отребителями гидроприводов в России являются
практически все отрасли экономики. Но в машиностроении, металлургии,
сельском хозяйстве, на транспорте, в добывающих и многих других сферах
производства в основном применяются объемные приводы. Объемный гидропривод
сегодня широко применяется в машиностроении и стал неотъемлемой составной
частью современных мобильных машин и промышленного оборудования. В
технически развитых странах машину без гидропривода встретить почти
невозможно
Основная часть объемного привода - это гидромашина, состоящая
из насоса и гидродвигателя. Насос преобразовывает энергию
приводного двигателя (электрического, бензинового, дизеля и др.)
в движение рабочей жидкости, а гидродвигатель - снова в возвратно-поступательное
или вращательное механическое движение, необходимое для работы самого
различного оборудования (часть такого оборудования представлена
в табл. 1). Одно из достоинств объемных гидромашин состоит
в том, что они обратимы и могут работать как в качестве насоса,
так и в качестве двигателя.
Таблица 1. Оборудование с гидроприводами
в различных отрослях производства
Отрасли
|
Оборудование |
| Станкостроение
|
Металлообрабатывающие станки, прессовое
оборудование, пресс-автоматы для пластмасс |
| Лесная отрасль
|
Валочно-пакетирующие машины, погрузчики
- штабелеры, машины сучкорезные, установки раскряжевочные, валочно-трелевочные
машины, лесоповалочные машины, транспортировщики, бульдозеры,
лесовозы, гидроманипуляторы, трелевочные трактора |
| Нефте- и газодобывающая отрасль
|
Машины для ремонта скважин, лебедки,
трубоукладчики, гидроключи, гидроманипуляторы
|
| Строительно-дорожная и подъемно-транспортная
техника
|
Автокраны, автогрейдеры, автогидроподъемники,
бульдозеры, асфальтоукладчики,
бетоноукладчики, катки, экскаваторы, погрузчики, косилки роторные
дорожные, подъемники монтажные, бульдозеры-погрузчики, виброплиты,
комбинированные дорожные машины, автобетоновозы, скреперы |
| Судостроение
|
Приводы судовых механизмов, механизмы
подъема якорей, катера, гидроманипуляторы, лебедки гидравлические |
| Инженерная техника
|
Машины для наведения мостов, бензозаправщики,
траншеекопатели, колесные тягачи, вездеходы автокраны, автогрейдеры,
бульдозеры |
| Металлургия
|
Прокатные станы, литьевые машины,
установки для транспортировки ленты, прессы гидравлические правильные;
кокильные машины, машины для литья под давлением; гидропрессы,
протяжные станки |
| Горнодобывающие отрасли
|
Скреперы, карьерные экскаваторы,
карьерные самосвалы, угольные комбайны, солевые комбайны, бульдозеры,
автогидроподъемники, фронтальные погрузчики, путеремонтные машины,
автогрейдеры |
| Сельское хозяйство
|
Гидроопрокидыватели, косилки роторные,
кормоуборочные машины, виноградоуборочные комбайны |
| Железнодорожный транспорт
|
Рельсоукладчики, балластоукладчики,
щебнеочистительные машины, выправочно-подбивочные машины, погрузчики,
трелевочные трактора, гидравлические краны на ж/д ходу, путеремонтные
машины, краново-бурильные машины |
| Коммунальное хозяйство
|
Снегоуборочные машины, мусоровозы,
пожарные машины, пескоразбрасыватели, уборочные машины, малогабаритные
погрузчики, гидроманипуляторы |
| Аэродромная техника
|
Аэродромно-уборочные
машины, погрузчики, подъемники, снегоуборочные машины, заправщики,
лестницы, установки для проверки гидросистем летательных аппаратов |
| СТРУКТУРА ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА |
Объемный гидропривод - достаточно сложное устройство. Принято различать
его 4 основные подсистемы: гидропередачу, устройства управления, вспомогательные
устройства и гидролинии (см. рис. 1).
 |
|
Рис.1 Структура
объемного гидропривода
|
Объемная гидропередача - это так называемая силовая часть гидропривода.
Ее главными элементами являются насос и гидродвигатель. Если выходное
звено гидромашины получает вращательное движение, то такой двигатель
называют гидромотором, если возвратно-поступательное, то - силовым
цилиндром.
В состав гидропередач может входить гидроаккумулятор (емкость, предназначенная
для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением),
позволяющий использовать эту энергию по мере необходимости. Кроме
того, в гидропередачу могут включаться также гидропреобразователи
- устройства для изменения уровня давления и расхода рабочей жидкости.
Устройства управления - для управления изменением или поддержанием
на нужном уровне давления и расхода, а также изменением направления
движения потока рабочей жидкости служат такие устройства, как:
гидрораспределители - для изменения направления движения
потока рабочей жидкости, нужной последовательности включения в работу
гидродвигателей, реверсирования движения их выходных звеньев и т.
д.;
регуляторы давления (предохранительный, редукционный,
переливной и другие клапаны) - для регулирования давления рабочей
жидкости;
регуляторы расхода (делители и сумматоры потоков, дроссели
и регуляторы потока, направляющие клапаны);
гидравлические усилители мощности сигналов управления.
К вспомогательным устройствам обычно относят так называемые
кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменные аппараты и др.),
гидравлические реле давления, гидроемкости, уплотнители, обеспечивающие
герметизацию системы и др.
Гидролинии - это трубы, рукава высокого давления, каналы и
соединения, по которым циркулирует рабочая жидкость. Сами гидролинии
подразделяются на всасывающие, напорные, сливные, дренажные, а также
гидролинии управления.
В гидроприводах применяются различные насосы: шестеренные, пластинчатые,
поршневые и др. Каждый из них используется так, чтобы полнее реализовать
присущие им достоинства. Например, в станкостроении, при сравнительно
высоких давлениях, применяют регулируемые (с изменяемым рабочим объемом)
радиально-поршневые насосы типа НП с максимальной подачей
до 400 л/мин и давлением до 200 МПа. Рабочими камерами
в таком насосе являются радиально расположенные цилиндры, а
вытеснителями - поршни. При вращении ротора поршни вначале
выдвигаются из цилиндров (происходит всасывание), а затем вдвигаются
внутрь (нагнетание). Соответственно движется и рабочая жидкость -
она вначале заполняет цилиндры, а затем поршнями вытесняется в напорную
линию гидросистемы. Сами же поршни выдвигаются и прижимаются к статору
или центробежной силой, или принудительно - пружиной, давлением рабочей
жидкости и др.
Еще больше достоинств у аксиально-поршневых насосов, к которым
относят: меньшие радиальные размеры, массу, габариты и момент инерции;
возможность работы при большом числе оборотов; удобство при монтаже
и ремонте. Такие насосы конструктивно подразделяются на два типа:
выполненные с наклонным блоком либо с наклонным диском.
Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов также являются цилиндры,
а вытеснителями - поршни.
Многие считают, что на отечественном рынке (так же, как и стран СНГ)
аксиально-поршневых гидромашин преобладает оборудование, созданное
на базе лицензий зарубежных фирм. К созданным с помощью лицензий можно
отнести аксиально-поршневые гидромашины типа Hydro-Gigant фирмы
Constantin Ranch RG, которые применяются в основном на строительно-дорожных
машинах и судовых гидроприводах.
Они выполнены по схеме с наклонным блоком цилиндров. При такой конструкции
основными аргументами в пользу схемы с наклонным блоком были: лучшая
всасывающая способность и менее жесткие требования к очистке и вязкости
рабочей жидкости. Дело в том, что для гидромашин с наклонным блоком
ресурс работы зависит, прежде всего, от долговечности подшипников
качения фланца приводного вала, а не от чистоты рабочей жидкости.
Поэтому для них достаточной считается тонкость фильтрации жидкости
порядка 25 мкм. А ресурс гидромашин с наклонным диском зависит
в основном от степени очистки рабочей жидкости, поэтому и тонкость
фильтрации, как правило, должна быть не грубее 10 мкм.
Бытует мнение, что производство аксиально-поршневых гидромашин
позволило прежде всего решить проблему оснащения экскаваторов общим
гидроприводом - и для рабочих органов, и для передвижения. Связано
это с тем, что специфика работы экскаваторов, имеющих разнесенные
во времени циклы - технологический при копании и транспортный для
передвижения между объектами, - позволяет использовать единый насос
для обоих циклов. Хотя, с точки зрения других специалистов, более
широкие возможности дает комбинация двух насосов с приводом вращения
от общего вала. И не случайно большинство экскаваторов оснащено сдвоенными
насосами. Кстати, в отличие от экскаваторов в ряде дорожных машин
(грейдеров, асфальтоукладчиков, снегоочистителей) и другой техники
(например, зерноуборочных комбайнов), технологический режим жестко
увязан с транспортным, поэтому для них требуется обязательная установка
раздельных насосных установок.
Что же касается схемы насосов с наклонным диском, то в России и странах
СНГ по лицензии фирмы Sauer-Sundstrand ее освоили несколько предприятий
с объемом ежегодного выпуска 150 тыс. шт. Речь идет о с рабочем
объеме от 33 до 338 куб. см на давление до 35 МПа.
| ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ |
Сегодня аксиально-поршневые гидромашины выпускаются многими предприятиями
России и стран СНГ. Например, Санкт-Петербургское ЗАО "ЦНИИ
судового машиностроения" производит два типоразмерных ряда
гидромашин:
насосы с регулируемым рабочим объемом 55, 107, 225, 468 и
915 куб. см;
гидромоторы с постоянным рабочим объемом от 12 до 1830 куб.
см.
Это же объединение может предложить и модернизированные гидромоторы
с гидростатической разгрузкой подшипников приводного вала, что позволяет
поднять их ресурс до 14000 часов.
В АО "Машиностроение и гидравлика" (Московский машиностроительный
завод им. М. И. Калинина) был освоен выпуск гидромашин с рабочими
объемами 11,6; 28 и 56 куб. см, в том числе мотор-насосов с
постоянным рабочим объемом серии 210 и насосов с регулируемым
рабочим объемом в однопоточном исполнении типа 313.16 (28
куб. см), 313.20 (56 куб. см) и 207.20 (56 куб. см), двухпоточном
исполнении типа 224А.20 и 323.20 (2 х 56 куб. см) и трехпоточном
исполнении 333.20 (два регулируемых насоса по 56 куб. см
и один нерегулируемый 11,6 куб. см). В насосе типа 333.20 при
номинальном давлении 20 МПа максимальное давление составляет
32 МПа, а предельное - 40 МПа.
 |
|
Рис. 2
Расшифровка обозначений аксиально-поршневых гидромашин
серий 200 и 300
|
|
В программе екатеринбургского ОАО "Пневмостроймашина"
есть гидромашины с рабочим объемом 12, 28, 56, 112 и 160 куб. см,
в том числе мотор-насосы с нерегулируемым рабочим объемом, регулируемые
нереверсивные насосы и регулируемые гидромоторы. Эти машины предназначены
для работы на номинальном давлении 20 МПа (максимальное давление
составляет 32 и 35 МПа), при температуре рабочей жидкости в
процессе эксплуатации от -40 до +75°С.
Одесский завод "Стройгидравлика" выпускает насосы
и гидромоторы с постоянным рабочим объемом 56 и 112 куб. см,
насосы с регулируемым рабочим объемом 112 и 224 куб. см (в
том числе сдвоенные 2х112 куб. см). К настоящему времени разработчикам
удалось повысить их номинальное давление от 16 до 20 и 25 МПа,
а максимальное - до 32 и 35 МПа. Насосы комплектуются автоматическими
регуляторами мощности.
Разумеется, этими примерами не ограничивается перечень предприятий
России и СНГ, производящих аксиально-поршневые гидромашины, - их гораздо
больше.
Характеристики этого типа оборудования скрываются за их десятизначными
буквенно-цифровыми обозначениями. Приведем расшифровку самих обозначений
аксиально-поршневых гидромашин (рис. 2).
Гидравлический привод не может действовать без рабочей жидкости.
В качестве рабочих жидкостей часто применяют минеральные масла,
водо-масляные эмульсии, смеси и синтетические жидкости.
Минеральные масла получают в результате переработки высококачественных
сортов нефти с добавлением в них специальных присадок: антиокислительных,
вязкостных, противоизносных, снижающих температуру застывания жидкости,
антипенных и т. д.
Водомасляные эмульсии представляют собой смеси воды и минерального
масла в соотношениях 100:1, 50:1 и т. д. Эмульсии применяют
в гидросистемах машин, работающих в пожароопасных условиях и в машинах,
где требуется большое количество рабочей жидкости (например, в гидравлических
прессах). Смеси различных сортов минеральных масел между собой, с
керосином, глицерином и т. д. применяют в гидросистемах высокой точности,
а также в гидросистемах, работающих в условиях низких температур.
Синтетические жидкости создаются на основе силиконов, хлор-
и фторуглеродистых соединений, полифеноловых эфиров и т. д. Они
негорючи, стойки к воздействию химических элементов, обладают стабильностью
вязкостных характеристик в широком диапазоне температур. Кстати,
в последнее время, даже несмотря на высокую стоимость, синтетические
жидкости находят все большее применение в гидроприводах машин общего
назначения. Тем не менее, основной рабочей жидкостью для гидроприводов,
работающих в промышленности, продолжает оставаться минеральное
масло.
В целом гидравлические масла должны обладать определенными характеристиками,
такими как:
оптимальный уровень вязкости и хорошие вязкостно-температурные
свойства в широком диапазоне температур, т. е. высокий индекс вязкости;
высокие антиокислительные свойства, а также термическая и химическая
стабильность, обеспечивающие длительную бессменную работу масла
в гидросистеме;
защита деталей гидропривода от коррозии и износа;
хорошая фильтруемость;
достаточные деаэрирующие, деэмульгирующие и антипенные свойства;
совместимость с материалами гидросистемы.
Сами гидроприводы постоянно совершенствуются, и этот процесс связан
с повышением требований к рабочей жидкости. В частности, при повышении
давления повышается и верхний температурный предел масел. Следствием
уменьшения общей массы привода или увеличения отношения передаваемой
мощности к массе является более интенсивная эксплуатация рабочей
жидкости. А уменьшение рабочих зазоров между деталями ужесточает
требования к чистоте масла.
Основной характеристикой гидравлического масла продолжает оставаться
его вязкость. Принятая в мире классификация минеральных гидравлических
масел базируется, прежде всего, на их вязкости и наличии присадок,
обеспечивающих нужный уровень эксплуатационных свойств. Например,
обозначение отечественных гидравлических масел состоит из трех групп
знаков, первая из которых обозначается буквами "МГ"
(минеральное гидравлическое), вторая группа - цифрами и характеризует
класс кинематической вязкости, третья - буквами и указывает на эксплуатационные
свойства.
По значению вязкости при 40°С (ГОСТ 17479.3-85, соответствующий
международному стандарту ISO 3448) гидравлические масла делятся
на 10 классов (табл. 2).
Таблица 2. Классы вязкости гидравлических
масел
|
Классы вязкости
|
Кинематическая
вязкость при 40°С, кв.мм/с
|
Класс вязкости
|
Кинематическая
вязкость при 40°С, кв.мм/с
|
|
5
|
4,14-5,06
|
32
|
28,80-35,20
|
|
7
|
6,12-7,48
|
46
|
41,40-50,60
|
|
10
|
9,00-11,00
|
68
|
61,20-74,80
|
|
15
|
13,50-16,50
|
100
|
90,00-110,00
|
|
22
|
19,80-24,20
|
150
|
135,00-165,00
|
Что же касается эксплуатационных свойств и состава (наличия соответствующих
функциональных присадок) гидравлические масла делят на группы - А,
Б и В:
группа А (группа НН
по ISO) - нефтяные масла без присадок, применяемые в малонагруженных
гидросистемах с шестеренными или поршневыми насосами, работающими
при давлении до 15 МПа и максимальной температуре масла в объеме
до 80°С;
группа Б (группа HL
по ISO) - масла с антиокислительными и антикоррозионными присадками.
Предназначены для средненапряженных гидросистем с различными насосами,
работающими при давлениях до 25 МПа и температуре масла в объеме
свыше 80°С;
группа В (группа НМ
по ISO) - хорошо очищенные масла с антиокислительными, антикоррозионными
и противоизносными присадками. Предназначены для гидросистем, работающих
при давлении свыше 25 МПа и температуре масла в объеме свыше
90°С.
Приведенные в таблице данные справедливы для "тепличных"
условий работы гидромашины. А в реальной жизни приходится эксплуатировать
гидроприводы в самых различных условиях, часто - при более высокой
или низкой температуре окружающего воздуха. При этом особые неприятности
поджидают при низких температурах. Например, при безгаражном
хранении техники в зимнее время вязкость масла становится настолько
высокой, что при запуске гидросистемы насос некоторое время не может
прокачать рабочую жидкость. В результате - так называемое "сухое"
трение подвижных частей насоса, кавитация, интенсивный износ и
преждевременный выход оборудования из строя. Поэтому при применении
рабочих жидкостей в условиях отрицательных температур перед пуском
гидропривода рабочую жидкость подогревают. Сам же нижний температурный
предел определяется двумя показателями: полным заполнением рабочих
камер и "прокачиваемостью" жидкости. А у разных насосов
он различен, точно так же, как и верхний, связанный с допустимым увеличением
утечек, снижением объемного КПД, а также с прочностью пленки рабочей
жидкости (см. табл. 3).
Таблица 3. Значение вязкости при крайних температурных
пределах
|
Тип насоса
|
Вязкость (сСт)
при температурном приделе
|
|
нижнем
|
верхнем
|
|
по условиям прокачиваемости
|
по условиям полного
заполнения рабочих камер
|
по условиям обеспечения
смазывающей пленки и значению КПД=0,8-0,85
|
| Аксиально-поршневой |
1800-1600
|
570-530
|
6-8
|
| Шестеренный |
4500-5000
|
1380-1250
|
16-18
|
| Пластинчатый |
4500-4000
|
680-620
|
12-10
|
Что же касается шестеренных насосов, то их основным преимуществом
является конструкционная простота, компактность, надежность в работе
и сравнительно высокий КПД. В машиностроении шестеренные насосы применятся
в системах с дроссельным регулированием. Основная часть шестеренных
насосов, применяемых в промышленности, сконструирована на основе двух
прямозубых шестерен внешнего зацепления. Такой насос состоит из ведущей
и ведомой шестерен, размещенных в корпусе с небольшим зазором. При
вращении шестерен жидкость, заполнившая рабочие камеры (межзубовые
пространства), переносится из полости всасывания в полость нагнетания,
откуда и вытесняется в напорный трубопровод. В отечественном машиностроении
применяются также и другие конструктивные схемы, например, насосы
с внутренним зацеплением, трех- и более шестерные насосы.
Пластинчатые насосы так же, как и шестеренные, просты по конструкции,
компактны, надежны в эксплуатации и сравнительно долговечны. В них
рабочие камеры образованы поверхностями статора, ротора, торцевых
распределительных дисков и двумя соседними вытеснителями платинами.
Эти пластины также называют лопастями, лопатками или шиберами. Такие
насосы могут быть одно-, двух- и многократного действия. Например,
в насосах однократного действия одному обороту вала соответствует
одно всасывание и одно нагнетание, в насосах двукратного действия
- два всасывания и два нагнетания.
Журнал "ОБОРУДОВАНИЕ. Рынок, предложение,
цены"
№11(119)/ 2006 "Приводная техника"
"Гидроприводы в промышленности"
|
АО "Михневский РМЗ" предлагает
Техника