Загальна характеристика приводу
Гідроприводомназивається сукупність пристроїв, призначених для приведення в рух механізмів і машин за допомогою робочої рідини, що знаходиться під тиском, з одночасним виконанням функцій регулювання та реверсування швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна.
Гідроприводи можуть бути двох типів: гідродинамічнііоб'ємні. У гідродинамічних приводах використовується переважно кінетична енергія потоку рідини. В об'ємних гідроприводах використовується потенційна енергія тиску робочої рідини.
Об'ємний гідропривід складається з гідропередачі, пристроїв керування, допоміжних пристроїв та гідроліній (рис.1.1).
Об'ємна гідропередача, що є силовою частиною гідроприводу, складається зоб'ємного насоса(перетворювача механічної енергії, що приводить двигуна в енергію потоку робочої рідини) іоб'ємного гідродвигуна> (перетворювача енергії потоку робочої рідини на механічну енергію вихідної ланки).
До складу деяких об'ємних гідропередач входитьгідроакумулятор(гідроємності, призначені для акумулювання енергії робочої рідини, що знаходиться під тиском, з метою подальшого її використання для приведення в роботу гідродвигуна). Крім того, до складу гідропередач можуть входити такожгідроперетворювачі- об'ємні гідромашини для перетворення енергії потоку робочої рідини з одними значеннями тискуPі витратиQв енергію іншого потоку з іншими значеннямиPтаQ.
Пристрої керуванняпризначені для керування потоком або іншими пристроями гідроприводу. При цьому під управлінням потоком розуміється зміна або підтримка на певному рівні тиску та витратиу гідросистемі, а також зміна напрямку руху потоку робочої рідини. До пристроїв управління відносяться:гідророзподільники, службовці для зміни напрямку руху потоку робочої рідини, забезпечення необхідної послідовності включення в роботу гідродвигунів, реверсування руху їх вихідних ланок і т.д.;регулятори тиску(запобіжний, редукційний, переливний та інші клапани), призначені для регулювання тиску робочої рідини в гідросистемі;регулятори витрати(дільники та суматори потоків, дроселі та регулятори потоку, що направляють клапани), за допомогою яких керують потоком робочої рідини;гідравлічні підсилювачі, необхідні для керування роботою насосів, гідродвигунів або інших пристроїв керування за допомогою робочої рідини з одночасним посиленням потужності сигналу керування.
Допоміжні пристроїзабезпечують надійну роботу всіх елементів гідроприводу. До них відносяться:кондиціонери робочої рідини(фільтри, теплообмінні апарати та ін.);ущільнювачі, що забезпечують герметизацію гідросистеми;гідравлічні реле тиску;гідроємності(гідробаки та гідроакумулятори робочої рідини) та ін.
Склад допоміжних пристроїв встановлюють виходячи з призначення гідроприводу та умов, у яких він експлуатується.
Гідролінії(труби, рукави високого тиску, канали та з'єднання) призначені для проходження робочої рідини по них у процесі роботи об'ємного гідроприводу. Залежно від свого призначення гідролінії, що входять до загальної гідросистеми, поділяються на всмоктувальні, напірні, зливні, дренажні та гідролінії управління.
Залежно від конструкції та типу, що входять до складугідропередачі елементів об'ємні гідроприводи можна класифікувати за декількома ознаками.
1. За характером руху вихідної ланки гідродвигуна:гідропривід обертального руху(рис.1.2 а), коли в якості гідродвигуна застосовується гідромотор, у якого ведена ланка (вал або корпус) здійснює необмежений обертальний рух;гідропривід поступального руху(рис.1.2, б, в), у якого як гідродвигун застосовується гідроциліндр - двигун з зворотно-поступальним рухом веденої ланки (штока поршня, плунжера або корпусу);гідропривід поворотного руху(рис.1.2, г), коли в якості гідродвигуна застосований поворотний гідроциліндр, у якого ведена ланка (вал або корпус) здійснює зворотно-поворотний рух на кут менший 360 .
2. По можливості регулювання:регульований гідропривід, в якому в процесі його експлуатації швидкість вихідної ланки гідродвигуна можна змінювати за необхідним законом. У свою чергу, регулювання може бути дросельним (рис.1.2, б, г), об'ємним (рис.1.2, а), об'ємно-дроссельним або зміною швидкості двигуна, що приводить в роботу насос. Регулювання може бути автоматичним або ручним. Залежно від завдань регулювання гідропривод може бути стабілізованим, програмним або таким, що стежить. Регулюванню гідроприводу буде присвячено окрему лекцію;нерегульований гідропривід, у якого не можна змінювати швидкість руху вихідної ланки гідропередачі в процесі експлуатації.
3. За схемою циркуляції робочої рідини:гідропривід із замкнутою схемою циркуляції(рис.1.2, а), в якому робоча рідина від гідродвигуна повертається у всмоктувальну гідролінію насоса. Гідропривідіз замкненою циркуляцією робочої рідини компактний, має невелику масу і допускає велику частоту обертання ротора насоса без небезпеки виникнення кавітації, оскільки в такій системі у лінії всмоктування тиск завжди перевищує атмосферний. До недоліків слід віднести погані умови для охолодження робочої рідини, а також необхідність спускати з гідросистеми робочу рідину під час заміни чи ремонту гідроапаратури;гідропривід із розімкнутою системою циркуляції(рис.1.2, б, в, г), в якому робоча рідина постійно повідомляється з гідробаком або атмосферою. Переваги такої схеми - хороші умови для охолодження та очищення робочої рідини. Однак такі гідроприводи громіздкі і мають велику масу, а частота обертання ротора насоса обмежується допустимими (з умов безкавітаційної роботи насоса) швидкостями руху робочої рідини у трубопроводі, що всмоктує.
4. За джерелом подачі робочої рідини:насосні гідроприводи, в яких робоча рідина подається в гідродвигуни насосами, що входять до складу цих гідроприводів;акумуляторні гідроприводи, в яких робоча рідина подається в гідродвигуни з гідроакумуляторів, попередньо заряджених від зовнішніх джерел, що не входять до складу даних гідроприводів;магістральні гідроприводи, у яких робоча рідина подається до гідродвигунів від спеціальної магістралі, що не входить до складу цих приводів.
5. За типом двигуна, що приводить, гідроприводи можуть бути з електроприводом, приводом від ДВС, турбін і т.д.
Принцип роботи об'ємного гідроприводу заснований на законі Паскаля, за яким будь-яка зміна тиску в будь-якій точці рідини, що покоїться, не порушує її рівноваги, передається в інші її точки беззміни (рис.1.2).
Насосом 1 робоча рідина подається в напірну гідролінію 3 і далі через розподільник 5 гідродвигуна 2. При одному положенні гідророзподільника відбувається робочий хід гідродвигуна, а при іншому положенні - холостий. З гідродвигуна рідина через розподільник надходить у зливну гідролінію і далі або в гідробак 9, або всмоктувальну гідролінію насоса (у гідроприводах із замкнутою схемою циркуляції робочої рідини, див. рис.1.2, а). У резервуарі рідина охолоджується і знову надходить у гідросистему. Надійна робота гідроприводу можлива лише за відповідного очищення робочої рідини фільтрами 8.
Регулювання швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна може бути дросельним чи об'ємним. При дросельному регулюванні в гідросистемі встановлюються нерегульовані насоси, а зміна швидкості руху вихідної ланки досягається зміною витрати робочої рідини через дросель 6. При об'ємному регулюванні швидкість руху вихідної ланки гідродвигуна змінюється подачею насоса регульованого або за рахунок застосування регульованого гідромотора.
Захист гідросистеми від надмірного підвищення тиску забезпечується запобіжним 4а або переливним клапанами 4б, які налаштовуються на максимально допустимий тиск. Якщо навантаження на гідродвигун зростає понад установлену, весь потік робочої рідини йтиме через запобіжний або переливний клапани, минаючи гідродвигун. Контроль за тиском на окремих ділянках гідросистеми здійснюється за манометрами 11.
Робота гідроагрегатів супроводжується витіканням робочої рідини. У гідросистемах із замкнутою циркуляцією витоку компенсуються спеціальним підживлюючим насосом 1а (рис.1.2, а).
Широкепоширення гідроприводу пояснюється тим, що цей привід має низку переваг перед іншими видами приводів машин. Ось основні їх.
1.Безступінчасте регулюванняшвидкості руху вихідної ланки гідропередачі та забезпечення малих стійких швидкостей. Мінімальна кутова швидкість обертання валу гідромотора може становити 2...3 об/хв.
2.Невеликі габарити та маса. Час розгону, завдяки меншому моменту інерції частин, що обертаються, не перевищує часток секунди на відміну від електродвигунів, у яких час розгону може становити кілька секунд.
3.Часте реверсування руху вихідної ланки гідропередачі. Наприклад, частота реверсування валу гідромотора може бути доведена до 500, а штока поршня гідроциліндра навіть до 1000 реверсів за хвилину. У цьому відношенні гідропривід поступається лише пневматичним інструментам, у яких кількість реверсів може досягати 1500 за хвилину.
4.Велика швидкодія та найбільша механічна та швидкісна жорсткість. Механічна жорсткість - величина відносної позиційної зміни положення вихідної ланки під впливом зовнішнього навантаження, що змінюється. Швидкісна жорсткість - відносна зміна швидкості вихідної ланки при зміні навантаження, що додається до нього.
5.Автоматичний захистгідросистем від шкідливого впливу перевантажень завдяки наявності запобіжних клапанів.
6.Хороші умови мастиладеталей, що труться, і елементів гідроапаратів, що забезпечує їх надійність і довговічність. Так, наприклад, при правильній експлуатації насосів та гідромоторів термін їхньої служби доведений нині до 5…10 тис. год роботи під навантаженням. Гідроапаратура може не ремонтуватися протягом тривалого часу (до 10...15 років).
7.Простота перетворення обертального руху в зворотно-поступальний і зворотно-поворотнийбез застосування будь-яких механічних передач, схильних до зносу.
Говорячи про переваги гідроприводу, слід зазначити простоту автоматизації роботи гідрофікованих механізмів, можливість автоматичної зміни їх режимів роботи за заданою програмою.
Гідроприводу притаманні недоліки, які обмежують його застосування. Основні їх такі.
1.Зміна в'язкості рідин, що застосовуються від температури, що призводить до зміни робочих характеристик гідроприводу і створює додаткові труднощі при експлуатації гідроприводів (особливо при негативних температурах).
2.Виток рідини з гідросистем, які знижують ККД приводу, викликають нерівномірність руху вихідної ланки гідропередачі, ускладнюють досягнення стійкої швидкості руху робочого органу при малих швидкостях.
3.Необхідність виготовлення багатьох елементів гідроприводу по високому класу точностідля досягнення малих зазорів між рухомими та нерухомими деталями, що ускладнює конструкцію та підвищує вартість їх виготовлення.
4.Вибуково- та вогненебезпечністьзастосовуваних мінеральних робочих рідин.
5.Неможливість передачі енергії на великі відстанічерез великі втрати на подолання гідравлічних опорів і різке зниження при цьому ККД гідросистеми.
З багатьма з цих недоліків можна боротися. Наприклад, стабільність в'язкості за зміни температури досягається застосуванням синтетичних робочих рідин. Остаточний вибір типу приводу встановлюється під час проектування машин за результатами техніко-економічних розрахунків з урахуванням умов цих машин. Гідропривід, тим не меншеменш, має переваги порівняно з іншими типами приводів там, де потрібне створення значної потужності, швидкодія, позиційна точність виконавчих механізмів, компактність, мала маса, висока надійність роботи та розгалуженість приводу.