Cодержание
Введение.
Объемный гидропривод
Рабочие жидкости для гидроприводов
Основные схемы объемных гидроприводов.
Преобразователи энергии гидравлических систем.
Приборы управления и регулирования.
Гидролинии.
Вспомогательные устройства.
Гидравлическое оборудование путевых машин.
Гидравлическое оборудование строительных машин.
Гидравлическое оборудование бульдозеров.
Гидравлическое оборудование автогрейдеров.
ВВЕДЕНИЕ.
Масштабы применения гидравлического привода в нашей стране ежегодно растут. Это в значительной мере способствует тому, что на оснащение ж.д.транспорта поступают высокоэффективные строительные и дорожные машины с гидравлическим приводом рабочего органа (бульдозеры, катки и рыхлители, скреперы, автогрейдеры и грейдеры-элеваторы, одноковшовые универсальные и многоковшовые экскаваторы, самоходные стреловые краны и др.).
Использование объемных гидропередач стало возможным благодаря массовому производству экономичных малогабаритных насосов и гидромоторов, а также фильтров для; тонкой очистки рабочей жидкости. Были созданы гидравлические аккумуляторы, гибкие трубопроводы высокого давления, появились гидрораспределители для управления несколькими потребителями и другая аппаратура управления.
Применение гидравлического привода на железнодорожной и строительной технике позволяет: значительно снизить ее массу и размеры путем устранения таких сборочных единиц, как фрикционные муфты, редукторы, карданные передачи, стальные канаты и т. п.;
упростить ее кинематические схемы и тем в значительной мере улучшить ее ремонтопригодность; увеличить производительность землеройных и землеройно-транспортных машин за счет принудительного внедрения рабочего органа в грунт;
расширить область применения одних и тех же машин благодаря использованию сменного оборудования. Вместе с тем следует отметить, что вышеуказанные достоинства машин с гидроприводом могут быть реализованы только при строгом соблюдении требований к их эксплуатации: правильное управление машиной, своевременное обслуживание гидравлического оборудования, обнаружение и устранение неисправностей в его работе и др. Особое внимание при этом должно быть уделено применению рабочей жидкости рекомендуемых сорта и чистоты при заправке гидросистемы и в процессе эксплуатации машины, а также строгому выдерживанию температуры ее применения.
Основными направлениями дальнейшего совершенствования системы объемного гидропривода являются: повышение рабочего давления, что позволит снижать массу и стоимость элементов гидропривода; расширение диапазона рабочих температур гидрожидкости; создание мобильных, полностью гидрофицированных машин с автоматизацией процессов управления путем применения электронного оборудования.
<< Предыдущая Cледующая >>
Назначение рабочих жидкостей и основные требования к ним.
Рабочая жидкость в гидроприводе служит для передачи энергии от входного звена к выходному. Кроме того, она является смазывающей и антикоррозионной средой и выполняет еще ряд важных функций, определяющих эксплуатационные свойства и технико-экономические показатели гидропривода. При выборе и применении рабочей жидкости следует учитывать се эксплуатационные свойства, которые, в свою очередь, зависят от многих факторов, тесно связанных с условиями эксплуатации.
К рабочим жидкостям, предназначенным для гидроприводов машин, работающих на открытом воздухе, предъявляются следующие основные требования. Рабочая жидкость должна обладать хорошими смазывающими и антикоррозионными свойствами по отношению к стали, чугуну, бронзе и алюминиевым сплавам; высокой противопенной стойкостью, исключающей образование воздушно-масляных суспензии, а также стойкостью против отложения смолистых осадков; термической и гидролитической стабильностью в процессе эксплуатации и храпения.
Для обеспечения работоспособности гидроустройств в районах с холодным климатом рабочая жидкость должна иметь температуру застывания на 10 ... 15°С ниже возможной рабочей температуры, вязкость при +50°C не <10 мм2/с, при —40°С — не >1500 мм-/с, а также широкий температурный предел применения по условию прокачиваемости насосами различных типов. Лучшей принято считать такую рабочую жидкость, вязкость которой мало изменяется при изменении температуры. Рабочая жидкость должна обеспечивать устойчивую работу насосов, постоянство режима гидропривода и сохранять смазочные свойства; должна исключать чрезмерные утечки при высоких температурах и чрезмерные потери давления при низких температурах.
В гидросистемах строительных и дорожных машин в качестве рабочих жидкостей применяются масла на нефтяной основе. Они обладают рядом положительных качеств, наиболее важными из которых следует считать доступность их получения и невысокую стоимость. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав рабочих жидкостей вводят присадки. При выборе рабочих жидкостей следует принимать во внима цие их наиболее важные свойства: плотность, вязкость, смазывающую способность, антиокислительные, антикоррозионные, антипенные свойства, совместимость с компонентами гидросистемы, физическую и химическую стабильность в процессе эксплуатации и хранения.
Основные термины, определения, параметры.
Гидравлический привод представляет собой систему машин и аппаратов для передачи механической энергии с помощью жидкости. В объемном гидравлическом приводе используется потенциальная энергия давления жидкости.
Основными агрегатами гидропривода (рис. 1) являются насос и гидродвигатель. Насос служит для преобразования механической энергии приводного двигателя в энергию состояния рабочей жидкости, гидродвигатель преобразует энергию жидкости в механическую энергию.
Управление работой гидропривода осуществляется с помощью механизмов, которые могут воздействовать на насос или гидродвигатель, изменяя их рабочие характеристики, а также на аппараты, устанавливаемые на пути потоков жидкости между насосом и гидродвигателем. Объемный гидравлический привод включает в себя также вспомогательные устройства (гидробаки, фильтры, уплотнения и т. п.).
Объемный гидропривод — привод, содержащий в своем составе гидравлическиймеханизм, в котором рабочая жидкость находится под давлением, с одним или несколькими объемными гидродвигателями.
Гидроустройство — техническое устройство, предназначенное для выполнения определенной самостоятельной функции в объемном гидроприводе посредством взаимодействия с рабочей жидкостью.
Гидросистема — совокупность гидроустройств, входящих в состав объемного гидропривода.
Объемная гидромашина — гидроустройство, предназначенное для преобразования энергии рабочей жидкости в процессе попеременного заполнения рабочей камеры рабочей жидкостью и вытеснения ее из рабочей камеры. Под рабочей камерой понимается пространство в объемной гидромашине, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с местами входа и выхода рабочей жидкости.
Гидроаппарат (в качестве собирательного названия допускается применение термина «гидроаппаратура»)—гидроустройство, предназначенное для управления потоком рабочей жидкости. Под управлением потоком понимается изменение или поддержание заданных значений давления и расхода жидкости либо изменение направления, а также пуск и остановка потока рабочей жидкости.
Кондиционер рабочей жидкости — гидроустройство, предназначенное для обеспечения необходимых качественных показателей и состояния рабочей жидкости.
Гидроемкость — устройство, предназначенное для содержания рабочей жидкости в целях использования ее в процессе работы объемного гидропривода.
Гидролиния — гидроустройство, предназначенное для движения рабочей жидкости или передачи давления от одного гидроустройства к другому.
Гидроприводы поступательного, поворотного и вращательного движения — объемные гидроприводы, гидродвигателями которых являются соответственно гидроцилиндр, поворотный гидродвигатель и гидромотор.
Гидроцилиндр — объемный гидродвигатель с поступательно-возвратным движением выходного звена.
Поворотный гидродвигатель — объемный гидродвигатель с ограниченным поворотным движением выходного звена.
Гидромотор — объемный гидродвигатель с неограниченным вращательным движением выходного вала.
Насос-мотор — объемная гидромашина, предназначенная для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме гидромотора.
Объемный насос — объемная гидромашина, предназначенная для преобразования механической энергии привода в энергию потока рабочей жидкости.
Объемный гидродвигатель — объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей жидкости в энергию выходного звена, которым в гидроцилиндре является
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА
Из трех видов механической энергии жидкости (E=z+p/v+u2/(2g), где z, р, v, и, g соответственно удельная энергия положения, давление, плотность, скорость жидкости и ускорение свободного падения) в объемном гидроприводе используется удельная энергия давления p/v, которая с помощью объемных гидравлических двигателей преобразуется в механическую работу.
Удельной энергией положения z в объемном гидроприводе обычно пренебрегают, поскольку разности высот отдельных элементов гидросистемы несоизмеримо малы в сравнении с действующими в пей статическими давлениями жидкости. Пренебрегают также и кинетической энергией u2/(2g), хотя эта энергия в виде скоростного напора жидкости часто используется в командных устройствах гидроприводов.
Гидропривод, в котором энергия передается главным образом за счет кинетической энергии жидкости, называется гидродинамическим и в данном учебнике не рассматривается.
Принцип действия объемного гидропривода основан на высо-' ком объемном модуле упругости (малой сжимаемости) жидкости и на законе Паскаля, гласящем, что всякое изменение давления в какой-либо точке покорящейся капельной жидкости, не наруша-ющее ее равновесия, передается в другие точки без изменения.
Если на свободную поверхность находящейся в замкнутом пространстве жидкости через поршень с площадью поверхности F действует сила Р, то в жидкости возникает давление. Величина давления р зависит от величины силы, приложенной к поршню, и его площади, через которую данная сила равномерно распределяется по поверхности жидкости:
p = P/F. (1.1)
Давление равномерно распространяется во все стороны, т. е. оно одинаково в любой точке замкнутого объема жидкости. Размерность давления есть отношение единицы силы к единице площади: Н/м2, кгс/см2 и др.
В международной системе СИ за единицу давления принимают паскаль (Па) —давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2. В области объёмного гидропривода находит применение единица давления мега паскаль (MПа) миллион паскалей. В отдельных источниках можно встретить и другие единицы. Эти единицы давления имеют следующие соотношения:
1 Па- 1 Н/м2;
1 Ml Па = 10 бар = 10 кгс/см2;
1 мм вод. ст.=9,81 Па=10-4 кгс/см2;
I мм рт. ст. = 133.З Па= 1,35*10 3 кгс/смг;
1 фунт/дюйм2 = 14,5 бар = 14,5 кгс/см2 = 1,45 МПа.
Сравнительная оценка гидропривода.
Основными преимуществами объемного гидропривода являются его высокие динамические качества, простота осуществления бесступенчатого регулирования выходной скорости, а также весовые характеристики (отношение массы машины к ее мощности) и строительный объем, приходящийся на единицу передаваемой мощности (энергоемкость).
Динамические качества объемных гидромашин оцениваются способностью сообщать инерционной (массовой) нагрузке большие ускорения. Так, для гидромоторов динамические качества определяются отношением момента, развиваемого гидромотором, к моменту инерции его вращающихся частей. По величине этого отношения аксиально-поршневые гидромоторы (гл. 4) более чем на порядок превосходят электродвигатели той же мощности, что во многих случаях является решающим фактором для выбора гидросистемы, в частности следящих гидросистем.
Преимущества гидродвигателей по этому показателю перед электродвигателями обусловлены тем, что удельная сила их практически не ограничена, а при давлении жидкости примерно 30 МПа (300 кгс/см2) она в 20 ... 25 раз больше, чем у электродвигателя.
Благодаря возможности получения в заданном ограниченном пространстве больших крутящих моментов и усилий обеспечиваются высокая приемистость и быстродействие гидропривода и соответственно малое время запаздывания при отработке командных сигналов, что особенно важно для быстродействующих следящих механизмов.
Под приемистостью гидродвигателя в общем случае понимают его способность развивать скорость при инерционной нагрузке в течение малого времени. Практически реверс гидродвигателя без нагрузки происходит мгновенно, и запаздывание (если оно есть) обусловлено лишь сжимаемостью рабочей жидкости и составляет обычно всего несколько миллисекунд. Так, время разгона гидромотора средней мощности (5 ... 75 кВт) не превышает 0,1 с.
Высокой приемистостью отличаются также и насосы. Например, в лучших образцах время достижения регулируемым насосом максимальной подачи от нулевого ее значения не превышает 0,04 с, а время снижения подачи от номинального значения до нулевого — 0,02 с.
В силу сказанного гидравлический привод более, чем всякий иной тип привода, пригоден для работы в условиях больших ускорений.
При оценке гидромашин большое значение имеют также силовые характеристики:удельная сила (или коэффициент удельной силы), под которой понимают силу, приходящуюся на единицу полезной мощности (обычно выражается в Н/кВт или кгс/кВт): GN = G/N; сила на единицу развиваемого момента (в Н/Н-м или кгс/кгс*м): Gm=G/M, где G, N и М — соответственно сила, мощность гидромашнны и момент на ее валу. Для гидромашин нысокого давления (20 МПа или 200 кгс/см2) общего применения GN составляет обычно 6 Н/кВт (0,6 кгс/кВт).
Кроме того, гидромашины оцениваются также по удельной мощности (мощности, отнесенной к единице внешнего объема) или, как называют этот показатель, энергоемкости. Для современных машин общего применения, работающих при давлении 20 МПа, этот показатель достигает 4 кВт/дм3. Преимущества гидравлических машин по этим характеристикам можно показать на таком примере. Аксиально-поршневая гидромашина серии 210.25 номинальной мощностью 15 кВт а частотой вращения 1500 мин-1 имеет массу 31 кг, в то время как электродвигатель серии 4А такой же мощности и частоты вращения имеет массу 220 кг.
Применение объемного гидропривода на строительных, дорожных и специальных машинах позволяет: реализовать большие передаточные числа от ведущего звена источника энергии к рабочим механизмам и органам машины, отказавшись от громоздких и сложных по кинематике устройств; простым способом преобразовать вращательное движение в поступательное; расположить силовую установку с насосом, другие элементы гидропривода, исполнительные механизмы и органы машины независимо друг от друга, что обусловливает возможность их оптимальной компоновки; достаточно простыми средствами выполнять удобное и независимое бесступенчатое регулирование в широком диапазоне :коростей рабочих движений, совмещаемых по времени, что улучшает технологические возможности машины и повышает эффективность использования мощности двигателя; этому также способствует жесткая фиксация исполнительных механизмов в любом положении н возможность без дополнительных устройств реверсировать направление движения исполнительного механизма; применить автоматическое и полуавтоматическое управление, использование которого улучшает условия труда обслуживающего аерсонала и повышает качество выполняемых работ; унифицировать и нормализовать конструкцию элементов гнд-ропривода для машин различного назначения и типоразмеров, что позволяет сократить номенклатуру запасных частей и создает возможность применения агрегатного ремонта.
Виды схем
В комплект технических документов на гидравлическую систему входят три вида схем Схема гидравлическая принципиальная — выполняется на начальной стадии проектирования гидропривода, она показывает взаимодействие гидроаппаратуры управления с источником питания (насосом) и силовыми исполнительными механизмами (гидродвигателями). В принципиальной схеме показываются с помощью условных обозначении лишь типы гидроустронств и даются линии тока жидкости. Она не дает исчерпывающей информации о полном составе изделий, комплектующих гидросистему.
Схима гидравлическая соединений- выполняется на основании схемы принципиальной после производства необходимых расчетов и подбора комплектующих изделий. Схема представляет собой вычерченные с достаточной степенью подробности контурные очертания каждого гидроустройства, входящего в гидросистему. Линии связи при этом изображаются с подробным членением на сборочные единицы и детали. На основании схемы составляется полная спецификация гидросистемы.
Схема гидравлическая монтажная — отражает компоновку элементов гидросистемы на машине. Выполняется,как правило, на аксонометрическом чертеже общего вида машины. В процессе постановки машины на серийное производство схема претерпевает ряд корректировок, касающихся в основном уточнения размеров и форм сборочных единиц и деталей трубопроводов.
Условные графические обозначения.
В принципиальных гидравлических схемах каждой группе гидроустройств присваиваются определенные условные обозначения. Размеры и начертания таких изображений выбираются в каждом отдельном случае сообразно принятому габариту и общей схеме гидросистемы. Баки (резервуары рабочей жидкости), аккумуляторы, кондиционеры условно изображаются символами, установленными ГОСТ 2.780—68. Примеры построения условных графических обозначений перечисленных элементов гидросистем представлены ь табл. 3.1. Линии связи (трубопроводы) обозначаются условно в соответствии с требованиями ГОСТ 2.784—70 (табл. 3.2), а объемные гидромашины — ГОСТ 2.782—68 (табл. 3.3). Насосы обычно обозначаются окружностями. Размеры окружностей не регламентируются и берутся соизмеримыми с обозначениями прочих гидроагрегатов данной схемы. Направление потока жидкости показывается острием жирной стрелки (треугольника), помещенной внутри контура символа, регулируемость подачи показывается длинной тонкой стрелкой, пересекающей этот контур под углом. Нереверсивный насос изображается с одной, а реверсивный — с двумя жирными стрелками (треугольниками) внутри контура, направленными во внешнюю сторону (показывает, что поток жидкости направлен из насоса в гидросистему). Обозначения гидромоторов такие же, как и насосов, однако острия стрелок направляются внутрь контура (показывает, что поток рабочей жидкости направлен из гидросистемы в мотор). Условные графические символы гидроцилиндров в определенной мере отражают их реальные конструктивные формы. Гидроаппараты управления и регулирования изображаются в. схемной символике в виде прямоугольников (ГОСТ 2.781—68). Условные графические обозначения распределителей состоят из обозначений отдельных элементов и их комбинации: позиций подвижного элемента, линий связи, проходов и элементов управления. В распределителях дискретного действия рабочая (характерная) позиция подвижного элемента изображается квадратом (прямоугольником), который вычерчивается сплошными основными линиями. Число позиций изображается соответствующим числом квадратов (рис. 3.1, а). Промежуточные (переходные) положения подвижного элемента изображаются штриховыми линиями, проведенными между рабочими позициями (рис. 3.1, 6).
Распределители непрерывного действия изображаются аналогично распределителям дискретного действия с добавлением двух параллельных линий, обозначающих бесконечное множество промежуточных рабочих положений, например распределитель непрерывного действия с тремя характерными позициями (рис. 3.1, в).
Распределители в принципиальных схемах изображаются в исходной позиции, к которой подводятся линии связи. Для того чтобы представить действие распределителя в другой рабочей позиции, необходимо мысленно передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении.
На рис. 3.1, г изображен четырехлинейный трехпозиционный распределитель в различных позициях. Проходы (каналы) распределителя изображаются линиями со, стрелками, показывающими направления потоков рабочей жидкости в каждой позиции (рис. 3.2, а). Места соединения проходов выделяются точками (рис. 3.2, 6). Закрытый проход в позиции. распределителя изображается, как показано на рис. 3.2, в.
Проходы располагаются так, чтобы расстояние (L) от проходов до сторон квадратов во всех позициях было одинаковым. В сокращенных записях распределители обозначаются дробью,, в числителе которой указывается число линий (ходов), а в знаменателе—число характерных позиций; например: распределителе четырехлинейный (четырехходовой) трехпозиционный — распреде-литель 4/3.
На рис. 3.3 изображена логическая связь между конструктивной схемой распределителя 2/2 и его условным обозначением". Примеры построения условных графических обозначений распределителей приведены в табл. 3.4, а их логические связи с конструктивными схемами — в табл. 3.5.
Аппараты для регулирования величины давления рабочей жидкости условно изображаются в виде прямоугольника (прямоугольного поля) со стрелкой внутри. Например, предохранительный клапан прямого действия с регулируемой пружиной показан на рис. 3.4. Изменения под действием управляющей силы положений управляющего элемента (затвора), вплоть до полного открытия или закрытия им проходного сечения, можно представить как перемещение прямоугольного поля со стрелкой относительно входной и выходной линий, которые сохраняют свое положение неизмененным. Клапан открыт, когда стрелка находится в положении, совпадающем с входной и выходной линиями, и закрыт, когда стрелка смещена относительно них.
Если при срабатывании регулирующего аппарата предусмотрен слив жидкости непосредственно в бак, допускается уменьшенный символ бака располагать рядом с символом данного аппарата ,(рис. 3.4). Эта условность дает возможность не затенять излишне поле принципиальной схемы большим количеством линий связи. Примеры построения условных графических обозначений аппаратов для регулирования давления рабочей жидкости приведены в табл. 3.6. Примеры построения условных графических обозначений аппаратов для регулирования величины потока (расхода) рабочей жидкости и обратных клапанов приведены в табл. 3.7 и 3.8 соответственно. Сравнения условных графических обозначений регулирующей аппаратуры с ее конструктивными сломами приведены в табл. 3.9.
Простейшие гидравлические схемы.
По характеру движения выходного звена различают гидроприводы с поступательным и вращательным движением, а по способу сообщения насоса с баком и гидродвигателем — с разомкнутой и замкнутой циркуляцией жидкости.
Схема простейшей гидросистемы с поступательным движением выходного звена (рис. 3.5, а) включает следующие элементы. Бак 1 является резервуаром для запаса рабочей жидкости. Он выполняет также функции кондиционера, так как в нем происходит постоянный обмен отработанной порции жидкости на свежую,охлажденную за счет теплопередачи в окружающую среду через стенки бака. Для нормальной работы гидросистемы в целях обеспечения необходимой температуры рабочей жидкости номинальную вместимость бака выбирают равной 2.. 3,5-мин производительности насоса.
Насос 2 создает постоянный поток жидкости из бака в гидросистему. Гидрораспределитель 4 обеспечивает включение, остановку и реверсирование движения выходного звена. Гидроцилпндр 6 является гидродвигателем. Магистральный фильтр 9 служит для очистки жидкости от загрязнений перед ее сливом в бак. Предохранительный клапан 8 защищает гидросистему от разрушения при чрезмерных перегрузках.
Гидролинии по их функциональному назначению принято называть: всасыпающей 10 — соединяет насос с баком; нагнетательной 3 — между насосом и гидрораспределителем; сливной 7 — между гидрораспределителем и баком; исполнительными 5 (1) и 5 (2) — между гидрораспределителем и гидродвигателем, каждая из них может быть либо напорной, либо сливной в зависимости от включенной рабочей позиции гидрораспределителя.
Работает гидросистема следующим образом. При исходной позиции гидрораспределитсля 4 жидкость, подаваемая насосом, свободно сливается в бак через фильтр 9. Давление в гидросистеме близко к нулю. Насос работает вхолостую (разгружен), мощность, забираемая им от приводного двигателя, минимальна.
Если включить гидрораспределитель в левую рабочую позицию, жидкость от насоса будет поступать в поршневую полость цилиндра, а из штоковой полости откроется свободный слив в бак. Давление р в гидросистеме будет увеличиваться до момента соблюдения условия р= (Pвн+Ртр)/Fп. где Рви — внешнее усилие; Ртр — силы внутреннего трения; Fп — активная площадь поршня. После этого поршень придет в движение, шток будет выдвигаться.
Если гидрораспределитель включить в правую рабочую позицию, потоки жидкости в исполнительных линиях реверсируются и шток гидроцилиндра будет втягиваться. При исчерпании хода поршня или чрезмерном увеличении внешней силы, когда давление превысит номинальное значение, открывается предохранительный клапан 8 и соединяет насос со сливом. В таком режиме работы насос будет забирать мощность выше номинальной, клапан настраиваться на давление срабатывания, в 1,1 ... 1,2 раза превышающее номинальное.
На рис. 3.5, б представлена принципиальная схема гидропривода с вращательным движением выходного звена. В таком гидроприводе двигателем является гидромотор 11. Встречное включение между исполнительными линиями двух предохранительных клапанов 8 (1) и 8 (2) продиктовано необходимостью защиты гидромотора при быстрых реверсированиях. Эти клапаны монтируются в непосредственной близости от гидромотора и реагируют на превышение давления практически мгновенно. Изменение направления вращения вала гидромотора осуществляется переключением гидрораспределителя. В остальном действие системы аналогично приведенной на рис. 3.5, а.
В гидроприводах с разомкнутой циркуляцией жидкости всасывающая полость насоса и сливная полость гидродвигателя соединяются непосредственно с баком, сообщающимся с атмосферой, в который отводится (сливается) без давления жидкость гидродвигателя. В таких гидросистемах питание насосов жидкостью обеспечивается под атмосферным давлением Ратм, что ограничивает форенропание насоса по частоте вращения из-за возможного появления кавитации.
Гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости — это системы, в которых пространства с низким давлением (всасывающая полость насоса н сливная полость гидромотора) отделены от атмосферы. В этой схеме (рис. 3.6) в бак отводится лишь часть циркулирующей в системе жидкости, магистрали же всасывания насоса и слива гидромотора находятся под постоянным давлеиием, создаваемым насосом подпитки. Для этого магистрали соединены со вспомогательным насосом 1, который через обратные клапаны 5 (1) и 5 (2) подает жидкость под постоянным давлением в ту магистраль, которая при данном направлении вращения гидромотора является сливной. Давление подпитки устанавливается предохранительным клапаном 2. Для избежания чрезмерного нагревания циркулирующей в системе рабочей жидкости предусмотрен некоторый обмен ее, достигаемый перепусканием части жидкости из полости низкого давления в резервуар через распределитель 6 и подпорный клапан 9. В зависимости от направления вращения гидромотора распределитель 6 автоматически соединяет полость низкого давления с баком 10. Подпорный клапан 9 настраивается таким образом, чтобы сумма расхода жидкости через него и расхода дренажных утечек из гидроустройств была меньше производительности насоса /. Благодаря ограниченной циркуляции жидкости объем бака в этих схемах может быть значительно меньше (в 1,5 ... 2 раза) объема бака систем с разомкнутой циркуляцией. К преимуществам замкнутой системы также относится более высокая возможность применения гидропривода в стесненных габаритных условиях и, в частности, когда установка насоса и бака в одном месте затруднена.
Кроме того, возможность повышения давления на входе в. основной насос позволяет форсировать его по частоте вращения вплоть до предела, ограниченного конструктивными соображениями, без риска проявления режима кавитации.
Способы разгрузки насосов и предохранения гидросистем от перегрузок. Разгрузка насосов заключается в соединении насоса со сливом на период пауз в работе гидропривода. Так как при этом насос развивает давление, необходимое лишь для преодоления сопротивления потоку жидкости в гидролиниях, то до минимума снижаются непроизводительные затраты мощности приводного двигателя и уменьшается износ насоса. В случае если гидросистема содержит только один гидродвигатель, задача разгрузки насоса решается использованием гидро-распределителей, обеспечивающих соединение напорной и сливной линий в исходных позициях (рис. 3.5 и 3.6). Если один насос питает несколько гидролиний, могут применяться другие способы разгрузки.
На рис. 3.7, а показана схема гидросистемы с последовательным включением двух гидроцилиндров через гидрораспределители со свободным сливом в исходных позициях. Схема позволяет осуществлять как раздельное, так и одновременное включение гидроцилиндров. Однако в случае одновременного включения обоих гидроцилиндров на движение штоков в одинаковых направлениях скорости движения будут разными. При выдвижении штоков гид-роцилиндр 4 будет опережать гидроцилиндр 5, при втягивании — наоборот. Объясняется это тем, что в данном варианте включения рабочая полость гидроцилиндра 5 питается не непосредственно от насоса, а жидкостью, вытесняемой из нерабочей полости цилиндра 4.
Разность в изменении объемов в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра 4 при перемещении поршня на какую-то величину и служит причиной различия скоростей.
Схема, приведенная на рис. 3.7, б, лишена указанного недостатка. В ней гидрораспределители подключены к напорной и сливной линиям параллельно. Такая схема требует применения
распределителей с запертыми проходами в исходных позициях. Разгрузка насоса осуществляется через дополнительный гндрорас-пределитель 9, управление переключением которого синхронизируется с управлением основными гидрораспределителями 3 и 6. Например, в случае управления от электромагнитов при включении любого из основных гидрораспределителей питание должно подаваться и на электромагнит гидрораспределителя 9.
Наиболее совершенной из приведенных на рис. 3.7 является схема в. В ней дополнительно используются: обратный клапан 11 и гидроаккумулятор 10, а предохранительный клапан 8 управляется внешним подводом давления.
Работает схема следующим образом. После перекрытия гидрораспределителей 3 и 6 до полной зарядки гидроаккумулятора давление в напорной линии растет относительно плавно и, когда его значение достигнет давления срабатывания предохранительного клапана 8, последний откроет свободный слив жидкости от насоса в бак. Как только это произойдет, закроется обратный клапан и насос окажется разгруженным. Давление в напорной магистра ли выше давления обратного клапана 11 будет поддерживаться энергией заряженного гидроаккумулятора 10.
При включении любого из гидрораспределителей в рабочую позицию поток жидкости в напорной линии будет создаваться од новременно насосом и гидроаккумулятором. Если гидропривод работает с относительно короткими движениями выходного звена чередуемыми с достаточно продолжительными паузами, возникает возможность использовать в системе насос малой производитель ности — часть потока жидкости будет компенсироваться гидроак кумулятором. Кроме упомянутого данная схема обладает еще ря дом преимуществ: наличие гидроаккумулятора снижает пульсации давления в гидросистеме; насос автоматически переводится на хо лостой ход не только в период пауз, но и прн перегрузке; в на порной линии постоянно поддерживается давление, поэтому при включении гидроцилиндров движение начинается с минимальной задержкой. Последнее обстоятельство весьма важно для следящих гидросистем.
Наряду с приведенными существует ряд способов разгрузки насосов, которые описаны в гл. 8 и 9. Для защиты насосов от перегрузок обязательна установка предохранительных клапанов. Настройка предохранительного кла пана должна производиться на давление, не превышающее мак симально допустимое конструкцией данного насоса. Присоедине ние предохранительного клапана к напорной магистрали рекомен дуется выполнять на расстоянии от насоса не >0,5 ... 0,6 м, а его условный проход должен соответствовать полной производитель ностн насоса. Не допускается соединение сливной линии предо хранительного клапана со всасывающей магистралью насоса. Возможные варианты включения гидроприводов
Поршень гидроцилиндра делит его внутреннюю полость на два объема, которые изменяются при перемещениях поршня в обрат ной пропорции. Площадь поршня, воспринимающая давление жидкости и реализующая его в усилие движения, называется ак тивной или рабочей. Для гндроцилиндра с односторонним штоком (рис. 3.8) полость с лицевой стороны поршня называется поршне вой, а со стороны штока — штоковой. Соответствующие наимено вания присваиваются и активным площадям поршня — поршневая Fп и штоковая Fшт:
При перемещении поршня на величину ДL изменение объемов поршневой и штоковой полостей будет разным. Так, поршневой объем увеличивается на величину
а усилие и скорость движения соответственно будут иметь значения:
Если поршневая и штоковая полости связаны друг с другом и подключены к линии слива (рис. 3.9, г), гидроцилиндр не будет оказывать сопротивление внешней нагрузке, т. е. Рп = 0; Ршт = 0, так как жидкость имеет возможность свободного перетекания из одной полости в другую, а разность изменения объемов компенсируется за счет подсасывания недостающего количества жидкости из линии слива при выдвижении штока и выталкивании излишков при втягивании. Такая схема включения гидроцилиндра называется плавающей.
Если обе полости гидроцилиндра связаны друг с другом и подключены к линии нагнетания (рис. 3.9, д), шток будет выдвигаться, так как Рп = рлD2/4>РШт= pn(D2—d2)/4. При этом будет иметь место ускоренное перемещение поршня за счет дополнительного заполнения поршневой полости жидкостью, вытесняемой из штоковой полости.
Усилие Р, развиваемое поршнем, в этом случае определяется как разность усилий, развиваемых давлением р жидкости на поршневую и штоковую активные площади поршня:
где G1, G2, и v1, v2 — внешние силы, действующие на штоки гид роцилиндров, и скорости движения штоков;
М1 М2 и п1, п2 — внешние моменты, приложенные к валам гидромоторов, и частоты вращения валов. Из этих соотношений следует, что в случае разности внешних нагрузок с опережением всегда будет двигаться выходное звено, к которому приложена меньшая нагрузка.
Для синхронизации движения выходных звеньев нескольких гидродвигателей, не объединенных жесткой механической связью, принимают меры к обеспечению рапенства расхода жидкости гидродвигателями независимо от разности действующих на них внешних нагрузок. На рис. 3.11 показаны схемы параллельного включения нескольких гидродвигателей через делители потока. Действие делителей потока обеспечивает выравнивание расходов жидкости в их отдельных ветвях за счет дроссельного эффекта. Однако точность действия делителей не дает абсолютного равенства расходов жидкости и ветвях раздвоенного потока, это приводит к расхождению позиций выходных звеньев и требует периодической корректировки их положения. Наиболее совершенным способом синхронизации считается выравнивание расходов жидкости с помощью порционеров вращательного движения.
Схема гидросистемы, в которой применен такой способ, показана на рис. 3.12. Порционер представляет собой два одинаковых гидромотора 4,(1) и 4(2) с жестко соединенными валами. При равных расходах гидромоторов в гидроцилиндры 6(1) и 6(2) поступает равное количество жидкости. Если к штоку одного цилиндра прикладывается большая сила, чем к другому, гидромотор на стороне перегруженного цилиндра будет работать в качестве промежуточного насоса, повышающего давление жидкости, подаваемой насосом 2, до давления, способного преодолеть сопротивление перегруженного цилиндра. Мотор менее нагруженного контура будет работать в качестве привода перегруженного. Клапаны 5(1) и 5(2)- отрегулированы на давление рабочих операций, и оно меньше давления, на которое отрегулирован предохранительный клапан 8. Этим обеспечивается компенсация возможной ошибки синхронизации при каждом предельном положении поршней гидроцилиндров 6(1) и 6(2).
Общие сведения.
Объемной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее из рабочей камеры. Под рабочей камерой объем-нон гндромашины понимается ограниченное пространство внутри машины, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с местами входа и выхода жидкости. Объемная гидромашина имеет одну или несколько рабочих камер. Общая классификация объемных гидромашин прицелена на рис. 4.1.
Объемная гидромашина, предназначенная для преобразования механической энергии приводного вала в энергию потока рабочей жидкости, называется объемным насосом. Объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей жидкости, развиваемой насосом, в энергию вращения выходного вала, чтобы привести в действие исполнительный орган машины, называется объемным гидромотором.
К насосам, применяемым в гидроприводах строительных и дорожных машин и других гидросистемах, предъявляют высокие требования, основными из которых являются: малые удельная масса и объем, приходящиеся на единицу мощности, высокий КПД, возможность регулирования и реверса подачи, а также высокая быстроходность и большая надежность. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют роторные насосы. Основными параметрами гндромашин являются: рабочий объем V, номинальное давление рном и частота вращения пном, а производными: подача QH и мощность Nндля насоса; расход рабочей жидкости QM и крутящий момент М для гидромотора, а также полный КПД гидромашин n.
Под рабочим объемом V гидромашины понимают разность наибольшего и наименьшего значений замкнутого объема рабочих камер за один оборот вала насоса или гидромотора. Чем больше рабочий объем, тем больший объем рабочей жидкости вытесняет насос за один оборот вала. Чем больше рабочий объем гидромотора, тем больший объем рабочей жидкости необходим для поворота его вала на один оборот.
Под номинальным давлением рном гидромашины (на выходе насоса и на входе гидромотора) понимают наибольшее давление, при котором гидромашина должна работать в течение установлен-ного срока службы с сохранением ее параметров в пределах установленных норм.
Под номинальной частотой вращения понимают наибольшую частоту вращения, при которой гидромашина должна работать в течение установленного срока с сохранением ее параметров в пределах установленных норм. Теоретическая подача насоса или расход гидромотора пропорциональны рабочему объему и частоте вращения, т. е. Qтном = Vnном .В действительности вследствие объемных потерь рабочей жидкости действительная подача QHвсегда меньше теоретический.
Объемные потери в насосе ДQH вызваны: внутренними перетечками рабочей жидкости из полости высокого давления (нагнетания) в полость низкого давления (всасывания) и наружными утечками через зазоры из корпуса по дренажному трубопроводу во всасывающую гидролинию или в бак; частичным заполнением рабочих камер жидкостью при всасывании вследствие гидравлического сопротивления входных каналов, кавитационных процессов и выделения воздуха, а также действия на жидкость в ряде случаев центробежных сил. Указанные объемные потери в насосе характеризуются объемным КПД nvн который представляет собой отношение действительной (полезной, фактической) подачи насоса к теоретической:
Объемные потери жидкости в гидромоторе ДQM отличаются от потерь в насосе лишь тем, что в моторе практически отсутствуют потери на всасывании и сводятся они в основном к утечкам жидкости через зазоры. Эти утечки приводят к тому, что действительный расход жидкости гидромотором QM превышает теоретический. В соответствии с этим объемные потери в гидромоторе уменьшают частоту его вращения по сравнению с теоретической и снижают объемный КПД, который представляет собой отношение теоретического расхода к действительному:
Теоретическая мощность насоса или гидромотора NT пропорциональна подаче (расходу) и перепаду давления на входе и выходе из гидромашины (Др=р1—р2):
Момент, требующийся для вращения вала насоса Мн (привод ной момент насоса), составляет
Механический КПД гидромашин учитывает механические потери энергии на преодоление сил трения движущихся (трущихся) механических частей насоса и мотора, трения этих частей о жидкость, трения жидкости о стенки каналов и местных сопротивлений - внутреннего трения частиц жидкости между собой. Полезная мощность насоса Nпол.н —это мощность, сообщаемая насосом рабочей жидкости:
Обычно полный КПД насосов, применяемых в гидравлических системах машин, колеблется от 0,75 до 0,94. При этом более высоким КПД обладают поршневые насосы, средним по величине — пластинчатые (шиберные) и минимальным — шестеренные насосы. Полный КПД гидромоторов, как правило, находится в пределах 0,8 ... 0,85.
