4. По схеме включения:

- индивидуальные, в которых каждый гидродвигатель обслуживается отдельным насосом; - групповые, в которых дин или два насоса обслуживает общую систему рабочей жидкости.

5. По типу приводящего двигателя:

- с электроприводом,

- с приводом от ДВС,

- с приводом от турбины и т.д.

Ри.1.2. Варианты принципиальных схем гидроприводов:  а - с объемным регулированием; б - с дроссельным регулированием;  в - нерегулируемый; г - с дроссельным регулированием рабочего и холостого ходов

Достоинства

Широкое применение гидроприводов на судах последних лет постройки объясняется их существенными преимуществами над другими видами приводов, в том числе и электрическими. К таким преимуществам в первую очередь можно отнести:

- возможность плавного регулирования скорости вращения вала гидродвигателя в широких пределах;

- быстрый реверс выходного звена;

- простота обеспечения дистанционного и автоматического управления приводом;

- малые масса и габариты;

- возможность создания на штоке гидроцилиндра любого необходимого усилия;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- наличие малооборотных высокомоментных гидродвигателей;

- возможность работы гидродвигателя под водой.

К недостаткам гидроприводов относят:

- высокую построечную стоимость и стоимость ремонта;

- меньший к.п.д;

- повышенные требования к чистоте рабочей жидкости;

- низкую ремонтопригодность в судовых условиях;

- возможность загрязнения окружающей среды в случае утечки рабочей жидкости;

- зависимость параметров гидропривода от его температуры.

Схемы включения элементов гидроприводов и способы регулирования их работы

Гидроприводы судовых механизмов и устройств выполняются, в основном, по двум схемам: индивидуальной и групповой (централизованной).

Индивидуальные гидроприводы, в которых каждый гидродвигатель обслуживается отдельным насосом, применяют в рулевых машинах, кранах, якорных и швартовых устройствах, успокоителях качки, гребных установках, т.е. в устройствах, где требуются большие мощности при большом коэффициенте одновременности работы и наибольшая живучесть.

В основном это электрогидравлические системы. Иногда применяются и для привода арматуры.

При централизованной схеме один или два насоса обслуживает общую систему рабочей жидкости с подсоединёнными к ней группой иногда различных по назначению гидродвигателей. Это позволяет уменьшить количество насосных установок, гидроемкостей, теплообменников, фильтров, арматуры, контрольно-измерительной арматуры и таким образом получить выигрыш в стоимости по сравнению с применением индивидуального гидропривода. К тому же одновременность работы гидродвигателей в схеме всегда существенно меньше единицы.

На рис.1. приведена схема группового гидропривода. В этой схеме два насоса постоянной подачи 1 через невозвратные клапана 2, через аккумуляторную ёмкость 6 обслуживает целую группу гидродвигателей 3. Аккумулятор необходим для покрытия пиковых расходов рабочей жидкости, превышающих подачу насосов для обеспечения постоянства давления в системе и постоянной готовности гидродвигателей к действию.

Упругим элементом механического аккумулятора может служить пружина, а пневматического – сжатый воздух. Пружина воздействует на жидкость, как правило, через поршень, а сжатый воздух – через мембрану либо непосредственно на поверхность жидкости и в этом случае используется азот. Отключение гидродвигаетелей или их реверс осуществляется четырёхходовым трёхпозиционным распределителем 4 с управлением от рукоятки с фиксатором или от двух электромагнитов.

Рисунок 1. Централизованная схема гидропривода

Для достижения постоянной скорости вращения гидродвигателей установлены дроссельные клапаны 5. На аккумуляторе энергии установлены манометр 8 и предохранительный клапан 7, слив от которого осуществляется в сливную ёмкость 9.

Гидропривод, в котором скорость его выходного звена регулируется изменением подачи насоса либо изменением расхода через гидродвигатель, называется гидроприводом с объемным регулированием. Наиболее простой гидросхемой привода с объемным регулированием является схема, составленная из электроприводного насоса 1 переменной подачи с ручным управлением, нерегулируемого реверсируемого гидродвигателя 2 и трубопроводов, обеспечивающих соединение их выходов и входов (рис. 2, а).

Реверс вала гидродвигателя осуществляется реверсированием потока рабочей жидкости в насосе. Насос осуществляет преобразование механической энергии электродвигателя в гидравлическую энергию потока перекачиваемой им жидкости. Гидравлическая энергия преобразуется в механическую, отдаваемую с вала гидродвигателя приводимому им в действие механизму. В рассматриваемом гидроприводе регулирование скорости на выходе осуществляется изменением подачи насоса.

Рисунок 2. Схема гидропривода с объёмным регулированием

Регулирование скорости выходного звена возможно и путем изменения расхода через гидродвигатель (рис. 2, б). В этой схеме для реверсирования гидродвигателя используется четырехходовой трехпозиционный распределитель 3 с ручным управлением. Гидросхема такого привода открытая, поскольку необходимо обеспечить непрерывность действия насоса постоянной подачи. Для этого в схему включен бак, открытый на атмосферу.

Различия рассматриваемых гидроприводов проявляются при анализе их характеристик (рис. 2, в, г), графиков изменения общего к.п.д. _гп, момента на валу гидродвигателя М_гм и мощности привода насоса N_пдв в зависимости от частоты вращения вала гидродвигателя.

Первый гидропривод характеризуется постоянством момента на валу гидродвигателя, что при увеличении частоты вращения вала приводит к увеличению мощности насоса, и поэтому гидропривод должен иметь мощность привода насоса, необходимую для создания на валу гидродвигателя наибольшего момента при наибольшей частоте его вращения.

Второй гидропривод в отличие от первого характеризуется постоянством мощности насоса, что при изменении частоты вращения вала гидродвигателя приводит к изменению момента гидромотра по гиперболической кривой.

Оба гидропривода имеют примерно одинаковую экономичность и характеризуются большим диапазоном изменения частоты вращения вала гидродвигателя. Поскольку у гидропривода, осуществленного по первой гидросхеме, мощность привода насоса достаточна для работы на любом скоростном режиме, он имеет универсальное назначение. Гидропривод, выполненный по второй схеме, можно применять в грузоподъемных механизмах, он позволяет обеспечивать необходимую грузоподъемность при соответствующей скорости подъема и наименьшей мощности привода. У таких гидроприводов примерно одинаковая сложность гидрооборудования: у одного вследствие конструкции насоса и его регулирующих устройств, у другого - из-за аналогичной конструкции гидромотора, но второй гидропривод имеет большую массу из-за наличия в схеме бака.

В объемном гидроприводе возможно и смешанное регулирование скорости выходного звена. В гидроприводе, представленном на рис. 2, д, применены регулируемые насос и гидродвигатель. На малой частоте вращения вала гидродвигателя регулирование осуществляется путем увеличения подачи насоса. При сохранении момента на валу гидродвигателя неизменным этот вид регулирования связан с увеличением мощности, снимаемой с вала приводного двигателя. На большой частоте вращения путем регулирования расхода через гидродвигатель достигается постоянство мощности и уменьшение момента на валу гидродвигателя по гиперболической кривой.

Рисунок . 3. Схема гидроприводом с дроссельным регулированием

Гидропривод, в котором скорость его выходного звена регулируется за счёт изменения эффективного сечения потока через гидродроссель, называется гидроприводом с дроссельным регулированием.

Дроссель в таком гидроприводе может быть установлен на входе в гидродвигатель (рис. 3, а), на выходе из него (рис. 3, б) и в трубопроводе, параллельном гидродвигателю (рис. 3, в). Гидропривод, выполненный по схеме а, оснащен гидродвигателем; гидроприводы, выполненные по схемам б и в, оснащены гидроцилиндрами.

Все элементы гидропривода (нерегулируемый гидродвигатель 1, обратный клапан 2, регулируемый дроссель 3, четырехходовый трехпозиционный распределитель 4 с пружинным возвратом в среднее положение и с ручным управлением, переливной клапан 5 и бак 7, насос 8 постоянной подачи) соединены трубопроводами 6.

В гидроприводе с дросселем, установленном на выходе, создаётся противодавление в опорожняемой полости гидроцилиндра, что обеспечивает его устойчивую работу.

Область применения гидроприводов с дроссельным регулированием ограничивается 15 кВт, так как энергетические потери при больших мощностях становятся экономически неприемлемыми.

Наиболее выгодными в рабочем режиме является схема гидропривода с дросселем, установленным на параллельном потоке, так как в нём перепуск осуществляется при более низком давлении по сравнению со схемами а и б рис. 3.

Рабочие жидкости

Рабочая жидкость является неотъемлемым элементом любой гидросистемы. Жидкости, находящейся под давлением и циркулирующей по всей гидросистеме, отводится роль энергоносителя, передающего энергию от насосов к силовым органам двигателя. Одновременно рабочая жидкость служит смазкой в узлах трения и теплообменной средой в проточных частях и узлах гидросистемы. Поэтому надежность гидросистемы зависит не только от конструктивного совершенства ее составных элементов и режима работы, но и от рационального выбора рабочей жидкости.

Рабочая жидкость должна удовлетворять следующим основным требованиям:

1. несжимаемость (обладать малым объемным модулем упругости),

2. хорошие смазывающие свойства,

3. стабильность вязкости (иметь пологую температурную кривую вязкости в заданном интервале температур);

4. иметь температуру застывания на 10-20 °С ниже минимальной температуры, при которой будет работать гидросистема;

5. иметь малый коэффициент теплового расширения, а также высокий коэффициент теплопроводности и удельной теплоемкости;

6. отсутствие механических примесей;

7. иметь высокую противоокислительную стабильность и не терять основных качеств при длительном сроке службы (5-7 лет) и хранении;

8. не быть агрессивной для материалов деталей гидросистемы и ее уплотнительных элементов;

9. не поглощать и не содержать в себе значительного количества воздуха и газов, а также не образовывать эмульсии и пены с водой, не смешиваться с морской водой;

10. быть пожаро- и взрывобезопасной;

11. не быть токсичной;

12. быть недорогостоящей.

Одна рабочая жидкость не может в максимальной степени удовлетворять всем перечисленным требованиям, поэтому выбор рабочей жидкости это всегда компромисс.

В настоящее время в качестве гидравлической жидкости используются гидравлические масла.

Основные требования правил Регистра к гидравлическим приводам

1. Для следующих гидравлических приводов не допускается соединение с другими гидравлическими системами:

- рулевых машин;

- силовой системы гидравлических ВРШ;

- закрытий машинно-котельных шахт;

- скользящих водонепроницаемых дверей на пассажирских судах.

2. Используемые в гидравлических системах жидкости должны выбираться с учетом температурных условий, которые могут возникнуть в эксплуатации (обычно от -25°С до +45°С).

3. Гидравлические механизмы должны быть защищены предохранительными клапанами, давление срабатывания которых должно быть не более 1,1 максимального расчетного давления, кроме рулевых приводов, а также приводов якорных и швартовных механизмов.

4. Должны быть предусмотрены устройства для полного удаления воздуха при заполнении механизма и трубопровода рабочей жидкостью, а также для пополнения ее утечек и спуска.

5. В гидравлических системах должны быть предусмотрены фильтры необходимой пропускной способности и чистоты фильтрации рабочей жидкости.

6. У постоянно действующих гидравлических систем (у рулевых приводов, гидравлических муфт и т.п.) должна быть предусмотрена возможность очистки фильтров без прекращения функционирования системы (для этого обычно применяются сдвоенные фильтры).

7. Гидравлические механизмы должны быть оборудованы необходимыми приборами для контроля за их работой.

Основные расчётные зависимости гидроприводов

Рабочий объем гидромашины q_м (м³/об.) в насосе - это объем жидкости вытесняемый в систему за один оборот вала насоса; в гидромоторе - объем жидкости, необходимый для получения одного оборота вала гидромотора.

Теоретическая производительность насоса Q_Т (м³/с) - это расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из его полости нагнетания.

Действительная производительность насоса Q_Д (м³/с) уменьшается на величину ΔQ_Н (м³/с) из-за обратного течения жидкости в насосе из полости нагнетания в полость всасывания и из-за утечки жидкости во внешнюю среду. Поэтому

Q_Д = Q_Т - ΔQ_Н, (м³/с)

а отношение

где η_об.н. - объемный КПД насоса.

Объемные потери и объемный КПД гидромотора. При работе машины в режиме гидромотора в приемную его полость поступает жидкость под давлением от насоса. Объемные потери в гидромоторе сводятся в основном к утечкам жидкости через зазоры между сопрягаемыми элементами. Это приводит к тому, что подводимый объем жидкости Q_П (м³/с) превышает теоретическое значение Q_Т. Поэтому

где ΔQ_М - величина утечек в гидромоторе (объемные потери), м³/с.

Мощность и крутящий момент на валу гидромотора.

Теоретическая мощность развиваемая гидромотором:

N = ΔP Q_Т=ΔP q_мn_м , Вт

где ΔP- перепад давления, Па

q_м - рабочий объем гидромотора, м³/об.; n_м - частота вращения гидромотора, об./с.

С другой стороны механическая мощность на валу гидромотора:

N = M ω , Вт

где M – момент на валу гидромотора, Н·м;

ω - угловая скорость, рад/с.

Отсюда следует:

M ω = ΔP Q.

Фактическая мощность, развиваемая гидромотором при данном перепаде давлений

N_{M факт} = ΔPq_мn_мη_м , Вт

где ΔP- перепад давления, Па

q_м - рабочий объем гидромотора, м³/об.; n_м - частота вращения гидромотора, об./с; η_м - общий КПД гидромотора.

Выразив крутящий момент через теоретическую мощность N_Т = ΔPqn и угловую скорость ω= 2πn, получим теоретическую величину крутящего момента для гидромашины:

, Н·м.

Подача радиально-поршневого насоса

где d - диаметр цилиндра, м;

 е – эксцентриситет, м;

 z - число поршней;

η_об - объемный КПД.

Основные причины отказов гидроприводов:

- воздух в системе;

- вода в масле;

- механические примеси в масле.

Правила технической эксплуатации систем гидравлического привода

1. При подготовке гидропривода к работе необходимо:

.1. Проверить уровень рабочей жидкости в расширительной (сточной) цистерне и при необходимости добавить рабочую жидкость;

.2. Проверить подвижность и легкость включения и выключения рычагов местного и дистанционного управления гидроприводом, а также надежность их фиксаторов и стопорных устройств;

.3. Выполнить необходимые переключения клапанов в системе гидропривода;

.4. Пустить гидронасос и убедиться, что в системе поддерживается надлежащее давление.

2. Во время работы системы гидропривода механизмов необходимо:

.1. Следить за поддержанием давления в системе в пределах величин, оговоренных инструкцией по эксплуатации;

.2. Периодически контролировать уровень рабочей жидкости в расширительной (сточной) цистерне. При заметном убывании жидкости принять немедленные меры по отысканию места утечки и ее устранению;

.3. Периодически смазывать механизмы гидропривода;

.4. Периодически прослушивать работу гидронасоса и гидромоторов на отсутствие посторонних стуков, шумов и вибрации;

.5. Поддерживать чистоту рабочей жидкости посредством своевременной очистки фильтров и спуска отстоя. Помнить, что надежная работа гидравлической системы в основном обеспечивается чистотой рабочей жидкости.

3. Следить, чтобы в систему гидропривода не попадал воздух, наличие которого обнаруживается по ненормальному шуму и неравномерности хода гидромеханизмов. Воздух должен быть немедленно выпущен, а причина его появления устранена.

4. Заполнение гидросистемы рабочей жидкостью должно производиться через фильтр тонкой очистки при открытых воздушных кранах с соблюдением чистоты. После заполнения системы необходимо создать в ней давление 0,5 - 1,0 МПа, после чего вторично открыть краны до полного удаления воздуха из системы.