Дифференциальные трансмиссии с внутренним разветвлением потока мощности и аксиальнопоршневыми гидромашинами.

Технический уровень современного объемного гидропривода и широкие возможности выбора его отдельных компонентов позволяет при разработке новой или модернизированной гидрофицированной машины достаточно полно удовлетворить ряду основных и специфиче­ских технических, а также экономических (ценовых) требований. Кон­куренция производителей гидрооборудования способствует более по­лному удовлетворению требований по номенклатуре, гарантийному и сервисному обслуживанию

Анализ предлагаемых современных технических решений в об­ласти объемного гидропривода, рекомендаций по выбору отдельных компонентов, требований по эксплуатации с учетом достижения высо­кого уровня надежности и экономичности, а также? учета функцио­нально-стоимостных параметров продукции, позволяют предложить следующий алгоритм расчета объемного гидропривода и выбора от­дельных гидроустройств:

1. Предварительный выбор сорта РЖ на основе удовлетворения требований по температурам окружающей среды и собственно РЖ, по пожароопасности и защите окружающей среды;

2. Расчет основных параметров гидродвигателя (гидромотора или гидроцилиндра), удовлетворяющих требованиям по нагрузке (крутя­щему моменту) и диапазону изменения скорости или частоты враще­ния;

3. Определение основных параметров насоса и приводящего дви­гателя;

4. Выбор насоса и гидромотора с учетом обеспечения работы объемного гидропривода в зоне оптимального КПД;

5. Уточнение специфических требований, предъявляемых к гид­ромотору по минимальной и максимальной частотам вращения, воз­можности восприятия нагрузок на вал, динамическим нагрузкам, бы­стродействию, частоте реверса и др.;

6. Расчет и выбор гидроустройств реверсирования направления и регулирования расхода давления РЖ (гидрораспределителей, дросселей, гидроклапанов давления);

7. Расчет и выбор гидроаппаратуры защиты от перегрузок (предо­хранительных клапанов и устройств для разгрузки насосов);

8. Расчет и выбор гидроустройств, обеспечивающих безопасное функционирование гидропривода (тормозных гидроклапанов, гидро­замков и др.);

9. Подбор средств управления объемным гидроприводом на осно­ве учета требований к способам регулирования скорости и средствам их реализации: машинное регулирование рабочего объема насоса или гидромотора; дроссельное регулирование; ручное или дистанционное управление; степень автоматизации управления;

10. Расчет и подбор средств кондиционирования РЖ (гидробака, системы фильтрации, теплообменных аппаратов - охладителей и на­гревателей);

11. Разработка системы диагностирования объемного гидропри­вода;

12. Подбор приборов контроля параметров объемного гидропри­вода преобразователей давления, частоты вращения, перемещения, температуры, чистоты и уровня РЖ;

13. Расчет рабочего объема насоса подпитки при замкнутой цепи гидропривода;

14.Выбор трубопроводов и рукавов высокого давления;

15. Предварительная оценка надежности гидропривода;

16. Анализ требований к монтажу, эксплуатации и техническому обслуживанию объемного гидропривода;

17. Проработка альтернативных вариантов решения задачи (с по­мощью полнопоточного объемного гидропривода с высокомоментным гидромотором, с быстроходным гидромотором и промежуточным ре­дуктором, с двухпоточной гидромеханической коробкой передач и др.), в том числе с использованием комплектующих разных поставщи­ков;

18. Сравнение вариантов объемного гидропривода по цене, на­дежности и срокам поставки (функционально-стоимостной анализ). Выбор оптимального варианта гидропривода.На рис. 1 приведена гидравлическая принципиальная схема объ­емного гидропривода вращательного движения, широко применяемая в мобильных машинах, в которой управление рабочим объемом насоса осуществляется с помощью двухстепенного ручного (мускульного) ре­гулятора следящего принципа действия с механической обратной свя­зью. Гидропривод состоит из аксиальнопоршневих гидромашин с на­клонным диском (насоса с регулируемым рабочим объемом Н и гид­ромотора М с постоянным рабочим объемом), соединенных между со­бой посредством трубопроводов и рукавов высокого давления РВД1 и РВД2.

Гидропривод имеет замкнутую цепь циркуляции РЖ, поэтому для компенсации утечек из гидромашин установлен насос подпитки Нп с переливным гидроклапаном КПп, нагнетающим РЖ в магистрали А-А или В-В через один из обратных клапанов (подпитки или «ан- тикавитационных») К01 или К02. На насосе Н (блок БН) смонтиро­ван насос подпитки Нп с переливным клапаном КПп, обратные кла­паны К01 и К02, регулятор изменения рабочего объема насоса, включающий гидрораспределитель Р с пропор-циональным ручным управлением, гидроцилиндры Ц1 и Ц2 изменения угла наклона диска, и устройство механической («жесткой») обратной связи ОС между ними. Насос подпитки кроме своей основной функции осуществляет также подачу РЖ в линию управления регулятора рабочего объема насоса Н (давление р_у). На гидромоторе М (блок БМ) смонтированы

предохранительные клапаны КП1 иКП2 основных магистралей А- А и В - В, гидрораспределитель Рп сброса части потока РЖ из линии низкого давления (подпитки) в гидробак Б для охлаждения (встреча­ются названия «промывочный гидрораспределитель» или «гидрораспределитель обмена») и гидроклапан давления КД для поддержки дав­ления в канале слива на уровне значения давления подпитки.

БН

Рис. - Объемный гидропривод типа ГСТ производства ОАО «Гидросила» г. Кировоград

Внешними гидроустройствами гидропривода являются всасы­вающий фильтр Ф на входе в насос подпитки Нп и охладитель АТ. Контроль загрязненности фильтроэлемента осуществляется с помощью индикатора загрязненности на фильтре (моновакуумметра). В связи с высокой теплонагруженностью гидропривода охлаждение узлов тре­ния гидромашин обеспечивается путем подачи РЖ из гидрораспреде­лителя Рп через клапан КД в корпус гидромотора М, а из последнего в корпус насоса Н и далее в охладитель АТ.

При работе гидропривода вращение насосам Н и Нп передается от приводящего двигателя (ДВС) «м» и РЖ нагнетается к гидромотору М в направления А- А или В -В в зависимости от необходимого на­правления вращения рабочего органа машины. Бесступенчатое изме­нение рабочего объема насоса и направления подачи для реверсиро­вания вращения гидромотора осуществляется с помощью регуля­тора следящего принципа действия, который снабжен механической обратной связью ОС между регулирующим устройством (следящим золотником Р) и гидроцилиндрами Ц1 и Ц2 непосредственного воз­действия на наклонный диск насоса.

Привод следящего золотника гидрораспределителя Р осуществ­ляется путем ручного (мускульного) усилия с помощью механической тяги. При сдвиге золотника гидрораспределителя Р вправо РЖ по­ступает в левую полость гидроцилиндра Ц1 (через дроссель ДР2), пе­ремещая его поршень вправо и влияя на наклонный диск насоса Н. При сдвиге золотника гидрораспределителя Р влево РЖ поступает в левую полость гидроцилиндра Ц2 (через дроссель ДРЗ) и перемещает пор­шень вправо, влияя на наклонный диск насоса Н. Обратная связь ОС обеспечивает фиксацию поршней гидроцилиндров Ц1 и Ц2 в заданном гидрораспределителем Р положении и однозначную связь между сиг­налом управления оператора машины и значением рабочего объема на­соса Н. Такой тип регулятора называется следящими [47], так как каж­дому положению золотника гидрораспределителя Р отвечает опреде­ленное положение поршней гидроцилиндров Ц1 и Ц2 и значение ра­бочего объема насоса Н. При отсутствии давления управления в по­лостях гидроцилиндров Ц1 и Ц2 пружины устанавливают поршни в нейтральное положение, которое соответствует нулевому значению рабочего объема насоса. В Украине аксиальнопоршные гидромашины такого типа и гидропередачи на их базе (ГСТ) производит ОАО «Гид­росила» (г. Кировоград) по лицензии фирмы «Заиег-Бипс^гапс!» (ФРГ), серия 20.

На рис. 2 приведена гидравлическая принципиальная схема объ­емного гидропривода вращательного движения современной конструк­ции, применяемой в мобильных машинах, с управлением рабочим объ­емом насоса с помощью двухступенчатого электрогидравлического ре­гулятора следящего принципа действия с механической обратной свя­зью. Гидропривод включает насос Н и гидромотор М, соединенные ме­жду собой с помощью трубопроводов и рукавов высокого давления РВД. На насосе Н смонтирован насос подпитки Нп с предохранитель­ным клапаном КПп, предупредительные клапаны КП1 и КП2 основных магистралей А-А и В-В, обратные клапаны системы подпитки К01 и К02, регулятор изменения рабочего объема насоса, включающий гидрораспределитель Р с пропорциональным электрическим управлени­ем, гидроцилиндр Ц и устройство механической («жесткой») обратной связи ОС между ними, и клапаны для автоматического срабатывания защиты от перегрузок КДа типа «или» и КПк, которые ограничивают работу гидропривода на максимальном давлении. Клапан КПк имеет настройку на давление несколько меньшего значения, чем основные кла­паны КП1 и КП2. Насос подпитки кроме своей основной функции осу­ществляет также подачу РЖ в канал управления регулятора рабочего объема насоса Н (давление р_у). На гидромоторе М установлены гидро-

распределитель Рп сбрасывания части потока РЖ из магистрали низко­го давления (подпитки) в гидробак Б для охлаждения и гидроклапан давления КД для поддержки давления в канале слива на уровне значе­ния давления подпитки. Внешними гидроустройствами объемного гидропривода являются всасывающий фильтр Ф на входе в насос подпитки Нп и охладитель АТ. Контроль загрязненности фильтроэлемента осуще­ствляется по индикатору загрязненности на фильтре с электрической сигнализацией или с помощью визуального моновакуометра. В связи с высокой теплонагруженностью гидропривода охлаждение узлов трения гидромашин обеспечивается путем направления РЖ из гидрораспределителя Рп через клапан КД в корпус гидромотора М, из последнего в корпус насоса Н () и дальше () в охладитель АТ.

Рис. 2 - Гидравлическая принципиальная схема гидропривода с электрогидравлическим пропорциональным следящим регулятором подачи насоса Н

При работе гидропривода вращение насосам Н и Нп передается от приводящего двигателя (ДВС) «м» и РЖ нагнетается к гидромотору в направлении А - А или В-В в зависимости от необходимого на­правления вращения рабочего органа машины. Бесступенчатое изме­нение рабочего объема насоса и направления подачи РЖ для реверси­рования вращения гидромотора осуществляется с помощью регулятора следящего принципа действия, который снабжен механической обрат­ной связью ОС между управляющим регулирующим устройством (сле­дящим золотником Р) и гидроцилиндром Ц непосредственного воз­действия на наклонный диск насоса.

Привод следящего золотника гидрораспределителя Р осуществ­ляется дистанционно электрическими пропорциональными магнитами У1 и У2, что позволяет упростить кинематические связи между насо­сом и оператором (заменив механическую тягу на электрические про­вода) и автоматизировать работу гидропривода [97;110]. При подаче электропитания на магнит У1 золотник гидрораспределителя Р смеща­ется вправо и РЖ поступает в левую полость В1 гидроцилиндра Ц, перемещая его поршень вправо воздействуя на наклонный диск насоса Н. При сдвиге золотника гидрораспределителя Р влево под действием электропитания на магнит У2 поток управления РЖ поступает в пра­вую полость А\ гидроцилиндра Ц и перемещает поршень влево, воз­действуя на наклонный диск насоса Н. Обратная связь ОС обеспечива­ет фиксацию поршня гидроцилиндра Ц в заданном гидрораспредели­телем Р положении и однозначную связь между электрическим сигна­лом управления на электромагнитах и значением рабочего объема на­соса Н.

При достижении давления в одной из основных магистралей А - А или В- В, равного настройке давления клапана КПк, последний снижает давление в канале питания гидрораспределителя Р до мини­мального значения (р_у ~ 0 ). При наличии дросселя ДР это сбрасыва­ние давления не оказывает влияние на значение давления в контуре подпитки, что очень важно, поскольку в этот момент гидромашины работают на близком к максимальному давлению и цотребляют прак­тически всю подачу насоса подпитки для компенсации утечек РЖ. При отсутствии давления управления в полостях гидроцилиндра Ц пружи­ны в последнем устанавливают поршень в нейтральное положение, со­ответствующее нулевому значению рабочего объема насоса. Предель­ное условие работы гидропривода относительно давления и прекращение вращения гидромотора (и соединенного с ним рабочего органа) яв­ляется сигналом оператору для принятия мер по снижению перегрузки. По такой гидравлической схеме выпускают гидромашины и гидропе­редачи на их базе фирмы «Rexroth Bosch Group» (серия A4VG) и « Sauer-Danfoss» (серия HI). Порядок расчета объемного гидропривода вращательного движения (с гидромотором)

1. Определение рабочего объема гидромотора проводят в два этапа. Предварительно рабочий объем определяют на основании заданного крутящего момента внешней статической нагрузки и предварительного выбора типа гидромотора (конструкции и его технических характеристик по номинальным значениям частоты вращения, давления и гидромеханического КПД)

( 1 )

где М_м - крутящий момент внешней статической нагрузки, равный развиваемому гидромотором крутящему моменту (значение крутящего

момента задается проектантом машины, в качестве привода рабочего органа которой планируется установка объемного гидропривода), Н.м,

- предварительно задаваемый перепад давлений на гид­ромоторе, МПа.

Обычно задают номинальное значение перепада давлений согласно технической характеристике гидромотора по каталогу предприятия- изготовителя. При использовании в объемном гидроприводе гидромашин производства ОАО «Гидросила» (таблицы 1 и 2) значение номинального перепада давлений находится в пределах

= 21...25 МПа, (2)

- гидромеханический КПД гидромотора, значение которого в зависимости от конструктивных особенностей и частоты вращения гидромоторов различных типов находится в диапазоне

= 0,85...0,98. (3)

Предварительно, для всех типоразмеров (вариантов) гидромоторов принимают среднее значение = 0,92.

2. Полученное по формуле (1) значение рабочего объема Ургпредв округляют до ближайшего большего значения Ум из номенклатурного ряда гидромоторов, приводимых изготовителем в каталоге (таблица 1).

3. На основании уточненного значения рабочего объема и соответствующего значения гидромеханического КПД (обычно в каталогах изготовителей гидромоторов приводят зависимости изменения гидромеханического КПД от перепада давлений и частоты вращения) определяют фактический (рабочий) перепад давлений на гидромоторе

(4)

где - гидромеханический КПД гидромотора, значение которого принимают по каталогу (таблица 1).

Примечание 1: Допущение - для упрощения расчетов принимаем значения КПД постоянными вне зависимости от частоты вращения и давления РЖ в объемном гидроприводе.

Если полученное значение перепада ниже номинального значения для выбранного гидромотора, то выбор гидромотора по рабочему объему проведен корректно. Для обеспечения повышенной долговечности объемного гидропривода и в случае отсутствия ограничений по габаритам и массе необходимо задаваться давлением и частотой вращения не более 75% от номинального значения.