5. Гидродинамические передачи, области применения, преимущества и недостатки

Гидроприводы подразделяются на два класса: гидродинамические и объемные.

Гидродинамическая передача (ГДП) – гидравлическая передача, состоящая из лопастных колес (насосного и турбинного) с общей рабочей полостью, в которой крутящий момент передается за счет изменения момента количества движения рабочей жидкости.

Насосное колесо разгоняет поток жидкости, который с силой ударяет по турбинному колесу. Затем через реактор (колесо с направляющими лопатками) жидкость возвращается к входу в насосное колесо. Таким образом, масло циркулирует по замкнутому кругу и обеспечивает передачу крутящего момента.

Гидродинамическая передача автоматически обеспечивает практически постоянную нагрузку на входе при переменной нагрузке на выходе. Это обеспечивается следующим образом:

– при возрастании сопротивления на выходе уменьшается скорость вращения выходного вала и, соответственно, турбины;

– чем больше разница между частотами вращения насосного и турбинного колеса, тем больше возрастает динамический напор жидкости от насосного колеса на турбину. Давление струи жидкости на стенку равно V², где V – разность скоростей потока и стенки;

– чем больше динамический напор жидкости на турбину, тем выше крутящий момент на турбине и, следовательно, на выходном валу.

Гидродинамические передачи бывают двух видов – гидродинамические муфты и гидротрансформаторы. Максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой, не превышает момент на входе, а у гидротрансформатора может быть до 2.5 раз выше.

Главная область применения гидродинамических передач – автомобили. Практически обязательна их установка в качестве части коробки передач в грузовиках, автобусах, тяжелой военной техники. Часто их используют в автоматических коробках передач легковых машин, а также в приводах тепловозов и судов.

Достоинства гидродинамических передач:

– передача крутящего момента происходит без жесткой кинематической связи, поэтому минимизируются ударные и динамические нагрузки на привод,

– непрерывное и автоматическое изменение скорости движения и передаваемого момента в зависимости от нагрузки в диапазоне 1 : 2,5,

Недостатки:

– низкий КПД (< 80%) и, соответственно, высокое выделение тепла,

– сложность реверсирования передачи,

– малый диапазон автоматического изменения крутящего момента гидропередачи,

– высокая цена (~10% от стоимости автомобиля),

– высокая сложность и стоимость ремонта.

6. Объемные гидроприводы, области применения, преимущества и недостатки

В общем машиностроении используются, как правило, объемные гидроприводы. Объемный гидропривод – привод, в состав которого входит гидравлический механизм (объемные гидромашины), в котором рабочая среда находится под давлением. В объемных гидромашинах (насос, гидродвигатель) полости с высоким и низким давлением герметично (или почти герметично) изолированы друг от друга.

Объемные гидроприводы разделяют на две большие группы: с дроссельным и машинным (объемным) регулированием. В гидроприводах с объемным регулированием используются гидромашины с регулируемым рабочим объемом q.

Объемные гидроприводы разделяют на две большие группы по способу управления скоростью выходного звена (гидромотора, гидроцилиндра): ОГП с дроссельным и с машинным (объемным) регулированием. В ОГП с дроссельным регулированием скорость регулируется посредством изменения сопротивления течения жидкости дросселем. В ОГП с объемным регулированием скорость регулируется изменением рабочего объема q насоса и/или гидромотора.

Гидроприводы с объемным регулированием разделяют на гидроприводы с разомкнутым и замкнутым потоком. В гидроприводах с разомкнутым потоком рабочая жидкость циркулирует по кругу: бак – насос – гидродвигатель – бак. В гидроприводах с замкнутым потоком рабочая жидкость циркулирует между насосом и гидромотором, а неизбежные утечки компенсируются вспомогательным насосом. Особенность гидроприводов с замкнутым потоком – предохранительный клапан перепускает рабочую жидкость не в бак, а в линию низкого давления.

с разомкнутым потоком	с замкнутым потоком
нереверсивный гидропривод
реверсивный гидропривод

Подробная классификация гидро- и пневмоприводов приведена в ГОСТ 17752–81 «Гидропривод объемный и пневмопривод. Термины и определения».

Главная область применения объемного гидропривода – необходимость больших и очень больших усилий (до 80.000 тонн) при относительно небольших скоростях перемещения (порядка 10 м/с, 3000 об/мин).

Наиболее широко применяется в машиностроении в кузнечно-прессовом оборудовании; тракторах, дорожно-строительных машинах, автокранах (привод рабочих органов); горной технике (проходческие щиты, гидрокрепь). Реже – в качестве трансмиссии тяжелой военной техники, авиации (привод рулей, шасси).

В станках и приспособлениях используется в главных приводах протяжных и строгальных станков, приводах подачи шлифовальных станков, зажимных устройствах, устройствах смены инструментов. Реже используется в гидростатических подшипниках тяжелых станков, для гидравлической разгрузки планшайбы (диаметр до 18 м у карусельных станков), уравновешивании тяжелых подвижных частей.

Достоинства:

1. Высокая удельная энергоемкость, равная отношению передаваемой мощности к объему или массе привода (наивысшая в общем машиностроении).

2. Малая инерционность подвижных частей (момент инерции гидромотора в 5…7 раз меньше, чем у электромотора одинаковой мощности; скорость реверса ГП мощностью 500 кВт порядка 0.1 с).

3. Высокая жесткость (малое изменение скорости при изменении нагрузки).

4. Простота плавной регулировки скорости выходного звена.

5. Простота получения линейного перемещения.

Недостатки:

1. Сложность в обслуживании (регулярная замена фильтров) из-за повышенной чувствительности к загрязнениям рабочей жидкости.

2. Низкий КПД дроссельных схем регулирования.

3. Сложность организации работы при низких (–60 ^оС) и при высоких (+120 ^оС) температурах.

4. Пожароопасность при использовании горючих рабочих жидкостей.