Розділ 1

1.2.Терміни і визначення основних гідропристроїв об’ємного гідроприводу

Об’ємні гідромашини — це об’ємні насоси і гідродвигуни. Об’ємні насоси (шестеренні, поршневі, планетарні й ін.) —

джерела гідравлічної енергії. Вони перетворюють механічну енер- гію привідного двигуна (наприклад, дизеля) на потенціальну енер- гію потоку робочої рідини.

Об’ємні гіродвигуни (гідроциліндри, гідромотори та ін.) — спо- живачі гідравлічної енергії. Вони перетворюють потенціальну енер- гію потоку робочої рідини на механічну енергію на їх вихідній ланці (шток поршня, вал гідромотора).

Гідроапарати — це гідророзподільники, клапани, дроселі, ре- гулятори тощо. Вони змінюють параметри потоку робочої рідини (тиск, витрату, напрямок руху) або підтримують їх задані значення.

Кондиціонери — підтримують необхідні якісні показники і стан робочої рідини. До кондиціонерів відносять фільтри, охолоджувачі і підігрівачі, сапуни та ін.

Гідропосудини (гідромісткості) — забезпечують живлення гідроприводу робочою рідиною (гідробаки) та акумулювання і повер- нення енергії робочій рідині, що знаходиться під тиском (гідроаку- мулятори).

Гідропроводи (гідролінії) — металеві трубопроводи, рукави, ка- нали для всмоктування, нагнітання, зливу та дренажу робочої рідини.

Схему класифікації гідропристроїв об’ємного гідроприводу наве- дено у дод. 1.

1.3.Аналогія об’ємної гідропередачі з механічною, пневматичною та електричною

Механізм передачі енергії в об’ємній гідропередачі можна порів- няти з кульковою механічною передачею.

Ведуча зірочка 1 (рис. 1.6), обертаючись, своїми зубцями виштов- хує кульки 3 в кулькопровід 2. Кульки, натискаючи одна на одну, потрапляють у впадини веденої зірочки 4 і провертають її. Витис- нені кульки спрямовуються до впадин ведучої зірочки. Така пере- дача працюватиме надійно, якщо кульки (робоче тіло) не деформу- ються і зазор між ними практично відсутній.

Якщо кількість зубців ведучої і веденої зірочок однакова, то час- тота їх обертання також буде однаковою. При збільшенні числа зу- бців ведучої зірочки, наприклад, вдвічі частота обертання веденої зірочки також збільшиться в двічі.

Аналогічний механізм передачі енергії і в об’ємній гідропередачі із замкненою циркуляцією рідини (див. рис. 1.4, а). Рідина, що

10

1 — ведуча зірочка; 2 — кулькопровід;

3 — кулька; 4 — ведена зірочка

Рис. 1.6. Схема кулькової передачі:

нагнітається насосом 1 по гідропроводу 2 в гід- ромотор 3, завдяки тиску приводить в оберталь- ний рух робочий ком- плект гідромотора. Остан- ній витісняє рідину в насос. В гідропередачі робочим тілом є рідина, від якості якої залежить надійність роботи. На- приклад, якщо в систему потрапить повітря, то гідропередача працюва-

тиме нестабільно або й зовсім не працюватиме (так само, як і в кульковій передачі одна кулька буде гумова). Якщо робочі об’єми насоса і гідромотора будуть однакові, то передатне число дорівнюва- тиме одиниці і частота обертання валів цих гідромашин буде одна- ковою (при відсутності втрат рідини). Коли виникає потреба збіль- шити частоту обертання вала гідромотора, наприклад, в два рази, то треба підібрати насос, робочий об’єм якого був би вдвічі більшим за робочий об’єм гідромотора.

Механізм передачі енергії в пневматичній і електричній переда- чах також аналогічний об’ємній гідропередачі, наприклад, компре- сор — ресивер — пневмогідроциліндр гальм; електрогенератор — електродвигун. Відмінність в цих передачах — робоче тіло (рідина, повітря, електричний струм).

Порівняння силових характеристик гідропередач та електропе- редач показує аналогію між тиском рідини і напругою струму, а та- кож між витратою рідини і силою струму. Це дає можливість описа- ти різні за своєю природою передачі одними і тими самими за струк- турою рівняннями руху.

Загальні поняття і визначення гідроприводу

1.4.Кінематичні і силові характеристики об’ємного гідроприводу

Принцип дії об’ємного гідроприводу ґрунтується на високому мо- дулі пружності (незначному стисканні) робочої рідини і на законі Паскаля. Суть цього закону полягає в тому, що жодна зміна тиску в кожній точці крапельної рідини, яка перебуває у стані спокою, не порушує стану її рівноваги і передається в усі її точки без змін. Цей принцип відображує схема гідроприводу (рис. 1.7, а).

Два циліндри 1 і 2 заповнені рідиною і сполучені трубопроводом 3. Поршень площею S1 циліндра 1 під дією сили F1 переміщується із

11

Розділ 1

швидкістю v1 вниз на відстань h1, витискаючи рідину в циліндр 2. Під дією тиску Р рідини поршень цього циліндра площею S2 пере- міщується зі швидкістю v2 вгору на відстань h2, створюючи підйом- ну силу F2. Якщо знехтувати втратами тиску в системі, то, згідно із законом Паскаля, тиск в циліндрах буде однаковим, тобто

P =	F1	=	F2		.	(1.1)
	S		S	2
	1

Враховуючи незначне стискання рідини, можна записати: h1S1=

h2S2 (об’єми) або v1S1 = v2S2 (витрати рідини).

Потужність, що витрачається на переміщення поршня в циліндрі

1, визначається за залежністю
N = F1v1 = РS1v1.	(1.2)

Оскільки величина S1v1 — це витрата рідини Q, то умову пере-

дачі енергії можна подати у вигляді
F1v1 = РQ = F2v2,	(1.3)

де РQ — потужність потоку рідини; F2v2 — потужність, що створю-

ється поршнем циліндра 2.

Наведені залежності показують, що об’ємний гідропривід дає можливість значно збільшити зусилля, що передаються. Напри- клад, якщо площі поршнів S1 = 1 см2, S2 = 50 см2, а сила F1 = 20 Н,

то Р = 0,2 МПа, а F2 = 1000 Н. Вигравши в 50 разів у силі, стільки ж

програють в переміщенні, оскільки для піднімання поршня цилінд- ра 2 на 1 мм треба опустити поршень циліндра 1 на 50 мм.

Рівновагу сил, що наведені на рис. 1.7, а, можна порівняти з рів- новагою коромисла (рис. 1.7, б). Відповідно

	F1		S1		і	F1	l2			(1.4)
P =		=					=		.
	F		S	2		F		l
	2					2	1

Рис. 1.7. Силова схема найпростішого об’ємного гідроприводу (а) і коромисла (б):

1 і 2 — циліндри; 3 — трубопровід

12

Загальні поняття і визначення гідроприводу

Отже, при збільшені тиску в об’ємному гідроприводі і незмінній площі поршня гідроциліндра приводу виконуючого органу збільшу- ється зусилля на поршні. Останнє можна збільшити при незмінно- му тиску за рахунок збільшення площі поршня. Та сама закономір- ність існує й для коромисла (правило важеля).

Ось чому в гідроприводах існує тенденція збільшення тиску з ме- тою зменшення габаритів гідродвигунів. Так, раніше на машинах сільськогосподарського призначення використовували шестеренні насоси, розраховані на номінальний тиск 10 МПа (наприклад, насос НШ-32У), а на нині — на 16 МПа (НШ-32У-3) і більше.

Тиск та витрата рідини є головними параметрами, що характе- ризують роботу гідроприводу.

За одиницю тиску в Міжнародній системі одиниць (СІ) прийнято Паскаль (Па). Це тиск, який спричинюється силою в 1 Ньютон на поверхню 1 м2. Отже, 1 Па = 1 Н/м2. Як одиницю тиску використо- вують також і Мега Паскаль (МПа = 106 Па).

Існують одиниці вимірювання тиску — бар (1 бар = 105 Па; 1 МПа ≈ 10 кгс/см2). У деяких випадках тиск вимірюють в мілімет- рах ртутного чи водяного стовпа (1 мм рт. ст. = 133 Па, 1 мм вод.ст. = 9,81 Па).

За одиницю витрати в Міжнародній системі одиниць прийнято м3/с. Разом з тим широко застосовують позасистемну одиницю — літр за хвилину (л/хв). При цьому 1 м3 /с = 60 000 л/хв.

За одиницю потужності прийнято кіловат (кВт)

N = 61,2QP кВт,

де Q — витрата рідини, л/хв; Р — тиск рідини, МПа.

У літературі зустрічається одиниця вимірювання потужності — кінська сила (к.с.) 1 к.с. = 0,736 кВт, 1 кВт = 1,36 к.с, яка є застарі- лою.

Співвідношення між одиницями вимірювання параметрів гідро- приводу наведено у дод. 2.

Запитання для самоконтролю

?	1. Що розуміють під поняттям «гідропривід»?	2. Чим відрізняється
	об’ємна гідропередача від об’ємного гідроприводу? 3.	В чому полягає анало-
	гія об’ємної гідропередачі з механічною, пневматичною та електричною?
	4. Кінематичні і силові характеристики об’ємного гідроприводу. 5. На чому
	ґрунтується принцип дії об’ємного гідроприводу? 6. Назвіть одиниці вимі-
	рювання тиску, подачі (витрати) та потужності об’ємного гідроприводу.

13