Гидроприводы

Приводом называют устройство, посредством которого осуществляется движение какой-либо машины или механизма.
Такое устройство состоит из двигателя и аппаратуры для управления им. Двигатель, приводя в движение машину или механизм, использует электрическую, тепловую или механическую энергию.
Если в последнем случае рабочей средой для двигателя служит жидкость, то привод называют гидравлическим, сокращено – гидроприводом.
В зависимости от способа использования энергии жидкости гидроприводы разделяют на два вида: объемные и динамические.

Принцип действия объемного гидропривода состоит в том, что жидкость под давлением изменяет объем одной или нескольких камер двигателя,
вызывая тем самым перемещение рабочего органа двигателя и связанного с ним выходного звена.
Принцип работы второго вида приводов основан на гидродинамическом воздействии потока жидкости непосредственно на рабочий орган двигателя.
Гидравлические, паровые и газовые турбины, вращающие валы генераторов электрического тока, насосов и компрессоров, могут служить примерами таких приводов.
Гидродинамические приводы применяют в системах управления не столь широко, как объемные, что вызвано сложностью реверсирования движения выходных звеньев и другими их конструктивными особенностями.

Жидкость под давлением подводится к объемному гидроприводу от источника энергопитания, в котором находится насос или другое устройство, например баллон, заполненный сжатым газом.
Наибольшее применение в источниках энергопитания гидроприводов нашли объемные насосы.
В этих насосах энергия передается жидкости «вытеснителями», приводимыми в движение электродвигателем, газовой турбиной, двигателем внутреннего сгорания или пневмомотором.
К одному источнику энергопитания может быть подключено несколько гидроприводов. В таком случае источник энергопитания называют централизованным.
Регулирование давления, расхода и направления движения жидкости, подводимой от источника энергопитания к гидродвигателю, осуществляют с помощью гидроаппаратов.

Гидродвигатель, источник энергопитания и гидроаппараты, образуют техническую систему (рис.1). Такая система информационно и энергетически связана с внешней средой.
Границы внешней среды выделены на схеме штриховым контуром, а взаимодействие гидропривода с внешней средой показано стрелками А, В, С.

Рис.1 Система объемный гидропривод — источник энергопитания:

1 — источник энергопитания; 2 — гидроаппараты; 3 — гидродвигатель;

А — подвод энергии; В — сигнал от выходного звена гидродвигателя; С — управление.

Назначение и принцип действия устройств объемного гидропривода поясняет схема, изображенная в условных обозначениях (рис.2).
Для данного примера принято, что система состоит из трех гидроприводов, отличающихся типом гидродвигателя: гидроцилиндра 1, поворотного гидродвигателя 2, гидромотора 3.
Камеры каждого из трех гидродвигателей переключением гидроаппаратов 4 – 6 могут быть соединены с напорной 7 и сливной 8 гидролиниями.
При среднем положении элементов гидроаппаратов камеры гидродвигателей не сообщаются с этими гидролиниями.
В случае отклонения элементов гидроаппаратов от среднего положения, что соответствует на схеме смещению клетки влево или вправо, одна камера гидродвигателя сообщается с напорной гидролинией, а другая – со сливной.
Под действием создавшейся в камерах разности давлений перемещается поршень гидроцилиндра, вращаются лопасть поворотного гидродвигателя, и вместе с ротором вал гидромотора.

Рис.2 Схема системы с тремя гидроприводами.

Гидроаппаратом 4 управляет электромагнит, причем так, что в зависимости от значения электрического тока, подаваемого в обмотки электромагнита, пропорционально изменяется положение золотника,
регулирующего проходные сечения каналов, которые соединяют полости гидроцилиндра с напорной и сливной гидролиниями. Аналогичное изменение проходных сечений каналов получают в гидроаппарате 5 с ручным управлением.
Электромагнит гидроаппарата 6 дискретно устанавливает золотник или заменяющий его клапан в одно из трех положений: среднее и два крайних.

Напорная гидролиния подключена к гидроаккумулятору 9, в котором поступающая от насоса 12 жидкость сжимает газ, создавая тем самым необходимое для работы гидропривода давление жидкости.
Кроме того, за счет сжатого газа в гидропривод может поступать дополнительное количество жидкости, необходимой для обеспечения требуемых динамических характеристик гидропривода без увеличения подачи насоса.
Вместо газа в некоторых конструкциях гидроаккумуляторов применяют механические пружины, но такие аккумуляторы вследствие наличия в них поршня по своим динамическим характеристикам хуже аккумуляторов с газовой подушкой.
От насоса к гидроаккумулятору жидкость подводится через обратный клапан 10 и фильтр 11.
Насос может иметь регулятор 13, который увеличивает или уменьшает подачу насоса соответственно при снижении или повышении давления жидкости в напорной гидролинии.
На схеме показан насос, вал которого приводится во вращение от электродвигателя 14. Для защиты напорной гидролинии и гидроаккумулятора от чрезмерного повышения давления служит предохранительный клапан 15.

Жидкость, которую всасывает насос, находится в баке 16 при атмосферном или повышенном давлении. Необходимость в таком увеличении давления зависит от условий эксплуатации гидропривода.
При низких давлениях окружающей среды, а также недопустимом для используемой жидкости температурном диапазоне в насосе и гидроаппаратах может возникнуть кавитация, для предотвращения которой увеличивают давление в баке.
В нормальных условиях температура жидкости поддерживается в допустимых пределах теплообменником 17.

Подводимое к электродвигателю насоса напряжение, линейные и угловые перемещения выходных звеньев гидродвигателей, сигналы управления гидроаппаратами,
а также сигналы, вызванные нештатными ситуациями, определяют взаимодействие гидроприводов с внешней средой, которое показано на рис.1 стрелками.

Силы или вращающие моменты, развиваемые гидродвигателем, создаются давлением жидкости в его камерах.

Скорость установившегося движения выходного звена гидродвигателя зависит от геометрических параметров рабочих камер гидродвигателя, от подводимого к нему расхода жидкости и от её утечки из рабочих камер.

Давление, необходимое для работы объемного гидропривода, обычно создает насос, который применяют как с аккумулятором (см. рис.2), так и без него.
В обоих случаях подачу насоса выбирают исходя из циклограммы работы всех гидроприводов и требуемых значений расходов жидкости, обеспечивающих заданные скорости движения выходных звеньев гидродвигателей.
При этом мощность насоса определяют с учетом КПД гидродвигателей, потерь энергии в гидролиниях и гидроаппаратах.
Мощность двигателя, от которого приводится насос, должна быть не меньше потребляемой насосом мощности, вычисленной с учетом его КПД.

Отношение суммарной мощности гидродвигателей к мощности двигателя насоса характеризует энергетическую эффективность системы гидроприводов с централизованным источником питания.
Энергетическую эффективность одного гидропривода, имеющего свой собственный источник энергопитания, оценивают по отношению мощностей гидродвигателя и двигателя насоса.
Кроме того, показателем энергетической эффективности одного гидропривода может служить коэффициент, определяемый отношением мощности, развиваемой выходным звеном, к мощности, необходимой для управления гидроаппаратом.

Конструкции устройств, из которых состоит гидропривод, очень разнообразны, их вид во многом зависит от назначения гидропривода.
Объемные гидроприводы применяют в различных станках, летательных аппаратах, на морских и речных судах, в строительно-дорожных, подъемно-транспортных, сельскохозяйственных, испытательных и технологических машинах.
Столь широкое использование объемных гидроприводов объясняется возможностью получения практически неограниченных сил и скоростей при управлении объектами в названных выше и других областях техники.

Источник: К.В.Фролов «Машиностроение. Энциклопедия».

Взаимосвязь работы гидромотора с гидронасосом в мобильной и спецтехнике – ИмпортТехСнаб

12.12.2016adminГидравлика

Два механизма, использующие энергию жидкости, гидронасос и гидравлический двигатель в мобильных машинах объединяются в единую систему – гидропривод. Сегодня, большинство дорожных и строительных машин оснащаются гидропередачами. Они выгодно отличаются от обычных механических передач плавностью и точностью хода, широким диапазоном регулировки и простотой управления.

Принцип взаимной работы и преимущества объемного привода

В технике применяются два типа гидроприводов. Принципиально, их отличает вид используемой энергии.

1. Объемный гидропривод обязательно включает связку гидронасос – гидромотор, поскольку передача усилия на исполнительные механизмы происходит за счет изменения напора жидкости, то есть использования ее потенциальной энергии.
2. Работа гидродинамических приводов основывается на динамических характеристиках жидкости, находящейся в свободном движении. В этом случае используемая энергия носит кинетическую природу.

Второй тип для самоходных машин неприменим, поэтому эксплуатационная практика предусматривает только объемные гидроприводы. Коротко их действие заключается в следующем: от первичного источника энергии (обычно, двигателя внутреннего сгорания), через механическую передачу усилие прикладывается к валу гидронасоса; тот создает избыточное давление в магистрали или едином блоке; давление в рабочих камерах гидродвигателя способствует вращению рабочего вала, соединенного с исполнительным устройством.

Важным преимуществом объемных гидроприводов, является их способность создавать высокое давление в системе. Это необходимо для передачи на конечные механизмы большого момента силы. Бульдозерам, экскаваторам и автокранам может понадобиться давление порядка 300 МПа, создать такое может только привод объемного действия.

Размещение на оборудовании и конструктивное исполнение

Гидравлические двигатели, работающие совместно с гидронасосами, конструктивно размещаются либо в едином блоке, либо устанавливаются раздельно. Во втором варианте элементы гидропривода сообщаются между собой посредством трубопроводов. Блоковому исполнению присущи свои достоинства – это компактность, небольшой вес и малое количество рабочих деталей. Отдельно установленный гидронасос, его еще называют гидростанцией, обычно служит источником энергии для нескольких гидромоторов разного исполнения и назначения, таким способом реализуется принцип разделения мощностей.

Объемные гидромашины (двигатели и насосы), подбираются в зависимости от характера выполняемых задач. Там, где требуется высокая скорость при небольшом моменте силы, берутся аксиально-плунжерные устройства, для создания большого усилия на малом ходу подойдут радиально-поршневые машины, а для выполнения простейших задач лучше взять экономичные шестеренные конструкции.

Гидропривод часто работает в механической связке с понижающими и повышающими редукторами. Этим достигается большой КПД гидропередачи и необходимая плавность хода.

На практике используются поршневые и плунжерные гидравлические цилиндры. Внедрение таких устройств значительно расширяет область использования гидроприводов.

Управление взаимной работой гидронасосов и гидромоторов бывает ручным или автоматическим, в ряде случаев применяется саморегулируемые гидроприводы.

Принцип работы гидравлических приводов

. Авторы редакции.

Почти во всех конструкциях гидравлических приводов для преобразования давления жидкости в механическую силу используется поршень, а не диафрагма.

Высокое номинальное давление поршневых приводов хорошо подходит для типичных давлений в гидравлической системе, а смазывающая природа гидравлического масла помогает преодолеть характерное трение приводов поршневого типа.

Учитывая высокое номинальное давление большинства гидравлических поршней, с помощью гидравлического привода можно создать огромное усилие срабатывания, даже если поршень небольшой площади.

Например, гидравлическое давление 2000 фунтов на квадратный дюйм, приложенное к одной стороне поршня диаметром 3 дюйма, создаст линейное усилие, превышающее 14000 фунтов (7 тонн)!

В дополнение к способности гидравлических приводов легко создавать чрезвычайно большие силы, они также демонстрируют очень стабильное позиционирование благодаря несжимаемости гидравлического масла.

В отличие от пневматических приводов, в которых рабочая жидкость (воздух) является «эластичной», масло внутри цилиндра гидравлического привода существенно не деформируется под нагрузкой. Если проход масла к гидравлическому цилиндру и от него заблокирован небольшими клапанами, привод будет прочно «заперт» на своем месте.

Это важная функция для некоторых приложений позиционирования клапана, когда привод должен прочно удерживать положение клапана в одном положении.

Некоторые гидравлические приводы содержат свои собственные насосы с электрическим управлением для подачи жидкости, поэтому клапан фактически управляется электрическим сигналом.

Другие гидравлические приводы полагаются на отдельную гидравлическую систему (насос, резервуар, охладитель, ручные или электромагнитные клапаны и т. д.), чтобы обеспечить гидравлическое давление для работы.

Гидравлические системы подачи давления, однако, как правило, имеют более ограниченный физический диапазон, чем пневматические распределительные системы, из-за необходимости использования толстостенных труб (для сдерживания высокого давления масла), необходимости продувки системы от всех пузырьков газа, и проблема поддержания распределительной сети без утечек.

Обычно нецелесообразно строить систему подачи и распределения гидравлического масла, достаточно большую, чтобы покрыть весь промышленный объект. Еще одним недостатком гидравлических систем по сравнению с пневматическими является отсутствие внутреннего накопления энергии.

Системы сжатого воздуха в силу сжимаемости (упругости) воздуха естественным образом накапливают энергию в любых объемах под давлением и, таким образом, обеспечивают определенную степень «резервной» мощности на случай отключения основного компрессора. Гидравлические системы естественным образом не обладают этой желательной чертой.

Гидравлический поршневой привод, прикрепленный к большому запорному клапану (используется для включения/выключения, а не для дросселирования), показан на следующей фотографии.

Над круглым корпусом клапана видны два гидроцилиндра, установленных горизонтально.

Как и показанный ранее пневматический поршневой клапан, в этом приводе клапана используется реечный механизм для преобразования линейного движения гидравлических поршней во вращательное движение для поворота трима клапана:

гидравлический ручной насос, который можно использовать для ручного приведения в действие клапана в случае отказа гидравлической системы.

Читайте также: Гидравлическая система Вопросы и ответы

Будьте первыми, кто получит эксклюзивный контент прямо на вашу электронную почту.

Обещаем не спамить. Вы можете отписаться в любое время.

Неверный адрес электронной почты

Категории Регулирующие клапаны

2023 © Воспроизведение без явного разрешения запрещено. — Курсы PLC SCADA — Сообщество инженеров

Что такое гидравлический привод?

от редакции

Пневматические приводы обычно используются для управления процессами, требующими быстрой и точной реакции, поскольку они не требуют большой движущей силы.

Однако, когда для управления клапаном (например, клапаном главной паровой системы) требуется большое усилие, обычно используются гидравлические приводы.

Хотя гидравлические приводы бывают разных конструкций, наиболее распространены поршневые типы.

Читайте также: Что такое пневматический привод?

Типовой гидравлический привод поршневого типа показан на рисунке ниже. Он состоит из цилиндра, поршня, пружины, гидравлической линии подачи и возврата и штока.

Поршень скользит вертикально внутри цилиндра и разделяет цилиндр на две камеры. Верхняя камера содержит пружину, а нижняя камера содержит гидравлическое масло.

Гидравлический привод

Гидравлическая линия подачи и возврата соединена с нижней камерой и позволяет гидравлической жидкости течь в нижнюю камеру привода и из нее. Шток передает движение поршня на клапан.

Первоначально при отсутствии давления гидравлической жидкости сила пружины удерживает клапан в закрытом положении. Когда жидкость поступает в нижнюю камеру, давление в камере увеличивается.

В результате этого давления на дно поршня действует сила, противоположная силе, создаваемой пружиной. Когда гидравлическое усилие превышает усилие пружины, поршень начинает двигаться вверх, пружина сжимается, и клапан начинает открываться.

По мере увеличения гидравлического давления клапан продолжает открываться. И наоборот, когда гидравлическое масло сливается из цилиндра, гидравлическое усилие становится меньше, чем усилие пружины, поршень движется вниз, и клапан закрывается. Регулируя количество масла, подаваемого или сливаемого из привода, клапан можно установить в положение между полностью открытым и полностью закрытым.

Принцип действия гидравлического привода такой же, как у пневматического привода. Каждый из них использует некоторую движущую силу, чтобы преодолеть силу пружины для перемещения клапана. Кроме того, гидравлические приводы могут быть спроектированы так, чтобы открываться или закрываться при отказе, чтобы обеспечить отказоустойчивость.

Преимущества гидравлических приводов

1. Гидравлические приводы прочны и подходят для применения с большими усилиями. Они могут создавать усилия, в 25 раз превышающие пневматические цилиндры того же размера. Они также работают при давлении до 4000 фунтов на квадратный дюйм.
2. Гидравлический привод может поддерживать постоянную силу и крутящий момент без подачи насосом большего количества жидкости или давления из-за несжимаемости жидкостей.
3. Насосы и двигатели гидравлических приводов могут располагаться на значительном расстоянии с минимальной потерей мощности.

Недостатки гидравлических приводов

Гидравлика будет пропускать жидкость. Как и в пневматических приводах, потеря жидкости приводит к снижению эффективности и проблем с чистотой, что может привести к потенциальному повреждению окружающих компонентов и областей.