6

1. Общие сведения о гидропередачах

Многие современные сложные машины насыщены различными гидравлическими системами и агрегатами, которые по их назначению и выполняемым функциям принято подразделять на две основные группы:

1. Системы и агрегаты, предназначенные для передачи механической энергии от источника к потребителю (рабочим органам машины) и управления движением этих органов (гидропередачи, гидроприводы);

2. Системы и агрегаты, предназначенные для перемещения различных жидкостей из мест хранения к местам ее потребления (насосные стации).

В задачу настоящего курса входит изучение только тех устройств, которые относятся к первой группе, так как они в общем случае сложнее устройств, относящихся к группе насосных станций.

В общем случае гидропередачей следует называть механизм, который позволяет передавать механическую энергию от какого-либо источника к рабочему органу той или иной машины посредством жидкости.

Гидропривод (ГП) – гидропередача, в которой происходит двукратное преобразование энергии: на входе механическая энергия от какого-либо источника преобразуется в энергию потока жидкости посредством насоса, а на выходе энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию посредством гидромотора, передающуюся исполнительному механизму. Гидропривод позволяет не только передавать механическую энергию от источника к потребителю посредством жидкости, но и управлять движением этого органа. Таким образом, любой гидропривод можно назвать гидропередачей, но не всякая гидропередача может быть названа гидроприводом.

Исходя из вышесказанного, насос – устройство, преобразующее механическую энергию от приводного двигателя в гидравлическую энергию движущейся жидкости; гидромотор, или гидродвигатель (ГД) – устройство, преобразующее гидравлическую энергию жидкости, поступающей в гидромотор, в механическую (например, во вращательное движение выходного вала гидромотора или в возвратно-поступательное движение, если в качестве гидромотора используется гидроцилиндр).

По принципу действия гидропередачи вообще, и гидроприводы в частности, подразделяются на: статические или объемные; динамические; импульсные или волновые.

Статическими называются гидропередачи, у которых напорная линия всегда геометрически отделена от всасывающей, а усилия на рабочих органах определяются, главным образом, статическим давлением жидкости в магистралях; скорость течения жидкости в магистралях небольшая (от 1 до 10 м/с).

В данном курсе рассматриваются только статические гидропередачи и их элементы, как наиболее распространенные в специальной технике.

1.1. Устройство и действие статических гидропередач

Рассмотрим простейший механизм (рис. 1.1), состоящий из двух сообщающихся цилиндров, в которых размещены поршни со штоками, а пространство между поршнями заполнено вязкой жидкостью. При этом в процессе рассуждений, трением в подвижных сочленениях, трением при движении жидкости, усилием возвратной пружины и утечками жидкости из цилиндров будем пренебрегать.

Рис. 1.1 Принципиальная схема статической гидропередачи

Если шток с поршнем узла (1) переместить на расстояние L₁, то, при принятых допущениях нетрудно убедиться, что поршень со штоком узла (2) переместится на расстояние , при этом скорости поршней соответствующих узлов будут определяться соотношением , а, именно,

; ; ; ; ; ,

где f₁ – площадь поршня узла 1; f₂ – площадь поршня узла 2; – объемы жидкости, вытесненной поршнями узлов 1 и 2 соответственно.

Вследствие отсутствия внешней нагрузки усилие F₁, необходимое для перемещения поршней, бесконечно мало. Однако, если шток узла (2) упрется в какое-то препятствие, например, вращающийся вал, то, развив усилие F₁ на педали штока (1), получим, что вал будет нагружен силой :

, , , ; .

Также силу F₁, которую необходимо приложить, чтобы переместить шток второго гидроцилиндра, нагруженного силой F₂, можно определить из равенства работ, совершаемых при перемещении штоков 1 и 2: ; ; ; ; ; .

Из представленных рассуждений следует, что давление нагнетания в гидропередаче (гидроприводе) при отсутствии дроссельного регулирования (см. ниже) определяется внешней нагрузкой и усилиями, возникающими при движении элементов привода (внутренней нагрузкой): усилия, вызванные трением между сопряженными элементами устройства, например, поршнем и внутренней поверхностью корпуса, штоком и крышкой гидроцилиндра и др.; трение, возникающее при движении самой жидкости вследствие вязкости и др.

Таким образом, рассматриваемый механизм передает движение и усилие посредством жидкости: узел 1 выполняет функцию насоса, узел 2 – ГД. Эти узлы одинаковы по конструкции, но обратимы, т.е. в зависимости от их функций (в конкретном гидроприводе) могут быть либо насосом, либо ГД.

Условные обозначения насосов и гидромоторов

	Нерегулируемый (постоянная производительность (объем жидкости, подаваемый в единицу времени) при постоянной частоте вращения приводного двигателя) нереверсивный насос.
	Нерегулируемый нереверсивный гидромотор.
	Нерегулируемый реверсивный насос (в насосе полости нагнетания и всасывания могут меняться местами, т.е. насос может менять направление течения жидкости) и гидромотор (выходной вал гидромотора может вращаться в обе стороны при соответствующей смене направления течения жидкости).
	Регулируемый (с помощью специальных устройств регулируется производительность насоса при постоянной частоте вращения вала насоса) реверсивный насос.

Для образования статической гидропередачи непрерывного, например, вращательного движения можно взять два одинаковых насоса, соединить их полости трубопроводами, залить жидкостью, и вал одного насоса соединить с источником энергии, а другого с нагрузкой (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Принципиальная схема простейшей гидропередачи

Если насос и гидромотор (ГМ) нерегулируемы, имеют одинаковые рабочие объемы, то такая гидропередача будет выполнять функцию гидравлического вала или гидравлической муфты. Если рабочие объемы насоса и гидромотора различны, то это будет либо гидравлический редуктор (выходной крутящий момент гидромотора или усилие на гидроцилиндре повышается, но частота вращения гидромотора или скорость перемещения штока гидроцилиндра уменьшаются), либо гидравлический мультипликатор (частота вращения или скорость перемещения штока гидроцилиндра повышаются, но крутящий момент или усилие уменьшаются).

Если же взять насос (или ГМ) регулируемым (рис.1.3), то получим гидропривод вращательного движения, ибо такой агрегат уже способен после запуска ЭД и без его остановки запускать или останавливать управляемый объект, реверсировать его движение и регулировать скорость.

Рис. 1.3. Принципиальная схема гидропривода

Для гидропривода обязательно наличие управляюще-регулирующего устройства, которое может быть выполнено в виде неотъемлемой составной части насоса или гидродвигателя (а также того и другого) или в виде отдельных механизмов (дросселя с переливным клапаном-распределителем и др.).

Наличие различных вспомогательных устройств, как-то предохранительных клапанов, обратных клапанов, фильтров, гидрозамков, ограничителей мощности и т.п. определяется конкретным назначением гидропередачи (гидропривода) и требованиями, предъявляемыми к ней (к нему).