Строительные машины и оборудование, справочник







Гидравлический привод и гидропередачи

Категория:
   Общие сведения о строительных машинах


Гидравлический привод и гидропередачи

Гидропривод машин состоит из приводящего двигателя— энергоустановки (дизеля, электродвигателя) и гидравлической передачи — устройства, преобразующего движение двигателей в движение рабочего органа машины.

Гидравлический привод в строительных машинах (экскаваторах, кранах) применяют для приведения в действие механизмов машины и их рабочих органов с сообщением им возвратно-поступательного и вращательного движений, для включения и выключения отдельных механизмов, фрикционных муфт и тормозных устройств.

Основными преимуществами гидропривода по сравнению с другими системами приводов являются: – возможность создания больших передаточных отношений между скоростями энергетической установки и исполнительными органами машины; – удобство управления при небольшой затрате мускульной энергии оператора;
простота кинематических устройств для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот; – возможность легкого подвода энергии от насоса, связанного с приводным двигателем, к любому исполнительному органу машины независимо от его пространственного расположения на машине; – возможность широкой стандартизации и унификации сборочных единиц гидропривода; – небольшие массы и габариты гидропривода по сравнению с другими системами приводов при одинаковой мощности.

Надежность работы гидросистемы зависит от чистоты рабочей жидкости (масла), соответствия ее сорта проектному, хорошего состояния фильтров и плотности соединений трубопроводов, вращающихся соединений, гидрораспределителей, уплотнений и т. д.

Гидропередачи разделяются на гидродинамические и объемные. В строительных машинах широкое распространение имеют объемные гидропередачи (гидропривод).

В гидродинамических передачах двигатель (энергетическая установка) приводит во вращение жестко соединенный с ним диск центробежного насоса, с лопаток которого рабочая жидкость попадает на лопатки гидравлической реактивной турбины, закрепленной на валу передаточного механизма и приводит его во вращение. К гидродинамическим передачам относятся гидравлические муфты и гидротрансформаторы (рис.2).

Рис. 3. Схема объемного гидропривода
1 — шестеренный гидронасос; 2—напорная линия; 3—предохранительный клапан; 4— обратный клапан; 5 — золотниковый распределитель; 6 — гидроцилиндр; 7 — поршень; 8 — шток; 9—рукоятка переключения; 10 — переключатель; 11 — сливная линия; 12 — дроссель; 13 — сапун; 14 — фильтр; 15 — рабочая жидкость; 16 — бак

Гидравлическая муфта (рис. 2, а) применяется для мягкого соединения приводного двигателя с исполнительным механизмом и в целях предохранения двигателя от перегрузки. Гидравлическая муфта состоит из насосного колеса, сидящего на ведущем валу, и турбинного колеса, сидящего на ведомом валу, заключенных в общий, кожух, заполненный маслом.

Дается на лопатки колеса турбины и приводит его вр вращение с числом оборотов, всегда несколько меньшим, чем число оборотов приводного вала.

Коэффициент полезного действия гидромуфты увеличивается пропорционально увеличению числа оборотов турбинного колеса, максимальное его значение равно 0,95 при числе оборотов турбинного колеса, приблизительно равному числу оборотов насосного колеса.

Гидротрансформатор (см. рис. 2, б) применяют для автоматического регулирования крутящего момента ведомого вала, более надежной защиты двигателя от перегрузки и сокращения времени холостых ходов в машинах с двигателем внутреннего сгорания. Он состоит из насосного колеса, сидящего на ведущем валу, турбинного колеса, закрепленного на ведомом валу и направляющего колеса (реактора), которое обычно соединено с кожухом неподвижно или с помощью обгонной муфты.

Насосное, турбинное и направляющее колеса гидротрансформатора имеют криволинейные радиально расположенные лопатки. Часть полости корпуса гидротрансформатора заполняется маслом. При вращении насосного колёса его лопатки отбрасывают масло на лопатки турбинного колеса, вследствие чего турбина начинает вращаться в одном направлении с насосным колесом. С лопаток турбинного колеса масло перетекает в направлении, обратном направлению вращения, и ударяется о лопатки неподвижного колеса реактора, изменяет направление движения и попадает вновь на насосное колесо. В результате удара масла, стекающего с лопаток турбинного колеса, о лопатки неподвижного реактора на турбинном колесе возникает усилие, вызывающее реактивный момент. Реактивный момент, суммируясь с моментом, создаваемым потоком жидкости от насоса, позволяет получить на ведомом валу крутящий момент, больший, чем момент, создаваемый приводным двигателем.

Отношение максимального крутящего момента к моменту двигателя (коэффициент трансформации) достигает 2,5…3,5, при этом нагрузка на ведущем валу мало изменяется. Крутящие моменты на турбинном и насосном колесах будут равными при примерно одинаковом числе их оборотов.

На холостом ходу или при снижении нагрузки на исполнительном органе ведомый (турбинный) вал гидротрансформатора автоматически увеличивает скорость вращения в 1,5 раза по сравнению со скоростью ведущее го (насосного) вала. При этом время холостых ходов сокращается и, следовательно, повышается производительность машины. Таким образом, гидротрансформатор работает как вариатор скоростей движения, выполняя роль редуктора при больших нагрузках на ведомом валу иди роль мультипликатора при малых нагрузках.

Объемный гидропривод состоит из одного или нескольких гидронасосов, преобразующих механическую энергию приводного двигателя в энергию потока рабочей жидкости, нагнетаемой в трубопроводную сеть под большим давлением, гидрораспределителей, гидроклапанов, дросселей, гидроаккумуляторов, фильтров, масляных баков, маслопроводов, одного или нескольких гидромоторов и гидроцилиндров, преобразующих энергию потока рабочей жидкости в механическую. Важнейшими характеристиками объемного гидропривода являются: объем рабочей жидкости, нагнетаемой гидронасосом в единицу времени, и создаваемое насосом статическое давление на рабочую жидкость.

Простейшая схема объемного гидропривода показана на рис. 3. Шестеренный гидронасос засасывает рабочую жидкость из бака и нагнетает ее под давлением в напорную линию и далее через обратный клапан и золотниковый распределитель в полость В гидро-цилиндра. Под влиянием давления’ нагнетаемой рабочей жидкости поршень гидроцилиндра будет смещаться (на рисунке влево), совершая необходимую работу и одновременно вытесняя из полости А рабочую жидкость по маслопроводу через распределитель, маслопровод, дроссель и фильтр в бак.

При переключении золотника гидрораспределителя рукояткой рабочая жидкость попадает в полость А гидроцилиндра, поршень которого начнет смещаться вправо, вытесняя из полости В жидкость по сливной линии через дроссель и фильтр в бак. При возникновении в напорной линии избыточного давления срабатывает предохранительный клапан и жидкость попадает в бак. При установке переключателя в положение, показанное на схеме, при работающем насосе гидроцилиндр работать не будет, так как рабочая жидкость будет сливаться в бак. Для обеспечения давления в полостях гидроцилиндра переключатель должен быть повернут на 90°. Заливка рабочей жидкости в бак осуществляется через воронку и фильтр.

Рис. 4. Схема гидравлических насосов
а — шестеренный насос; б — пластинчатый насос двойного действия; в — ра-диально-поршневой насос; г — эксцентриковый поршневой насос; 1 — корпус; 2 — всасывающий патрубок; 3 — ведущая шестерня; 4 — нагнетательный патрубок; 5 — ведомая шестерня; б — всасывающие полости; 7 — лопатки; 8 — нагнетательные полости; 9 — ротор; 10 — статор; 11, 15 — корпус; 12 — барабан; 13 — поршни; 14 — пружины; 16 — эксцентрик; 17 — вал; 18 — поршень

Гидронасосы. В гидроприводе современных строительных машин применяют следующие типы гидронасосов: шестеренные, пластинчатые, аксиально-поршневые, ради-ально-поршневые и поршневые эксцентриковые. Большинство конструкций гидронасосов являются обратимыми, т. е. они могут служить и гидромоторами при подаче в их полость потока рабочей жидкости.

Шестеренный гидронасос (рис. 4, а) состоит из корпуса, имеющего всасывающий и нагнетательный патрубки. В корпусе в разных направлениях вращаются ведущая и ведомая шестерни, имеющие одинаковые модули зацепления и равные числа зубьев. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, жидкость поступающая через патрубок, захватывается зубьями шестерен, заполняет объем, ограниченный поверхностью впадины зубьев, внутренней и боковой поверхностями корпуса и проталкивается к нагнетательному патрубку.

Шестеренные гидронасосы изготовляют для рабочих давлений 10…20 МПа с расходом рабочей жидкости 40…500 л/мин.

Пластинчатый гидронасос (см. рис. 4, б) состоит из корпуса со всасывающим и нагнетательным патрубками. В корпус запрессован статор овального сечения, в котором вращается ротор, имеющий пазы. В эти пазы свободно вставлены лопатки. При вращении ротора под действием центробежной силы лопатки перемещаются по пазам к периферии и скользят по внутренней образуй ющей статора. В торцовых стенках корпуса насоса расположены всасывающие и нагнетательные полости. Всасывающие полости соединены между собой всасывающим патрубком, а нагнетательные — нагнетательным. При вращении ротора объем полостей, заключенных между двумя соседними лопатками — внешней образующей ротора и внутренней образующей статора оказывается различным, так как лопатки выдвигаются на величину от минимальной до максимальной. При увеличении объема полостей происходит всасывание жидкости, при сокращении длины выступающей части лопаток жидкость нагнетается через патрубок. За каждый оборот ротора каждая лопатка дважды проталкивает жидкость через нагнетательный патрубок.

Изготовляют пластинчатые гидронасосы давлением до 14 МПа с расходом рабочей жидкости 5…70 л/мин.

Радиально-поршневой гидронасос (см. рис. 4, в) состоит из корпуса И, внутри которого эксцентрично вращается барабан с радиально расположенными гнездами, в которых находятся поршни, поддерживаемые пружинами. За один оборот барабана по часовой стрелке каждый из поршней совершит возвратно-поступательное движение в радиальном направлении к центру барабана. При прохождении полости Ai поршни засасывают рабочую жидкость в подпоршневое пространство через канал Оь а при движении через полость А2 нагнетают рабочую жидкость в канал 02. Эти насосы обеспечивают давление до 22 МПа с расходом рабочей жидкости 15…400 л/мин.

Эксцентриковый поршневой гидронасос изображен на рис. 4, г. Внутри корпуса вращается вал с несколькими эксцентриками 16 за один оборот которого каждый поршень совершает возвратно-поступательное движение, засасывая рабочую жидкость из канала Ki и нагнетает в канал Кг- Насосы этого типа обеспечивают давление в системе до 50 МПа.

Рис. 5. Аксиально-поршневой нерегулируемый гидравлический насос
а — узел насоса, извлеченный из корпуса; б — насос в сборе; 1 — приводной вал; 2 — диск; 3 — шатун; 4 — перчень; 5 — блок цилиндров; 6 — корпус; 7 — центральный шип; 8 — распределительный диск

Аксиально-поршневые гидронасосы в гидроприводах строительных машин находят наиболее широкое распространение. Различают два вида аксиально-поршневых гидронасосов — нерегулируемые и регулируемые по производительности.

Аксиально-поршневой нерегулируемый гидравлический насос показан на рис. 5. На приводном валу укреплен диск, к которому с помощью сферических шарниров присоединены головки семи шатунов поршней. При вращении приводного вала с диском с ними с одинаковой угловой скоростью вращается блок цилиндров, расположенный в корпусе насоса под некоторым углом а к приводному валу.

Рис. 6. Аксиально-поршневой регулируемый гидравлический насос
1 — вал; 2, 5 —корпус; 3 —диск; 4—-цапфа; 6—палец; 7 —блок цилиндров;8—распределительный диск; 9 — центральный шип; 10 — поршень; 11 — шатун

Положение блока фиксируется центральным шипом и сферической поверхностью распределительного диска. При одном повороте приводного вала поршни совершают одно возвратно-поступательное движение, всасывая масло через канал А в момент, когда поршень в блоке цилиндров занимает верхнее положение, и выталкивая его через канал В в момент, когда поршень с блоком цилиндров попадает в нижнее положение.

Изготовляют аксиально-поршневые гидронасосы с давлением в системе 16…25 МПа с расходом рабочей жидкости 32…400 л/мин.

Аксиально-поршневой регулируемый гидравлический насос показан на рис. 6. Он состоит из корпуса, в котором на шарикоподшипниках размещен приводной вал с диском. В диске имеются гнезд, в которых шарнир-но закрепляются сферические головки шатунов, соединенных вторым сферическим оголовком с поршнями, Поршни размещаются в цилиндрических расточках блока цилиндров. Блок цилиндров фиксируется в корпусе центральным шипом и сферической поверхностью распределительного диска. Корпус соединен с корпусом посредством двух цапф и может смещаться относительно его на некоторый угол. При увеличении угла смещения корпусов аксиальное перемещение поршней увеличивается и соответственно увеличивается объем перекачиваемой рабочей жидкости. При уменьшении угла смещения производительность уменьшается и становится равной нулю, когда ось приводного вала и ось блока цилиндров совпадут и будут лежать на одной прямой.

На строительных машинах регулируемые насосы описываемого вида размещают в масляном баке. Изменение угла смещения корпусов относительно цапфы осуществляется воздействием соответствующего механизма на палец корпуса.

Гидромоторы. Вращательное движение механизмов и передаточных устройств в машинах осуществляется гидромоторами, которые, как и гидронасосы, бывают шестеренные, пластинчатые и поршневые, аксиально-поршневые и радиально-поршневые. Большинство их обратимы, т. е. с небольшими изменениями могут работать также в качестве гидронасосов, следовательно, конструктивно они схожи с гидронасосами.

Различают низкомоментные (быстроходные) и высо-комоментные (тихоходные) гидромоторы. Первые из них имеют частоту вращения 1100…2200 мин-1 и крутящий момент 20…150 н-м, а вторые — частоту вращения 4…0.16 мин-1 и крутящий момент 24…35000 Н-м. Из быстроходных гидромоторов наибольшее распространение получили аксиально-поршневые гидромоторы, а из высо-комоментных — радиальные роторно-поршневые одинарного действия с кривошипным механизмом и многократного действия с профильным копиром.

Конструктивная схема высокомомТгнтного гидромотора однократного действия показана на рис. 7. Рабочая жидкость от цапфенного распределителя на эксцентриковом валу попадает в гидроцилиндры и создает давление на поршни, которое через шатуны передается на эксцентриковый вал, создавая относительно точки О крутящий момент, поворачивающий вал. Гидрораспределитель жестко связан с эксцентриковым валом и вращается вместе с ним. В процессе вращения эксцентрикового вала рабочая жидкость поршнями, вытесняется в сливной канал. Гидромоторы этого типа выпускаются как с вращающимся валом и закрепленным корпусом, так и, наоборот, с вращающимся корпусом и закрепленным валом. Достоинство высокомоментных гидромоторов, втом, что они позволяют избежать устройства сложных металлоемких механических передач между гидродвигателями и исполнительным органом.

Гидроцилиндры. Рабочие органы машины, совершающие поступательное движение, приводятся гидравлическими цилиндрами (гидротолкателями), обеспечивающими под воздействием рабочей жидкости, нагнетаемой под Давлением, только поступательное или возвратно-поступательное движения. В зависимости от этого они называются цилиндрами одностороннего действия (плунжерными) или двустороннего действия (рис. 8). Гидроцилиндры одностороннего действия передают движение только водном (рабочем) направлении, в обратном направлении движение совершается под действием собственной массы плунжера и других частей или под внешним воздействием (пружины) (см. рис, 8, а, б). Гидроцилиндры двустороннего действия сообщают рабочему органу движение в прямом и обратном направлениях (рис. 8, в, г).

Поршневой гидроцилиндр двустороннего действия с одним штоком (рис. 8, в, д) состоит из корпуса, в котором перемещается поршень, закрепленный на штоке. Уплотнение между цилиндром и поршнем обеспечивается двумя манжетами, прижимаемыми к поршню фасонными дисками. Для уплотнения между шейками штока и поршнем применяют резиновое кольцо, одеваемое в выточку на шейке штока.

Корпус одной стороны закрыт приваренной к нему крышкой 12, имеющей проушину для шарнирного присоединения к раме машины. С противоположной стороны корпус закрывается крышкой 6 и втулкой 4, сквозь которые проходит шток. Выход штока уплотнен манжетой 5 и резиновым кольцом 3.

Рис. 7. Схема высокомоментного гидромотора

Рис. 8. Гидроцилиндры
а —одностороннего действия, поршневой; б — одностороннего действия, плун-жерпый; в — двустороннего действия с одним штоком; г — то же, с двумя штоками; д — конструктивное исполнение гидроцилиндра двойного действия с одним штоком; 1 —проушина; 2 — грязесъемник; 3—кольцо резиновое; 4, 8 — втуйка; 5, 9 — манжета; 6, 12 — крышка: 7 — шток; 10—поршень; 11 – прокладка; 13 — хвостовик; 14 — сферический вкладыш

Рабочая жидкость в полости цилиндра поступает через нарезные отверстия в крышках, к которым присоединяются нагнетальная и спускная магистрали. Для компенсации возможных перекосов в проушинах предусмотрены сферические вкладыши. В конце хода поршня хвостовик штока входит в отверстие крышки 12 оставляя небольшой зазор для вытеснения масла, в результате чего сопротивление масла замедляет ход поршня, и смягчается удар при его упоре в крышку корпуса. При обратном ходе демпфирующую роль выполняет втулка при входе в выточку крышки.

Гидроцилиндр которого поршень и шток составляют одно целое, называется плунжерным.


Читать далее:

Категория: - Общие сведения о строительных машинах





Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины