1. Классификация и общие зависимости

Объёмный гидропривод - это гидравлический привод, в котором используются объёмные гидромашины. Термин происходит от того, что принцип действия объёмных гидромашин основан на попеременном заполнении рабочего объёма жидкостью и вытеснения жидкости из него. Объёмный гидропривод машин позволяет с высокой точностью поддерживать или изменять скорость машины при произвольном нагружении, осуществлять слежение  - точно воспроизводить заданные режимы вращательного или возвратно - поступательного движения, усиливая одновременно управляющее воздействие.

Объёмный гидропривод машин применяется в металлорежущих станках, прессах, в системах управления летательных аппаратов, судов, тяжёлых автомобилей, мобильной строительно - дорожной технике, в системах автоматического управления и регулирования тепловых двигателей, гидротурбин. Реже объёмный гидропривод машин используется в качестве главных приводов транспортных установках на автомобилях, кранах.

Гидростатический привод состоит из нескольких основных элементов: насос или аккумулятор, гидродвигатель, органы регулирования и распределения гидравлической энергии, а также система защиты. В качестве источника гидравлической энергии применяется насос либо аккумулятор. Приём энергии осуществляется посредством гидродвигателя. Для управления приводом используются соответствующие органы регулирования распределения энергии. Для обеспечения безопасной эксплуатации гидростатические приводы оборудуются соответствующими комплексами защиты.

Классификация гидроприводов осуществляется по многим признакам, основными из которых являются вид выходного движения, схема питания, регулировочные возможности, конструктивное исполнение. Независимо от приведенных признаков все гидроприводы можно классифицировать по назначению и области применения: например, гидроприводы механизированных крепей, механизмов подачи, комбайнов, конвейеров, экскаваторов, скреперов, бурильных и других горных машин.

В зависимости от вида выходного движения гидроприводы делятся на три группы: вращательного движения, поступательного движения и поворотного движения. Гидропривод вращательного движения характеризуется применением гидромотора, т. е. гидродвигателя, совершающего вращательное движение. Гидропривод поступательного движения имеет в качестве выходного звена силовой гидроцилиндр, совершающий возвратно-поступательное (прямолинейное) движение. Гидропривод поворотного движения использует моментный гидроцилиндр, совершающий возвратно-поворотное движение. Схема циркуляции жидкости во многом определяет конструкцию и область применения гидропривода. Различают две схемы гидропривода: открытую (разомкнутую) и закрытую (замкнутую).

Открытая схема гидропривода характеризуется тем, что рабочая жидкость от насоса к гидродвигателю размыкается баком значительной емкости, т. е. циркулирует по схеме насос – гидродвигатель - бак. Гидропривод, выполненный по этой схеме, имеет простую конструкцию, и кроме насоса 1 и гидродвигателя 2 (рис. 140) требует также предохранительного клапана 3 для защиты от перегрузки, крана 4 для включения, выключения и реверсирования гидродвигателя, а также бака 5 для жидкости. Сливная линия 6 гидродвигателя, как и всасывающая линия 7 насоса, непосредственно соединена с баком, сообщающимся с атмосферой, что обеспечивает свободный слив жидкости из гидродвигателя и питание насоса под атмосферным давлением.

Достоинствами открытых схем гидропривода являются простота, возможность создания многодвигательных систем различных конструкций с одним насосом, хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Недостатки этой схемы: большие габариты, вакуум во всасывающей линии, что ограничивает применение быстроходных насосов из-за возможной кавитации, проникновение в систему воздуха, что нарушает плавность работы механизмов, а также трудность реверсирования в процессе работы тяжело нагруженного гидродвигателя. По открытой схеме циркуляции выполняется большая часть гидроприводов горных машин как вращательного, так и поступательного движения.

Закрытая схема гидропривода (рис. 141) требует предварительного заполнения жидкости, которая отделена от атмосферы и при работе гидропривода циркулирует по схеме: насос 1 - гидромотор 2 - насос . Для компенсации утечек в кольцевую линиюгидропередачи через обратные клапаны 3 подается рабочая жидкость от вспомогательного (подпиточного) насоса 5 под определенным постоянным давлением, устанавливаемым переливным клапаном 6. Возможна также подпитка системы подпиточными клапанами. Так как объемный КПД гидросистемы учитывает все виды объемных потерь, то требуемая подача насоса подпитки может быть определена по формуле

Q_нп= Q_н (1 - ɳ ₀) Ʀ (9)

где Q_н — наибольшая подача основного насоса; ɳ₀ - наименьшее значение объемного КПД гидросистемы, питаемой основным насосом; Ʀ - коэффициент, определяющий долю внешних утечек ( Ʀ= 0,65-г-0,75).

В зависимости от направления вращения гидромотора работает один из обратных клапанов: 3 или 4. Для защиты гидропривода применяется предохранительный клапан 7, соединяемый при реверсе насоса с линией нагнетания через обратные клапаны 8 и 9. Реверсирование гидропривода производится насосом. В ряде случаев, чтобы ограничить чрезмерное нагревание рабочей жидкости, предусматривается некоторый обмен ее путемперепускания части жидкости из полости низкого давления в специальный резервуар.

К достоинствам закрытой схемы гидропривода относятся отсутствие кавитации и возможность применения быстроходных и поэтому малогабаритных насосов, высокое качество регулирования и реверсирование гидромотора, компактность. Недостатки - трудности фильтрации и охлаждения рабочей жидкости, необходимость применения индивидуального насоса для каждого двигателя. По регулировочным возможностям гидроприводы делятся на нерегулируемые и регулируемые.

Регулируемым называется гидропривод, у которого возможно изменение соотношения скоростей ведущего и ведомого звеньев, т. е. при постоянной частоте вращения вала насоса скорость гидромотора изменяется. Гидропривод, не удовлетворяющий этому определению, называется нерегулируемым. По конструктивной схеме гидроприводы делятся на две группы: раздельного исполнения, у которых гидропередача выполнена

в виде отдельного насоса и гидродвигателя, и нераздельного исполнения, выполненного в виде единого агрегата, включающего насос и гидродвигатель (обычно гидромотор), размещенных в общем корпусе (см. рис. 69). В этом случае применяют закрытую схему циркуляции жидкости.

Рис. 140. Схема гидропривода с открытой циркуляцией

Рис. 141. Схема гидропривода с закрытой циркуляцией

2. Уравнение движения гидропривода

Гидравлический привод горных машин работает как в длительном установившемся режиме, так и в режиме частых пусков и остановок при постоянной и переменной нагрузке, поэтому он представляет собой сложную динамическую систему, давление в которой определяется внешней нагрузкой по уравнению силовых параметров гидравлических машин. Ниже рассмотрены общие вопросы решения уравнения движения гидропривода, способствующие изучению программы настоящего курса. Движение гидропривода может быть описано уравнениями расхода и нагрузки. Общий расход жидкости, подаваемой насосом, состоит из расхода Q_г, идущего на работу гидродвигателя, расхода ∆Q₀ , утечек и расхода∆Q_с, которым компенсируется изменение объема жидкости вследствие ее сжимаемости,

Q_нт = Q_г + ∆Q₀ + ∆Q_с(11)

Величина объемных потерь определяет «кинематическую жесткость» системы. Чем меньше такая жесткость, тем больше колебакие скорости, а следовательно, больше неравномерность движения выходного звена гидропривода при переменной нагрузке. Изменение объема гидросистемы под действием упругих сил характеризует «динамическую жесткость» системы, которая увеличивается с уменьшением деформации гидросистемы.

Расход утечек определяется главным образом утечками в насосе и гидродвигателе

∆Q₀ = а_нр_н + а_mp_m (12)

Расход на сжатие жидкости можно выразить через давление в напорном трубопроводе

∆Q_с= р_н (12)