Гидропривод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидропривод

Гидропривод - это совокупность гидромашин (насосов, гидродвигателей), гидроаппаратуры, гидролиний и вспомогательных устройств, предназначенная для передачи энергии и преобразования движения с помощью жидкости, а также для приведения механизмов и машин в действие.

Гидроаппаратура управляет, регулирует и защищает гидропривод от чрезвычайно высоких и низких давлений жидкости. Среди разнообразных аппаратов можно выделить три наиболее характерных типа: гидрораспределители, клапаны и дроссели.

Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ее качество и требуемое состояние. Это различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы. Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется рабочая жидкость.

Гидравлический объемный привод имеет следующие преимущества: меньшую массу и габариты по сравнению с механическим и электрическим, так как в большинстве случаев в нем отсутствуют редукторы, муфты, фрикционные передачи, каналы и пр.; просто и более совершенно компонуется независимо от расположения валов и узлов; характеризуется малой инерционностью, что обеспечивает его долговечность и позволяет осуществлять реверсирование рабочих движений за короткий промежуток времени; обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости движения рабочих органов; надежно и просто защищается от перегрузок рабочих органов и двигателя; дает возможность широко применять стандартизованные и унифицированные узлы, что позволяет снизить себестоимость и облегчает его эксплуатацию и ремонт. В качестве рабочих жидкостей здесь применяют минеральные масла, которые одновременно обеспечивают смазку деталей гидропривода и повышают их износостойкость.

Однако гидравлический привод имеет и некоторые недостатки. Так, вследствие проникновения воздуха в рабочую жидкость его движение может сопровождаться толчками, что отрицательно влияет на равномерность движений рабочих органов. Во избежание больших утечек жидкости зазоры между сопрягаемыми деталями должны быть минимальными, а это обеспечивается высокой точностью их изготовления, что приводит к повышению стоимости гидропривода. Уплотнения не обеспечивают полной герметизации узлов, в результате чего уменьшается КПД и загрязняется рабочее место. Один из недостатков гидропривода - изменение вязкости рабочей жидкости в зависимости от изменения температуры, что нарушает его работу.

Классификация. Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии, т. е. жидкость под давлением. По виду источника энергии гидроприводы разделяются на три типа: насосные, аккумуляторные и магистральные.

1. Насосный гидропривод - это гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода. Такие гидроприводы применяют наиболее широко. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает во всасывающую гидролинию насоса) и гидроприводы с разомкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак). Для привода насоса в насосном гидроприводе могут быть использованы различные двигатели.

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

3. Магистральный гидропривод - это такой гидропривод, в котором рабочая жидкость поступает в гидродвигатель из гидромагистрали, не являющейся составной частью гидропривода. Напор рабочего тела в гидромагистрали создается нагнетателем, состоящим из одного или нескольких насосов и питающим несколько гидроприводов (централизованная система питания).

По характеру движения выходного звена различают объемные гидроприводы:

поступательного движения - с возвратно-поступательным движением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидроцилиндров;

поворотного движения - с возвратно-поступательным движением выходного звена на угол менее 360° и с поворотными гидродвигателями;

вращательного движения -7 с вращательным движением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидромоторов.

В зависимости от наличия устройств для регулирования скорости выходного звена различают объемные гидроприводы: нерегулируемые, регулируемые и стабилизированные.

Гидропривод, в котором отсутствует устройство для изменения скорости выходного звена, называют нерегулируемым, а гидропривод, в котором скорость выходного звена поддерживается постоянной при изменении внешних воздействий - стабилизированным. Регулируемый гидропривод, в котором выходное звено повторяет движение звена управления, называют следящим гидроприводом.

Гидропривод, который приводится в действие механическим воздействием и работает по методу сообщающихся сосудов, является безнасосным. Его применяют для управления муфтами сцепления, тормозами и другими механизмами. Преимущества безнасосного гидропривода: простота устройства, надежность эксплуатации и возможность передачи усилий с помощью жидкости в самые труднодоступные места.

В качестве приводов станков, прокатных станов, прессового и литейного оборудования, дорожных и строительных машин, транспортных и сельскохозяйственных машин и другого подобного оборудования широко используют регулируемые гидроприводы. Широкое применение в сельскохозяйственных предприятиях из-за простоты конструкции и хорошего охлаждения жидкости в процессе эксплуатации получили гидроприводы с разомкнутой системой циркуляции рабочей жидкости.

Элементы гидропривода. Элементами гидропривода являются гидродвигатель, контрольно-измерительная и распределительная аппаратура, кондиционеры рабочей жидкости, гидроаккумуляторы и др.

Гидродвигатель - это машина, которая предназначена для преобразования механической (гидравлической) энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию движения выходного звена.

По виду движения выходного звена различают три класса объемных гидродвигателей, применяемых в гидроприводах:

гидроцилиндры, которые имеют поступательное движение выходного звена; при этом различают поршневые, плунжерные, телескопические и мембранные гидроцилиндры одно и двухстороннего действия;

гидромоторы, имеющие неограниченное вращательное движение выходного звена. По конструкции гидромоторы делятся на шестеренные, винтовые, пластинчатые и аксиально-поршневые;

поворотные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена (а < 360°), к которым относят пластинчатые, поршневые, мембранные, одно-, двух- и трехлопастные.

Гидроаппаратура предназначена для регулирования движения силового органа, поддержания заданного давления в гидросистеме и выходных звеньях при разных режимах работы гидропривода.

В гидроаппаратуру входят гидравлические дроссели (регулируемые, линейные и нелинейные), гидроклапаны (предохранительные, шариковые, конические, напорные, редукционные, обратные, гидравлические замки), а также гидрораспределители (золотниковые, клапанные и крановые).

К вспомогательным устройствам относятся гидробаки открытого и закрытого типов, уплотнители, в качестве которых используют поршневые кольца и манжеты, а также гидроаккумуляторы.

Гидроаккумуляторы используют для подачи жидкости при работе гидропривода. Они предназначены для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением.

По способу накопления потенциальной энергии различают гидроаккумуляторы грузовые и с упругим элементом, по конструкции - со свободной поверхностью, поршневые, мембранные, малогабаритные, пружинные и инерционные. Фильтры применяют сетчатые, пластинчатые и войлочные, а также с предохранительным клапаном, грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки.

В гидроприводах станков и машин применяют стальные бесшовные и реже медные трубы.

Принцип действия и характеристики

Объемный гидропривод содержит источник энергии, которым служит жидкость под давлением. Гидропривод применяют для передачи давления при малой сжимаемости капельных жидкостей, работа которых основана на использовании закона Паскаля. Принципиальная схема простейшего гидропривода показана на рис. 8.1. Гидропривод состоит из двух цилиндров (малого 1 и большого 2), заполненных жидкостью и соединенных между собой трубопроводом. В малом цилиндре 1 находится поршень, который под действием силы F1 перемещается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. При этом поршень цилиндра 2 начинает двигаться вверх и преодолевает нагрузку (силу) Fi.

По закону Паскаля давления в цилиндрах 7 и 2 будут одинаковыми и равными: р = F1/S1 = F2/S2, где S1 и S2 - площади поршней цилиндров 1 и 2, если пренебречь потерями давления в системе.

Считая жидкость практически несжимаемой, можно записать:

h1S1 = h1S1, или v1S1 = v2S2, где v1 и v2 - скорости перемещения поршней.

Затраченная на перемещение поршня мощность цилиндра 1 выражается соотношением N = Fv1 = pS1v1. Величина S1v1 является расходом жидкости, тогда при отсутствии сил трения условие передачи энергии можно представить в виде N = pQ = F2v2, где F2v2 - мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2; pQ - мощность потока жидкости.

Различают нагрузочные и топографические характеристики гидропривода. Для нескольких постоянных значений давления строят нагрузочные характеристики. Их наклон характеризует уменьшение частоты вращения выходного вала гидропривода с возрастанием давления из-за утечки и сжимаемости жидкости.

Рис.1 Схема простейшего гидропривода: 1, 2-- цилиндры

Принцип действия и свойства объемного гидропривода

гидропривод гидромашина гидроаппаратура гидролиния

Рис. 2. Схема действия объемного гидропривода:1 -- ручка, 2, 6 -- поршни, 3, 5 -- гидроцилнндры, 4 -- трубопровод

На рис. 2 показана схема, иллюстрирующая принцип действия объемного гидропривода. Два гидроцилиндра, заполненные жидкостью, соединены трубопроводом. В них установлены поршни разного диаметра. Оба поршня представляют собой стенки одного сосуда.

При перемещении поршня ручкой в направлении, показанном стрелкой, жидкость будет вытесняться из гидроцилиндра по соединительному трубопроводу в гидроцилиндр, приводя поршень в движение. Поршень пройдет путь, измеряемый отрезком /гь и вытеснит из гидроцилиндра объем жидкости, равный произведению площади рабочей поверхности поршня на пройденный им путь.

Мощность объемного гидропривода при неизменном потоке увеличивается пропорционально повышению давления жидкости в системе.

Объемный гидропривод состоит из объемного насоса и гидродвигателя, элементов управления, вспомогательных устройств и соединительных трубопроводов.

Насос преобразует механическую энергию в гидравлическую, а гидродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии. В рассмотренной выше схеме (на рис. 3) гидроцилиндр 3, к поршню которого приложено движущее усилие, является насосом, а гидроцилиндр 5 -- гидродвигателем. Поскольку движущее усилие можно приложить к любому из поршней, система является обратимой. Свойство обратимости весьма важно, так как оно позволяет использовать насос в качестве гидродвигателя и наоборот. Это упрощает эксплуатацию и уменьшает затраты на производство гидроаппаратуры.

В гидроприводах машин для строительства цементобетонных дорожных покрытий используют гидродвигатели прямолинейного возвратно-поступательного движения, называемые гидроцилиндрами, и гидродвигатели вращательного движения -- гидромоторы.

К элементам управления относятся гидрораспределители, дроссели, регуляторы и клапаны. Они управляют поступлением жидкости от насоса к гидродвигателю.

К вспомогательным устройствам относятся фильтры, теплообменники, гидроаккумуляторы, баки, измерительные приборы (манометры, термометры).

В зависимости от схемы циркуляции рабочей жидкости объемный гидропривод может быть с разомкнутой или замкнутой циркуляцией.

Рис. 3. Принципиальные схемы объемного гидропривода:
а -- с разомкнутой циркуляцией, б --с замкнутой циркуляцией; 1 -- бак, 2 -- нерегулируемый насос, 3, 13 -- предохранительные клапаны, 1 -- гидролиния, 5 -- гидрораспределитель, б -- гидроцилиндр, 7 -- дроссель, 8 -- фильтр, 9 -- регулируемый реверсивный насос, 10 -- обратный клапан, И -- гидромотор, 12 -- насос подпитки.

В объемном гидроприводе с разомкнутой циркуляцией (рис. 3, а) нерегулируемый насос засасывает рабочую жидкость из бака и подает ее по гидролинии к гидрораспределителю, а затем в одну из полостей гидроцилиндра 6. Жидкость

из противоположной полости гидроцилиндра вытесняется через гидрораспределитель и фильтр в бак, находящийся под атмосферным давлением. При нейтральном положении золотника гидрораспределителя (как показано на рисунке) рабочая жидкость из него через гидролинию сливается в бак. При перегрузке напорной линии рабочая жидкость через предохранительный клапан поступает в бак.

На рис. 3, б показана схема объемного гидропривода с замкнутой циркуляцией. В этой схеме жидкость от реверсивного регулируемого насоса поступает в гидромотор, совершает работу и по сливной гидролинии возвращается в насос. С атмосферой система не сообщается. Для предохранения ее от перегрузок служат клапаны. Они установлены так, что защищают систему как при прямом направлении движения, так и при реверсировании, когда сливная гидролиния становится напорной.

Гидропривод с замкнутой циркуляцией должен быть постоянно заполнен рабочей жидкостью, иначе в системе возникнет разрыв струи, который выведет систему из строя. Так как в работающем гидроприводе неизбежны утечки через неплотцости сопряженных сборочных единиц насоса, гидромотора и других элементов гидропривода, в нем должен быть предусмотрен постоянный источник пополнения утечек извне. Таким источником в гидроприводе с замкнутой циркуляцией служит насос подпитки, который через фильтр и обратные клапаны постоянно пополняет систему. Избыточное количество жидкости сливается в бак через предохранительный гидроклапан. Последний настраивается на давление, несколько большее давления, которое может возникнуть в сливной гидролинии системы с замкнутой циркуляцией.

Преимущества схемы гидропривода с замкнутой циркуляцией заключаются в хорошей защищенности рабочей жидкости от попадания пыли и грязи, простоте реверсирования, компактности, а недостаток-- в худших условиях охлаждения и очистки рабочей жидкости. Схема гидропривода с разомкнутой циркуляцией отличается простотой, надежностью работы и более низкой стоимостью за счет применения дешевых нерегулируемых насосов.

Одно из наиболее существенных преимуществ объемного гидропривода перед механическим -- это возможность бесступенчатого регулирования скоростей и усилий исполнительного органа в широком диапазоне. Регулирование скорости гидродвигателя (движения поршня гидроцилиндра или вращения вала гидромотора) при постоянной мощности на входе можно осуществлять дросселированием или изменением подачи насоса.

Дросселем называют регулирующий аппарат, предназначенный для поддержания заданной величины расхода в зависимости от величины перепада давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости. Регулирование скорости дросселированием широко распространено на машинах малой мощности с простой трансмиссией благодаря простоте и низкой стоимости изготовления агрегатов. При этом способе используется нерегулируемый насос, а количество жидкости, подаваемое в гидродвигатель, изменяется за счет перепускания части жидкости через предохранительный клапан обратно в бак.

Существуют два способа дроссельного регулирования скорости: с дросселем на напорной линии и с дросселем на сливной линии. При установке дросселя на напорной линии регулирование скорости гидродвигателя возможно только в том случае, если направление действия нагрузки на выходное звено (шток гидродилиндра или вал гидромотора) не совпадает с направлением его движения. Это объясняется тем, что если нагрузка на шток гидроцилиндра направлена в ту же сторону, что и его движение, то при уменьшении подачи жидкости через дроссель поршень может перемещаться быстрее, чем будет заполняться полость гидроцилиндра, и произойдет разрыв потока жидкости в линии перед поршнем. Кроме того, система с дросселем на напорной линии может быть использована, когда нагрузка постоянна или когда не требуется постоянная скорость перемещения поршня гидроцилиндра.

На схеме, приведенной на рис. 3, а, дроссель 7 установлен на сливной линии. В этом случае скорость перемещения поршня регулируется количеством жидкости, вытесняемой из штоковой полости гидроцилиндра 6 и проходящей через дроссель. При любом направлении нагрузки на штоке поршня разрыва потока жидкости произойти не может. Сопротивление дросселя регулируют открытием проходного отверстия. При полном перекрытии трубопровода дросселем вся жидкость от насоса отводится через предохранительный клапан 3 в бак 1, в результате чего скорость поршня гидроцилиндра равна нулю.

Недостаток дроссельного способа регулирования -- чрезвычайно низкий коэффициент полезного действия (КПД), особенно на малых оборотах, когда большое количество жидкости перепускается в бак.

При использовании регулируемого гидронасоса (рис. 3, б) обеспечивается большая точность регулирования, независимость от нагрузок на выходном звене и более высокий КПД. Этот способ регулирования скорости обычно применяют в системах гидропривода с замкнутой циркуляцией.

Размещено на Allbest.ru