Предимства и недостатъци на хидравличното задвижване
Класификация и принцип на действие на хидравличните изпълнителни механизми
Блокова схема на хидравличен задвижващ механизъм
Общи характеристики на задвижването
Хидравлично задвижванее набор от устройства, предназначени за задвижване на механизми и машини с помощта на работна течност под налягане, като едновременно с това изпълняват функциите за регулиране и реверсиране на скоростта на движение на изходното звено на хидравличния двигател.
Хидравличните задвижвания могат да бъдат два вида:хидродинамичнииобемни. Хидродинамичните задвижвания използват главно кинетичната енергия на флуидния поток. Обемните хидравлични задвижвания използват потенциалната енергия на налягането на работния флуид.
Обемното хидравлично задвижване се състои от хидравлична трансмисия, устройства за управление, спомагателни устройства и хидравлични линии (фиг. 1.1).
Фиг.1.1. Схема на обемно хидравлично задвижване
Обемна хидравлична трансмисия, която е силовата част на хидравличното задвижване, се състои отобемна помпа(преобразувател на механичната енергия на задвижващия двигател в енергията на потока на работния флуид) иобемен хидравличен двигател(преобразувател на енергията на работния флуид в механичната енергия на изходната връзка).
Някои обемни хидравлични трансмисии включватхидравличен акумулатор(хидравлични резервоари, предназначени да акумулират енергията на работен флуид под налягане с цел последващото му използване за задвижване на хидравличен двигател). Освен това хидравличните трансмисии могат да включват ихидравлични преобразуватели- обемни хидравлични машини за преобразуване на енергията на потока на работния флуид с едни стойности на наляганеPи дебитQв енергия на друг поток с други стойностиPиQ.
Устройства за управление предназначени за управление на потока или други хидравлични задвижващи устройства. В този случай контролът на потока се разбира като промяна или поддържане на определено ниво на налягането и потока в хидравличната система, както и промяна на посоката на потока на работния флуид. Устройствата за управление включват:хидравлични разпределители, които служат за промяна на посоката на движение на потока на работния флуид, осигуряват необходимата последователност на включване на хидравличните двигатели, обръщане на движението на изходните им връзки и др.;регулатори на налягане(предпазни, редуцирни, преливни и други клапани), предназначени да регулират налягането на работния флуид в хидравличната система;регулатори на потока(делители и суматори на потока, дросели и регулатори на потока, насочващи вентили), които контролират потока на работния флуид;хидравлични усилватели, необходими за управление на работата на помпи, хидравлични двигатели или други управляващи устройства посредством работен флуид, като същевременно усилват мощността на управляващия сигнал.
Спомагателните устройства осигуряват надеждна работа на всички елементи на хидравличното задвижване. Те включват:кондиционери на работния флуид(филтри, топлообменници и др.);уплътнители, осигуряващи уплътнение на хидравличната система;хидравлични пресостати;хидравлични резервоари(хидравлични резервоари и хидравлични акумулатори на работната течност) и др.
Съставът на спомагателните устройства се определя въз основа на предназначението на хидравличното задвижване и условията, при които работи.
Хидропроводи (тръби, маркучи за високо налягане, канали и връзки) са предназначени за преминаване на работния флуид през тях при работа на обемно хидравлично задвижване. В зависимост от предназначението на хидравличната линия,включени в общата хидравлична система, се разделят на смукателни, напорни, дренажни, дренажни и управляващи хидравлични линии.
В зависимост от конструкцията и вида на елементите, включени в хидравличната трансмисия, обемните хидравлични задвижвания могат да бъдат класифицирани по няколко критерия.
1. Според характера на движението на изходната връзка на хидравличния двигател:хидравлично въртеливо движение(фиг. 1.2, а), когато хидравличен двигател се използва като хидравличен двигател, в който задвижваната връзка (вал или корпус) извършва неограничено въртеливо движение;постъпателно хидравлично задвижване(фиг.1.2, б, в), при което като хидравличен двигател се използва хидравличен цилиндър - двигател с възвратно-постъпателно движение на задвижваната връзка (бутален прът, бутало или корпус);хидравлично задвижване на въртеливо движение(фиг.1.2, г), когато като хидравличен двигател се използва въртящ се хидравличен цилиндър, в който задвижваната връзка (вал или корпус) извършва възвратно-постъпателно въртеливо движение под ъгъл, по-малък от 360 .
2. При възможност:регулируемо хидравлично задвижване, при което по време на работа скоростта на изходното звено на хидравличния двигател може да се променя по необходимия закон. От своя страна регулирането може да бъде дроселово (фиг. 1.2, b, d), обемно (фиг. 1.2, a), обемно-дроселово или промяна в скоростта на двигателя, който задвижва помпата. Регулирането може да бъде ръчно или автоматично. В зависимост от задачите на регулиране, хидравличното задвижване може да бъде стабилизирано, програмно или серво. Отделна лекция ще бъде посветена на регулирането на хидравличното задвижване;нерегулируемо хидравлично задвижване, при което е невъзможно да се промени скоростта на движение на изходната връзка на хидравличната трансмисия по време на работа.
3. Според схемата на циркулация на работната течност:хидравлично задвижванесъс затворена циркулационна верига(фиг. 1.2, а), при която работната течност от хидравличния двигател се връща към смукателната хидравлична линия на помпата. Хидравличното задвижване със затворена циркулация на работния флуид е компактно, има малка маса и позволява висока скорост на ротора на помпата без риск от кавитация, тъй като в такава система налягането в смукателния тръбопровод винаги е по-високо от атмосферното. Недостатъците включват лоши условия за охлаждане на работната течност, както и необходимостта от източване на работната течност от хидравличната система при смяна или ремонт на хидравлично оборудване;хидравлично задвижване с отворена циркулационна система(фиг.1.2, b, c, d), в която работният флуид е постоянно в комуникация с хидравличния резервоар или атмосферата. Предимствата на такава схема са добри условия за охлаждане и почистване на работната течност. Такива хидравлични задвижвания обаче са обемисти и имат голяма маса, а скоростта на ротора на помпата е ограничена от допустимите (от условията на некавитационна работа на помпата) скорости на движение на работния флуид в смукателния тръбопровод.
4. Според източника на захранване с работен флуид:помпени хидравлични задвижвания, при които работният флуид се подава към хидравличните двигатели от помпи, които са част от тези хидравлични задвижвания;акумулаторни хидравлични задвижвания, при които работната течност се подава към хидравличните двигатели от хидравлични акумулатори, предварително заредени от външни източници, които не са част от тези хидравлични задвижвания;главни хидравлични задвижвания, при които работната течност се подава към хидравличните двигатели от специална линия, която не е част от тези задвижвания.
5. Според вида на задвижващия двигател хидравличните задвижвания могат да бъдат електрически задвижвани, задвижвани от двигатели с вътрешно горене, турбини и др.
Принципът на действие на обемното хидравлично задвижване се основава на закона на Паскал, според койтовсяка промяна в налягането във всяка точка на течност в покой, която не нарушава нейното равновесие, се пренася в другите му точки без промяна (фиг. 1.2).
Помпата 1 подава работния флуид към напорния хидравличен тръбопровод 3 и по-нататък през разпределителя 5 към хидравличния двигател 2. В едно положение на хидравличния разпределител се извършва работният ход на хидравличния двигател, а в другото положение той е на празен ход. От хидравличния двигател течността преминава през разпределителя към дренажния хидравличен тръбопровод и след това или към хидравличния резервоар 9, или към смукателния хидравличен тръбопровод на помпата (в хидравлични задвижвания с затворена верига на циркулация на работния флуид, вижте фиг. 1.2, а). В резервоара течността се охлажда и отново постъпва в хидравличната система. Надеждната работа на хидравличното задвижване е възможна само при правилно почистване на работната течност с филтри 8.
Регулирането на скоростта на изходното звено на хидравличния двигател може да бъде дроселово или обемно. При управление на дросела в хидравличната система са монтирани нерегулирани помпи и промяната на скоростта на изходната връзка се постига чрез промяна на дебита на работния флуид през дросела 6. При управление на обема скоростта на изходната връзка на хидравличния двигател се променя чрез захранване на регулируема помпа или чрез използване на регулируем хидравличен двигател.
Защитата на хидравличната система от прекомерно повишаване на налягането се осигурява от предпазни клапани 4а или преливни клапани 4b, които са настроени на максимално допустимото налягане. Ако натоварването на хидравличния мотор се увеличи над зададената стойност, тогава целият поток на работната течност ще премине през предпазните или преливните клапани, заобикаляйки хидравличния мотор. Контролът на налягането в отделни секции на хидравличната система се извършва с помощта на манометри 11.
Работата на хидравличните агрегати е придружена от изтичане на работната течност. В хидравличните системи стечовете от затворена циркулация се компенсират от специална захранваща помпа 1а (фиг. 1.2, а).
Фиг.1.2. Варианти на електрически схеми на хидравлични задвижвания: а - с регулиране на обема; b - с управление на газта; в - нерегулиран; g - с дроселово регулиране на работа и празен ход
Широкото разпространение на хидравличното задвижване се обяснява с факта, че това задвижване има редица предимства пред другите видове машинни задвижвания. Ето основните от тях.
1.Безстепенно регулиранена скоростта на изходната връзка на хидравличната трансмисия и осигуряване на ниски стабилни скорости. Минималната ъглова скорост на въртене на вала на хидравличния двигател може да бъде 2…3 об/мин.
2.Малки размери и тегло. Времето за ускорение, поради по-малкия инерционен момент на въртящите се части, не надвишава части от секундата, за разлика от електродвигателите, при които времето за ускорение може да бъде няколко секунди.
3.Често обръщане на движението на изходната връзка на хидравличната трансмисия. Например, честотата на обръщане на вала на хидравличния двигател може да се увеличи до 500, а на буталния прът на хидравличния цилиндър дори до 1000 обръщания в минута. В това отношение хидравличното задвижване е на второ място след пневматичните инструменти, при които броят на реверсите може да достигне 1500 в минута.
4.Висока скорост и най-висока механична и високоскоростна твърдост. Механична твърдост - стойността на относителната позиционна промяна в позицията на изходната връзка под въздействието на променящо се външно натоварване. Коравина на скоростта - относителна промяна в скоростта на изходната връзка с промяна в приложеното към нея натоварване.
5.Автоматична защитана хидравличните системи от вредното въздействие на претоварванията поради наличието на предпазни клапани.
6.Добреусловия на смазванена триещи се части и елементи на хидравлични устройства, което гарантира тяхната надеждност и издръжливост. Така например, при правилна работа на помпите и хидравличните двигатели, техният експлоатационен живот вече е доведен до 5 ... 10 хиляди часа работа под товар. Хидравличното оборудване не може да бъде ремонтирано дълго време (до 10 ... 15 години).
7.Лесно преобразуване на въртеливото движение в възвратно-постъпателно и възвратно-постъпателнобез използването на каквато и да е механична предавка, подложена на износване.
Говорейки за предимствата на хидравличното задвижване, трябва да се отбележи простотата на автоматизиране на работата на хидравличните механизми, възможността за автоматична промяна на техните режими на работа според дадена програма.
Хидравличното задвижване също има недостатъци, които ограничават използването му. Основните от тях са следните.
1.Промяна на вискозитета на използваните течности в зависимост от температурата, което води до промяна в производителността на хидравличното задвижване и създава допълнителни затруднения при работата на хидравличните задвижвания (особено при ниски температури).
2.Течове на течност от хидравлични системи, които намаляват ефективността на задвижването, причиняват неравномерно движение на изходната връзка на хидравличната трансмисия, затрудняват постигането на стабилна скорост на движение на работния орган при ниски скорости.
3.Необходимостта от производство на много елементи на хидравличното задвижване според висок клас на точностза постигане на малки празнини между движещи се и неподвижни части, което усложнява дизайна и увеличава разходите за тяхното производство.
4.Експлозивни и запалимиизползвани минерални течности.
5.Невъзможността за пренос на енергия на големи разстоянияпоради големи загуби за преодоляване на хидравличното съпротивление и рязко намаляване на ефективносттахидравлични системи.
Много от тези недостатъци могат да бъдат преодолени. Например, стабилността на вискозитета при температурни промени се постига чрез използване на синтетични работни течности. Окончателният избор на типа задвижване се установява при проектирането на машини въз основа на резултатите от технически и икономически изчисления, като се вземат предвид условията на работа на тези машини. Хидравличното задвижване обаче има предимства пред други видове задвижвания, където се изисква генериране на значителна мощност, скорост, точност на позициониране на изпълнителните механизми, компактност, ниско тегло, висока надеждност и разклонение на задвижването.