ЛЕКЦИЯ 1 − НАЗНАЧЕНИЕ, РАБОТА. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПАРАМЕТРЫ ГИДРОПРИВОДА Гидравлический привод представляет собой систему машин и аппаратов для передачи механической энергии с помощью жидкости. В объемном гидравлическом приводе используется потенциальная энергия давления жидкости. Объемный гидропривод предназначен для передачи и преобразования механической энергии посредством объемных гидромашин. Основой объемного гидропривода является объемная гидропередача, составленная из насоса и гидродвигателя. Если насос и гидродвигатель конструктивно составляют один узел, то такой простейший гидропривод называют объемной гидропередачей. В случае, если силовая гидросистема составлена из отдельных насосов, гидродвигателей и содержит элементы гидроаппаратуры, вспомогательные устройства, то такую гидросистему также принято называть объемным гидроприводом. Таким образом, под общим названием объемный гидропривод объединяют простейшие гидравлические системы, предназначенные для передачи и преобразования механической энергии посредством жидкости. Гидроприводом легко управлять. Для этого служит гидроаппаратура устройства управления гидроприводом, а также средства защиты от чрезмерно высоких и низких давлений жидкости (дроссели, клапаны, гидравлические распределители). С ее помощью можно получать заданный закон изменения скоростей движения рабочего органа, изменять усилия и крутящие моменты, достигать усиления сигналов в несколько тысяч раз, обеспечивать бесступенчатое изменение скорости движения в зависимости от нагрузки и т.д. Вспомогательными устройствами служат кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменные аппараты, гидравлические баки и гидравлические аккумуляторы). Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии, т.е. жидкость, находящуюся под давлением. По виду источника энергии гидроприводы делят на 3 типа: – Насосный гидропривод - гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости и с разомкнутой циркуляцией, у которых жидкость из гидродвигателя поступает в бак. Часть насосного гидропривода, состоящая из насоса, гидродвигателя и связывающих их гидролиний называют объемной гидропередачей. Для приведения насоса в действие могут быть использованы различные двигатели: электрические, турбинные, дизельные и т.п. – Аккумуляторный гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель из предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие гидроприводы используются в системах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов. – Магистральный гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель из гидромагистрали. Напор рабочей жидкости в магистрали создается насосной станцией. Из магистрали питаются несколько гидроприводов. По виду движения выходного звена гидродвигателя различают гидроприводы с поступательного и вращательного движения, т.е. наименование гидропривода определяется типом гидродвигателя. Изменение величин, характеризующих работу гидродвигателя, производится регулированием подачи жидкости и величины давления в магистрали, соединяющей насос с гидродвигателем. По виду управления гидроприводы разделяют на нерегулируемые, регулируемые с ручным и автоматическим управлением и следящие. Гидропривод, по сравнению с механическими, электрическими, пневматическими и комбинированными и другими приводами, имеет следующие преимущества: – передает большие усилия и мощности при малых габаритах, малом весе, приходящемся на единицу передаваемой мощности (0,2 - 0,3) кг/кВт; – обеспечивает плавное движение силовых органов, автоматически регулирует нагрузку и скорость движения рабочего органа; – позволяет быстро осуществлять реверс; – просто преобразует вращательное движение в поступательное; – допускает свободную компоновку силовых элементов в пространстве; – развиваемые им усилия легко контролируются с помощью манометров по давлению в системе К недостаткам гидропривода относят: – пониженный КПД; – зависимость характеристик от температуры; – чувствительность к загрязнению рабочей жидкости; – требует высококвалифицированного обслуживающего персонала при ремонте; – при попадании воздуха работает с толчками и гидравлическими ударами. Основные понятия и принцип действия объемного гидропривода (ОГП). Под гидравлическим приводом понимается система передачи энергии, в которой рабочей средой является жидкость, находящаяся под давлением, и преобразование энергии потока жидкости, которое осуществляется гидродвигателями. Гидроприводы, применяемые в путевых и строительных машинах, разделяются на объемные и гидродинамические. В гидродинамическом приводе используется кинетическая энергия потока жидкости для передачи только крутящего момента. Основными рабочими элементами гидродинамической передачи являются колеса турбомашин — гидромуфт и гидротрансформаторов. В объемном гидроприводе энергия давления жидкости, создаваемая насосом, передается на исполнительный гидродвигатель (гидроцилиндр или гидромотор) через жидкость. Рабочая жидкость в гидроприводе, кроме функции рабочего тела (передачи энергии), осуществляет смазку трущихся деталей, охлаждение узлов, защиту деталей гидрооборудования от коррозии и удаляет продукты износа из зон трения. Наибольшее распространение в путевых и строительных машинах получил объемный гидропривод с питанием от насоса. Состав и взаимодействие элементов объемного гидропривода иллюстрирует функциональная схема объемного гидропривода (рисунок 1). Механическая энергия от приводного двигателя Д (обычно двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя) передается на вал гидронасоса Н. Насос преобразует механическую энергию, характеризуемую крутящим моментом М и угловой скоростью вращения со, в гидравлическую, характеризуемую давлением р и расходом Q. Д − двигатель; Н − насос гидравлический; ГА − гидроаппараты; ГД − гидравлический двигатель; Б − бак гидравлический; Т − теплообменник; Ф − фильтр; М − крутящий момент; ω − угловая скорость вращения; р − давление; Q − расход; Р − усилие; V − линейная скорость Рисунок 1 − Функциональная схема объемного гидропривода Поток рабочей жидкости от насоса поступает к направляющим и регулирующий гидроаппаратам ГА, а от них к гидродвигателю ГД. В гидродвигателе гидравлическая энергия потока снова преобразуется в механическую, обеспечивая движение исполнительного оборудования. Совершив работу, поток рабочей жидкости от гидродвигателя через направляющие и регулирующие гидроаппараты поступает в кондиционеры (фильтры Ф, теплообменник Т и гидробак Б). Кондиционеры обеспечивают очистку рабочей жидкости от загрязнений и поддерживают требуемый температурный режим гидропривода. Все элементы гидропривода соединяются при помощи гидролиний. Рабочая жидкость обеспечивает передачу энергии, смазку и охлаждение элементов гидропривода. Некоторые геометрические и механические единицы, применяемые в технике представлены в таблице 1. Таблица 1 − Геометрические и механические единицы, применяемые в технике № Единицы 1 Длина, l − [м] 2 Масса, m − [кг] 3 Время, t − [с] 4 Площадь, S − [м2] 5 Объем, V − [м3] 6 Скорость, v − [м/с] 7 Ускорение, а − [м/с2] 8 Расход объема, Q − [м3/с] 9 Сила, Р − [Н] − Ньютон 10 Работа (энергия), А(Е) − [Дж] − Джоуль 11 Мощность, N − [Вт] − Ватт 12 Давление, р − [Па] − Паскаль 13 Плотность ρ − [кг/ м3] 14 Динамическая вязкость μ − [Па∙с] 14 Вязкость кинематическая ν − [м2/с] Формулы − − − S = l2 V = l3 v = l/ t а = l/ t2 Q = V/ t Р = m∙ а А = Р∙ l N = А/ l р = Р/ S ρ=m/V μ = р∙ t ν = μ/ ρ Литература 1. Савин И.Ф. Гидравлический привод строительных машин. – М.: Стройиздат, 1974. 2. Елманов В.Д. Конструкции элементов гидравлических и пневматических систем путевых и строительных машин: учебное иллюстрированное пособие. − М.: ФГБОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2013. − 308 с.