Гидравлический двигатель высокого давления

Гидравлические механизмы

Гидравлические механизмы — аппараты и инструменты, использующие в своей работе кинетическую или потенциальную энергию жидкости. К гидравлическим механизмам относят гидравлические машины.

В таких механизмах сила высокого давления гидравлической жидкости преобразуется механизмами различных гидравлических моторов и цилиндров. Потоком жидкости можно управлять напрямую или автоматически — посредством управляющих клапанов. Распределение потока происходит по специальным гидравлическим шлангам и трубкам.

Гидравлические механизмы имеют большую популярность в машиностроении благодаря тому, что возможно передавать огромную энергию через тонкие трубки и гибкие шланги.

Содержание

• 1 Умножение силы и крутящего момента
  • 1.1 Примеры
• 2 Гидравлические схемы
• 3 Гидравлические системы с регулируемым и нерегулируемым гидроприводом
• 4 Гидравлические насосы
• 5 Силовые приводы
• 6 Гидравлические аккумуляторы
• 7 Гидравлическая жидкость
• 8 Гидравлические фильтры

Умножение силы и крутящего момента [ править | править код ]

Фундаментальной основой гидравлических систем является способность приумножать усилие или крутящий момент простым способом, без применения системы шестерён и рычагов. Это достигается изменением эффективной рабочей поверхности соединённых цилиндров или перемещением энергии от насоса к мотору.

Примеры [ править | править код ]

1. два соединённых цилиндра:
   Цилиндр C1 имеет диаметр 1 см, а цилиндр С2 — 10 см. Если сила воздействующая на С1 — 10 Н, сила воздействующая на С2 со стороны жидкости — 1000 Н, потому что цилиндр С2 по площади ( S = π r 2 >) в 100 раз больше С1. Обратная сторона полученного преимущества в том, чтобы переместить цилиндр С2 на 1 см, необходимо переместить цилиндр С1 на 100 см.
2. насос и мотор:
   Если гидравлический роторный насос, перемещающий 10 мл/об жидкости, соединён с гидравлическим роторным мотором, перемещающим 100 мл/об, прикладываемый момент для вращения насоса в 10 раз меньше, чем момент вращения мотора, но скорость вращения мотора будет в 10 раз меньше, чем насоса.

Оба примера можно называть гидравлической или гидростатической трансмиссией, имеющей точное передаточное число.

Гидравлические схемы [ править | править код ]

Для того, чтобы гидравлическая жидкость могла совершить работу, поток жидкости должен поступить в силовой привод или мотор, а затем вернуться в ёмкость. Далее жидкость фильтруется и снова подаётся в насос (разомкнутая схема гидропривода). Путь прохождения жидкости называется гидравлической схемой, которые бывают нескольких типов.

В схемах с открытым центром используется насос, являющийся источником постоянного потока. Жидкость возвращается в ёмкость через управляющий клапан, под которым понимают гидрораспределитель с открытым центром, то есть когда клапан расположен в центральном положении, он открывает обратный путь для жидкости в ёмкость и высокого давления не создаётся. Когда же клапан приведён в действие, поток направляется или в силовой агрегат или в ёмкость. Давление жидкости будет расти, пока не получит сопротивление, далее насос будет иметь постоянный выход. Если давление жидкости станет слишком большим, жидкость начнёт возвращаться в ёмкость через предохранительный клапан (Pressure relief valve (англ.) ). Различные управляющие клапаны могут соединяться последовательно. В схемах такого типа могут использоваться недорогие заменяемые насосы.

В схемах с закрытым центром полное давление доставляется на управляющие клапаны, вне зависимости от того, приведён клапан в действие или нет. Насосы изменяют свои выходные потоки, нагнетая очень слабый поток жидкости до тех пор, пока оператор не приведёт в действие клапан. Различные управляющие клапаны могут соединяться параллельно между собой, давление на каждом одинаково.

Гидравлические системы с регулируемым и нерегулируемым гидроприводом [ править | править код ]

Существуют две основные конфигурации схем с закрытым центром, связывающие регулятор с насосом переменного потока жидкости:

Стандартная система с нерегулируемым гидроприводом (Constant pressure systems, CP-system, standard). В такой системе давление насоса всегда равняется давлению, установленному его регулятором. Установка регулятора должна перекрывать максимальное давление, создаваемое нагрузкой. Насос создаёт поток, равный сумме потоков всех потребителей. Такая CP-система имеет большие потери мощности, если выходная нагрузка меняется в широком диапазоне, а среднее давление в системе намного ниже, чем установленное регулятором. CP-система проста в изготовлении. Также работает и пневматическая система. В систему легко могут быть добавлены новые гидравлические компоненты, и она быстро реагирует на управление.

Система с нерегулируемым гидроприводом низкого давления (Constant pressure systems, CP-system, unloaded). Та же самая конфигурация, как и в стандартной CP-системе, только насос находится в состоянии ожидания, генерируя низкое давление, когда все клапаны находятся в нейтральном положении. Система имеет более медленную реакцию при приведении управляющих клапанов в рабочее положение, чем стандартная CP-система, зато увеличивается время жизни насоса.

Система с регулируемым гидроприводом (Load-sensing systems, LS-system) имеет меньшие потери, так как насос снижает и выходной поток и давление, подгоняя их к требованиям нагрузки, но требует более точной регулировки, чем CP-система, по отношению к устойчивости. LS-системе требуются также дополнительные логические клапаны, компенсаторы в клапанах направленного действия, таким образом система более сложна технически и имеет большую стоимость. В LS-системе возникают потери, которые зависят от падения давления на регуляторе насоса:

P o w e r l o s s = △ p l s ⋅ Q t o t

loss> =vartriangle mathbf

_cdot mathbf _>

Обычно △ p l s > берётся около 2 МПа (290 psi). Если скорость потока высокая, потери могут быть значительными. Потери также увеличиваются, если действующая нагрузка сильно меняется.

Гидравлические насосы [ править | править код ]

Гидравлические насосы — гидромашины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая её давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает её перемещение. Гидравлические насосы поднимают жидкость на определённую высоту, подают её на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Гидравлические насосы применяют в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости.

Силовые приводы [ править | править код ]

В качестве силового привода служат различные силовые установки: двс, дизельные двигатели, электродвигатели.

Гидравлические аккумуляторы [ править | править код ]

Гидравлическим аккумулятором называется гидроёмкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе. В зависимости от носителя потенциальной энергии гидроаккумуляторы подразделяют на грузовые, пружинные и пневматические.

Гидроаккумуляторы поддерживают на заданном уровне давление, компенсируют утечки, сглаживают пульсацию давления, создаваемую насосами, выполняют функцию демпфера, предохраняют систему от забросов давления, вызванных наездом машин на дорожные препятствия. Также используются для достижения большей скорости холостого хода при совместной работе с насосами.

Гидравлическая жидкость [ править | править код ]

Часто в роли гидравлической жидкости выступают гидравлические масла. Работа с ними требует соблюдения правил техники безопасности.

Гидравлические фильтры [ править | править код ]

Часто устанавливаются в баке с гидравлической жидкостью. Иногда на схемах не обозначаются.

Гидравлический привод комбинированной дорожной машины

Гидравлический привод комбинированной дорожной машины.

В статье приняты следующие сокращения:

Под гидравлическим приводом КДМ понимается совокупность гидравлических устройств, обеспечивающих передачу энергии исполнительным механизмам КДМ посредством рабочей жидкости. Гидропривод КДМ обеспечивает преобразование механической энергии ДВС в гидравлическую энергию и последующую её регулирование и транспортировку исполнительным гидравлическим механизмам КДМ.

Гидравлический привод КДМ включает в себя:

• насос – предназначенный для преобразования механической энергии, снимаемой с вала ДВС КДМ, в энергию потока рабочей жидкости. В гидроприводах КДМ хорошо зарекомендовали себя аксиально-поршневые насосы MDS-80 ISO. На рис. 2 представлен один из типоразмеров этого насоса.

гидродвигатели — обеспечивающие в исполнительных механизмах КДМ вращательное движение выходного звена (ГМ) или поступательное движение выходного звена (ГЦ) посредством преобразования гидравлической энергии потока жидкости (как потенциальной, так и кинетической) в механическую энергию на рабочем органе гидродвигателей. Гидродвигатели OR 250, рис. 3, нашли широкое применение в КДМ

• распределительную и контрольно-регулирующую гидроаппаратуру — которая управляет направлением потока рабочей жидкости, обеспечивает регулирование и контроль параметров потока (давление, расход и температуру). А также обеспечивает функции пуска, останова, изменения направления потока передачи энергии с контролем и регулированием его мощности и выполняет функции аварийной остановки и выход на предохранительные и энергосберегающие режимы (дроссели, регуляторы давления и расхода, обратные клапаны, гидрозамки, распределители, клапаны).

Рис. 4 Распределитель PDV74

• гидробак – жизненно важный элемент гидропривода, предназначенный для создания резерва рабочей жидкости, нормализации её параметров (температуры, влагосодержания, степени чистоты) во время непрерывной работы, а так же обеспечения питания гидропривода рабочей жидкостью при максимально комфортных условиях входа жидкости во всасывающий патрубок ГН.

• устройства кондиционирования рабочей жидкости – выполняют функции очистки от загрязняющих частиц окружающей среды, продуктов износа элементов гидропривода, очищения рабочей жидкости от влаги и растворённых в ней газов (фильтры, сапуны, влаго-отделители), поддержания рабочей температуры рабочей жидкости (теплообменники).

• трубопроводы, рукава высокого давления и гидравлические муфты и соединения – предназначены для организации движения потока рабочей жидкости между всеми элементами гидропривода.
• вспомогательные устройства — используются для обеспечения контроля параметров потока рабочей жидкости (манометры, реле давления, указатели уровня, датчики температуры и т.п.) и организации сигналов управления, передаваемых в СУ.
• гидравлические аккумуляторы – применяются в системах гидропривода для сглаживания пульсаций давления или расхода, реализации пиковых значений расхода, не применяя пере размеренных по расходу насосов, а также как аварийные? кратковременно действующие, источники питания при внезапной остановки насоса.

Гидравлическая схема разрабатывается, а основные рабочие параметры гидропривода КДМ рассчитываются на основании функционального назначения машины и ее эксплуатационных показателей, которые сформулированы в ТЗ на КДМ. Поэтому разработка гидропривода должна начинаться прежде всего с анализа ТЗ.

В ТЗ на КДМ задаются требования к методам управления и контроля, к блокировкам, нагрузочные характеристики и режимы движения каждого рабочего органа, задаётся циклограмма работы машины, описываются необходимые средства диагностики технического состояния, а также другие требования. На основании ТЗ на КДМ анализируются различные варианты принципиальной гидросхемы. При этом дополнительно к обеспечению функциональных, силовых и скоростных требований решаются вопросы по компоновочному размещению гидроустройств на машине, обеспечению безопасной эксплуатации, требований по показателям надёжности работы КДМ, её обслуживанию и ремонтопригодности.

На основании ТЗ на КДМ определяется количество исполнительных гидромоторов и гидроцилиндров, а также их размеры и технические параметры. С учетом обеспечения требуемых скоростных и силовых характеристик гидродвигателей, а также требований по совмещению их работы, проводится выбор типа насоса и его параметров. При этом особое внимание уделяется сокращению энергетических потерь и обеспечению наиболее высокого КПД гидропривода. Для выполнения этого требования эффективно применяются регулируемые насосы, которые в процессе работы КДМ автоматически поддерживают величину подаваемого потока рабочей жидкости, регулируют необходимое давление в гидроприводе в соответствии с заданной величиной расхода, потребляемого гидродвигателями, и текущей нагрузкой на них.

Применение регулируемых насосов со встроенным LS-регулятором совместно с гидроблоками, оснащёнными гидролиниями LS-системы управления, обеспечивает наиболее оптимальное распределение потоков рабочей жидкости при одновременной совместной работе нескольких гидродвигателей. При этом в напорной гидролинии насоса поддерживается давление, соответствующее давлению в линии питания наиболее нагруженного гидродвигателя. Для гидроприводов КДМ, в которых практически всегда требуется совмещать одновременную работу от двух до шести гидродвигателей, обеспечение корректного деления потока на несколько частей имеет очень важное значение.

В настоящее время наиболее часто применяются гидросхемы КДМ с одним нерегулируемым насосом. Также необходимо учитывать, что гидросхема с одним насосом имеет ограничения по количеству одновременно работающих гидродвигателей и в этом случае не обеспечивает высокий КПД гидропривода, что приводит к повышенному нагреву рабочей жидкости.

Применение варианта гидросхемы с двумя нерегулируемыми насосами позволяет совмещать работу гидромоторов, обеспечивающих выполнение двух основных функций, например, разбрасывание песчано-соляной смеси и вращение межбазовой щетки. Однако эта гидросхема на некоторых режимах работы машины также имеет низкий КПД гидропривода, а, следовательно, и повышенный нагрев рабочей жидкости.

Гидравлический двигатель

Гидравлический двигатель (гидродвигатель) — гидравлическая машина, предназначенная для преобразования гидравлической энергии в механическую. К гидродвигателям относят гидромоторы, гидроцилиндры, гидротурбины и поворотные гидродвигатели.

Гидравлические двигатели бывают объёмными и гидродинамическими. На практике чаще используют объёмные гидродвигатели, так как при той же преобразуемой мощности они компактнее и меньше по массе. Конструкции объёмных гидромоторов подобны конструкциям соответствующих объёмных насосов. Кроме того, объёмные гидромоторы имеют свои аналоги среди пневмомоторов. Однако не каждый насос может использоваться в режиме гидромотора. Например, поршневые насосы (которые не следует путать с роторно-поршневыми) могут работать только в качестве насоса из-за наличия клапанной системы распределения.

Содержание

• 1 Объёмные гидродвигатели
• 2 Лопастные гидродвигатели
• 3 См. также
• 4 Ссылки

Объёмные гидродвигатели [ править | править код ]

Объёмные гидродвигатели по характеру движения выходного звена разделяют на три группы:

• гидроцилиндры — с возвратно-поступательным движением штока или плунжера;
• поворотные гидродвигатели с ограниченным возвратно-поворотным движением вала;
• гидромоторы с неограниченным вращательным движением вала.

Исходным звеном гидроцилиндра (пневмоцилиндра) является шток или плунжер, исходным звеном поворотного гидродвигателя (пневмодвигателя) и гидромотора (пневмомотора) является вал. Исходным звеном объёмного гидродвигателя может быть его корпус, если шток, плунжер или вал закреплены неподвижно. Под рабочим звеном объёмного гидродвигателя понимают характерную деталь или группу деталей, которые вместе с другими образуют рабочую камеру и двигают исходное звено объемного гидродвигателя.

Одна из особенностей, отличающая объёмный гидродвигатель от гидродинамического, — большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа.

В соответствии с формой рабочих органов различают: зубчатые, шиберные и поршневые объёмные гидродвигатели. Поршневые гидродвигатели в свою очередь делятся в зависимости от ориентации осей цилиндров относительно оси ротора: на радиально-поршневые и аксиально-поршневые.

Лопастные гидродвигатели [ править | править код ]

В динамических гидродвигателях механическое движение выходного звена создается за счёт использования в основном кинетической энергии потока рабочей жидкости. Примером такого двигателя может служить турбина, на лопасти которой направляется струя жидкости под давлением. У этого типа двигателей ведомое звено совершает лишь вращательное движение. Динамические гидродвигатели применяют в приводах большой мощности, таких как трансмиссии автомобилей, тепловозов и др.

В лопастных гидродвигателях (например, гидротурбинах), используемых на гидроэлектростанциях, в гидравлических передачах машин и т.п, рабочей жидкостью является преимущественно вода.

Как правильно выбрать гидравлический блок

Гидравлические блоки в гидромеханике представляют собой набор гидравлических компонентов, используемых для подачи масла в сеть или гидравлическую систему при определенном расходе. Эти блоки, состоящие, в основном, из двигателя, бака и гидравлического насоса, могут генерировать огромное количество энергии для управления гидроцилиндром или гидравлическим двигателем любого типа.

Как выбрать гидравлический блок?

Чтобы правильно выбрать гидравлической блок, важно начать с определения необходимой номинальной мощности в соответствии с требуемым расходом и давлением в барах, которое зависит от прилагаемых усилий:

• Номинальная [TB1] мощность : указанная в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт), это мощность двигателя, который приводит в действие гидравлический насос.
• Номинальный расход : выраженный в литрах в секунду (л/с) или литрах в минуту (л/мин), номанальный расход соответствует объему жидкости, который насос может подавать в систему за определенное время.
• Номинальное давление : выраженное в паскалях (Па) или барах, оно соответствует силе, которую может выдержать гидравлический блок, и зависит от мощности двигателя.

Важно правильно рассчитать мощность вашего агрегата, поскольку, даже если вам потребуется увеличить мощность, например, для удовлетворения других потребностей, избыточное давление может повредить компоненты гидравлической системы. С другой стороны, если ваш гидравлический блок недостаточно мощный, оборудование, которое он должен приводить в действие, не сможет функционировать должным образом. Размеры резервуара также должны быть оценены, так как его вместимость должна быть достаточной для снабжения всей гидравлической системы в соответствии с требуемым расходом и коэффициентом использования.

Также важно выбирать гидравлический блок в соответствии с его назначением (непрерывное или прерывистое использование). Превышение коэффицента использования, указанного изготовителем, может привести к перегреву, испарению гидравлического масла и повреждению двигателя. Стандарт DIN VDE 0530 определяет коэффицент использования следующим образом:

• S1 : непрерывное функционирование
• S2 : кратковременная работа без подогрева или с незначительным нагревом (время работы зависит от нагрузки).
• S3 : прерывистый режим при котором возможен контроль нагрева (время работы измеряется в процентах от 10-минутного цикла).

Затем, в зависимости от имеющихся источников энергии, необходимо выбрать тип двигателя: электрический, тепловой или пневматический.

В зависимости от условий эксплуатации гидравлического блока, вы сможете определить, какие именно опции Вам понадобятся. Например, для работы гидравлического блока при отрицательных температурах необходимо предусмотреть предварительный нагрев масла.

Как выбрать тип питания для гидравлического блока?

Гидравлический блок оснащен двигателем для приведения в действие гидравлического насоса. Это, как правило, электрический или тепловой двигатель, но существуют также блоки, оснащенные пневматическим или гидравлическим двигателем для получения гидравлического контура высокого давления из существующего контура.

Электрический двигатель : существуют гидроблоки с электродвигателями, работающими от переменного (AC) или постоянного тока (DC). Двигатели постоянного тока используются, в основном, в гидравлических блоках, установленных на транспортных средствах (например, грузовых автомобилях или вилочных погрузчиках), питание к ним подается от аккумулятора, а двигатели переменного тока используются в гидравлических блоках в цехах или на заводах.

Тепловой двигатель : если у вас нет источника электропитания, а ваш гидравлический блок предназначен для использования вне помещения, вам понадобится гидравлический блок, приводимый в действие бензиновым, дизельным или газовым тепловым двигателем. Существующие тепловые двигатели удовлетворяют широкий спектр потребностей. Например, одноцилиндровый бензиновый двигатель может развивать мощность от 4 л.с. (около 3 кВт), а дизельные или газовые двигатели мощностью свыше 100 л.с. (около 73 кВт).

Пневматический двигатель : вы можете использовать гидравлический блок с пневматическим двигателем при наличии пневматического контура, который позволяет получить соотношение давлений в диапазоне от 1 до 400. Это может вам подойти в том случае, если ваш гидравлический блок должен работать, например, во взрывоопасной среде.

Как выбрать размер гидравлического блока?

Большинство производителей выделяют три основные категории гидравлических блоков :

• Гидравлические микроблоки: как правило, они имеют максимальную скорость потока 5 л/мин (литров в минуту) и максимальное давление до 250 бар. Микроблоки представляют собой компактные установки, предназначенные для установки на небольших моторизованных транспортных средствах. Как правило, они оснащены однофазными электродвигателями мощностью 800 кВт.
• Гидравлические миниблоки: как правило, они имеют максимальный расход 30 л/мин и максимальное давление от 250 до 350 бар. Они могут быть стационарными или монтироваться на колесных шасси для перемещения. Как правило, они оснащены однофазными электродвигателями мощностью 5,5 кВт.
• Стандартные гидравлические блоки: как правило, они имеют максимальную скорость потока до 100 л/мин и максимальное давление до 4500 бар для некоторых блоков, хотя большинство из них ограничены рабочим давлением от 250 до 700 бар для большей функциональности. Они могут быть мобильными, когда их шасси оборудовано колесами, передвижными, если шасси предназначено для работы с погрузчиками поддонов, или стационарными для блоков самых больших размеров. Наиболее мощные гидравлические блоки обычно оснащаются дизельными двигателями.

Каковы типы применения гидравлических блоков?

Гидравлические агрегаты являются базой всех гидравлических систем и контуров. Они могут использоваться в различных областях, требующих систематического подъема тяжелых грузов или многократного применения мощной и направленной силы, а также с любым устройством с приводом:

• Подъемные устройства
• Уплотнители отходов
• Портовые грейдеры
• Подъемные устройства с пантографом
• Ворота безопасности
• Экскаваторы на тракторах
• Грузоподъемники
• Подъемники
• Подъемные рабочие платформы
• Лесопогрузчики

Какие еще характеристики следует учитывать?

Для повышения производительности и увеличения срока службы гидравлического блока масло должно быть надлежащим образом охлаждено. Например, рядом с блоком фильтрации может быть установлен воздушный охладитель, чтобы масло постоянно находилось в пределах диапазона рабочих температур блока.

Аналогичным образом, в некоторых случаях может потребоваться нагревание масла, особенно при запуске гидравлического блока.