Общие сведения о гидроприводе. Область применения. Напор и давление гидромашин. Классификация насосов, гидродвигателей, гидропередач.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Общие сведения о гидроприводе. Область применения. Напор и давление гидромашин. Классификация насосов, гидродвигателей, гидропередач.

Гидропривод – совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие машин и механизмов по средствам гидравлической энергии.
Основные параметры гидропривода: 1)номинальное давление- наибольшее давление при котором гидропривод работает в установленном режиме. 2)максимальное давление- давление ограниченное настройкой предохранительного клапана. 3) номинальный расход- расход жидкости, определенной вязкости через устройство при установленной потере давления.
Принцип действия гидропривода - жидкость почти несжимаема. Закон Паскаля- любое изменение давления в какой либо точке жидкости, не нарушающее ее равновесие, передается в другие точки без изменения.
Преимущества гидропривода: 1) Большие усилия на штоке цилиндра 2)большие крутящие моменты на валу исполнительного механизма 3)Работа при малой частоте вращения без применения редуктора 4) Бесступенчатое регулирование скоростей с помощью простых средств 5) Простые схемы дистанционного, автоматического управления механизмами 6) высокая экономичность и надежность оборудывания.
Недостатки: 1)КПД меньше, чем у механических передач(около 60%) 2) Высокие требования к чистоте рабочей жидкости 3) Требуется высококвалифицированный персонал 4) Большие объемы и дороговизна раб. жидкости.

 

Классификации Гидроприводов:
1) Насосы и гидродвигатели по принципу действия делятся на 1.1) Объемный гидравлический привод – работает за счет изменения объема рабочей камеры(поршневые, шестеренные, пластинчатые, винтовые) 1.2) Гидродинамический привод(лопастные, вихревые)- лопастные насосы и гидравлические турбины.
2) 2.1)Регулируемые 2.1.1)Объемное регулирование-изменение рабочего объема насоса 2.1.2) Дроссельное регулирование
2.2) Нерегулируемые
3)По Давлению 3.1)Низкого давления 2.5-5МПа 3.2)Среднего давления 10-15 МПа3.3)Высокого Давления от 15 МПа

4)По конструктивному исполнению 4.1) Пластинчатые(лопастные, шиберные) 4.2)Поршневые(плунжерные, кривошипные) 4.3)Радиально-поршневые/Аксиально-поршневые 4.4) Шестеренные 4.5) Винтовые

Области применения: В целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками.Применяются в гидравлических прессах, протяжных, шлифовальных станках, тормозных системах, строительная, горная, военная (гидроприводы орудийных башен), автомобильная и др. техника.

 

Напор и давление гидромашин.

Насосы и гидродвигатели относятся к гидравлическим машинам, т.е. к машинам, у которых жидкость служит рабочим телом для восприятия(у насосов) и отдачи(у гидродвигателй) механической энергии. Причем у гидромашин эта энергия выражается или напором, или давлением. Следует заметить, что под этими величинами необходимо понимать полное приращение энергии потока жидкости в машине, соответственно отнесенное к единице силы тяжести [Дж/Н*м] или единице объема [Дж/м³=H/м²=Па] жидкости. При определении напора или давления насоса воспользуемся уравнением Бернулли для установившегося потока жидкости. Возьмем сечения 1 и 2 по входному и выходному патрубкам насоса, где подключены измерительные приборы, а также плоскость сравнения 0-0.

Тогда

- геометрический напор, статический(пьезометрический) напор, - динамический напор. - коэф.местного сопротивления.

Полное приращения напора:
Где и - полный напор потока жидкости соответственно в сечениях 1 и 2.
Для двигателя:

Где и - полный напор потока жидкости соответственно в сечениях 3 и 4.

Из уравнений следует, что напор насоса и гидродвигателя представляет собой сумму приращений напоров скоростного, пьезометрического и геометрического. В большинстве случаев , , , . Следовательно:

 

и

и
В этих уравнениях нужно представлять абсолютные давления. Например, если на входе в насос – вакуум , а на выходе- манометрическое давление ,то

,

Т.е. давление насоса равно сумме показаний манометра и вакууметра.

 

Синтетические

Используют при работы больших чем у минеральных масел(80-90°С- длительная работа; 110-120 – кратковременная работа) и при необходимости более стабильных характеристик. Все типы органических жидкостей обладают по сравнению с минеральными маслами повышенными противопожарными свойствами.
Минусы синтетических масел: 1)высокая стоимость 2)ограниченность ресурсов 3) плохо взаимодействует с материалами уплотнения, некоторыми металлами. 4) Токсичность многих видов жидкости или продуктов разложения.
1) Фтор-органические жидкости: а) полная негорючесть б) термическая стабильность в) не токсичны г) не контактируют с воздухом

2) Диэфиры -это рабочая жидкости на основе двух основных кислот или маслянистые жидкости с хорошее смазывающей особенностью. Достоинства: а)хорошая смазывающая способность б)удовлетворительная вязкостно-температурная характеристика г)малая испаряемость д) высокая вспышки. Недостатки: а)недостаточно устойчивые к окислениюпоэтому в них вводят антиокислительную и противоизносную присадкуб)верхняя граница рабочей . При 230-260°С – разлагаются. Рекомендуется эксплуатация от -30 до 180°С. г) с диэфирами плохо работают рукава и уплотнения из натуральных каучуков. Необходима проверка на совместимость металлами ил свинца, кадмия, цинка.

3) Силоксаны и полисилоксаны — жидкости на основе кремний-органических полимеров. (+):1 наиболее пологая из всех рабочих жидкостей вязкостно-температурную характеристику, т.е. ее вязкость мало зависит от температуры. 2.Вязкость полисилоксанов увеличивается с увеличением молеулярной массы полимера, что позволило создать широкий ряд базовых силоксановых жидкостей с последовательно увеличивющейся вязкостью. 3.Диапазон вязкостей силоксанов от 10 до 3000 сСт при 250С. 4Большаясжимаемостьи стойкость к окислению. 5.Наимегьшее поверхностное натяжение из всех известных рабочих жидкостей. (-): 1. при 2000С начинают разлагаться с образованием окиси кремния (кремнезема), который является хорошим абразивом, поэтому рабочая температура не превышает 1750С. 2.Смазывающая способность неудовлетворительная (особенно для стали), поэтому их применяют для рабочих жидкостей гидроприводов только в смеси диэфирами или минеральными маслами. 3.Температура застывания чистых силоксанов -80…-900С, но в смеси с другими компонентами в рабочих жилкостях она повышается и не бывает ниже -700С.

4) Фосфаты – жидкости на основе эфиров фосфорной кислоты. Применяют фосфаты в гидроприводах тепловых электростанций (в том числе и атомных) и металлургического оборудования, а также на летательных аппаратах.
Преимущества: а) повышенная огнестойкость б)хорошая смазывающая способность Недостатки: а)Склонные к гидролизу(Это химическая реакция взаимодействия вещества с водой, при которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений). При гидролизе образовываются фосфатно-кислотные соединения реагирующие со стеклообразными материалами б)плохо работают при низких температурах.в)многие токсичны г)вязкостные характеристики уступают нефтяным маслам.

Водосодержащие жидкости (глицериновые, гликолевые) представляют собой класс огнестойкихрабочих жидкостей, пожаробезопасность которых обеспечивается присутствием в них воды.Основными компонентами водногликолевых жидкостей являются гликоль (обычно, этиленгликоль) — 50-60% и вода -35-45%. В состав рабочих жидкостей также входят водорастворимый загуститель и другие присадки. Преимущества: а)удовлетворительная вязкостно-температурная характеристика б) хорошие смазочные в)хорошие антикоррозионные свойства г)Хорошая совместимость с уплотнениями и рукавами из натуральных каучуков д) малосжимаемые (2 ГПа) е)не воспламеняются при распылении на пламя или на поверхность, нагретую до температуры 7000С
Недостатки: а)высокая электропроводимость б) не горючи до содержания воды не меньше 30 % -необходим регуляторный контроль содержания воды в)не рекомедруется использовать при

 

Поворотные гидродвигатели

Поворотные или Моментные гидродвигатели - осуществляют поворотное движение выходного вала за счет подвода рабочей жидкости под давлением. Это движение ограничивается стопорами(бывают жесткие и настраиваемые).

Для сокращения внутренних утечек применяют подгонку боковых крышек с малыми зазорами(главная трудность этих гидромашин) Угол поворота – меньше 360°

Поворотный гидроцилиндр состоит из корпуса, и поворотного ротора, представляющего собой втулку, несущую пластину (лопасть). Кольцевая полость между внутренней поверхностью цилиндра и ротором разделена уплотнительной перемычкой с пружинящим поджимом к ротору уплотнительного элемента.

При подводе жидкости под давлением Pр в верхний канал пластина с втулкой будет поворачиваться по часовой стрелке. Угол поворота вала цилиндра с одной рабочей пластиной обычно не превышает 270…280. Расчетный крутящий момент М на валу рассматриваемого гидроцилиндра с одной пластиной равен произведению силы R на плечо а приложения этой силы (расстояние от оси вращения до центра давления рабочей площади пластины) M = Ra.
Поворотные гидроцилиндры:
а - двухлопастной; б – трехлопастной.Поршневой поворотный гидродвигатель:

Распределители жидкости

В зависимости от числа подводимых и отводимых гидролиний распределители могут быть двухлинейными, трехлинейными(канальными) и т. д., в зависимости от числа фиксированных положений запор­ного элемента — двухпозиционными, трехпозиционными и т. д. Запорный элемент распределителя может приводиться в движе­ние различными источниками энергии, поэтому различают рас­пределители с механическим (ручным), электрическим, гидрав­лическим и пневматическим управлением.

Крановые распределители в гидроприводе горных машин на­шли самое широкое применение. Конструктивно их запорный элемент выполнен в виде цилиндрической, конической, шаровой пробки или в виде плоского поворотного крана. В запорном эле­менте имеются проходные каналы для жидкости, а в корпусе, кроме каналов, - соответствующие окна для подвода и отвода жидкости к гидролиниям. При совпадении каналов в кране с окнами в корпусе через распределитель протекает жидкость, при перекрытии окон- распределитель заперт.

Золотниковые распределители – получили наибольшее распространение в гидроприводе благодаря простоте из изготовления, компактности и высокой надежности в работе. Они применяются при весьма высоких значениях давления(до 32МПа) и значительно больших расходах, чем крановые распределители)

Клапанные распределители применяются, в основном, в гидросистемах, в которых необходимо обеспечить хорошую герметичность. Для этого запорный элемент распределителя выполняютв виде конического или шарового клапана.

9.Обратные клапаны и гидрозамки.

Обратный клапан - вид защитной трубопроводной арматуры, предназначенный для пропускания жидкости только в одном направлении.
В зависимости от кон­струкции запорного элемента они могут быть ша­риковыми (а) или коническими(б), реже —тарельчатыми (в). Обратный клапан, установленный во всасывающей линии, иног­да называют всасывающим или приемным.

Особенность обратных клапанов — небольшое усилие сжатия пружины, прижимающей запорный элемент к седлу, и большая пропускная способность. Обычно потери давления в серийных клапанах не превышают 0,2 МПа, а во всасывающих —на порядок меньше. Иногда для уменьшения потерь давления в клапане пружину не устанавливают. Закрытие клапана в этомслучае происходит под действием силы тяжести запорного эле­мента, для чего клапан располагают вертикально.

Разновидности обратных клапанов — поддерживающие (подпорные) клапаны и напорные золотники. Они применяются в тех случаях, когда рабочую жидкость необходимо пропускать свободно в одном направлении и с не­которым подпором — в противоположном направлении. В таком клапане выполняют два проточных канала для пропускания жидкости в разных направлениях и два запорных элемента, или один элемент в канале, подпружиненный с обеих сторон.

Гидравлические замки

Для запирания полостей гидроцилиндра в заданном положении поршня применяют управляемые обратные клапаны — гидрозам­ки. Они бывают одностороннего и двусто­роннего действия. В горной практике первые применяются, чаще всего, для запирания поршневых полостей стоек гидрокрепей при распоре их между почвой и кровлей выработки и для отпирания — при разгрузке.

Принцип действия: при распоре стойки гидрокрепи рабочая жидкость в гидро­замке одностороннего действия (рнс. 12.5, а) подается через отверстие 3 в корпусе 7 к клапану 4, перемещает его вниз и поступает через отверстие 5 в поршневую полость стойкис прекращением подачи жидкости клапан 4 под действием пружины 6 поднимается и отключает поршневую полость стойки от гидросистемы. При разгрузке стойки жидкость подается в пор­шневую полость толкателя 7, который, преодолевая сопротивле­ние пружины 2 и сил, действующих на клапан 4, сообщает пор­шневую полость стойки через отверстия 5 и 3 со сливной гидро- линией. При прекращении давления жидкости на поршень толкателя 1 пружины 2 и 6 возвращают его и клапан 4 в исход­ное положение.

Двусторонние гидрозамки широко применяются в угольных комбайнах для запирания рабочей жидкости в гидроцилиндрах, управляющих положением комбайна и его исполнительных органов в пространстве.

При подаче жидкости в правую полость двустороннегогид­розамка (рис. 12.5,6) плавающий поршенек 12 перемещается влево и своим толкателем 11 открывает левый клапан 9. Одно­временно под давлением рабочей жидкости открывается правый клапан 9 гидрозамка, и жидкость поступает в штокоЪую полость гидроцилиндра 8 и сливается из поршневой полости гидроци­линдра через открытый левый клапан 9. С прекращением подачи жидкости в гидрозамок оба его клапана под действием пружин 10 закрываются, и жидкость запирается в обеих поло­стях гидроцилиндра 8. При подаче жидкости в левую полость гидрозамка процесс протекает в обратном порядке.

Схемы подключения одностороннего и двустороннего гид­розамков к гидроцилиндрам показаны на рис. 12.5, в, г.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Общие сведения о гидроприводе. Область применения. Напор и давление гидромашин. Классификация насосов, гидродвигателей, гидропередач.

Гидропривод – совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие машин и механизмов по средствам гидравлической энергии.
Основные параметры гидропривода: 1)номинальное давление- наибольшее давление при котором гидропривод работает в установленном режиме. 2)максимальное давление- давление ограниченное настройкой предохранительного клапана. 3) номинальный расход- расход жидкости, определенной вязкости через устройство при установленной потере давления.
Принцип действия гидропривода - жидкость почти несжимаема. Закон Паскаля- любое изменение давления в какой либо точке жидкости, не нарушающее ее равновесие, передается в другие точки без изменения.
Преимущества гидропривода: 1) Большие усилия на штоке цилиндра 2)большие крутящие моменты на валу исполнительного механизма 3)Работа при малой частоте вращения без применения редуктора 4) Бесступенчатое регулирование скоростей с помощью простых средств 5) Простые схемы дистанционного, автоматического управления механизмами 6) высокая экономичность и надежность оборудывания.
Недостатки: 1)КПД меньше, чем у механических передач(около 60%) 2) Высокие требования к чистоте рабочей жидкости 3) Требуется высококвалифицированный персонал 4) Большие объемы и дороговизна раб. жидкости.

 

Классификации Гидроприводов:
1) Насосы и гидродвигатели по принципу действия делятся на 1.1) Объемный гидравлический привод – работает за счет изменения объема рабочей камеры(поршневые, шестеренные, пластинчатые, винтовые) 1.2) Гидродинамический привод(лопастные, вихревые)- лопастные насосы и гидравлические турбины.
2) 2.1)Регулируемые 2.1.1)Объемное регулирование-изменение рабочего объема насоса 2.1.2) Дроссельное регулирование
2.2) Нерегулируемые
3)По Давлению 3.1)Низкого давления 2.5-5МПа 3.2)Среднего давления 10-15 МПа3.3)Высокого Давления от 15 МПа

4)По конструктивному исполнению 4.1) Пластинчатые(лопастные, шиберные) 4.2)Поршневые(плунжерные, кривошипные) 4.3)Радиально-поршневые/Аксиально-поршневые 4.4) Шестеренные 4.5) Винтовые

Области применения: В целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками.Применяются в гидравлических прессах, протяжных, шлифовальных станках, тормозных системах, строительная, горная, военная (гидроприводы орудийных башен), автомобильная и др. техника.