидробака, обеспечивают многоступенчатую фильтрацию жидкости в гидросистеме, начиная с сетчатого фильтра на заборнике в гидробаке и заканчивая фильром в сливной магистрали.

Не соответствующая потребностям фильтрация также может отрицательно влиять на производительность машины. Если, например, фильтры засорятся, на прокачивание жидкости в системе будет затрачиваться больше мощности. Рекомендуется заменять гидравлические фильтры не реже одного раза в шесть месяцев и один раз в год следует проводить общее ТО машины, в том числе заменять жидкость в гидросистеме, топливные фильтры: тонкой очистки и фильтр-отстойник.

Рекомендуется регулярно, примерно через 500 моточасов, проводить лабораторные анализы, отслеживая степень загрязнения жидкости и наличие в ней необычных частиц, свидетельствующих о наличии повышенного износа тех или иных компонентов, особенно если машина эксплуатируется в тяжелых условиях. Фитинги для отбора проб и замеров показателей на современных машинах легко доступны с уровня земли, чтобы упростить регулярные проверки. У некоторых производителей гидросистемы оснащаются краном для слива отстоя, это уменьшает вероятность попадания загрязнений в жидкость, возвращающуюся в гидробак.

Бортовые системы самодиагностики

В определенной мере современные гидросистемы стали проще в обслуживании. У традиционных гидромеханических систем иногда было сложно найти причину неисправности. В электронную систему управления электрогидравлических систем может быть встроена функция самодиагностики, которая ускоряет и упрощает поиск и устранение неисправностей. Электронная система управления теперь обеспечивает взаимосвязь между гидросистемой и оператором, это важный этап в развитии и улучшении рабочих характеристик гидросистем. Дисплей на панели приборов позволяет операторам и специалистам по сервису контролировать величины давления в гидросистеме и диагностировать неисправности, а также узнавать срок очередного ТО, находясь в кабине и не подсоединяя к системе компьютер.

Гидравлический привод

Гидравлический привод (гидропривод, гидравлическая передача) — 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.).

История

В 1795 году английский изобретатель Брама изобрел гидравлический пресс.

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:

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.

Рекомендуется к прочтению  Как работает коробка переключения передач в электромобиле

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 запаздывания).

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.

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).

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).

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 1930—1940-х годов, 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.

Широкое распространение получил гидропривод в авиации. Насыщенность современных самолётов системами гидропривода такова, что общая длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров. В последнее время в авиации существует тенденция перехода на электронные системы управления (ЭДСУ) гидроприводами, заменяющие гидравлическую логику и цепи на электронные.

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 10-20 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.

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, или дороговизна масел на основе ПАО;
  • 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.

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), которому помогал Генри Модсли, и в 1797 году первый в истории гидравлический пресс был построен.

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

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 (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. 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.

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.

Источник https://stroy-technics.ru/article/gidravlicheskie-peredachi-dorozhnykh-mashin

Источник https://os1.ru/article/8025-gidrosistemy-sovremennoy-dorojno-stroitelnoy-tehniki-moshchnye-ekonomichnye-populyarnye

Источник https://racechrono.ru/stati/11409-gidravlicheskiy-privod.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: