Области применения гидроприводов

Гидроприводы нашли широкое применение в целом ряде областей энергомашиностроения и других видов техники. Ниже рассматриваются лишь самые крупные потребители гидроприводов в настоящее время.

Станкостроение явилось одной из первых отраслей, где гидроприводы получили практическое применение в нашей стране. Гидроприводы применяются во многих универсальных, агрегатных, копировальных станках, технологических роботах, автоматических линиях для осуществления рабочих перемещений узлов, режущего инструмента и выполнения других операций. В станках с числовым программным управлением гидроприводы нашли преимущественное применение [15] в механизмах смены инструмента, фиксации положений рабочих органов, разгрузки неуравновешенных масс, устройствах цикловой автоматики, в системах гидростатической разгрузки направляющих и многих других. Широко применяются комбинированные электрогидравлические следящие приводы подач в тяжелых станках с большими рабочими усилиями.

В современных летательных аппаратах гидропривод стал основным видом силового привода. Гидроприводы применяют [14] в рулевых агрегатах, обеспечивающих управление полетом, для изменения стреловидности крыла, в системах уборки — выпуска шасси, системах торможения колес, выпуска воздушных тормозов, разворота передней опоры шасси, управления рулями, воздухозаборником. По данным [20] гидросистема современного самолета содержит более 50 гидромоторов, 80 гидроцилиндров при длине трубопроводов до 1,5 км. Для современного поколения самолетов [9] характерно использование электрогидравлических систем дистанционного управления и автономных рулевых приводов, что позволяет улучшить динамические характеристики, сравнительно легко включить в контур управления бортовую вычислительную машину. Автономные рулевые приводы обладают хорошей эксплуатационной технологичностью и повышенной надежностью.

В транспортных машинах гидроприводы применяются в гидротрансмиссиях автомобилей и тракторов [12], что позволяет простым способом осуществить привод каждого колеса и тем самым повысить проходимость машины, а также обеспечить бесступенчатость регулирования скорости без участия водителя. С помощью гидропривода происходит поворот управляемых колес автомобиля, опрокидывание кузова самосвала, управление механизмами, установленными на борту и другие действия.

В строительно-дорожных машинах применение гидроприводов дало большой эффект. Уменьшена масса и стоимость машин, обеспечены практически неограниченные возможности для создания различных компоновок машин с принципиально новыми свойствами, благодаря возможности расположения гидродвигателей непосредственно у рабочих органов машин, а насосов в двигательном отсеке. Гидроприводы применяются в экскаваторах, бульдозерах, грейдерах, самоходных кранах, автопогрузчиках, мусоровозах и во многих других строительно-дорожных машинах [31]. Они являются основным видом приводов, осуществляющих подъем и опускание грузов, перемещение многочисленных рабочих органов.

Сельскохозяйственное машиностроение является потенциально самым крупным потребителем гидроприводов [10]. Кроме использования в трансмиссиях тракторов и самоходных комбайнов, гидропривод применяется для управления навесными орудиями, для привода транспортеров и механизмов вибрационной уборки урожая, в системах регулирования глубины вспашки, для управления режущими аппаратами косилок, жаток, комбайнов и других машин. Гидропривод эффективен в этих машинах из-за того, что число рабочих органов в них велико, потребляемые мощности различны, рабочие органы значительно удалены от основного двигателя машины и имеют разнообразную пространственную ориентацию. Применение гидропривода позволяет отказаться от традиционных компоновок машин, повышает производительность и улучшает условия труда рабочих.

В металлургическом и кузнечно-прессовом оборудовании гидропривод применяется благодаря его возможностям реализовать огромные усилия, обеспечивать высокие быстродействие и точность. Примерами применения могут являться прокатные, волочильные и прошивочные станы, где особо следует отметить системы автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы или ленты с управлением от ЭВМ. Гидроприводы также применяются в гидравличе­ских ножницах, в прессах для обжатия поковок, ковки, объемной штамповки, выдавливания и других процессах [5].

Угледобывающее и горнорудное машиностроение использует гидропривод во многих видах своей техники. В частности он применяется в угледобывающих комбайнах, мощных скребковых конвейерах, буровых станках, гидравлических крепях и щитах для проходки туннелей и шахт. Так, например, механизированные крепи включают до 1000 гидроцилиндров, 200 распределителей, 500 клапанов и до 5 км рукавов высокого давления [10], Применение гидропривода позволило повысить производительность оборудования при ограниченных габаритах, а возможность применения водосодержащих жидкостей сделала привод взрывобезопасным и удобным в эксплуатации.

Промышленные роботы и манипуляторы, предназначенные для замены труда человека, совершающего однообразные утомительные операции и операции в тяжелых, вредных для здоровья человека условиях, также широко применяют гидроприводы. Так, в пятикоординатном фрезерном станке с программным управлением [15] гидропривод осуществляет подъем и опускание руки манипулятора при, переносе режущего инструмента, выдвижение и поворот руки, выдвижение и сведение схвата, поворот схвата. Помимо обслуживания станков, роботы применяются в лакокрасочных, литейных и термических цехах, используются в сварочных работах, на участках гальвано-покрытий, при работах под водой и в космосе. Имеются и другие области применения гидроприводов [10, 11, 17].

Преимущества гидроприводов

Широкое применение гидроприводов обусловили следующие их преимущества по сравнению с другими видами приводов (электрическими, пневматическими и др.).

Высокая энергоемкость гидропривода, характеризуемая малыми массой и габаритами гидромашин, приходящимися на единицу передаваемой мощности, и определяемая высокой силовой напряженностью потока жидкости, передающего энергию. В гидроприводах рабочие давления составляют 10 — 30 МПа и существуют отдельные случаи использования давления до 400 МПа, а в электроприводах магнитная на­пряженность поля не превышает 1—8 МПа [9].

Высокое быстродействие и простота осуществления реверса движения рабочих органов машин в результате малой инерционности подвижных узлов гидромашин и гидроаппаратов. Так, момент инерции роторов гидромоторов примерно в 50 раз меньше, чем у электродвигателей той же мощности. Гидромотор обеспечивает изменение направления вращения до 500 реверсов в минуту, а гидроцилиндр — до 1000 реверсов.

Возможность бесступенчатого плавного регулированная скорости выходных звеньев гидродвигателей в широком диапазоне, доходящем до отношения минимальной скорости к максимальной 1: 1000 [1]. Возможность получения устойчивых перемещений с малыми «ползучими» скоростями. Так, ролико-лопастные гидромоторы обеспечивают плавное вращение при частоте вращения до 1 мин ~1 [8].

Высокая жесткость механической характеристики, т. е. малая зависимость скорости движения выходных звеньев от передаваемых нагрузок благодаря малой сжимаемости рабочей жидкости и достаточной герметичности объемных гидромашин.

Возможность осуществления высоких коэффициентов усиления мощности. Так, в объемных гидроприводах отношение мощности на выходе к мощности на входе для одного каскада усиления может достигать 1000 [11].

Непосредственное получение линейных перемещений гидродвигателей без дополнительных кинематических устройств, простота взаимного преобразования вращательного и поступательного движений.

Простота осуществления дистанционного управления рабочими органами машин, обеспечиваемого за счет применения электрически управляемых гидромашин и аппаратов. Возможность получения удачных компоновок оборудования в силу независимости расположения сборочных единиц, что позволяет наиболее целесообразно разместить их на машине. Так, насос можно разместить непосредственно у приводного двигателя, гидродвигатели — у рабочих органов машины, а гидроаппаратуру управления — на пульте оператора. Связь между гидроустройствами может быть осуществлена с помощью гибких резиновых рукавов.

Высокая эксплуатационная технологичность, надежность и долговечность в работе в результате самосмазываемосги узлов машин и аппаратов, возможность работы в динамических режимах при частых включениях, остановах и реверсах движений.

Простота защиты приводного двигателя, системы привода и самой машины от перегрузок за счет ограничения давления с помощью предохранительных клапанов.

Достаточная экономичность, высокий КПД, простота аккумулирования энергий в гидроприводе.

Высокая помехозащищенность систем управления на базе гидроприводов, радиационная стойкость.

К недостаткам гидропривода следует отнести следующие.

Необходимость включения в состав оборудования, питающегося от электрического тока, например, станков, специальных насосных установок — источников гидравлической энергии.

Зависимость характеристик оборудования от температуры окружающей среды в связи с изменением вязкости жидкости. Это особенно проявляется в машинах, работающих в условиях Севера, космоса и т. п.

Необходимость обеспечения высокой технологической точности изготовления отдельных узлов гидропривода, например золотниковых и плунжерных пар, распределительных устройств насосов, и как следствие этого, необходимость высокой степени очистки жидкости от загрязняющих примесей.

Возможность наружных утечек жидкости в гидравлических устройствах, устранение которых требует создания надежных и долговечных уплотнений, способных противостоять воздействию масел. Утечки усложняют обслуживание оборудования, а также приводят к загрязнению окружающей среды.

Сопровождение работы гидроприводов повышенным шумом, создаваемым в основном насосами.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. В чем состоит различие между объемным и гидродинамическим приводом?

2. Назовите устройства, входящие в состав типового объемного гидропривода и поясните их назначение.

3. Чем определяется величина давления, возникающего при работе объемного гидропривода?

4. Какие преимущества имеет гидропривод по сравнению с электроприводом и какими условиями они определены?

5. Чем определяется высокая энергоемкость гидропривода и каковы пути ее повышения?

6. Чем объясняется высокое быстродействие гидропривода?

7. Как осуществляется защита машин, оснащенных гидроприводом, от перегрузок?

8. Перечислите недостатки, которые имеет гидропривод по сравнению с электроприводом и какими условиями они определены?

9. Что обусловило широкое применение гидропривода в системах управления летательных аппаратов?

10. Назовите основные функции, выполняемые гидроприводом в транспортных машинах.

11. Почему считается перспективным применение гидропривода в сельскохозяйственном машиностроении?

12. Какие положительные качества определили широкое использование гидропривода в металлургическом и кузнечно-прессовом оборудовании?