Хидравлични задвижвания: обща информация
Задвижването е устройство, с помощта на което се осъществява движението на машина или механизъм. Такова устройство се състои от двигател и оборудване за неговото управление. Двигателят, задвижвайки машина или механизъм, използва електрическа, топлинна или механична енергия. Ако в последния случай работната среда за двигателя е течност, тогава задвижването се нарича хидравлично, съкратенохидравлично задвижване. В зависимост от начина на използване на енергията на флуида хидравличните задвижвания се делят на два вида:обемниидинамични.
Принципът на работа на обемното хидравлично задвижване е, че течност под налягане променя обема на една или повече камери на двигателя, като по този начин предизвиква движение на работния орган на двигателя и свързаната с него изходна връзка. Принципът на действие на втория тип задвижвания се основава на хидродинамичния ефект на флуидния поток директно върху работното тяло на двигателя. Хидравлични, парни и газови турбини, които задвижват електрически генератори, помпи и компресори, са примери за такива задвижвания. Хидродинамичните задвижвания се използват в системи за управление не толкова широко, колкото обемните, което се дължи на трудността при обръщане на движението на изходните връзки и други техни конструктивни характеристики.
Течността под налягане се подава към обемното хидравлично задвижване от захранването, което съдържа помпа или друго устройство, като например цилиндър, пълен със сгъстен газ. Обемните помпи са намерили най-голямо приложение в захранванията за хидравлични задвижвания. В тези помпи енергията се прехвърля към течността чрез "изместители", задвижвани от електрически двигател, газова турбина, двигател с вътрешно горене или въздушен двигател. Може да се свърже едно захранваненяколко хидравлични задвижвания. В този случай захранването се наричацентрализирано. Регулирането на налягането, потока и посоката на движение на течността, подадена от източника на захранване към хидравличния двигател, се извършва с помощта на хидравлични устройства.
Хидравличният двигател, източникът на енергия и хидравличните устройства образуват техническа система (Фиг.1). Такава система е информационно и енергийно свързана с външната среда. Границите на околната среда са подчертани в схемата с пунктиран контур, а взаимодействието на хидравличното задвижване с околната среда е показано със стрелкиA,B,C.
Фиг.1 Обемна хидравлична задвижваща система - захранване:1 - захранване; 2 - хидравлични устройства; 3 - хидравличен мотор; A - захранване с енергия; B - сигнал от изходната връзка на хидравличния двигател; C - контрол.
Предназначението и принципът на действие на обемните хидравлични задвижващи устройства се обяснява от схемата, показана в легендата (Фиг.2). За този пример се приема, че системата се състои от три хидравлични задвижвания, които се различават по вида на хидравличния двигател: хидравличен цилиндър1, ротационен хидравличен двигател2, хидравличен двигател3. Камерите на всеки от трите хидравлични двигателя могат да бъдат свързани към хидравлични линии за налягане7и дренаж8чрез превключване на хидравлични устройства4–6. При средното положение на елементите на хидравличния апарат камерите на хидравличните двигатели не комуникират с тези хидравлични линии. В случай на отклонение на елементите на хидравличния апарат от средното положение, което съответства на изместването на клетката наляво или надясно на диаграмата, едната камера на хидравличния двигател се свързва с напорния хидравличен тръбопровод, а другата с дренажния. Под действието на разликата в налягането, създадена в камерите, буталото на хидравличния цилиндър се движи, лопатката на ротационния хидравличен двигател се върти и заедно с ротора валътхидравличен двигател.
Фиг.2 Диаграма на системата с три хидравлични задвижвания.
Хидравличният апарат4се управлява от електромагнит и по такъв начин, че в зависимост от стойността на електрическия ток, подаден към намотките на електромагнита, позицията на макарата, регулираща секциите на потока на каналите, които свързват кухините на хидравличния цилиндър с напорните и дренажните хидравлични линии, се променя пропорционално. Подобна промяна в проходните сечения на каналите се получава в хидравличния апарат5с ръчно управление. Електромагнитът на хидравличното устройство6дискретно настройва макарата или нейния резервен клапан в една от трите позиции: средна и две крайни.
Напорната хидравлична линия е свързана с хидравличен акумулатор9, в който течността, идваща от помпата12компресира газа, като по този начин създава необходимото налягане на течността за работата на хидравличния задвижващ механизъм. Освен това, поради сгъстения газ, допълнително количество течност може да влезе в хидравличното задвижване, което е необходимо, за да се осигурят необходимите динамични характеристики на хидравличното задвижване, без да се увеличава дебитът на помпата. Вместо газ, в някои конструкции на хидравлични акумулатори се използват механични пружини, но такива акумулатори, поради наличието на бутало в тях, са по-лоши в динамичните си характеристики от акумулаторите с газова възглавница. Течността се подава от помпата към акумулатора през възвратния клапан10и филтъра11. Помпата може да има регулатор13, който съответно увеличава или намалява дебита на помпата с намаляване или увеличаване на налягането на течността в напорния тръбопровод. Диаграмата показва помпа, чийто вал се задвижва от електродвигател14. Предпазният клапан15се използва за защита на напорния тръбопровод и акумулатора срещу прекомерно повишаване на налягането.
Течността, коятозасмуква помпата, намира се в резервоара16при атмосферно или повишено налягане. Необходимостта от такова увеличение на налягането зависи от условията на работа на хидравличното задвижване. При ниско налягане на околната среда, както и неприемлив температурен диапазон за използваната течност, може да възникне кавитация в помпата и хидравличните устройства, за да се предотврати това налягането в резервоара се повишава. При нормални условия температурата на течността се поддържа в приемливи граници от топлообменника17.
Напрежението, подадено към двигателя на помпата, линейните и ъгловите премествания на изходните връзки на хидравличните двигатели, управляващите сигнали на хидравличните устройства, както и сигналите, причинени от аварийни ситуации, определят взаимодействието на хидравличните задвижвания с околната среда, което е показано нафиг.1със стрелки.
Силите или въртящите моменти, развивани от хидравличния двигател, се създават от налягането на течността в неговите камери.
Скоростта на равномерното движение на изходната връзка на хидравличния двигател зависи от геометричните параметри на работните камери на хидравличния двигател, от потока на флуида, който се подава към него и от изтичането му от работните камери.
Налягането, необходимо за работата на обемно хидравлично задвижване, обикновено се създава от помпа, която се използва както с акумулатор (вижфиг.2), така и без него. И в двата случая дебитът на помпата се избира въз основа на циклограмата на работа на всички хидравлични задвижвания и необходимите стойности на дебита на течността, които осигуряват определените скорости на движение на изходните връзки на хидравличните двигатели. В този случай мощността на помпата се определя, като се вземе предвид ефективността на хидравличните двигатели, загубите на енергия в хидравличните линии и хидравличните устройства. Мощността на двигателя, от който се задвижва помпата, не трябва да бъде по-малка от мощността, консумирана от помпата, изчислена, като се вземе предвид нейната ефективност.
Съотношението на общата мощност на хидравличните двигатели към мощносттадвигател на помпата характеризира енергийната ефективност на хидравличната задвижваща система с централизиран източник на енергия. Енергийната ефективност на едно хидравлично задвижване, което има собствено захранване, се оценява спрямо мощността на хидромотора и двигателя на помпата. В допълнение, коефициентът, определен от съотношението на мощността, развита от изходната връзка, към мощността, необходима за управление на хидравличното устройство, може да служи като индикатор за енергийната ефективност на едно хидравлично задвижване.
Дизайнът на устройствата, съставляващи хидравличното задвижване, е много разнообразен, външният им вид до голяма степен зависи от предназначението на хидравличното задвижване. Обемните хидравлични задвижвания се използват в различни машини, самолети, на морски и речни плавателни съдове, в пътно строителство, подемно-транспортни, селскостопански, изпитвателни и технологични машини. Такова широко използване на обемни хидравлични задвижвания се обяснява с възможността за получаване на практически неограничени сили и скорости при управление на обекти в горните и други области на технологията.
Източник: K.V.Frolov "Инженерство. Енциклопедия".