Основные определения
Гидроустройство – техническон устройство, предназначенное для выполнения определённой самостоятельной функции в объёмном ги дроприводе посредством взаимодействия с рабочей жидкостью.
Гидросистема – совокупностьгидроустройств, входящих в состав объёмного гидропривода.
Гидролиния – гидроустройство, предназначенное для движения рабочей жидкости или передачи давления от одного гидроустройства к другому.
Гидромотор – объёмный гидродвигатель с неограниченным вращательным движением выходного вала.
Насос-мотор – объёмная гидромашина, предназначенная для работы как в режиме объёмного насоса, так и в режиме гидромотора.
Объёмный насос – объёмная гидромашина, предназначенная для преобразования механической энергии привода в энергию потока рабочей жидкости.
Объёмный гидродвигатель – объёмная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей жидкости в энергию выходного звена, которым в гидроцилиндре является шток или плунжер, а в поворотном гидродвигателе и гидромоторе – вал.
Гидравлический привод представляет собой соединение источника энергии (эл. двигателя или ДВС) и устройства её преобразования и транспортирования посредством жидкости к приводимой машине.
Основными агрегатами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Насос служит для преобразования механической энергии приводного двигателя в энергию состояния рабочей жидкости, гидродвигатель преобразует энергию жидкости в механическую энергию.
Рис.73. Схема гидропривода.
Управление работой гидропривода осуществляется с помощью механизмов, которые могут воздействовать на насос или гидродвигатель, изменяя их рабочие характеристики. А также на аппараты, устанавливаемые на пути потоков жидкости между насосом и гидродвигателем.
В том случае, когда передача поступательного или вращательного движения механизмов производится за счёт гидростатического напора жидкости, такой гидропривод называется гидростатическим (ГСП), или объёмным.
Рис.74. Классификация объёмных гидромашин.
По виду источника, генерирующего поток жидкости, различают ГСП:
► безнасосные – работают по принципу сообщающихся сосудов и применяются в основном для приведения в действие тормозных устройств;
► насосные, которые по характеру циркуляции рабочей жидкости
различаются:
▬ закрытыеГСП (с замкнутой циркуляцией);
▬ открытые ГСП (с разомкнутой циркуляцией).
В безнасосных ГСП поток (давление) жидкости создаётся усилием руки или ноги машиниста. В простейшей безнасосной ГСП при нажатии на педаль 2 жидкость из цилиндра-датчика 3 подаётся поршнем 4 по трубопроводу 6 в рабочий цилиндр 7 и перемещает его поршень 8. При этом рычаг 9 поворачивается , преодолевая натяжение пружины 12 и освобождает барабан 10 от нажатия ленты 11. При снятии усилия с педали поршни 4 и 8 и рычаг 9 под воздействием пружин 1 и 12 возвращаются в исходное положение и барабан вновь затормаживается тормозной лентой. Утечки жидкости компенсируются поступлением её из бочка 5.
В насосной ГСП закрытого вида перемещается всегда один и тотже объём жидкости от насоса 1 к гидродвигателю 4 и обратно к насосу. Возможные утечки жидкости в системе пополняются насосом подпитки 6 из бочка 7 в возвратный трубопровод (с меньшим давлением) через обратный клапан 3. Реверсирование двигателя производится изменением направления вращения насоса, при этом трубопроводы 2 и 5 попеременно становятся напорными или возвратными. Закрытые ГСП имеют серьёзные недостатки – сложность охлаждения рабочей жидкости и очистке трубопроводов, и в трансмиссиях строительных машин применяются редко.
В насосной ГСП открытого вида рабочая жидкость засасывается насосом 1 из гидробака 7 и под рабочим давлением, поддерживаемом на заданном уровне предохранительным клапаном 2, подаётся по напорному трубопроводу 3 к гидродвигателю 4. Отработанная жидкость пониженным давлением возвращается через сливной трубопровод 5 обратно в гидробак. Управление тпотоком жидкости осуществляется с помощью специального устройства – распределителя 6. Открытые ГСП отличаются высокой надёжностью и удобством в эксплуатации и являются основным видом гидравлических силовых передач в трансмиссиях современных машин.
В структурные схемы реальных насосных ГСП входят многочисленные и различные по конструкции устройства, которые могут быть подразделены на три основные группы:
• гидравлические машины – гидронасосы и гидродвигатели;
• гидравлическая аппаратура управления;
• гидравлические сети.
Гидрообъёмные трансмиссии широко применяют в системах управления рабочими органами и ходовыми устройствами.
Движение в таких трансмиссиях передаётся в результате использования энергии давления (статического напора) жидкости, движущейся с небольшой скоростью.
Насос, работающий от электродвигателя или непосредственно от ДВС , подаёт жидкость в гидродвигатель, который приводится в движение этой жидкостью. Гидронасосы преобразуют механическую энергию двигателей в энергию потока жидкости, которая по трубопроводам подаётся к гидродвигателям (гидроцилиндрам, гидромоторам). На строительных машинах применяются в основном объёмные гидронасосы и гидродвигатели.
Объёмным называют насос или гидродвигатель, в котором жидкая среда перемещается путём приодического изменения объёма занимаемой ей камеры, попеременносообщающейся с входом и выходом насоса или гидродвигателя.
В ГСП трансмиссий строительных машин наибольшее применение имеют вальные шестерённые, аксиально-поршневые и пластинчатые насосы, аксиально-поршневые гидромоторы и поршневые гидроцилиндры.
По конструктивному исполнению в зависимости от возможности менять направление вращенияи подачу (частоту вращения), насосы и гидролмоторы разделяютсяна:
● реверсивные;
● нереверсивные;
○ регулируемые;
○ нерегулируемые.
Шестерёнными гидромашинами называются роторные машины с рабочими камерами, образованными рабочими поверхностями зубчатых колёс, корпуса и боковых крышек.
По виду зубчатого зацепления шестерённые гидромашины изготавливают с внешним и внутренним зацеплением. Наибольшее распространение в гидроприводах строительных машин нашли насосы первого типа.
Шестерённые гидронасосы подразделяютсяна:
- необратимые гидронасосы;
- обратимые насос-гидромоторы.
Оба вида насосов нерегулируемые. Необратимый шестерённый насос состоит из корпуса, в котором размещены ведущая и ведомая шестерни. При вращении шестерён в указанном направлении в полости всасывания создаётся разряжение (зубья выходят из зацепления), жидкость засасывается в насос, при вращении шестерён они переносят рабочую жидкость из полости всасывания в напорную; в напорную полость рабочая жидкость вытесняется зубьями шестерён, вступающими в зацепление (объём полости уменьшается), нагнетают жидкость в напорный трубопровод.
Рис.81. Устройство шестерённого насоса с внешим зубчатым зацеплением:
а – полдость всасывания; б – полость нагнетания; 1, 4 – боковые крышки;
2, 3 – оси; 5 – ведущая шестерня; 6 – корпус насоса; 7 – ведомая шестерня.
Шестерённый насос подаёт рабочую жидкость неравномерно, что вызывает пульсацию давления и вибрацию. Для уменьшения пульсации подачи необходимо увеличивать число зубьев. В существующих насосах число зубьев шестерён не превышает 16, т.к. увеличение их числа приводит к значительному увеличению габаритов насоса.
Шестерённые насосы маркируются буквами «НШ», за которыми идёт число, указывающее рабочий объём камеры в см3. Наличие в марке насоса буквы «Л» указывает на его левое вращение, а буквы «В», «Е» и других – на его модификацию.
Необратимые шестерённые насосы выпускаются шести типоразмеров: НШ-10, НШ-32, НШ-46, НШ- 67, НШ-98, НШ-140. Цифры после буквы «НШ» обозначают рабочий объём насоса в см3 за один оборот. Номинальное давление 10 и 14 МПа. Диапазон изменения частоты вращения от 1000 до 2000 об/мин. Полный к.п.д. насосов при нормальных условиях 0,8-0,85.
Таблица 1
Основные технические характеристики шестерённых насосов
Обратимые низкомоментные насос-гидромоторы выпускаются двух типоразмеров: МНШ-32 и МНШ-46, номинальным давлением 10 МПа, с частотой вращения 300-1600 об/мин. Для гидромоторов и 1100-1600 об/мин. Для насосов, полный к.п.д. 0,75-0,8.
Таблица 2
Основные технические характеристики шестерённых гидромоторов
Насос-гидромоторы МНШ по конструкции схожи с насосами НШ, но для обеспечения обратимости и реверсирования на стороне всасывания и напора в насосах встроены специальные детали – фигурные пластины. Низкомоментные шестерённые насосы надёжны, просты в эксплуатации, имеют малые габариты и массы. К недостаткам насосов относятся:
- понижение к.п.д. при перегреве до 0,7;
- пульсация потока;
- сложность устройства регулирования потока.
Выпускаемые высокомоментные шестерённые гидромоторы не нашли широкого применения в строительных машинах.
Пластинчатые насосы подразделяются на:
- насосы одинарного действия;
- насосы-генераторы двойного действия, обладающие свойством
обратимости.
эксцентриситета, и соответственно, подачу насоса.
Рис.82. Принципиальная схема пластинчатого насоса одинарного действия:
a, b – серповидные окна; 1 – статорное кольцо; 2 – ротор; 3 – пластина.
В нерегулируемом насосе одинарного действия каждая пластина подаёт в напорный трубопровод рабочую жидкость один раз за один оборот. При вращении ротора 1, эксцентрично расположенного относительно статора 2, пластина 3, выдвигаясь из паза ротора, создаёт разряжение в зоне С-образного окна В и через него в насос засасывается жидкость. Пластина 4 , задвигающаяся в паз ротора, одновременно создаёт давление в зоне окна Н, нагнетая через него жидкость в напорный трубопровод. Выдвижение пластины из паза происходит под воздействием центробежной силы и давления жидкости, поступающей из напорного трубопровода в подлопаточную полость Д. величина подачи насоса зависит от эксцентриситета насоса.
Рис.83. Конструкция многопластинчатого насоса однократного
действия с цапфовым распределением рабочей жидкости:
а – напорное окно; b – всасывающее окно; d – радиальное отверстие;
1- ротор; 2 – статор; 3 – неподвижная цапфа.
В регулируемых насосах делают подвижными статоры, перемещение которых изменяет величину
Большие относительные нагрузки на подшипники и пластины насосов одинарного действия вынуждают ограничивать их рабочее давление до 7 МПа.
Пластинчатые насосы одинарного действия типа Г-12 выпускаются восьми типоразмеров с подачей от 5 до 200 л/мин., рабочим давлением до 6,3 МПа при частоте вращения 950 об/мин. Полный к.п.д. от 0,5 до 0,75. Насосы Г-12 могут работать как гидромоторы при установке специальных пружин для усиления прижатия пластин к статору.
Недостатком пластинчатых насосов однократного действия является трудность герметизации вытеснителей, особенно со стороны торцов, а также большая нагрузка на ось ротора и пластины от давления жидкости. Поэтому на практике более распространены нерегулируемые пластинчатые насосы двукратного и реже четырёхкратного действия, которые обладают более высокими рабочим объёмом и к.п.д.
Преимуществом пластинчатых насосов двукратного действия является уравновешенность радиальных сил давления рабочей жидкости на пластинчатый ротор, что позволяет использовать их при более высоком , чем у насосов однократного действия, далении жидкости – до 16 МПа (160 кгс/см2) и выше.
Рис.84. Конструкция пластинчатого насоса двукратного действия:
1 – напорные (а1 и а2) и всасывающие (b1 и b2) полости; 2 – ротор; 3 – пластина;
4 – статор.
В пластинчатом насосе двойного действия каждая пластина подаёт рабочую жидкость в напорный трубопровод два раза за один оборот.
Насосы двукратного действия конструктивно представляют собой два пластинчатых насоса однократного действия, размещённых в одном корпусе. Внутренняя поверхность статора 4 – фасонного профиля, образует по две напорных а1 и а2 и всасывающих b1 и b2 полости. В ирезультате этого за один оборот ротора 2 каждая пластина 3 дважды участвует в процессе всасывания и нагнетания. Пластинчатый насос двойного действия может работать с давлением 20 МПа.
Пластинчатые насосы двукратного действия являются нерегулируемыми.
Обратимые насос-гидромоторы двойного действия типа МГ-16 выпускаются пяти типоразмеров с рабочим объёмом от 35 до 200 см3\об., мощностью от 4 до 22 кВт, при частоте вращения от 220 до 1500 об.\мин., полный к.п.д. 0,5-0,68.
Пластинчатые насосы и гидромоторы в ГСП строительных машин применяютс относительно редко.
Сравнительная оценка основных параметров различных типов гидромашин показывает, что каждый из них имеет определённые преимущества и недостатки.
В последние годы для привода исполнительных механизмов вращательного движения всё более широкое применение получают радиально-поршневые насосы. Радиально-поршневые машины, как и рассмотренные выше, обратимого действия. При этом гидромоторы по своему устройству бывают высокомоментные (низкооборотные) и низкомоментные (высокооборотные).
Радиально-поршневым насосом называется роторный поршневой насос, у которого рабочие камеры образованы рабочими поверхностями поршней и цилиндров, а оси поршней расположены перепендикулярно к оси блока цилиндров (ротора) или составляют с ней углы 45°. В этих насосах жидкость вытесняется из рабочих камер (цилиндров) в процессе вращательно-поступательного движения вытеснителей.
Статор 1 радиально-поршневого насоса расположен эксцентрично относительно ротора 2. В цилиндрах, радиально расположенных в роторе (обычно 5…9 шт.), находятся поршни 3, которые своей сферической головкой опираются на опорную (внутреннюю) поверхность статора. Оси цилиндров расположены в одной плоскости и пересекаются в одной точке (т.е. зведообразно). Распределение жидкости осуществляется неподвижным цапфенным распределителем 4, в котором А – всасываюшая, а Б – нагнетательная полости.
Рис.85. Конструкция радиально-поршневого насоса однократного действия:
А – всасывающая полость; Б – нагнетательная полость; 1 – статор; 2 – ротор;
3 – поршень; 4 – неподвижный цапфовый распределитель; 5 – пружина; 6 – вал
привода ротора насоса.
Аксиально-поршневым насосом называется роторный насос, у
которого рабочие камеры образованы поверхностями
цилиндров и поршней, а оси поршней параллельны
(аксиальны) оси блока цилиндров (ротора) или
составляют с ней угол не > 45º.
Аксиально-поршневые насосы при передаче равной мощности отличаются от других поршневых гидромашин наибольшей компактностью и, следовательно, наименьшей массой. Имея рабочие органы с малыми габаритными размерами и поэтому с малым моментом инерции. Они способны быстро изменять частоту вращения. Эти специальные свойства обусловили их широкое применение в качестве регулируемых и нерегулируемых насосов и гидромоторов для гидропередач, обслуживающих дорожные, строительные, транспортные машины и др. Системы, а также в следящих гидроприводах большой точности.
Недостатки:
● необходимость высокой степени очистки масла;
● сложность изготовления отдельных узлов;
● небольшой их срок службы.
Согласно схеме передачи движения к вытеснителям различают аксиально-поршневые гидромашины:
■ линейные (с наклонным диском);
■ угловые (с наклонным блоком.
Обе разновидности гидромашин выпускают:
○ с постоянным (нерегулируемым0 рабочим объёмом;
○ переменным (регулируемым) рабочим объёмом.
Насосы с наклонным диском имеют наиболее простые конструктивные схемы.
Рис.86. Конструкция аксиально-поршневых насосов с наклонным диском:
а – с точечным касанием поршней; б – с шарнирами; 1 – торцовый распределительный диск; 2 – блок цилиндров; 3 – поршень; 4 – наклонный диск; 5 – вал; 6 – цилиндрическая пружина; 7 – шатун; В – всасывающее окно; Н – нагнетательное окно.
В них поршни 3 связаны с наклонным диском 4 точечным касанием или шарнирами
Блок цилиндров 2 с поршнями 3 приводится во вращение валом 5. Для подвода и отвода рабочей жидкости к рабочим камерам в торцевом распределительном диске 1 имеются два дугообразных окна В и Н. Для обеспечения движения поршней во время процесса всасывания применяется принудительное перемещение поршней посредством шатунов 7 при шарнирном соединении поршней с наклонным диском, а для поршней с точеченым касанием - за счёт цилиндрических пружин 6 или давления подпитки в полости низкого давления.
Принцип действия насоса заключается в следующем. При вращении вала насоса крутящий момент передаётся блоку цилиндров. При этом из-за наклона диска поршни совершают сложное движение: вращаются вместе с блоком цилиндров и одновременно с этим совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах блока, при котором происходят процессы всасывания и нагнетания. При вращении блока цилиндров рабочие камеры, находящиеся слева от вертикальной оси распределительного диска 1, соединяются со всасывающим окном В. Поршни в этих камерах движутся от распределительного диска. Объём камер при этом увеличивается, и жидкость под действием перепада давлений поступает в рабочую камеру. Так происходит процесс всасывания.
Рабочие камеры, находящиеся справа от вертикальной оси рас пределительного диска, соединяются с нагнетательным окном Н. При этом поршни движутся в направлении к распределительному диску и вытесняют жидкость из рабочих камер через распределительный диск в напорную линию.
Рис.87. Конструкция аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком:
1 – торцовый распределительный диск; 2 – блок цилиндров; 3 – поршень; 4 – фланец; 5 – вал; 6 – карданный механизм; 7 – шатун; В – всасывающее окно; Н – нагнетательное окно.
В насосе с наклонным блоком поршни 3 расположены в блоке цилиндров 2 и шарнирно соединены шатунами 7 с фланцем 4 вала 5. Для отвода и подвода рабочей жидкости к рабочим камерам в торцовом распределительном диске 1 выполнены два дугообразных окна В и Н. Карданный механизм 6 передаёт крутящий момент от вала 5 к блоку цилиндров 2. В остальном насос с наклонным блоком аналогичен насосу с наклонным диском.
Рис.88. Аксиально-поршневой насос типа 210.20:
1 – вал; 2 – манжет 50×70; 3, 9 – крышки; 4, 10 – уплотнительные кольца;
5 – корпус; 6 – блок цилиндров; 7 – распределитель; 8 – винт М12×35;
11 – поршень; 12 – шатун; 13 – стопорное кольцо; 14 – втулка.
Аксиально-поршневые насосы являются обратимыми гидромоторами и могут использоваться в качестве гидромоторов. Реверсирование гидромотора осуществляется изменением направления подводимого потока жидкости.
Основными направлениями совершенствования конструкций аксиально-поршневых машин являются улучшение их энергетических показателей и в первую очередь таких:
▬ номинальное давление;
▬ частота вращения;
▬ угол наклона блока цилиндров.
Наибольшее распространение в объёмных гидроприводах мобильных машин, работающих в средних и тяжёлых режимах нагрузок с большой частотой включения, получили аксиально-поршневые гидромашины серий 200 и 300.
Аксиально-поршневые гидромашины серии 200 выпускаются в виде насосов с регулируемой и нерегулируемой подачей и реверсивных нерегулируемых гидромоторов.
Структура условного обозначения аксиально-поршневых машин этой серии приведена в табл.3.
У нерегулируемых насосов блок цилиндров - ротор расположен в корпусе под углом α = 30º.
У регулируемых насосов с наклонным блоком угол α изменяетс я от 0º до 25º.
У нерегулируемых насосов-гидромоторов угол наклона составляет обычно 30º.
Аксиально-поршневые машины серии 300 являются усовершенствованными машинами серии 200 за счёт повышения технического ресурса в 1,5-2 раза, номинального давления до 32 МПа и максимального давления до 40 МПа. Эти гидромашины в обоснованных случаях могут заменить гидромашины серии 200. Они имеют более широкую номенклатуру. Основные типоразмеры гидромашин серии 200 и 300 приведены в табл.4 и 5.
Таблица 4
Основные характеристики аксиально-поршневых
гидромашин серии 200
Таблица 5
Основные характеристики аксиально-поршневых
гидромашин серии 300
Гидравлическим цилиндром называется объёмный гидродвигатель с ограниченным возвратно-поступательным движением выходного звена относительно корпуса.
В зависимости от конструкции рабочей камеры гидроцилиндры подразделяютна:
► поршневые;
► плунжерные;
► телескопические;
► мембранные;
► сильфонные.
Цилиндры двух последних типов не нашли практического применения в гидроприводах строительных машин.
Рис.89. Устройство гидроцилиндров:
а – одностороннего действия; б – двухстороннего действия с односторонним штоком; в – двухстороннего действия с двухсторонним штоком; 1 – корпус; 2 – шток; 3 – штуцер; 4 – поршень; 5 – манжеты; 6 – возвратная пружина.
Рис.90. Типы креплений корпусов гидроцилиндров:
а – жёсткое за корпус; б – жёсткое за заднюю крышку; в – жёсткое за переднюю крышку; г – шарнирное за корпус; д – шарнирное за заднюю крышку.
Наибольшее распространение на табельной технике получили поршневые гидроцилиндры, структура обозначения которых приведена на рис.20:
Гидродинамический привод (гидродинамическая передача) представляет собой механизм (гидромуфту или гидротрансформатор) для передачи энергии от ведущего вала к ведомому за счёт скоростного напора циркулирующей жидкости (в результате использования кинетической энергии жидкости)
Принципиальная схема гидродинамической трансмиссии показана на рис.
Рис.91. Принципиальная схема гидродинамической передачи:
1 – центробежный насос; 2, 5, 7, 9 – трубопроводы; 3 – направляющий аппарат;
4 – центробежная турбина; 6, 8 – резервуары.
Гидромуфта выполняет те же функции, что и механическое соединение. Но обладает при этом рядом преимуществ:
- благодаря отсутствию жёсткой связи между ведущим и ведомым валами,
она обеспечивает плавность передачи энергии двигателя;
- гасит резкие колебания нагрузок;
- защищает двигатель и трансмиссию от перегрузок. Что способствует значи-
тельному повышению надёжности машины и продлению срока её службы.
Гидромуфта состоит из:
- колеса 1 центробежного насоса;
- соединённого с ведущим валом 2;
- колеса 5 центростремительной турбины;
- соединённого с ведомым валом 3;
- колёса 1 и 5 размещены в общем корпусе 4, замкнутом уплотнением.
Между валами насоса и турбины имеется зазор. Корпус гидромуфты заполнен жидкостью. Передача момента М1 развиваемого двигателем, на ведомый вал в гидромуфтах осуществляется потоком жидкости. При вращении насосного колеса лопатки насоса увлекают жидкость и перемещают её к переферии рабочей полости. Из насосного колеса поток поступает на лопатки турбинного колеса. Силы, возникающие при обтекании лопаток турбинного колеса, образуют момент М2 , направленный в ту же сторону, что и вращение двигателя.
В гидромуфте между насосным и турбинным колёсами отсутствуют какие-либо элементы, способные изменить момент количества движения потока. Поэтому, если не учитывать момент, передаваемый посредством трения, приближённо М1=М2=М.
Рис.92. Схема гидромуфты:
1 – колесо центробежного насоса; 2 – ведущий вал; 3 – ведомый вал;
4 – общий корпус; 5 – колесо центростремительной турбины.
Гидромуфта передаёт вращающий момент без изменения его по величине и знаку, т.е. без учёта потерь на трение. Момент Мн на насосном колесе равен моменту Мт на турбинном колесе. Частота вращения n2 ведомого вала ниже частоты вращения n1 ведущего вала на величину скольжения.
При номинальной нагрузке муфты скольжение составляет от 2 до 5%, к.п.д. от 0,95 до 0,98.
Гидромуфты подбирают таким образом, чтобы при номинальном моменте к.п.д. было не меньше 0,85-0,9.
Приводы с гидромуфтами обеспечивают:
- запуск двигателя при включённой передаче,
- снижают динамическую нагрузку в системе,
- защищают двигатель от перегрузок,
- обеспечивают плавность разгона машины при запуске и при
уменьшении нагрузки,
- а также плавное стопорение при возрастании нагрузки.
Недостатки гидромуфты состоят в:
▬ сильном снижении к.п.д. при увеличении скольжения,
▬ невозможности изменения величины передаваемого крутящего мо-
мента двигателя в зависимости от нагрузки.
Гидромуфты целесообразно применять для машин и механизмов, у которых колебания нагрузки значительны, но перегрузки бывают редко.
Гидротрансформаторы также применяют для автоматического регулирования крутящего момента и частоты вращения ведомого вала в зависимости от нагрузки.
Рис.93. Схема гидротрансформатора:
1 – турбинное колесо; 2 – насосное колесо; 3 – лопастные колёса реактора
(так называемый направляющий аппарат).
Гидротрансформатор по сравнению с гидромуфтой является безступенчатым преобразователем крутящего момента, в котором мощность от ведущих элементов к ведомым также передаётся при помощи жидкости и отличается от гидромуфты тем, что кроме насосного колеса 2 (рис.16) и турбинного колеса 1 между ними в рабочей полости устанавливают лопастные колёса реактора – так называемый управляющий аппарат 3.
Жидкость из турбинного колеса попадает на лопатки реактора. Реактор, отклоняя жидкость своими лопатками, изменяет момент количества движения потока. Поэтому в гидротрансформаторе моменты количества движения за турбинным колесом и перед входом в насосное колесо не равны друг другу, как в гидромуфте. Вследствие этого момента М2 , развиваемый турбинным колесом, превосходит момент М1 , сообщаемый двигателем насосному колесу, т.е. М2 > М1 ; значит, гидротрансформатор работает как редуктор.
Чем медленнее вращается турбинное колесо по сравнению с насосным колесом (например, при возрастании приложенной к валу турбинного колеса внешней нагрузки), тем значительнее лопатки реактора изменяют направление проходящего через него потока жидкости и тем больший дополнительный момент передаётся от реактора турбинному колесу, вследствие чего увеличивается крутящий момент на его валу.
Применение гидротрансформаторов позволяет отказаться от многоступенчатых механических коробок передач или упростить их конструкцию.
Недостатками гидротрансформаторов являются:
▬ сравнительно низкий к.п.д. (ηmax=0,90-0,92);
▬ необходимость применять устройства для охлаждения масла, услож-
няющие конструкцию;
▬ сложность или невозможность изменять направление движения, для
чего требуются дополнительные механические устройства.
Основные параметры отечественных одноступенчатых гидротрансформаторов, применяемых в приводе строительных машин:
• мощность от 45 до 100 кВт;
• частота вращения – 1600-1700 об./ин.;
• коэффициент трансформации k=М2/М1 до 2,6-3,0;
• передаточное число i=0,6-0,7 ;
• к.п.д. при нормальном режиме от 0,85 до 0,87 .
Управление гидродвигателями осуществляется распределительными устройствами (распределителями). Они направляют поток рабочей жидкости от насоса по трубопроводам к рабочим полостям гидродвигателей, управляют последовательностью их действия и обеспечивают отвод жидкости из сливных полостей в бак. Кроме того, распределительные устройства реверсируют гидродвигатели и регулируют их скорость.
Предохранительные клапаны ограничивают повышение давления жидкости в системе сверхдопустимого и защищают элементы гидросистемы от перегрузок. Клапаны регулируют на давление, превышающее номинальное на 10-15%. При давлении, превышающем рабочее, клапан открывается и перепускает жидкость в сливную линию.
Редукционные клапаны понижают давление подаваемой в систему жидкости до определенной величины независимо от давления, развиваемого насосом.
Обратные клапаны служат для пропуска потока жидкости только в одном направлении.
Дроссели представляют собой местные гидравлические сопротивления и предназначены для изменения объема подачи жидкости в гидродвигатели: в гидроцилиндр в целях регулирования скорости движения штока или в гидромотор для регулирования частоты его вращения. Обычно дроссель ставят на трубопроводе, соединяющем сливную и напорную линии. Дроссель отводит часть потока жидкости в сливную линию, уменьшая тем самым подачу в гидродвигатель.
Управление гидродвигателями осуществляется распределительными устройствами (распределителями). Они направляют поток рабочей жидкости от насоса по трубопроводам к рабочим полостям гидродвигателей, управляют последовательностью их действия и обеспечивают отвод жидкости из сливных полостей в бак. Кроме того, распределительные устройства реверсируют гидродвигатели и регулируют их скорость.
В гидросистемах строительных машин применяют главным образом золотниковые распределители.
По числу присоединенных каналов золотниковые распределители делят на двух-, трех- и четырехходовые. Для управления гидродвигателями двустороннего действия применяют, как правило, четырехходовые распределители с четырьмя каналами (напор, слив и два рабочих отвода). По числу фиксированных положений золотника - рабочих позиций - различают трех- и четырехпозиционные распределители. Положения золотника трехпозиционного распределителя - два рабочих и одно нейтральное, четырехпозиционного - два рабочих, одно нейтральное и одно плавающее.
Пневматический привод в СТВ находит ограниченное применение. С помощью сжатого воздуха приводятся в действие пневматические инструменты (отбойные молотки, перфораторы, пневмосверлилки и др.), а также некоторые строительные механизмы (пескоструйные аппараты, краскопульты, паровоздушные молоты и др.).
В этом приводе сжатый воздух от воздушной магистрали или непосредственно от компрессора подаётся в рабочий цилиндр, поршень которого совершает поступательное движение и передаёт энергию удара на исполнительный рабочий орган.
Достоинтвом пневматического привода является:
- плавность работы,
- простота конструкции,
- удобство и лёгкость управления,
- простота обслуживания и ремонта,
- возможность работы с весьма большим числом включений в единицу времени.
К недостаткам пневмопривода следует отнести:
- ограниченность радиуса действия передвижных установок вследствие
наличия питающего воздухо проводного шланга.
- и снижение КПД установки из-за потерь давления в воздушной сети.
Пневматические устройства начали применять еще в глубокой древности (ветряные двигатели, музыкальные инструменты, кузнечные меха и пр.), но самое широкое распространение они получили вследствие создания надежных источников пневматической энергии - нагнетателей, способных придавать газам необходимый запас потенциальной и (или) кинетической энергии.
Газотурбинный привод. Наиболее примечательным изменением в конструкции силовых установок СТВ можно считать применение газовых турбин. Для строительного оборудования осваивают модели газотурбинных двигателей мощностью от 150 до 1100 л.с.
Запоздалое их появление в строительных машинах объясняется очень высокой стоимостью и расходом топлива, высоким уровнем шума и большим числом оборотов (35000-39000 об/мин.). Некоторые проблемы уже решены, другие будут в недолёком будущем также устранены или сведены к минимуму.
Основным недостатком газовых турбин следует по-прежнему считать их слишком высокую стоимость (по данным фирмы „Катерпиллер” в 2-3 раза выше, чем дизельных).
Однако более важной и показательной в данном случае представляется так называемая „Стоимость с установкой”, т.к. небольшие размеры и масса (в 5-10 раз меньше) газотурбинных двигателей, истребовательность их к техническому обслуживанию, чрезвычайно высокий КПД и возможность использования без дорогостоящих зубчатых силовых передач позволяет сводить разность показателей общей стоимости машины с обычными двигателями к минимуму.
Снижение частоты вращения вала в США решается путём изготовления двухвальных турбин, в которых задний вал вращается со значительно меньшей угловой скоростью.
Специалисты СНГ решают проблему снижения числа оборотов другим путём. В крупных землеройных машинах они используют одновальные турбины, подклячая их к генераторным установкам, питающим электродвигатели, встроенные в ступицы колёс.
Целесообразность выбора того или иного вида привода решается конкретно для каждого типа машины в зависимости от её назначения, рабочих параметров и режима работы путём технико-экономических исследований.
Требования, предъявляемые к приводам СТВ. Приводы, используемые в качестве первичных источников для получения механической работы, должны отвечать требованиям:
- обеспечивать надёжную бесперебойную работу при заданных режимах и усло-
виях;
- быть компактными и иметь малую массу как двигателя, так и передаточных ме-
ханизмов,
- обеспечивать постоянную готовность к действию, лёгкость и быстроту запуска, в
том числе и при низкой температуре, долговечность и надёжность привода,
- иметь малый расход топлива и общую экономичность;
- обеспечивать соответствие характеристики двигателя механической и нагрузоч-
ной характеристики рабочего органа машины,
- обеспечивать кратковременную работу на форсированных режимах, необходи-
мых при выполнении лимитирующих работ,
- обеспечивать разгон и кратковременную работу при перегрузках, соответствую-
щих рабочим,
- обеспечивать реверсирование, изменение скорости и момента.