История розвитку гідроприводів

Загальні відомості

Гідропривод — сукупність гідравлічної апаратури і гідроліній для приведення в дію робочих органів машин та механізмів за допомогою потенціальної енергії рідини, що перебуває під тиском. При цьому енергія передається за допомогою переміщення окремих об'ємів рідини.

Гідропривод є свого роду "гідравлічною вставкою" між приводним двигуном і навантаженням (машиною або механізмом) та виконує ті ж функції, що і механічні передачі (редуктор, пасова передача, кривошипний механізм і т.д.).

Види гідроприводів

За принципом роботи гідроприводи бувають об'ємними (гідростатичними), гідродинамічними і змішаними:

· у гідродинамічних приводах використовується в основному кінетична енергія потоку рідини;

· у об'ємних гідроприводах використовується потенційна енергія тиску робочої рідини;

· у змішаних гідроприводах поєднуються властивості перших двох видів.

За характером руху вихідної ланки гідродвигуна гідравлічні приводи поділяються на:

· гідроприводи обертального руху (гідродвигуном служить гідромотор);

· гідроприводи поступального руху (гідродвигуном служить у переважній більшості гідроциліндр);

· гідроприводи поворотного руху (гідродвигуном служить поворотний гідродвигун).

 

За схемою циркуляції рідини у приводі:

· гідропривод із замкнутою схемою циркуляції, у якому робоча рідина від гідродвигуна одразу повертається у всмоктуючу гідролінію насоса;

· гідропривод з розімкненою системою циркуляції, у якому робоча рідина знаходиться у гідробаку і постійно контактує атмосферою.

 

Гідропривод із замкнутою циркуляцією робочої рідини компактний, має невелику масу і допускає велику частоту обертання ротора насоса без небезпеки виникнення кавітації, оскільки в такій системі у всмоктуючій лінії тиск завжди вищий за атмосферний. До недоліків слід віднести погані умови для охолодження робочої рідини, а також необхідність зливу робочої рідини та заповнення гідросистеми при заміні або ремонті гідроапаратури.

 

Переваги розімкненої схеми - хороші умови для охолодження і очищення робочої рідини. Проте такі гідроприводи громіздкі і мають велику масу, а частота обертання ротора насоса обмежується швидкостями руху робочої рідини, що допускаються (з умов безкавітаційної роботи насоса), у всмоктуючому трубопроводі.

 

За можливостями і видом регулювання гідропривод може бути нерегульованим і регульованим, останній у свою чергу буває:

· об'ємного регулювання;

· дросельного регулювання.

 

По задачах регулювання, гідроприводи бувають:

· стабілізаційні;

· слідкувальної дії;

· програмного керування.

Переваги гідроприводів

Значне поширення гідроприводів у різних галузях зумовлюється низкою істотних переваг, до яких у першу чергу належать:

- можливість одержання великих сил та обертальних моментів при порівняно малих розмірах та масі гідродвигунів;

- передача великих потужностей при малій масі гідроприводу;

- плавність рухів вихідних ланок;

- можливість безступінчастого регулювання швидкості у широкому діапазоні;

- мала інерційність;

- простота керування та автоматизації;

- висока експлуатаційна надійність та стійкість до перевантажень;

- простота реалізації основних видів рухів: обертального, зворотно-поступального і зворотно-поворотного.

 

История розвитку гідроприводів

Гідравлічні технічні пристрої відомі з глибокої давнини. Наприклад, насоси для гасіння пожеж існували ще в часи Древньої Греції.

Проте, як цілісна система, що включає і насос, і гидродвигун, і пристрої розподілу рідини, гідропривод почав розвиватися в останні 200—250 років.

Одним з перших пристроїв, що стали прототипом сучасного гідроприводу, є гідравлічний прес. У 1795 році патент на такий пристрій отримав Джозеф Брама (англ. Joseph Bramah), якому допомагав Генрі Моделі, і в 1797 році перший в історії гідравлічний прес був побудований.

В кінці XVIII століття з'явилися перші вантажо-підйомні пристрої з гідравлічним приводом, в яких робочою рідиною була вода. Перший підйомний кран з гідравлічним приводом був введений в експлуатацію в Англії в 1846—1847 роках, і з другої половини XIX століття гідропривод знаходить широке застосування в вантажо-підйомних машинах.

Створення перших гідродинамічних передач пов'язане з розвитком в кінці XIX століття суднобудування. У той час в морському флоті стали застосовувати швидкохідні парові машини. Проте, із-за кавітації, підвищити число обертів гвинтів не вдавалося. Це вимагало вживання додаткових механізмів. Оскільки технології у той час не дозволяли виготовляти високообертові шестерневі передачі, то було необзідно створювати принципово нові передачі. Першим таким пристроєм з відносно високим ККД був винайдений німецьким професором Г. Фетінгером гідравлічний трансформатор (патент 1902 року), що являв собою об'єднані в одному корпусі насос, турбіну і нерухомий реактор. Проте перша застосована на практиці конструкція гідродинамічної передачі була створена в 1908 році, і мала ККД близько 83 %. Пізніше гідродинамічні передачі знайшли застосування в автомобілях. Вони підвищували плавність руху з місця. У 1930 році Гарольд Синклер (англ. Harold Sinclair), працюючи в компанії Даймлер, розробив для автобусів трансмісію, що включає гідромуфту і планетарну передачу. У 1930-х роках вироблялися перші дизельні локомотиви, що використали гідромуфти.

В СРСР перша гидравліна муфта была створена в 1929 році.

У 1882 році компанія Армстронг Уїтворс представила екскаватор, в якому вперше ківш мав гідравлічний привід. Один з перших гидрофікованих екскаваторів був вироблений французькою компанією Poclain в 1951 році. Проте ця машина не могла повертати башту на 360 градусів. Перший повноповоротний екскаватор з гідроприводом був представлений цією ж фірмою в 1960-му році. На початку 1970-х років гидрофіковані екскаватори, що мали більшу продуктивність і простотоу управління, в основному, витіснили з ринку своїх попередників — екскаватори на канатній тязі.

Перший патент, пов'язаний з гідравлічним посиленням, був отриманий Фредеріком Ланчестером у Великобританії в 1902 році. Його винахід був «підсилювальним механізмом, що приводиться за допомогою гідравлічної енергії». У 1926 році інженер підрозділу вантажівок компанії Пірс Ерроу (англ. Pierce Arrow) продемонстрував в компанії Дженерл моторс гидропідсилювач керма з хорошими характеристиками, проте автовиробник важав, що ці пристрої будуть дуже дорогими, щоб випускати їх на ринок. Перший призначений для комерційного використання гидропідсилювач керма був створений компанією Крайслер в 1951 році, і зараз більшість нових автомобілів укомплектовуються подібними пристроями.

Фірма Хонда після представлення гідростатичної трансмісії в 2001 році для своєї моделі мотопозашляховика Fourtrax Rubicon, анонсувала в 2005-му рокі мотоцикл Honda Dn-01 з гідростатичною трансмісією, що включає насос і гідромотор. Модель почала продаватися на ринку в 2008 році. Це була перша модель транспортного засобу для автодоріг, в якому використовувалася гідростатична трансмісія.

Перспективи розвитку

Перспективи розвитку гідроприводу багато в чому пов'язані з розвитком електроніки. Так, вдосконалення електронних систем дозволяє спростити управління рухом вихідних ланок гідроприводу. Зокрема, в останніх 10-15 років стали з'являтися бульдозери, управління якими влаштоване за принципом джойстика.

З розвитком електроніки і обчислювальних засобів пов'язаний прогрес в області діагностування гідроприводу. Процес діагностування деяких сучасних машин простими словами може бути описаний таким чином. Фахівець підключає переносний комп'ютер до спеціального роз'єму на машині. Через цей роз'єм в комп'ютер надходить інформація про значення діагностичних параметрів від безлічі датчиків, вбудованих в гідросистему. Програма або фахівець аналізує отримані дані і видає висновок про технічний стан машини, наявності або відсутності несправностей і їх локалізації. За такою схемою здійснюється діагностування, наприклад, деяких сучасних ковшових навантажувачів. Розвиток обчислювальних засобів дозволить удосконалити процес діагностування гідроприводу і машин в цілому.

Важливу роль в розвитку гідроприводу може зіграти створення і впровадження нових конструкційних матеріалів. Зокрема, розвиток нанотехнологій дозволить підвищити міцність матеріалів, що дозволить зменшити масу гідрообладнання і його геометричні розміри, підвищити його надійність. З іншого боку, створення міцних і одночасно еластичних матеріалів дозволить, наприклад, зменшити недоліки багатьох гідравлічних машин, зокрема, збільшити тиск що створюється діафрагмовими насосами.

Останніми роками спостерігається істотний прогрес у виробництві пристроїв ущільнювачів. Нові матеріали забезпечують повну герметичність при тиску до 80 МПа, низькі коефіцієнти тертя і високу надійність.

 

Загальні відомості

Гідропривод — сукупність гідравлічної апаратури і гідроліній для приведення в дію робочих органів машин та механізмів за допомогою потенціальної енергії рідини, що перебуває під тиском. При цьому енергія передається за допомогою переміщення окремих об'ємів рідини.

Гідропривод є свого роду "гідравлічною вставкою" між приводним двигуном і навантаженням (машиною або механізмом) та виконує ті ж функції, що і механічні передачі (редуктор, пасова передача, кривошипний механізм і т.д.).

Види гідроприводів

За принципом роботи гідроприводи бувають об'ємними (гідростатичними), гідродинамічними і змішаними:

· у гідродинамічних приводах використовується в основному кінетична енергія потоку рідини;

· у об'ємних гідроприводах використовується потенційна енергія тиску робочої рідини;

· у змішаних гідроприводах поєднуються властивості перших двох видів.

За характером руху вихідної ланки гідродвигуна гідравлічні приводи поділяються на:

· гідроприводи обертального руху (гідродвигуном служить гідромотор);

· гідроприводи поступального руху (гідродвигуном служить у переважній більшості гідроциліндр);

· гідроприводи поворотного руху (гідродвигуном служить поворотний гідродвигун).

 

За схемою циркуляції рідини у приводі:

· гідропривод із замкнутою схемою циркуляції, у якому робоча рідина від гідродвигуна одразу повертається у всмоктуючу гідролінію насоса;

· гідропривод з розімкненою системою циркуляції, у якому робоча рідина знаходиться у гідробаку і постійно контактує атмосферою.

 

Гідропривод із замкнутою циркуляцією робочої рідини компактний, має невелику масу і допускає велику частоту обертання ротора насоса без небезпеки виникнення кавітації, оскільки в такій системі у всмоктуючій лінії тиск завжди вищий за атмосферний. До недоліків слід віднести погані умови для охолодження робочої рідини, а також необхідність зливу робочої рідини та заповнення гідросистеми при заміні або ремонті гідроапаратури.

 

Переваги розімкненої схеми - хороші умови для охолодження і очищення робочої рідини. Проте такі гідроприводи громіздкі і мають велику масу, а частота обертання ротора насоса обмежується швидкостями руху робочої рідини, що допускаються (з умов безкавітаційної роботи насоса), у всмоктуючому трубопроводі.

 

За можливостями і видом регулювання гідропривод може бути нерегульованим і регульованим, останній у свою чергу буває:

· об'ємного регулювання;

· дросельного регулювання.

 

По задачах регулювання, гідроприводи бувають:

· стабілізаційні;

· слідкувальної дії;

· програмного керування.

Переваги гідроприводів

Значне поширення гідроприводів у різних галузях зумовлюється низкою істотних переваг, до яких у першу чергу належать:

- можливість одержання великих сил та обертальних моментів при порівняно малих розмірах та масі гідродвигунів;

- передача великих потужностей при малій масі гідроприводу;

- плавність рухів вихідних ланок;

- можливість безступінчастого регулювання швидкості у широкому діапазоні;

- мала інерційність;

- простота керування та автоматизації;

- висока експлуатаційна надійність та стійкість до перевантажень;

- простота реалізації основних видів рухів: обертального, зворотно-поступального і зворотно-поворотного.

 

История розвитку гідроприводів

Гідравлічні технічні пристрої відомі з глибокої давнини. Наприклад, насоси для гасіння пожеж існували ще в часи Древньої Греції.

Проте, як цілісна система, що включає і насос, і гидродвигун, і пристрої розподілу рідини, гідропривод почав розвиватися в останні 200—250 років.

Одним з перших пристроїв, що стали прототипом сучасного гідроприводу, є гідравлічний прес. У 1795 році патент на такий пристрій отримав Джозеф Брама (англ. Joseph Bramah), якому допомагав Генрі Моделі, і в 1797 році перший в історії гідравлічний прес був побудований.

В кінці XVIII століття з'явилися перші вантажо-підйомні пристрої з гідравлічним приводом, в яких робочою рідиною була вода. Перший підйомний кран з гідравлічним приводом був введений в експлуатацію в Англії в 1846—1847 роках, і з другої половини XIX століття гідропривод знаходить широке застосування в вантажо-підйомних машинах.

Створення перших гідродинамічних передач пов'язане з розвитком в кінці XIX століття суднобудування. У той час в морському флоті стали застосовувати швидкохідні парові машини. Проте, із-за кавітації, підвищити число обертів гвинтів не вдавалося. Це вимагало вживання додаткових механізмів. Оскільки технології у той час не дозволяли виготовляти високообертові шестерневі передачі, то було необзідно створювати принципово нові передачі. Першим таким пристроєм з відносно високим ККД був винайдений німецьким професором Г. Фетінгером гідравлічний трансформатор (патент 1902 року), що являв собою об'єднані в одному корпусі насос, турбіну і нерухомий реактор. Проте перша застосована на практиці конструкція гідродинамічної передачі була створена в 1908 році, і мала ККД близько 83 %. Пізніше гідродинамічні передачі знайшли застосування в автомобілях. Вони підвищували плавність руху з місця. У 1930 році Гарольд Синклер (англ. Harold Sinclair), працюючи в компанії Даймлер, розробив для автобусів трансмісію, що включає гідромуфту і планетарну передачу. У 1930-х роках вироблялися перші дизельні локомотиви, що використали гідромуфти.

В СРСР перша гидравліна муфта была створена в 1929 році.

У 1882 році компанія Армстронг Уїтворс представила екскаватор, в якому вперше ківш мав гідравлічний привід. Один з перших гидрофікованих екскаваторів був вироблений французькою компанією Poclain в 1951 році. Проте ця машина не могла повертати башту на 360 градусів. Перший повноповоротний екскаватор з гідроприводом був представлений цією ж фірмою в 1960-му році. На початку 1970-х років гидрофіковані екскаватори, що мали більшу продуктивність і простотоу управління, в основному, витіснили з ринку своїх попередників — екскаватори на канатній тязі.

Перший патент, пов'язаний з гідравлічним посиленням, був отриманий Фредеріком Ланчестером у Великобританії в 1902 році. Його винахід був «підсилювальним механізмом, що приводиться за допомогою гідравлічної енергії». У 1926 році інженер підрозділу вантажівок компанії Пірс Ерроу (англ. Pierce Arrow) продемонстрував в компанії Дженерл моторс гидропідсилювач керма з хорошими характеристиками, проте автовиробник важав, що ці пристрої будуть дуже дорогими, щоб випускати їх на ринок. Перший призначений для комерційного використання гидропідсилювач керма був створений компанією Крайслер в 1951 році, і зараз більшість нових автомобілів укомплектовуються подібними пристроями.

Фірма Хонда після представлення гідростатичної трансмісії в 2001 році для своєї моделі мотопозашляховика Fourtrax Rubicon, анонсувала в 2005-му рокі мотоцикл Honda Dn-01 з гідростатичною трансмісією, що включає насос і гідромотор. Модель почала продаватися на ринку в 2008 році. Це була перша модель транспортного засобу для автодоріг, в якому використовувалася гідростатична трансмісія.

Перспективи розвитку

Перспективи розвитку гідроприводу багато в чому пов'язані з розвитком електроніки. Так, вдосконалення електронних систем дозволяє спростити управління рухом вихідних ланок гідроприводу. Зокрема, в останніх 10-15 років стали з'являтися бульдозери, управління якими влаштоване за принципом джойстика.

З розвитком електроніки і обчислювальних засобів пов'язаний прогрес в області діагностування гідроприводу. Процес діагностування деяких сучасних машин простими словами може бути описаний таким чином. Фахівець підключає переносний комп'ютер до спеціального роз'єму на машині. Через цей роз'єм в комп'ютер надходить інформація про значення діагностичних параметрів від безлічі датчиків, вбудованих в гідросистему. Програма або фахівець аналізує отримані дані і видає висновок про технічний стан машини, наявності або відсутності несправностей і їх локалізації. За такою схемою здійснюється діагностування, наприклад, деяких сучасних ковшових навантажувачів. Розвиток обчислювальних засобів дозволить удосконалити процес діагностування гідроприводу і машин в цілому.

Важливу роль в розвитку гідроприводу може зіграти створення і впровадження нових конструкційних матеріалів. Зокрема, розвиток нанотехнологій дозволить підвищити міцність матеріалів, що дозволить зменшити масу гідрообладнання і його геометричні розміри, підвищити його надійність. З іншого боку, створення міцних і одночасно еластичних матеріалів дозволить, наприклад, зменшити недоліки багатьох гідравлічних машин, зокрема, збільшити тиск що створюється діафрагмовими насосами.

Останніми роками спостерігається істотний прогрес у виробництві пристроїв ущільнювачів. Нові матеріали забезпечують повну герметичність при тиску до 80 МПа, низькі коефіцієнти тертя і високу надійність.