Общие сведения о гидроприводах

 

 

1.1. Основные понятия и определения

Гидропривод служит для приведения в движение меха­низмов и машин за счет энергии жидкости. Различают объемный и гидродинамический гидроприводы.

Объемным гидроприводом в соответствии с ГОСТ 17752—81 [19] называется привод, в состав которого входит гидравлический механизм с одним или более объемными гидродвигателями. Передача энергии к двигателям осущест­вляется посредством жидкости, находящейся под давлением. Под объемным гидродвигателем понимают такую гидрома­шину, в которой преобразование энергии потока жидкости в механическую энергию выходного звена происходит в про­цессе перемещения под действием сил давления замкнутого объема.

В гидродинамическом приводе преобразование гидравли­ческой энергии в механическую осуществляется путем вза­имодействия потока жидкости с лопастной системой гидро­двигателя. Основными элементами такого привода являют­ся колесо центробежного насоса, непосредственно связанное с ведущим валом, и колесо реактивной турбины, связанное с ведомым валом.

Области применения объемных и гидродинамических при­водов определяются следующим. Объемные гидроприводы устанавливают кинематические связи между ведущим и ве­домым звеньями, т. е. они могут поддерживать на ведомом звене любую заданную скорость независимо от нагрузки. Гидродинамические приводы устанавливают только силовые связи, соотношение скоростей ведущего и ведомого звеньев определяется уровнем нагрузки на ведомом звене. Это свой­ство используется, например, в транспортных машинах, где необходимо автоматическое изменение развиваемого момента от скорости движения.

В настоящем пособии рассматривается только объемный гидропривод и поэтому в дальнейшем он будет сокращенно называться гидроприводом. Принципиальная схема простейшего гидропривода показана на рис. 1.1.

Рисунок 1.1. Принципиальная схема простейшего гидропривода

Гидропривод осу­ществляет перемещение груза массой m в вертикальном направлении. Насос 1, приводимый в движение внешним ис­точником, производит всасывание жидкости из резервуара 4 через кран 3 в позиции I. В позиции II крана происходит вытеснение жидкости из рабочего объема насоса в рабочий объем гидродвигателя 2 и перемещение груза вверх. Пере­дача энергии от насоса к гидродвигателю происходит посредством рабочей жидкости, давление которой опреде­ляется сопротивлением, оказанным ее движению. Если не учитывать гидравлическое сопротивление трубопровода 5 и силу трения в гидродвигателе, то давление будет равно

,

где - площадь поршня; — ускорение свободного падения.

Опускание груза вниз происходит в позиции III крана действием нагрузки.

Гидропривод функционально состоит из следующих устройств: гидромашин, гидроаппаратов, кондиционеров рабо­чей жидкости, гидроемкостей и гидролиний. Совокупность гидроустройств, входящих в состав гидропривода, называется гидросистемой.

В качестве гидромашин в гидроприводе применяются насосы, гидродвигатели, насосы-моторы, преобразователи давления и гидровытеснители.

Насосы создают поток рабочей жидкости, преобразуя механическую энергию приводящего двигателя в гидравлическую энергию этого потока. Основное применение в гидроприводах нашли аксиально- и радиально-поршневые, пластинчатые и шестеренные насосы.

Гидродвигатели преобразуют гидравлическую энергию потока жидкости в механическую энергию их выходных звеньев. Различают три вида гидродвигателей: гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели и гидромоторы.

Насос-мотором называется гидромашина, предназначенная для работы в составе гидропривода как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора.

 

Рисунок 1.2. Принципиальная схема гидропреобразователя

Гидропреобразователь предназначен для преобразования энергии одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока с изменением значения давления. Как правило, в гидропреобразователях происходит увеличение давления. В качестве примера на рис. 1.2 приведена схема гидропреобразователя вращательного типа, состоящего из двух шестеренных гидромашин 1 и 2, валы которых жестко соединены между собой механической связью 3. При подводе к гидромашине 1 рабочей жидкости с давлением рвх ее вал вращается, передавая вращение валу гидромашины 2. Таким образом, гидромашина 1 работает в режиме гидромотора, а гидромашина 2 в режиме насоса. Из уравнения равновесия крутящих моментов на валах гидромашин имеем выражение для давления жидкости на выходе из преобразователя

,

где V₀₁, V₀₂ — рабочие объемы [11] гидромашин 1 и 2.

Но надо иметь в виду, что в процессе преобразования энергии происходит уменьшение расхода Q₂ в выходной гидролинии по сравнению с расходом Q₁ во входной, так как мощность потоков не меняется (), если не учитывать потери в гидропреобразователе, т. е.

,

Рисунок 1.3. Принципиальная схема гидровытеснителя

Гидровытеснитель предназначен для преобразования энергии одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока без изменения значения давления. В качестве примера на рис. 1.3 приведена схема гидровытеснителя, в котором разделение потоков осуществляется с помощью поршня. Такие гидромашины обычно применяются для разделения двух видов рабочих жидкостей или жидкости и газа, применяемых в гидроприводах.

Гидроаппараты обеспечивают изменение, усиление или поддержание заданных значений давления, расхода или направления потока рабочей жидкости. В качестве собирательного названия гидроаппаратов допускается применять термин «гидроаппаратура». Устройство, принцип действия и характеристики гидроаппаратов подробно рассмотрены в учебном пособии [4].

Кондиционеры рабочей жидкости предназначены для обеспечения ее необходимых качественных показателей и состояния. К ним относятся фильтры и сепараторы, обеспечивающие очистку рабочей жидкости от загрязняющих примесей, теплообменники, обеспечивающие охлаждение или нагрев рабочей жидкости, и некоторые другие устройства.

Гидроемкости служат для содержания рабочей жидкости с целью использования ее в процессе работы гидропривода. К ним относятся гидробаки и гидроаккумуляторы.

Гидролинии предназначены для прохождения рабочей жидкости и передачи давления от одного устройства к другому. Конструктивно они представляют собой трубы, рукава, монтажные плиты, трубопроводные соединения. В качестве собирательного названия для гидролиний допускается применять термин «гидросеть».

Классификация устройств, входящих в состав гидропривода, дана на рис. 1.4.

Рисунок 1.4. Классификация устройств, входящие в состав гидропривода

В гидроприводе часто несколько устройств компонуются в одно целое. Наибольшее применение нашли следующие комбинированные устройства.[19].

Гидропередача — часть гидропривода, состоящая из насоса, гидродвигателя и соединяющих их гидролиний и предназначенная для передачи движения от приводящего двигателя к звеньям машины.

Насосный агрегат — устройство, состоящее из одного или нескольких насосов и приводящего двигателя, соединенных между собой.

Насосная установка — насосный агрегат с комплектующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса, и следовательно, подачу жидкости в систему при определенных значениях расхода и давления.

Гидроусилителем называют совокупность гидроаппаратов, предназначенных для преобразования и усиления мощности управляющего сигнала любой природы в мощность потока рабочей жидкости и изменения его направления в соответствии с этим сигналом.

Гидропанель представляет собой совокупность гидроаппаратов, конструктивно объединенных на монтажной плите в одно целое.