13. Гидроприводы и гидропередачи
13.1. Назначение, достоинства и недостатки гидропривода
В современных условиях, когда осуществляется автоматизация различных операций и процессов, для передачи энергии рабочим органам машин и механизмов применяются различные приводы: механические, электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.
Гидроприводом называется установка, которая служит для передачи энергии и преобразования движения при помощи жидкости. Последнее время гидропривод получил предпочтение перед другими приводами, применяемыми в различных областях машиностроения.
Гидропривод имеет следующие преимущества:
при малых габаритах и весе передаточного механизма можно получить большие силы и мощности;
он практически не боится перегрузок и автоматически предохраняет машины от их вредного влияния;
возможно бесступенчатое регулирование скоростей в широком диапазоне;
возможно получение различных видов движения;
сложные кинематические схемы (например, механических приводов) заменены простыми стандартными узлами;
элементы гидропривода являются самосмазывающимися узлами;
гидропривод позволяет осуществлять частые и быстрые переключения при различных видах движения.
У гидроприводов, однако, имеются и недостатки:
некоторое количество энергии затрачивается на преодоление сопротивлений, что приводит к снижению общего КПД привода;
нормальный режим работы некоторых элементов может быть нарушен из-за утечек и попадания воздуха в рабочую жидкость;
в процессе быстрых переключений могут возникать гидроудары, расшатывающие соединения и уплотнения;
необходимость тщательной обработки некоторых частей гидропривода (закалка, шлифовка и т.д.) удорожает его производство.
Но эти недостатки в работе гидроприводов при надлежащем их конструировании и тщательном изготовлении узлов и соединений гидросистемы могут быть значительно уменьшены.
13.2. Устройство и принцип действия гидропривода
Гидропривод включает насос, гидродвигатель, трубопроводы, систему управления и вспомогательные устройства.
Насос, приводимый в работу электродвигателем, служит для преобразования механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости.
Гидродвигатель (гидромотор) преобразует энергию жидкости, поступающей из насоса, в механическую энергию, т.е. выполняет обратное преобразование энергии.
Трубопроводы служат для подвода рабочей жидкости от насоса к гидродвигателю и ее отвода. Они должны быть возможно короче, чтобы расходовать меньше энергии на преодоление сопротивлений.
В систему управления гидропривода входят: регулятор скорости, устройство для обеспечения реверсивного движения, реле давления и времени, золотники, краны.
К вспомогательным устройствам относятся клапаны, резервуары, фильтры, аккумуляторы.
Силовая часть гидропривода (насос и гидродвигатель) называется гидропередачей. Гидропередачи по принципу действия делятся на объемные и гидродинамические. В зависимости о вида движения ведомого звена, осуществляемого гидродвигателем, гидропередачи делятся на два основных типа: возвратно-поступательного и вращательного движений.
В гидропередачах возвратно-поступательного движения, являющихся передачами объемного типа, в качестве гидродвигателей используются силовые цилиндры. В них под действием давления рабочей жидкости поршень совершает возвратно-поступательное движение и приводит в то же движение ведомый орган.
Гидропередачи вращательного движения могут быть объемными и гидродинамическими.
Объемные гидропередачи представляют собой соединение насоса и гидродвигателя роторного типа (шестеренчатые, шиберные и др.). Вал такой передачи связан с вращаемым органом машины.
Гидродинамические гидропередачи представляют собой сочетание центробежного насоса и гидротурбины. Рабочие колеса их сближены и размещены в общем корпусе соосно.
Рассмотрим схему и принцип действия гидропривода с объемной гидропередачей.
1. Объемная гидропередача с возвратно-поступательным движением изображена на рис. 13.1. Электродвигатель приводит в действие насос 1, который подает жидкость по трубопроводу 2 в механизм управления 3 (распределитель) и отсюда по трубопроводу 4 в левую часть силового цилиндра 5, являющегося гидродвигателем. Поршень 6 гидродвигателя под действием давления жидкости перемещается вправо и при помощи штока приводит в действие ведомый орган станка 8.
Рис. 13.1. Объемная гидропередача
с возвратно-поступательным движением
При движении поршня вправо из правой части цилиндра жидкость по трубопроводам 9 и 10 сливается в бак. Такой процесс будет происходить до тех пор, пока поршень не займет крайнего правого положения. После остановки поршня в крайнем правом положении при помощи распределителя 3 жидкость начнет поступать по трубопроводам 2 и 9 в правую часть гидродвигателя, а из левой части жидкость будет сливаться в бак по трубопроводам 4 и 10. Поршень 6 и ведомый орган станка 8 будут перемещаться влево. Следовательно, поршень, а вместе с ним ведомое вено, совершают реверсивное движение.
На напорном трубопроводе обычно устанавливается предохранительный клапан 11 для того, чтобы обезопасить систему в случае чрезмерного давления при отказе автоматического регулирования насоса. Фильтр 12 предназначается для улавливания твердых частиц, находящихся в жидкости.
2. Объемные гидропередачи (приводы) вращательного движения включают в себя насос, гидромотор, бачок с жидкостью, которые соединены трубопроводами (рис. 13.2).
Рис. 13.2. Объемная гидропередача
с вращательным движением
Здесь вращательное движение ротора насоса 1 преобразуется во вращательное движение ротора гидродвигателя 2. Жидкость, прошедшая через насос, гидродвигатель и различные устройства сливается в бачок. Включенный в систему, он необходим для компенсации внешних утечек жидкости и температурных изменений ее объема, а также для уменьшения нагревания жидкости в процессе работы. Кроме того, если бачок закрыт, то повышенное в нем давление воздуха создает необходимые условия во всасывающем трубопроводе насоса, исключающие возможность кавитации. Описанная система гидропривода называется открытой.
Рис. 13.3. Гидропривод с замкнутой системой
Возможно устройство гидропривода с замкнутой (закрытой) системой (рис. 13.3), т.е. без включения бачка в систему. Однако, в этом случае ухудшаются условия охлаждения жидкости, затрудняется фильтрация, осложняется компенсация утечек. Для восполнения объемных потерь обычно устанавливается дополнительный бачок, из которого жидкость поступает в систему через односторонний клапан.
Как правило, ввиду простоты конструкции и хорошего охлаждения жидкости чаще применяют гидроприводы с открытой системой циркуляции.