Лекция 1 - Назначение, работа. Основные элементы и параметры гидропривода

ЛЕКЦИЯ 1 − НАЗНАЧЕНИЕ, РАБОТА. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И
ПАРАМЕТРЫ ГИДРОПРИВОДА
Гидравлический привод представляет собой систему машин и аппаратов для передачи механической энергии с помощью жидкости. В объемном
гидравлическом приводе используется потенциальная энергия давления жидкости.
Объемный гидропривод предназначен для передачи и преобразования
механической энергии посредством объемных гидромашин. Основой объемного гидропривода является объемная гидропередача, составленная из насоса
и гидродвигателя. Если насос и гидродвигатель конструктивно составляют
один узел, то такой простейший гидропривод называют объемной гидропередачей. В случае, если силовая гидросистема составлена из отдельных насосов, гидродвигателей и содержит элементы гидроаппаратуры, вспомогательные устройства, то такую гидросистему также принято называть объемным
гидроприводом. Таким образом, под общим названием объемный гидропривод объединяют простейшие гидравлические системы, предназначенные для
передачи и преобразования механической энергии посредством жидкости.
Гидроприводом легко управлять. Для этого служит гидроаппаратура устройства управления гидроприводом, а также средства защиты от чрезмерно высоких и низких давлений жидкости (дроссели, клапаны, гидравлические
распределители). С ее помощью можно получать заданный закон изменения
скоростей движения рабочего органа, изменять усилия и крутящие моменты,
достигать усиления сигналов в несколько тысяч раз, обеспечивать бесступенчатое изменение скорости движения в зависимости от нагрузки и т.д.
Вспомогательными устройствами служат кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменные аппараты, гидравлические баки и гидравлические аккумуляторы).
Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии, т.е. жидкость, находящуюся под давлением. По виду источника энергии гидроприводы делят на 3 типа:
– Насосный гидропривод - гидропривод, в котором рабочая жидкость
подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода.
По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы
разделяют на гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости и с разомкнутой циркуляцией, у которых жидкость из гидродвигателя поступает в
бак.
Часть насосного гидропривода, состоящая из насоса, гидродвигателя и
связывающих их гидролиний называют объемной гидропередачей.
Для приведения насоса в действие могут быть использованы различные
двигатели: электрические, турбинные, дизельные и т.п.
– Аккумуляторный гидропривод, в котором рабочая жидкость подается
в гидродвигатель из предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие
гидроприводы используются в системах с кратковременным рабочим циклом
или с ограниченным числом циклов.
– Магистральный гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в
гидродвигатель из гидромагистрали. Напор рабочей жидкости в магистрали
создается насосной станцией. Из магистрали питаются несколько гидроприводов.
По виду движения выходного звена гидродвигателя различают гидроприводы с поступательного и вращательного движения, т.е. наименование
гидропривода определяется типом гидродвигателя.
Изменение величин, характеризующих работу гидродвигателя, производится регулированием подачи жидкости и величины давления в магистрали, соединяющей насос с гидродвигателем.
По виду управления гидроприводы разделяют на нерегулируемые, регулируемые с ручным и автоматическим управлением и следящие.
Гидропривод, по сравнению с механическими, электрическими, пневматическими и комбинированными и другими приводами, имеет следующие
преимущества:
– передает большие усилия и мощности при малых габаритах, малом
весе, приходящемся на единицу передаваемой мощности (0,2 - 0,3) кг/кВт;
– обеспечивает плавное движение силовых органов, автоматически регулирует нагрузку и скорость движения рабочего органа;
– позволяет быстро осуществлять реверс;
– просто преобразует вращательное движение в поступательное;
– допускает свободную компоновку силовых элементов в пространстве;
– развиваемые им усилия легко контролируются с помощью манометров по давлению в системе
К недостаткам гидропривода относят:
– пониженный КПД;
– зависимость характеристик от температуры;
– чувствительность к загрязнению рабочей жидкости;
– требует высококвалифицированного обслуживающего персонала при
ремонте;
– при попадании воздуха работает с толчками и гидравлическими ударами.
Основные понятия и принцип действия объемного гидропривода
(ОГП). Под гидравлическим приводом понимается система передачи энергии, в которой рабочей средой является жидкость, находящаяся под давлением, и преобразование энергии потока жидкости, которое осуществляется гидродвигателями.
Гидроприводы, применяемые в путевых и строительных машинах, разделяются на объемные и гидродинамические.
В гидродинамическом приводе используется кинетическая энергия потока
жидкости для передачи только крутящего момента. Основными рабочими
элементами гидродинамической передачи являются колеса турбомашин —
гидромуфт и гидротрансформаторов.
В объемном гидроприводе энергия давления жидкости, создаваемая насосом, передается на исполнительный гидродвигатель (гидроцилиндр или гидромотор) через жидкость. Рабочая жидкость в гидроприводе, кроме функции
рабочего тела (передачи энергии), осуществляет смазку трущихся деталей,
охлаждение узлов, защиту деталей гидрооборудования от коррозии и удаляет
продукты износа из зон трения.
Наибольшее распространение в путевых и строительных машинах получил объемный гидропривод с питанием от насоса. Состав и взаимодействие элементов объемного гидропривода иллюстрирует функциональная
схема объемного гидропривода (рисунок 1). Механическая энергия от приводного двигателя Д (обычно двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя) передается на вал гидронасоса Н. Насос преобразует механическую энергию, характеризуемую крутящим моментом М и угловой скоростью вращения со, в гидравлическую, характеризуемую давлением р и расходом Q.
Д − двигатель; Н − насос гидравлический; ГА − гидроаппараты; ГД −
гидравлический двигатель; Б − бак гидравлический; Т − теплообменник; Ф −
фильтр; М − крутящий момент; ω − угловая скорость вращения; р − давление; Q − расход; Р − усилие; V − линейная скорость
Рисунок 1 − Функциональная схема объемного гидропривода
Поток рабочей жидкости от насоса поступает к направляющим и регулирующий гидроаппаратам ГА, а от них к гидродвигателю ГД. В гидродвигателе гидравлическая энергия потока снова преобразуется в механическую,
обеспечивая движение исполнительного оборудования. Совершив работу,
поток рабочей жидкости от гидродвигателя через направляющие и регулирующие гидроаппараты поступает в кондиционеры (фильтры Ф, теплообменник Т и гидробак Б). Кондиционеры обеспечивают очистку рабочей жидкости от загрязнений и поддерживают требуемый температурный режим
гидропривода.
Все элементы гидропривода соединяются при помощи гидролиний. Рабочая жидкость обеспечивает передачу энергии, смазку и охлаждение элементов гидропривода.
Некоторые геометрические и механические единицы, применяемые в
технике представлены в таблице 1.
Таблица 1 − Геометрические и механические единицы, применяемые в
технике
№
Единицы
1
Длина, l − [м]
2
Масса, m − [кг]
3
Время, t − [с]
4
Площадь, S − [м2]
5
Объем, V − [м3]
6
Скорость, v − [м/с]
7
Ускорение, а − [м/с2]
8
Расход объема, Q − [м3/с]
9
Сила, Р − [Н] − Ньютон
10 Работа (энергия), А(Е) − [Дж] − Джоуль
11
Мощность, N − [Вт] − Ватт
12
Давление, р − [Па] − Паскаль
13
Плотность ρ − [кг/ м3]
14
Динамическая вязкость μ − [Па∙с]
14
Вязкость кинематическая ν − [м2/с]
Формулы
−
−
−
S = l2
V = l3
v = l/ t
а = l/ t2
Q = V/ t
Р = m∙ а
А = Р∙ l
N = А/ l
р = Р/ S
ρ=m/V
μ = р∙ t
ν = μ/ ρ
Литература
1. Савин И.Ф. Гидравлический привод строительных машин. – М.:
Стройиздат, 1974.
2. Елманов В.Д. Конструкции элементов гидравлических и пневматических систем путевых и строительных машин: учебное иллюстрированное пособие. − М.: ФГБОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2013. − 308 с.