Портал о строительстве и ремонтных работах

В системах управления и в маломощных приводах дорожных ма­шин широко применяются гидрообъемные передачи. Их используют так­же в машинах, на циклично работающих приводах, имеющих сложную пространственную кинематику движения.

Распространению объемных гидропередач способствует компакт­ность конструкции даже при реализации больших передаточных отно­шений (1:1000 и более), простота средств бесступенчатого регулирова­ния скорости исполнительного механизма и преобразования вращатель­ного движения в возвратно-поступательное. При их использовании воз­можна автоматизация процесса работы, унификация и стандартизация элементов привода. Однако работа гидрообъемных передач зависит от температуры окружающей среды. Эти передачи имеют невысокий к. п.д. (0,7 — 0,75) и требуют квалифицированного обслуживания.

В гидрообъемных передачах геометрические и силовые связи устанав­ливаются замкнутым объемом рабочей жидкости, расположенной в напор­ной магистрали между насосом и гидродвигателем. В насосе механическая энергия приводного двигателя преобразуется в гидравлическую энергию рабочей жидкости, которая затем переходит в механическую энергию гид­родвигателя и расходуется на преодоление внешнего сопротивления.

В отличие от насосов, которые являются роторными гидромашина­ми вращательного типа, гидродвигатели бывают трех видов — гидромо­торы, поворотники и гидроцилиндры. Гидромоторы обеспечивают враща­тельное движение ведомого вала с неограниченным углом поворота. Поворотники (их часто называют моментными гидроцилиндрами) пово­рачивают ведомый вал только на ограниченный угол. Гидроцилиндры относятся к группе очень распространенных на дорожных машинах гид­родвигателей, совершающих возвратно-поступательное движение. В ка­честве насосов и гидромоторов применяют шестеренчатые, винтовые, пластинчатые (шиберные), аксиально-поршневые и радиально-поршне­вые гидромашины (рис. 3.5).

При вращении вала шестеренчатого насоса (рис. 3.5, а) захватыва­ется некоторый объем рабочей жидкости из всасывающей камеры I и переносится в напорную камеру II. Этот перенос становится возмож­ным благодаря образованию геометрически замкнутых пространств между впадинами зубьев ведущей 1 и ведомой 2 шестерен и корпусом

3. Линия контакта шестерен отделяет напорную камеру от всасываю­щей, препятствуя обратному движению жидкости.

Рис. 3.5. Конструктивные схемы насосов и гидромоторов: а — шестеренчатого; б—винтового; в — лопастного; г — аксиально­поршневого; д — радиально-поршневого

В винтовом насосе (рис. 3.5, б), состоящем из винтов 1 и 2, а также корпуса 3, перенос рабочей жидкости обеспечивается располо­женными между этими элементами запертыми пространствами, кото­рые в виде “жидкостной гайки” перемещаются из всасывающей каме­ры I в напорную II.

Пластинчатые насосы (рис. 3.5, в) строятся на основе кулисного меха­низма. На ведущем валу 1 закреплен ротор 2, в пазах которого соверша­ют возвратно-поступательное движение шиберы 3, опирающиеся на цилин­дрическую поверхность корпуса 4, геометрическая ось которой располо­жена эксцентрично относительно ротора на величину е. При вращении ротора по часовой стрелке пространства между шиберами, работающими справа от вертикальной оси, а также ротором и статором уменьшаются, в связи с чем рабочая жидкость выдавливается в напорную полость II.

В то же время аналогичные пространства, расположенные слева от вертикальной оси, увеличиваются, обеспечивая захват рабочей жидкости из всасывающей полости I.

На валу 1 аксиально-поршневого насоса (рис. 3.5, г) закреплен цилин­дрический блок 2, в цилиндрах которого совершают возвратно-поступа­тельное движение поршни 3, опирающиеся на упорный подшипник диска

4. Цилиндрический блок упирается в распределитель 5, закрепленный в неподвижном корпусе 6. Благодаря распределителю полости цилиндров периодически соединяются с напорной или со всасывающей камерами, в зависимости от направления движения поршней.

Радиально-поршневой гидромотор (рис. 3.5, д) состоит из блока цилиндров 1, в расточках которого помещены поршни 2. Поршни име­ют катки 3, которые обкатываются по направляющей поверхности кор­пуса 4. Рабочая жидкость поступает под поршни через распределитель

5. Расположение окон распределителя согласуется с положением ра­бочих и холостых участков направляющей корпуса. При развиваемом поршнем усилии Р сила давления катка на направляющую N будет тем больше, чем больше угол давления у. Возникающее при взаимодей­ствии катка с направляющей тангенциальное усилие Т формирует кру­тящий момент ротора.

Все перечисленные типы гидромашин относятся к классу роторных, од­ним из основных свойств которых является принципиальная обратимость, т. е. способность работать как в качестве насоса, так и в качестве гидромотора.

Аксиально-поршневые гидромашины работают при давлении 16-35 МПа с объемным расходом 5-20 л/с, их долговечность составляет 5-8 тыс. ча­сов чистой работы, а общий к. п. д. достигает 0,9-0,93.

Широкое применение находят шестеренчатые и пластинчатые насо­сы, максимальные значения параметров которых при долговечности 4-6 тыс. часов примерно одинаковы: ртах= 14-18 МПа и Qmax=8-10 л/с.

Пластинчатые насосы чаще используют в системах управления, подпитки и централизованной смазки дорожных машин. В этих случаях их работа протекает при давлениях 0,3-1,2 МПа.

Наряду с низкомоментными высокооборотными гидромашинами пере­численных типов все большее распространение получают высокомомент — ные радиально-поршневые гидромоторы, рассчитанные на работу при дав­лениях до 35 МПа. Если со < 10 рад/с, или М > 1000 Нм, или М/со> 100, то гидромашину относят к разряду высокомоментных. Высо — комоментные гидромоторы устанавливают непосредственно на рабочий орган или передают ему движение через простейшую редукторную сис­тему. Однако удельные энергетические показатели высокомоментных гидромоторов (кВт/кг) в 2-5 раз хуже низкомоментных гидромоторов. Поэтому высокомоментным гидромоторам часто предпочитают низко-
моментные, скомпонованные в одно целое с планетарными или червяч­ными передачами.

Простота исполнения, хорошая компонуемость, сравнительно небольшая масса на единицу передаваемой мощности, способность встраиваться непосредственно в рабочие органы машин определили большое разнообразие конструктивных схем гидроцилиндров. Тем не менее их можно разбить на две основные группы — гидроцилиндры одинарного действия (рис. 3.6, a-в) и гидроцилиндры двойного дей­ствия (рис. 3.6, г-е). Первые из них могут перемещать под действием рабочей жидкости ведомые элементы только в одном направлении. Возврат же в исходное положение осуществляется пружиной или силой тяжести рабочих органов. В гидродилиндрах двойного действия перемещение в обоих направлениях осуществляется усилием рабо­чей жидкости. Основными элементами гидроцилиндров является кор­пус 1 и поршень 2 со штоком 3 или плунжер 4. Плунжерные гидроци­линдры могут быть одностороннего действия, так как в них рабочая жидкость подводится только в камеру между корпусом и плунже­ром. В поршневых гидроцилиндрах рабочая жидкость может посту­пать как в штоковую, так и в бесштоковую полость. Поэтому они бывают как одностороннего, так и двустороннего действия. Для под­вода (отвода) рабочей жидкости в корпусе гидроцилиндра имеются каналы, соединенные с трубопроводами 5. Наибольшее распростране­ние имеют гидроцилиндры двойного действия с односторонним што­ком (рис. 3.6, г). Однако из-за разности площадей штоковой и бес — штоковой полостей скорость движения штока в разных направлени­ях не одинакова. Когда это нежелательно, применяют гидроцилиндры с двусторонним штоком (рис. 3.6, д). Если усилие, которое развивает­ся на штоке гидроцилиндра, недостаточно для преодоления внешнего сопротивления, а стесненные габариты не позволяют развивать диа­метр поршня, используют гидроцилиндры с двойными поршнями (рис. 3.6, е). В этом случае рабочая жидкость подводится одновремен­но в полости I и III или в II и IV.

Типичные конструктивные схемы поворотников изображены на рис. 3.6, ж, з. Внешне они напоминают либо гидромотор с одной лопас­тью 6, корпус 7 которого ограничен некоторым сектором, либо гидроци­линдр с двойными поршнями. Шток 8 этого гидроцилиндра соединен с кривошипно-шатунным механизмом 9, ось 0 которого поворачивает ве­домый вал.

гг J

3

Рис. 3.6. Гидродвигатели возвратно-поступательного и поворот­ного движения. Гидроцилиндры: а — поршневой одинарного дей­ствия; б — плунжерный; в — телескопический;- г — двойного дей­ствия; д — с двусторонним штоком; е — со сдвоенными поршнями;

ж и з — поворотники

Контроль и управление параметрами гидравлической энергии осу­ществляется с помощью распределительной, регулирующей и контроль­ной аппаратуры.

Распределители направляют рабочую жидкость от насоса к гидродви­гателям, обеспечивают их реверсирование и остановку. По конструкции различают пробковые, клапанные и золотниковые распределители. После­дние имеют наибольшее распространение. Они многопозиционны, уравно­вешены от статических сил давления и имеют сравнительно небольшие сопротивления от сил трения. Схема трехпозиционного золотникового рас­пределителя, управляющего направлением движения штока гидроцилиндра, изображена на рис.3.7. Его рабочими элементами являются цилиндричес­кий плунжер 1, снабженный поясными и кольцевыми проточками, и корпус 2, имеющий окна или отверстия, через которые подводится и отводится рабо­
чая жидкость. Рассматриваемый распределитель является четырехходовым, так как связывает четыре элемента системы — напорную и сливную маги­страли и две магистрали, ведущие к полостям гидроцилиндра. Различают три основных типа золотниковых распределителей: с положительным, нуле­вым и отрицательным перекрытиями. У золотников с положительным перекрытием ширина пояска а на плунжере больше отверстия б в корпусе.

Рис. 3.7. Конструктивная схема золотникового распределителя

Они хорошо фиксируют положение исполнительных механизмов. Когда плунжер такого распределителя устанавливается в нейтральное положение, исполнительный механизм отсекается от напорной и слив­ной магистралей, а рабочая жидкость запирает его. Этот тип золотника применяется в разомкнутых системах управления для лучшей динами­ческой устойчивости гидропривода. Применение его в системах управ­ления с обратной связью нежелательно, так как наличие перекрытия определяет большую зону нечувствительности. Этого недостатка лише­ны золотники с нулевым перекрытием, когда ширина пояска плунжера равна ширине канавки или отверстия корпуса. Достигнуть нулевого пе­рекрытия при изготовлении золотника сложно, поэтому в следящих при­водах, как правило, применяют золотники с отрицательным перекрыти­ем. У таких золотников при нейтральном положении плунжера по обе­им сторонам его пояска имеются начальные зазоры (4…6) 10’5 м, через которые жидкость, подаваемая насосом, поступает в сливную магист-
раль. В полостях силового гидроцилиндра устанавливаются давления р; и рт При этом

РІ=Р2= — 2Р° (3.5)

где р и Pq давление жидкости в напорной и сливной магистрали системы при нейтральном положении распределителя.

Золотники с отрицательным перекрытием имеют меньшую зону нечувствительности, но не могут применяться тогда, когда утечки и жес­ткость являются важными для системы факторами.

Регулирующие органы гидросистемы подразделяют на регулято­ры давления и регуляторы расхода. Регуляторы давления предназна­чены для предохранения гидросистемы от перегрузок, а также для под­держания в ее магистралях давления заданной величины. К первой группе этих устройств относятся предохранительные клапаны, а ко второй-подпорные, редукционные и обратные клапаны и клапаны раз­грузки насосов. Конструктивно регуляторы расхода выполняются шариковыми, конусными, плунжерными и комбинированными. Шарико­вые клапаны являются наиболее простыми и быстродействующими ввиду малой инерционности подвижных элементов. Однако при непрерывной работе они из-за износа седла быстро выходят из строя. Поэтому их применяют в качестве эпизодически работающих предохранительных и обратных клапанов. Чаще применяют плунжерные и комбинирован­ные клапаны. Конструкция и принцип работы таких устройств видны из рассмотрения конструктивной схемы предохранительного клапана с переливным золотником (рис. 3.8). Рабочая жидкость из полости дав­ления А по каналу Б в золотнике 4 поступает в полость В и одновре­менно по каналу Г — в полость Д. Затем через демпферное отверстие Е рабочая жидкость направляется в полость Ж и под настроенный на определенное давление шариковый клапан 2. Пока давление в системе не преодолеет усилия, на которое настроена пружина 1, золотник пру­жиной 3 удерживается в крайнем положении, перекрывая выход жид­кости на слив. При повышении давления в гидросистеме шариковый клапан преодолевает усилие пружины и открывается. Жидкость из полости Ж по каналу II поступает на слив. При прохождении жидко­сти через демпферное отверстие Е в полость Ж давление понижается по сравнению с тем значением, которое соответствует полостям В и Д. Вследствие этого золотник поднимается, перепуская часть жидкости из напорной полости на слив.

Регулирование скорости маломощных и редкоработающих рабочих орудий и механизмов дорожных машин осуществляется дроссельными регуляторами расхода, представляющими собой местное регулируемое или нерегулируемое сопротивление, которое устанавливается на пути течения жидкости. Конструктивно наиболее распространенные из них выполняются в виде набора тонких шайб с калиброванными отверстия­ми либо в виде поворотного крана с переменным проходным сечением.

В соответствии с известным уравнением Бернулли объемный рас­ход жидкости (м3/с), протекающей при дросселировании через такое устройство, определяется как

(3.6)

где — коэффициент расхода, который принимается при истечении минеральных масел через круглые дросселирующие отверстия, 0,59-0,60, а для щелевых 0,70-0,75; F — площадь поперечного сечения дросселя, м2; р — плотность рабочей жидкости, кг/м3 ; Ар — перепад давления на дросселе, Па.

Рис. 3.9. Схемы установки дросселя: а — на входе; б — на выходе; в — параллельно гидродвигателю; 1 — насос; 2 — гидромотор; 3 — дроссель; 4 — предохранительный клапан

Чтобы избежать влияния режимов нагружения на скорость движе­ния исполнительного механизма, применяют дроссели с регуляторами. Регуляторы являются такими устройствами, которые с помощью гидравлической обратной связи независимо от условий нагружения под­держивают на дросселе постоянный перепад давления. Дроссельные ус­

тройства устанавливают на входе или выходе гидродвигателя, а в неко­торых случаях — параллельно ему (рис. 3.9). В первом случае рабочая жидкость от насоса поступает к гидродвигателю через дроссель. При этом некоторый избыток объемного расхода жидкости насоса сливается через предохранительный клапан. Чем меньше проходное сечение дрос­селя, тем меньше скорость вращения гидромотора и тем большая доля расхода поступает на слив через предохранительный клапан. Запускает­ся такая система в работу плавно, без толчков. Однако если нагрузка на валу гидродвигателя меняет свою величину, то из-за отсутствия подпора на сливе трудно получить устойчивую скорость движения этого вала. Этот недостаток отсутствует, когда дроссель, установлен на выходе из гидродвигателя. По к. п. д. оба эти варианта уступают системам, в кото­рых дроссель установлен параллельно гидродвигателю, так как при их использовании насос независимо от нагрузки работает при давлении срабатывания предохранительного клапана. Однако когда дроссель уста­новлен параллельно гидродвигателю, в системе трудно получить устой­чивую скорость движения исполнительного механизма особенно при небольших ее значениях. К вспомогательным устройствам гидросистем относятся средства борьбы с различными помехами. Они подразделяют­ся на средства очистки рабочей жидкости — фильтры, средства стабили­зации теплового режима — теплообменники, накопители гидравлической энергии — гидроаккумуляторы.

Фильтры улавливают попавшие в гидросистему посторонние механические примеси. По тонкости очистки различают фильтры: гру­бой очистки (d > 1,0-104 м), нормальной очистки (d > 1,0-105 м), тонкой очистки (d > 0,5Т0’5 м) и особо тонкой очистки (d > 1,010’6 м). По методу отделения механических частиц различают фильтры механичес­кого действия и силовые очистители. В фильтрах механического дей­ствия поток жидкости пропускается через фильтрующий материал, в котором задерживаются механические частицы. Действия силовых очи­стителей основаны на разделении рабочей жидкости и примесей под влиянием силового поля, которое может быть гравитационным, цен­тробежным, магнитным, электростатическим или вибрационным. Наиболь­шее распространение в гидросистемах дорожных машин получили филь­тры механического действия. В баках, картерах и отстойниках широко применяют магнитные очистители. Устанавливают фильтры чаще всего на нагнетательном трубопроводе после предохранительного клапана. При такой установке фильтры наиболее надежно защищают от загрязнений распределительные устройства. Распространены также схемы с уста­новкой фильтров на сливе. В этом случае они работают под небольшим давлением.

Теплообменники отводят выделившуюся в гидросистеме тепловую энергию, а при низких температурах воздуха нагревают рабочую жид­кость. На дорожных машинах применяют теплообменники с принуди­тельным обдувом воздухом, направляемым вентиляторной установкой.

Гидравлические аккумуляторы служат для компенсации кратко­временных пиковых нагрузок. Они являются также демпферами воз­никающих при пульсации давления колебаний. Схема, представленная на рис. 3,10, иллюстрирует применение гидравлического аккумулятора в системе управления процессом торможения механизма передвижения одноковшового экскаватора. Когда давление в полостях тормозных гидро­цилиндров 1 упадет из-за объемных потерь в системе и станет меньше, чем в напорном трубопроводе насоса 2, то обратный клапан 3 обеспечит доступ рабочей жидкости в гидроаккумулятор 4. Благодаря этому про­изойдет зарядка гидроаккумулятора, т. е. наполнение его рабочей каме­ры жидкостью под давлением системы. При неработающих исполни­тельных механизмах экскаватора напорная магистраль насоса соеди­нена со сливной, и этот насос работает вхолостую. Тем не менее, рабочие полости гидроцилиндров находятся под давлением гидроак­кумулятора, так как обратный клапан не пропускает жидкость на слив. Если из такой системы исключить гидроаккумулятор, то при нерабо­
тающих механизмах экскаватора насос должен работать не вхолос­тую, а под некоторым давлением подпора. Это энергетически нераци­онально и не всегда оправдано. При применении гидроаккумулятора в качестве демпфера колебаний его параметры выбирают таким об­разом, чтобы собственная частота была приблизительно равна часто­те пульсаций. Такой гидроаккумулятор очень чувствителен к измене­нию давления и хорошо его стабилизирует на заданном уровне. В практике машиностроения применяют грузовые, пружинные и пнев­матические аккумуляторы. В наиболее распространенных пневма­тических аккумуляторах средой, накапливающей энергию, является воздух или технический азот. При наполнении рабочей полости та­ких аккумуляторов жидкостью под действием избыточного давления в напорной магистрали воздух в пневматической камере сжимается. Когда в гидросистеме из-за уменьшения или снятия нагрузки давле­ние падает, воздух расширяется и вытесняет жидкость из рабочей полости в систему. Резиновая камера разделяет воздушную и жидко­стную среду, не допуская их смешения.

Рис. 3.10. Гидросистема с гидропневмоаккумулятором

Рабочая жидкость гидросистем сочетает свойства рабочего тела со свойствами смазочных материалов. В гидросистемах широко применяют минеральные масла, полученные смешиванием маловязких нефтепродук­тов с высоковязкими компонентами. Углеводородные полимеры, входя-

щие в состав минеральных масел, образуют во взаимодействии с повер­хностью металла граничные адсорбционные слои, обладающие высокой механической прочностью и малым сопротивлением поперечному сколь­жению. Присадки, содержащиеся в рабочих жидкостях гидросистемы, улучшают их свойства. Основными показателями качества рабочих жид­костей служат их вязкость, температурно-вязкостная характеристика, физическая и химическая стабильность, антикоррозионные свойства, аг­рессивность по отношению к резиновым уплотняющим устройствам, смазочная способность и температура замерзания. Рабочая жидкость должна быть достаточно густой, чтобы снизить объемные потери в гид­росистеме, но не слишком, чтобы избежать явлений кавитации и повы­шенных гидромеханических потерь в гидроагрегатах и трубопроводах.

Физическая стабильность характеризует способность рабочей жидко­сти сопротивляться деформациям сдвига и не терять своей вязкости и смачивающих свойств. При работе высокооборотных гидромашин и рас- пределительно-регулирующей аппаратуры вязкость жидкости постепен­но уменьшается. При этом чем более высокомолекулярные присадки использованы для улучшения вязкостных свойств, тем сильнее влияние деформаций, вызванных трением и смятием рабочей жидкости.

Химическая стабильность рабочих жидкостей, или их стойкость к окислению, зависит от химического состава и строения компонентов. В процессе окисления, когда прекращается действие антиокислительных присадок, из жидкости выпадают осадки в виде смолы, которые засоряют элементы сопряжений гидроагрегатов и могут вывести их из строя. Луч­шими катализаторами, вызывающими ускорение процесса окисления, яв­ляются металлические частицы, грязь и вода. Это следует учитывать при заправке гидросистемы и ее очистке. При повышении температуры рабо­чей жидкости интенсивность окисления минеральных масел увеличивает­ся. Поэтому при конструировании гидросистем не следует экономить на средствах, обеспечивающих ограничение температуры рабочей жидкости.

Антикоррозионные свойства и агрессивность по отношению к резино­вым уплотнениям характеризуют совместимость рабочей жидкости, т. е. ее способность длительное время работать совместно с металлическими и резиновыми изделиями, не разрушая их. Улучшение этого качества обеспечивается применением антикоррозионных присадок, действующих за счет образования на поверхностях деталей прочных пленок.

Минеральные масла склонны к образованию стойкой пены. Чем больше вязкость рабочей жидкости, тем выше вспениваемость. С пено- образованием в гидросистемах необходимо бороться, так как пена сни­

жает смазывающую способность рабочих жидкостей, ухудшает их антикоррозионные свойства, повышает сжимаемость. Для борьбы с пе- нообразованием увеличивают вместимость резервуаров, ставят в них антипенные перегородки, механические отделители воздуха, а также при­меняют антипенные присадки.

Решая вопрос о выборе сорта рабочей жидкости, учитывают диапа­зон рабочих температур, температурный график за цикл, время эксплуа­тации гидропередач с учетом продолжительности хранения, характерис­тики применяемых в гидроагрегатах материалов, особенности эксплуа­тации — условия смены, пополнения, очистки и т. п. Во всех случаях нуж­но стремиться применять рабочие жидкости, рекомендуемые заводами — изготовителями элементов гидропередач.

Комментарии закрыты.