Гидропривод и гидропневмомашины / Kononov_OGP_2005

Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Братский государственный университет»

Кафедра «Строительные и дорожные машины»

Кононов А.А., Кобзов Д.Ю., Ермашонок С.М.

ГИДРАВЛИЧЕКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕКИЕ МАШИНЫ

Курс лекций

для студентовспециальностей

1502, 1709, 2903, 2905, 2906, 2915

дневнойизаочной формы обучения

Братск 2005

УДК 621 Кононов А.А., Кобзов Д.Ю., Ермашонок С.М. Гидравлические и

пневматические машины: Курс лекций. – Братск: ГОУВПО «БрГУ». – 2005. – 200 с.

Приведен необходимый минимум учебного материала, предназначенный для изучения гидравлического и пневматического привода. Приводятся описание и характеристика основных наиболее применяемых насосов и гидродвигателей, контрольно-регулирующей аппаратуры и аппаратуры управления расходом рабочей жидкости. Приведены типовые схемы наиболее распространенных гидросистем.

Предназначено для студентов и магистрантов технических специальностей всех форм обучения.

Печатается по решению издательско-библиотечного совета БрГУ.

665709, Братск, ул. Макаренко, 40 ГОУВПО «Братский государственный университет»

- 6 -

ВВЕДЕНИЕ

Предшественники современных гидравлических машин появились в глубокой древности. Освоение плодородных земель, уровень которых выше уровня воды ближайших водоемов, а также необходимость водообеспечения поселений потребовал создания различных водоподъемных средств.

Древнейший известный нам механизм – водоподъемное колесо – поднимал 8 м3 воды в час на высоту 3 метра. В 1700 г. до н.э. в Каире для подъема воды из колодца глубиной 90 м использовали так называемый цепной насос (цепь с прикрепленными ковшами). Архимедов винт стали применять для орошения полей за 1000 лет до н.э. Наклонно расположенный вал с винтовой нарезкой вращался в полуоткрытом лотке и обеспечивал подъем воды на высоту до

5 м.

Первым насосом был поршневой. Изобретателем его считают древнегреческого механика Ктезебия (II – I в. до н.э.). Насос был описан Героном Александрийским в I в. до н.э. в труде «Пневматика».

Постепенно в процессе трудовой деятельности люди накапливали знания о закономерностях движения жидкости и газов. Это нашло отражение в трудах древнегреческого философа Аристотеля. Некоторые законы гидравлики были сформулированы величайшим механиком Древней Греции Архимедом.

Отсутствие приводного двигателя тормозило развитие гидравлических машин. Только благодаря разделению труда и развитию мануфактуры в XVI – XVII вв. были созданы условия для широкого использования водяного колеса, а затем паровой машины в качестве двигателей.

Впервые идею применения в машинах гидропривода высказал в конце XVII века Блез Паскаль, который указывал на возможность создания гидравлического пресса. Эта идея Паскаля была реализована в 1859-1861 гг. Хайзвеллом при разработке конструкции первого гидравлического штамповочного пресса. В дальнейшем гидропривод долгое время применялся лишь при создании кузнечно-прессового оборудования.

- 7 -

Появление паровых машин в XVIII в. было обусловлено, прежде всего, необходимостью привода насосов для откачки воды из шахт. Неглубокие выработки к этому времени уже истощились, а основной проблемой было удаление грунтовых вод из глубоких шахт, которые не позволяли вести добычу полезных ископаемых.

С развитием паровых машин и общим технологическим прогрессом в машиностроении тесно связано совершенствование конструкций поршневых насосов, появление

исовершенствование гидравлических двигателей. Далее широкое применение двигателей внутреннего сгорания и электропривода в конце XIX – начале XX вв. послужило сильнейшим толчком в развитии гидравлических приводов.

Внастоящее время во всем мире практически невозможно назвать такую отрасль промышленности или сельского хозяйства, в которых не применялся бы гидропривод. А возросшие в последние годы темпы создания и освоения серийного производства новых машин с гидравлическим приводом являются наглядным подтверждением научнотехнического прогресса.

Использование гидроприводов в строительных и дорожных машинах способствует значительному повышению уровня механизации в этих отраслях. Гидравлические устройства устанавливаются в системах управления на экскаваторах, бульдозерах, подъемниках, погрузчиках, кранах, а также в качестве силовых передач на движитель этих машин.

Врезультате внедрения современных технологических процессов и совершенствования гидравлического оборудования

имашин с объемным гидроприводом за последние два десятилетия значительно улучшилось качество их изготовления, повысились продолжительность безотказной работы и технический ресурс.

Перспективным является использование гидравлических и пневматических передач в сочетании с электрическими для автоматизации технологических процессов во многих отраслях народного хозяйства с целью повышения производительности и улучшения условий труда.

1.1. Структурная схема гидропривода

Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя.

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.

Объемный гидропривод состоит из гидропередачи, устройств управления, вспомогательных устройств и гидролиний (рис.1.1).

Рис.1.1. Схема объемного гидропривода

Объемная гидропередача, являющаяся силовой частью гидропривода, состоит из объемного насоса (преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию потока

- 9 -

рабочей жидкости) и объемного гидродвигателя

(преобразователя энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена).

В состав некоторых объемных гидропередач входит гидроаккумулятор (гидроемкости, предназначенные для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего ее использования для приведения в работу гидродвигателя). Кроме того, в состав гидропередач могут входить также гидропреобразователи – объемные гидромашины для преобразования энергии потока рабочей жидкости с одними значениями давления P и расхода Q в энергию другого потока с другими значениями P и Q.

Устройства управления предназначены для управления потоком или другими устройствами гидропривода. При этом под управлением потоком понимается изменение или поддержание на определенном уровне давления и расхода в гидросистеме, а также изменение направления движения потока рабочей жидкости. К устройствам управления относятся:

гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей, реверсирования движения их выходных звеньев и т.д.;

регуляторы давления (предохранительный, редукционный, переливной и другие клапаны), предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости в гидросистеме;

регуляторы расхода (делители и сумматоры потоков, дроссели и регуляторы потока, направляющие клапаны), с помощью которых управляют потоком рабочей жидкости;

гидравлические усилители, необходимые для управления работой насосов, гидродвигателей или других устройств управления посредством рабочей жидкости с одновременным усилением мощности сигнала управления.

Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех элементов гидропривода. К ним относятся:

кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменные аппараты и др.); уплотнители, обеспечивающие герметизацию гидросистемы; гидравлические реле давления; гидроемкости

(гидробаки и гидроаккумуляторы рабочей жидкости) и др.

- 10 -

Состав вспомогательных устройств устанавливают исходя из назначения гидропривода и условий, в которых он эксплуатируется.

Гидролинии (трубы, рукава высокого давления, каналы и соединения) предназначены для прохождения рабочей жидкости по ним в процессе работы объемного гидропривода. В зависимости от своего назначения гидролинии, входящие в общую гидросистему, подразделяются на всасывающие, напорные, сливные, дренажные и гидролинии управления.

1.2. Классификация и принцип работы гидроприводов

В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.

1. По характеру движения выходного звена гидродвигателя:

гидропривод вращательного движения (рис.1.2, а), когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;

гидропривод поступательного движения (рис.1.2, б, в), у

которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр

– двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);

гидропривод поворотного движения (рис.1.2, г), когда в качестве гидродвигателя применен поворотный гидроцилиндр, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратноповоротное движение на угол, меньший 360 .

2. По возможности регулирования:

регулируемый гидропривод, в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть дроссельным (рис.1.2, б, г), объемным (рис.1.2, а), объемно-дроссельным или изменением скорости двигателя,

приводящего в работу насос. Регулирование может быть ручным или автоматическим. В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть стабилизированным, программным