Методы обеспечения надежности гидроприводов машин

Обновлено: 30.04.2024

Гидравлический привод — устройство, предназначенное для приведения в движение машин и механизмов с помощью гидравлической энергии.

Составной частью гидропривода является гидравлический механизм, который работает под давлением, и имеет один или несколько объемных гидродвигателей.

К устройствам гидропривода относятся

гидромашины
гидроаппараты
гидролинии
гидроемкость
кондиционеры рабочей среды

Например в отечественной гидравлике популярным гидроприводом для большого количества самой разнообразной техники - служит ГСТ-90 и ГСТ-112.

Функции гидропривода [вверх]

В состав гидропривода входит ряд основных устройств, которые выполняют следующие функции: насос, как поставщик гидравлической энергии; гидравлический двигатель, как потребитель гидравлической энергии, и преобразователь ее в механическую энергию; гидрораспределители, дроссели, которые регулируют поток рабочей жидкости, управляя движением выходного звена гидродвигателя; для перемещения рабочей жидкости внутри гидросистемы, а также подачи ее к соответствующим устройствам, используются гидролинии; отделение из гидравлической жидкости загрязнений, образующихся во время эксплуатации системы, осуществляется с помощью фильтра; для регулирования температуры жидкости применяются различные устройства, выполняющие как нагрев, так и ее охлаждение.

Основной задачей гидропривода, как и механической передачи, остается преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с нагрузкой (регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция — это передача мощности от приводного двигателя к рабочим механизмам машины (например, в одноковшовом экскаваторе — передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, и т. д.).

Что же собой представляет система гидроуправления?

Это система, обеспечивающая управление гидропередачей и состоящая из функциональных золотниково-клапанных устройств, колонок управления и насосно-аккумуляторной части.

Благодаря системе гидроуправления мы обеспечиваем:

снижения усилий на ручках управления
ввода автоматических связей работы гидропередачи
легкого подвода управляющего сигнала к агрегату, где бы он не располагался.

Типы гидроприводов [вверх]

Гидравлические приводы типизируются как объемные и гидродинамические.

Объемные гидроприводы характеризуются большим давлением (до 300 МПа и выше) и небольшими скоростями движения жидкости. Они работают за счет потенциальной энергии давления жидкости. Также к гидромашинам объемного типа относятся насосы и гидравлические двигатели этих приводов, функционирование которых связано с поочередным наполнением рабочей полости гидравлической жидкостью и выталкиванием ее из полости. Представителями объемных гидромашин являются аксиально-поршневые и пластинчатые гидравлические насосы и двигатели. Как правило, гидродинамические приводы работают за счет кинетической энергии потока рабочей жидкости. Их главное отличие — высокая скорость перемещения жидкости и небольшое давление системе (обычно в интервале 1. 2 МПа). В связи с тем, что габаритные размеры и масса гидродинамических приводов намного больше, чем у объемных приводов, последние стали более распространены.

Классификация объемных гидроприводов

Существуют следующие разновидности объемных гидроприводов: с вращательным, поступательным и поворотным движением (в зависимости от вида перемещения выходного звена); регулируемый (дроссельный, объемный, объемно-дроссельный), нерегулируемый и саморегулируемый (по возможности регулирования скорости выходного звена); программный, следящий, стабилизированный (в соответствии с решаемыми задачами регулирования); с замкнутой и разомкнутой системой циркуляции (по виду циркуляции рабочей жидкости); насосный, аккумуляторный, магистральный (по способу подачи рабочей жидкости); с электроприводом, приводом от двигателя внутреннего сгорания, турбины (в соответствии с типом двигателя, используемого в приводе).

Область применения гидроприводов [вверх]

Гидроприводы объемного типа широкое применяются:

в дорожных и строительных машинах (автогрейдеры, экскаваторы, бульдозеры);
в автомобильной промышленности, в авиа-, тракторо-, станко- и танкостроении;
в гидросистемах промышленного оборудования.

Преимущества гидроприводов [вверх]

В качестве приводов для станков нашли широкое применение регулируемые объемные гидроприводы, а также для литейного и прессового оборудования, прокатных станков, строительных, дорожных, подъемных, транспортных и сельскохозяйственных машин. Такой широкий спектр их применения объясняется явно выраженными преимуществами гидропривода по сравнению с электрическими или механическими.

Среди основных достоинств можно выделить следующие элементы:

1. У данного привода высокая удельная мощность. То есть, транслируемая мощность, которая приходится на одну единицу суммарного веса всех элементов. Этот показатель в 3-5 раза выше, чем у электрического аналога. При чем это преимущество повышается с ростом подаваемой мощности.

2. Очень просто, к тому же, в обширном диапазоне, обеспечивается вариант бесступенчатого выбора скорости, выходящего звена самого гидропривода.

3. Высокая скорость быстродействия гидропривода. В несколько раз быстрее будет выполняться активизация операции по спуску, реверсу или остановке. Все это благодаря тому, что у гидропривода малый момент инерции у исполнительного органа двигателя.

4. Величина коэффициента усиления гидроусилителя по мощности довольно значительная и достигает отметки в 10^5.

5. Простота реализации технологических действий при определенно-заданном режиме, а также вариант элементарного, но надежного предохранения приводящего мотора и остальных элементов гидропривода от вероятных перегрузок.

6. Весьма эффективно и просто преобразуется вращательные движения в возвратно – поступательные.

7. Компоновка агрегатов гидропривода полностью свободная и не имеет каких-либо ограничений.

8. Очень удобно то, что к гидроприводу можно подключать любое дополнительное гидравлическое оборудование. Например, дисковые пилы, захваты, отбойные молотки, разнообразные ковши.

9. Слабое воздействие гидропривода на руки рабочего, не способствует быстрой его утомляемости.

Недостатки гидроприводов [вверх]

Однако есть у гидропривода и свои недостатки. Отметим их:

1. Гидропривод имеет относительно низкий уровень КПД, а также при передаче энергии на дальние расстояния происходит значительная ее трата.

2.Рабочие характеристики гидропривода зависят от действующих эксплуатационных условий, таких как давление, температура.

3. Чувствительны к загрязненной рабочей жидкости. Необходимо проводить регулярное обслуживание данного агрегата. Если рабочая жидкость загрязненная и какими-либо абразивными элементами, то это может привести к быстрому износу определенных частей прецизионных пар в агрегатах гидравлического типа и возможному их выходу из строя.

4. По мере его выработки или части его элементов заложенного эксплуатационного периода работы, происходит понижение уровня КПД, а также снижение характеристик данного аппарата. Сначала изнашиваются прецизионные пары, что приводит к увеличению размеров зазоров, а также к возрастанию утечек рабочей жидкости. То есть – понижению уровня объемного КПД агрегата.

Таким образом, приводы гидравлического типа обладают, как явными преимуществами перед иными типами приводов, так и имеют свои недостатки.

Поэтому проектируя и изготавливая данные приводы необходимо четко изучить поставленные задачи определенного характера. К таким задачам конструктора при проектировании гидропривода добавляется оптимизация схемы работы, обеспечивающая выполнение данным агрегатом необходимый функциональных требований, и определенный выбор элементов привода. Основные неисправности гидросистем и способы их устранения

Гидравлический привод (объемный гидропривод) это совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жидкости. (Т.М Башта Гидравлика, гидромашины и гидроприводы).

В гидропривод входят один или несколько гидродвигателей, источники энергии жидкости, аппаратура управления соединительные линии.

Работа гидравлического привода основана на принципе гидравлического рычага

В данной системе усилие создаваемое на поршне 2 можно определить по зависимости:

Получается, что усилие зависит от отношения площадей, чем больше будет площадь второго поршня, и чем меньше площадь первого, тем значительнее будет разница между силами F1 и F2. Благодаря принципу гидравлического рычага можно получить большое усилие, приложив малое.

Выигрывая в усилии на гидравлическом рычаге, придется пожертвовать перемещением, переместив малый поршень на величину l1, получим перемещение поршня 2 на величину l2:

Учитывая, что площадь поршня S2 больше площади S1, получим что перемещение l2 меньше чем l1.

Гидравлический привод не был бы так полезен, если бы потерю в перемещении не удалось скомпенсировать, а сделать это удалось благодаря особым гидравлическим устройствам - обратным клапанам.

Обратный клапан - это устройство для запирания потока движущегося в одном направлении, и свободного пропускания обратного потока.

Если в рассмотренном примере, на выход камеры с поршнем 1 установить обратный клапан, так чтобы жидкость могла выйти из камеры, а обратно перетечь не могла. Второй клапан нужно установить на между камерой с поршнем 1 и дополнительным баком с жидкостью, таким образом чтобы, жидкость могла попасть в камеру с поршнем, а из этой камеры обратно в бак перетечь не могла.

Новая система будет выглядеть следующим образом.

Приложив к поршню усилие F1 и переместив его на расстояние l1, получим перемещение поршня с усилием F2 на расстояние l2. Затем отведем поршень 1 в начальное расстояния, из камеры с поршнем 2 жидкость перетечь обратно не сможет - не позволит обратный клапан - поршень 2 останется на месте. В камеру с поршнем один поступит жидкость из бака. Затем, нужно вновь приложить усилие F1 к поршню 1 и переместить его на расстояние l1, в результате поршень 2 вновь переместится на расстояние l2 с усилием F2. А по отношению к начальному положению, за два цикла поршень 2 переместится на расстояние 2*l2. Увеличивая число циклов, можно получить большую величину перемещения поршня 2.

Именно возможность увеличивать перемещение наращивая число циклов, позволила гидравлическому рычагу опередить механический с точки зрения возможного развиваемого усилия.

Приводы, где требуется развивать огромные усилия, как правило, гидравлические.

Узел с камерой и поршнем 1, а также с обратными клапанами в гидравлике называют насосом. Поршень 2 с камерой - гидравлическим двигателем, в данном случае - гидроцилиндром.

Распределитель в гидроприводе

Но в гидравлике есть специальное устройство для направления потоков - распределитель, позволяющий направлять потоки жидкости по нужной схеме.

Полученную систему можно считать простейшим гидравлическим приводом.

Устройства в гидравлических приводах

Современные гидроприводы представляют собой сложные системы, состоящие из множества элементов. Конструкция которых не отличается простотой. В представленном примере такие устройства отсутствуют, т.к. они предназначены, как правило, для достижения нужных характеристик привода.

Наиболее распространенные гидравлические аппараты

Предохранительные клапаны
Редукционные клапаны
Регуляторы расхода
Дроссели

Устройство и принцип работы гидропривода

Структурно гидропривод состоит из насоса (-ов), контрольно-регулирующей и распределительной аппаратуры, гидродвигателя (-лей), рабочей жидкости, емкости (бака) для ее содержания и средств (фильтров и охладителей), сохраняющих ее качества, а также соединительной и герметизирующей арматуры.

На рис. 2.1. изображена схема изучаемого объемного гидропривода состоящего из насоса 1, предохранительного клапана 2, распределителей 3 и 4, гидравлических двигателей – гидромотора 5 и гидроцилиндра 6, замедлительного устройства 7 опускания груза 8, бака и установленного в сливную гидролинию фильтра 9 сблокированного клапаном 10.

Рис. 2.1 Схема изучаемого гидропривода.

где – величины давлений необходимых для преодоления потоком рабочей жидкости сопротивлений, соответственно, участков гиролиний, распределителей и фильтра.

где – потери давления на преодоление сопротивления распределителя 3, 4

– потери давления на привод гидромотора 5, зависящие от преодолеваемой нагрузки на его валу.

В том случае, когда в работу одновременно включены гидромотор 5 и гидроцилиндр 6, то их совместная работа возможна только при одинаковых потребных давлениях. Если у одного из них потребное давление ниже, чем у другого, то их совместная работа невозможна, так как поток жидкости в основном будет уходить в сторону меньшего сопротивления и нарушать нормальную работу гидропривода в целом.

Если в гидроприводе потребное давление превышает допустимое, срабатывает предохранительный клапан 2 и отводит через себя поток рабочей жидкости от насоса 1 в бак (режим перегрузки), обеспечивающий этим ограничение давления в гидроприводе и защиту его элементов от разрушения.

Для обеспечения плавности опускаемых грузов (рабочих органов) в гидроприводах используются замедлительные устройства (см. рис. 2.1, поз 7), обычно состоящие из обратного клапана и дросселя. При подъеме груза (рабочего органа) рабочая жидкость в цилиндр поступает через обратный клапан и дроссель. При опускании груза жидкость из полости цилиндра уходит в бак только через дроссель, который оказывает ей сопротивление, величина которого зависит от величины ее потока и этим обеспечивает плавность его опускания. При этом противоположная полость гидроцилиндра заполняется жидкостью подаваемой насосом. В случае избыточного количества подаваемой насосом жидкости ее часть будет отводиться на слив через предохранительный клапан 2.

Для визуального контроля давления в гидроприводе предназначен манометр 12. Для обеспечения очистки рабочей жидкости от твердых загрязнителей (абразивов, продуктов изнашивания), в гидроприводах используют различного конструктивного исполнения фильтры.

Что такое гидравлический насос, какие бывают типы и принцип работы

Инструменты и технические аппараты, работа которых связана с использованием энергии жидкостей, называют гидравлическими механизмами. В машиностроении их популярность основана на возможности передавать с потоком, через гибкие шланги и тонкие трубопроводы, огромные объемы энергии.

Что это, назначение и принцип работы устройства

Один из классов машин – гидравлический насос – является оборудованием по преобразованию механической энергии (вращения и крутящего момента приводного электрического двигателя; перемещения поршня при нажиме и поднятия рычага в ручной конструкции) в гидравлическую энергию жидкости (образование давления; подача или ход рабочего органа, например, штока гидроцилиндра).

Классификация и деление насосов на виды не влияет на общий принцип действия механизмов – вытеснение рабочей среды.

Работающий аппарат перемещает жидкость из полости всасывания (входной) в полость нагнетания (выходную) через изолированные камеры.

Выходящая из корпуса механизма жидкость имеет повышенное давление, обусловливающее ее перемещение по трубопроводу. Так как полости не соединены напрямую, устройства имеют идеальную адаптацию для работы в системах гидравлики с высоким давлением. Жидкость на выходе передает энергию поршню, перемещая его, или циркулирует в замкнутом контуре.

Гидравлические насосы высокого давления – обязательные элементы гидравлического привода, поэтому востребованы повсеместно. Основные области применения:

Машиностроение, нефтепереработка, транспорт, сельское хозяйство, другие производственные и перерабатывающие отрасли.
Оснащение мобильных моек, мастерских, предприятий коммунального хозяйства, строительных площадок.
Системы чистки автомобилей, пожаротушения, подавления пыли, очистки труб, мытья улиц.
Помпа – инженерная, погружная.

Технические характеристики и параметры выбора

Основными техническими характеристиками гидронасоса являются:

Частота вращения, об/мин.
Рабочий объем, вытесняемый за оборот вала, см3/об.
Рабочее давление.

Выбор насоса для конкретной гидросистемы производится с учетом следующих критериев:

Вид элемента, вытесняющего жидкость – поршень, шестерня, пластина.
Требуется ручной или гидронасос с электроприводом.
Пределы рабочего давления.
Со средой какой вязкости сможет работать механизм.
Рабочий объем.
Частотный интервал работы.
Легкость обслуживания.
Габариты.
Цена.

Ручные

Конструкция ручных стандартных помп представляет цилиндрическую полость с поршнем, который жестко соединен со штоком. Шток, в свою очередь, через шарнир соединяется с приводным рычагом. В поршне находится промежуточный клапан, он связывает полости – поршневую и штоковую. Поршневую полость от резервуара с маслом отделяет впускной клапан, перед которым стоит фильтр. Штоковая полость отделена от выходного порта изделия выпускным клапаном.

Рычаг ручного (мускульного) аппарата высокого давления легко перемещается рукой или ногой (через педаль с возвращающей пружиной). При подъеме рычага поршень штоком поднимается, открывается впускной клапан и поршневая полость заполняется жидкостью. В это время закрытый промежуточный затвор не допускает ее переток из штоковой полости в поршневую. Во время движения рычага вниз давление жидкости закрывает впускной и поднимает промежуточный клапан. Жидкость попадает в штоковую полость, открывает выпускной затвор и вливается в гидросистему. С каждым циклом подъема-опускания рычага насос вытесняет в систему порцию воды или масла. Таков принцип работы механизма одностороннего действия.

В ручных механизмах двустороннего действия к верху и низу цилиндрической полости подведены параллельные линии всасывания жидкости из бака и ее нагнетания в трубопровод. При любом ходе поршня – вверх или вниз – один из пары впускных и выпускных клапанов открывается. В результате обеспечивается более производительная работа насоса с непрерывной и равномерной подачей рабочей жидкости.

Простое устройство гидроаппарата, требующего приложения мускульной силы, объясняет его широкое применение в производстве, индивидуальном хозяйстве, автосервисе, строительстве. Модели данного типа становятся составной частью различных механизмов:

испытательных стендов;
лабораторного оборудования;
грузоподъемных кранов и платформ;
статических гидроинструментов;
водяных бытовых опрыскивателей;
домкратов;
прессового оборудования.

Главный минус – низкая производительность. К достоинствам можно отнести: надежность; простоту конструкции; низкую стоимость; работу без электропривода, следовательно, независимость от наличия источников электропитания; автономность; малый размер и вес; возможность быстро выполнить необходимый ремонт своими руками.

Радиально-поршневые

Основное применение устройств данного типа – подъемное и прессовое оборудование, протяжные станки.

Типы поршневых гидравлических насосов с радиальным расположением цилиндров:

Конструкции с ротором, смещенным относительно оси статора. Радиальные цилиндрические расточки ротора являются цилиндрами. В них располагаются поршни, при вращении ротора прижимаемые к стенкам обоймы неподвижного корпуса. Поршни вращающегося ротора приходят в возвратно-поступательное движение с ходом, равным удвоенному смещению (эксцентриситету). Внутри расположена неподвижная распределительная ось, выполняющая роль золотника. Проточки оси соединены с входной и напорной линией привода. Поворот ротора на 180° приводит поршень в поступательное движение к максимально выдвинутому положению. В это время камера цилиндра увеличивает объем и всасывает масло через проточку распределительной оси. Совершая следующие пол-оборота, поршень возвращается в тело ротора и вытесняет масло уже в напорную полость распределителя. Изменяя величину эксцентриситета, регулируют производительность механизма. Меняя эксцентриситет по знаку, то есть, перемещая ротор к противоположной стенке корпуса, добиваются изменения потока жидкости – реверса.

С соосным расположением статора и ротора. Но группа поршней уже имеет радиальное расположение в статоре, а на роторе присутствует эксцентричный кулачок. В каждом поршне конструктивно заложены два клапана – всасывания и нагнетания. Вращение эксцентричного кулачка приводит к последовательной работе клапанов, обеспечивая переток рабочей жидкости. Конструкции этого типа чаще применяются в гидромоторах.

Надежность.
В регулируемых вариантах конструкции легко настроить нужную производительность.
Показаны к применению в реверсивных системах с изменяемым направлением потока жидкости.
Пониженная шумность работы.
Небольшой осевой габарит.
Простота механизма.

Низкочастотность (до 2000 об/мин.) вращения ротора.
Инерционность вращающегося ротора.
Присутствие пульсации. Эффект значительно сглаживается при нечетном количестве поршней.
Большой вес.

Аксиально-поршневые

Самые распространенные механизмы гидроприводов. Вытеснителем жидкости из цилиндра выступает плунжер или поршень. Все цилиндры находятся в едином блоке и они параллельны с осями блока. Возвратно-поступательный ход поршней обеспечивается наклоном блока цилиндров к диску ведущего вала или конструктивным наклонным исполнением самого диска. Работа группы цилиндров сходна с радиально-поршневым устройством.

Запомните! Утечки цилиндров отводятся по дренажному сливу. Если его заглушить, можно спровоцировать повышение внутреннего давления с последующим повреждением корпуса и разгерметизацией гидронасоса.

• Большая мощность и скорость вращения при компактности и небольшом весе агрегатов.

• Вариативность конструктивных исполнений.

• Небольшие рабочие органы имеют малый инерционный момент.

• Цена механизмов высокая.

• Подача и расход жидкости сопровождаются существенной пульсацией.

• Конструктивная сложность. Следовательно, чувствительность к неправильной эксплуатации, продолжительный ремонт.

Шестеренные

Роторные гидромашины этого вида нашли применение в системах смазки, дорожной и сельскохозяйственной спецтехнике, мобильных гидравлических конструкциях. К их плюсам относят:

простоту конструктивного исполнения;
работу на частотах до 5000 об/мин.;
небольшой вес;
компактность.

рабочее давление до 20 МПа;
низкий КПД;
небольшой ресурс;
проблемы пульсации.

Рабочими вытесняющими элементами конструкции являются две шестерни. Они различаются по виду зацепления:

Внешнее. Со стороны входа шестерни вращаются в разные стороны, захватывают жидкость впадинами зубьев и перемещают ее вдоль стенок корпуса к выходу из насоса. Когда зубья входят в зацепление, рабочая жидкость выталкивается из впадин к выходу из корпуса.
Внутреннее. Принцип работы не меняется. Жидкость переносится в область нагнетания во впадинах между зубьями шестерни вдоль поверхности вспомогательного серпообразного разделителя. Пульсация давления и уровень шума в таких агрегатах снижаются.

Разновидностью рассматриваемой системы зацепления являются героторные (без разделителя, шестерни постоянно контактируют благодаря особому профилю зубьев) и винтовые конструкции.

Пластинчатые

В этих гидромашинах пластины, размещенные на роторе, выполняют основную работу. Специальные пружины усиливают их прижим к неподвижному корпусу. Соседние элементы становятся ограничителями объемной камеры, в ней рабочая среда при вращении ротора попадает из полости подачи к полости нагнетания. Присутствие двух и более областей всасывания и стольких же зон входа в систему свойственно конструкциям двукратного или многократного действия.

В одной из недавних статей на примере Tiger (P) Typ 102 я уже описывал принципы работы гидродинамических передач, то есть гидромуфт и гидротрансформаторов. Кроме того, в танкостроении и в гусеничной технике вообще используются и гидростатические передачи, нередко их называют гидрообъёмными (сокращённо ГОП). У них другой принцип действия, свои области применения и так далее. Проблема в том, что в английской терминологии все они называются hydraulic transmission. Из-за этого некоторые темы в танкостроении обросли выдумками и откровенной ерундой. Например, в некоторых статьях авторы на полном серьёзе пишут, что Tiger (P) Typ 102 был оснащён гидрообъёмным приводом для каждой гусеницы. А тут уж есть где фантазии разгуляться. Мол, на экспериментальном Pz.Kpfw.IV гидрообъёмная трансмиссия работала ненадёжно, так что и Тигр с аналогичной конструкцией был обречён.

В этой статье я расскажу о принципах работы гидрообъёмных передач, об их достоинствах и недостатках, а в следующий раз рассмотрю конкретные реализации в танковых трансмиссиях.
ГОППБДПВ:

Но сперва дурацкая аналогия, поясняющая суть. Представьте себе стоящий на полу шкаф, вам нужно его сдвинуть с помощью бревна. Вы можете сделать это двумя способами. Первый - кидать в него бревно, ведь с каждым ударом шкаф будет сдвигаться. Вы поднимаете бревно, кидаете его в шкаф, затем снова поднимаете, кидаете и так далее. Второй способ - упереться бревном в шкаф и толкать его силой давления. Первый способ - это гидродинамическая передача: насосное колесо своими лопастями "кидает" молекулы жидкости на турбинное колесо. Второй способ - гидростатическая (она же гидрообъёмная) передача. С двигателем соединён гидравлический насос, который создаёт давление в контуре и вращает вал гидравлического мотора. Очевидно, хотя все они называются hydraulic transmission, это совершенно разные способы передачи мощности, каждый со своими особенностями и областями применения.

Типы насосов и моторов
Прежде всего разберёмся с тем, как работает гидронасос. Первое, что приходит в голову - это поршень с кривошипно-шатунным механизмом:

Работать такая штука, конечно, будет, но совсем не так, как нам нужно. Во-первых, давление в контуре пульсирует, то уменьшаясь, то возрастая, потому что в мёртвых точках поршень не прокачивает жидкость. Во-вторых, нужно ещё придумать, как регулировать насос, изменяя скорость. Для решения этих проблем были созданы аксиально-поршневые насосы. В них есть вращающийся барабан с несколькими поршнями, параллельными оси вращения, отсюда и название.

Штоки поршней крепятся на вращающейся с ними шайбе. Когда шайба находится под прямым углом, то поршни не совершают ход, объёмы жидкости в цилиндрах не изменяются и насос не работает. Если шайбу наклонить, то при вращении барабана поршни будут совершать ход, изменяя объёмы цилиндров, а жидкость в контуре начнёт протекать под давлением. Таким образом, от угла наклона шайбы зависит объём перекачиваемой жидкости и, соответственно, скорость вала гидромотора.

В реальной конструкции поршней и цилиндров намного больше. Посмотреть, как это работает, можно на довольно наглядном видео:

Кроме аксиально-поршневых есть радиально-поршневые насосы. В них поршни (или плунжеры на радиально-плунжерных насосах) располагаются не параллельно, а перпендикулярно к оси вращения вала. Реализаций у радиальных насосов множество, поэтому приведём несколько примеров.

Вот схема радиального насоса с неподвижными цилиндрами и эксцентриком:

Ось эксцентрика смещена от ос оси вала, поэтому при вращении эксцентрик вжимает одни поршни и отжимает другие. За счёт этого и происходит прокачка жидкости.

Ротор представляет собой барабан с поршнями, в центральной части которого есть две камеры высокого и низкого давления. Картер статора по оси смещён относительно ротора, поэтому при вращении вала поршни то сжимают, то отжимают пружины, соответственно изменяя объём цилиндров. За счёт этого и создаётся давление в контуре. Более наглядная схема:

Есть и другой вариант:

Наглядное видео с объяснением работы радиально-поршневых насосов:

Для регулировки объёма прокачиваемой жидкости и скорости вращения гидромотора нам нужно изменять положение оси эксцентрика относительно оси вращения вала. Это можно сделать смещением статора, как на схеме ниже, или смещения самого эксцентрика в радиальных насосах с неподвижными цилиндрами. В дальнейшем мы разберём такую конструкцию на реальном примере.

Что касается гидравлических моторов, то многие схемы насосов обратимы, то есть могут использоваться и как насосы, и как моторы. Вот пример объединения аксиально-поршневых мотора и насоса в один компактный блок для бесступенчатого изменения скорости:

Другой пример: с двигателем соединён аксиально-поршневой насос, а с ведущими колёсами пластинчатый гидромотор. В нём ось вращения ротора смещена от оси статора, а лопатки-пластины прижимаются к его стенке под действитем пружин или центробежной силы:

Достоинства и недостатки гидрообъёмных передач
Самое главное достоинство гидропередачи, ради которого её обычно и применяют, это возможность бесступенчатой регулировки. Наклоном шайбы или смещением эксцентрика можно изменять скорость вращения ведомого вала, причём крутящий момент тоже будет соответственно уменьшаться или увеличиваться. Нет никаких ступеней, как в коробке передач, передаточное число изменяется вслед за движением рычага или штурвала. Что касается диапазона скоростей, то и с ним всё, как правило, хорошо. Казалось бы, идеальная трансмиссия: гидромотор соединяется с двигателем, а гидронасосы с ведущими колёсами танка. Для каждой гусеницы отдельно можно задавать какую угодно скорость, плавно входя в повороты. Если танк заехал в говны и сопротивление движению увеличилось, то достаточно снизить обороты гидромотора, подняв крутящий момент.

Но не всё так просто. У гидрообъёмных передач есть, скажем, так, один существенный недостаток и одна важная особенность. Эту особенность нельзя однозначно назвать недостатком, потому что в некоторых случаях она является как раз достоинством. Гидрообъёмные передачи требуют качественного изготовления, ведь они работают с большим давлением и быстро движущимися деталями. При работе с большой мощностью требуется обеспечить адекватное охлаждение масла. Как следствие, использовать гидрообъёмный привод в качестве полноценной танковой трансмиссии крайне затруднительно. Вернее, сделать-то его можно, но сразу возникнут вопросы к цене, сложности изготовления, охлаждению и, самое главное, к надёжности. Кроме того, гидрообъёмные трансмиссии хоть и позволяют бесступенчато изменять крутящий момент и скорость в широком диапазоне, но они не делают этого автоматически, без участия человека. Наоборот, гидротрансформаторы сами приспосабливаются к условиям движения, используя мощность оптимальным образом.

Именно поэтому в настоящее время стандартом в танкостроении стала связка гидротрансформатора с планетарной коробкой передач. Но и для гидрообъёмных передач нашлись свои области применения. Они давно и с успехом используются в приводах поворота башни. Вот простая для понимания схема:

Пластинчатый гидромотор регулируется смещением статора вверх или вниз. Наводчик наклоняет рукоятку поворота и этим смещает гайку вперёд или назад. От её смещения, в свою очередь, зависит и смещение статора. Направлениям вверх или вниз соответствует движение башни по часовой или против часовой стрелки, а скорость поворота зависит от величины смещения. Гидромотор устроен сходным образом, только у него статор зафиксирован неподвижно.

Другая важная область - это двухпоточные механизмы поворота с гидрообъёмным приводом. Они позволяют поворачивать настолько точно, что в танках Char B1 и Strv 103 по горизонтали орудие наводится только с помощью механизма поворота. В настоящее время это лучший тип танковой трансмиссии по управляемости. Но об использовании гидрообъёмных приводов в танковых трансмиссиях мы с конкретными примерами поговорим в следующий раз.

В процессе эксплуатации машин с гидроприводом технические параметры гидравлического оборудования изменяются от номинального до предельного значения. Это определяется уровнем принятых конструкторских решений, качеством изготовления, режимами эксплуатации, своевременностью и качеством технического обслуживания и ремонта. Для поддержания гидравлического привода в работоспособном состоянии и своевременного обнаружения признаков повреждений на ранней стадии проводится контроль технического состояния с применением методов технического диагностирования.

Гидравлический привод включает разноплановые с позиций диагностирования технические системы:

электрическую – привод силового электродвигателя, элементы системы управления – электромагниты направляющей и регулирующей аппаратуры;
механическую – насос, исполнительный орган (гидроцилиндр, гидравлический двигатель и др.), подвижные элементы регуляторов и клапанов;
гидравлическую – гидравлические линии (трубопроводы и шланги), бак, аккумулятор, систему очистки и рабочую жидкость.

Дополнительно необходимо диагностировать компьютерные элементы системы управления, включая датчики.

Диагностирование электрической системы проводится по параметрам проводимости и изолирующих свойств, параметрам электрических величин (тока, напряжения). При этом учитывается температура узлов. Анализ токовых характеристик приводного двигателя используется для определения возможных перегрузок гидравлической системы.

Диагностирование механической системы проводится по параметрам вибрации (измерение общего уровня, анализ составляющих спектра и временной реализации вибрационного сигнала), характеру шума (изменение тональности, ритма и громкости звука), результатам визуального осмотра, по температурным параметрам, включая скорость нагрева отдельных элементов. Особое внимание уделяется отсутствию утечек рабочей жидкости, качеству затяжки резьбовых соединений, отсутствию трещин в корпусных деталях. При дефектовке отдельных деталей используются методы неразрушающего контроля – магнитный, электрический, вихретоковый, тепловой, оптический, радиационный, ультразвуковой, капилярный.

Основным параметром гидравлического привода, характеризующим его техническое состояние, является объёмный к.п.д. – отношение подачи насоса при номинальном давлении к теоретической подаче. В связи с невозможностью непосредственного измерения объёмного к.п.д. гидропривода при оценке состояния используют следующие диагностические параметры: давление, расход, скорость и др. Эти параметры соответствуют требованиям параметрической диагностики – оценке качества выполняемых возложенных на систему функций. Анализ качества рабочей жидкости является основным для принятия решения о замене и определении источников и характера загрязнений.

Распознавание состояния гидропривода осуществляется в условиях ограниченной информации. Эти ограничения связаны с тем, что диагностирование гидропривода или его узлов проводится без разборки объекта. Для этого используют несколько уровней контроля:

обнаружение признаков неисправности, отклонений в работе гидропривода;
диагностирование степени повреждения или локализация дефекта;
определение причины возникновения отказа проводится при ремонте.

В настоящее время, несмотря на значительное развитие аппаратных средств измерения и контроля, большая роль в определении неисправностей и нахождении повреждений гидравлического оборудования приходится на субъективные методы. Эти методы предполагают использование человеческих органов чувств. Комплекс органолептических методов контроля получил название осмотр. Осмотр, включает в себя элементы визуального, измерительного контроля, восприятия шумов и вибраций, оценку степени нагрева корпусных деталей, методы осязания, используемые для определения фактического состояния оборудования и его составных частей, процессов взаимодействия, влияния окружающей среды и условий эксплуатации.

Проверяется уровень и температура рабочей жидкости по указателю на стенке бака. На верхних крышках баков устанавливают электрические датчики минимального уровня, которые подают сигнал, если уровень жидкости в баке опускается ниже установленного предела.
В соответствии с графиком проверок следует взять из бака пробу рабочей жидкости и сдать её в лабораторию для проверки кинематической вязкости, кислотного числа (количество миллиграмм гидроксида калия KOH, необходимое для нейтрализации всех кислотных компонентов, содержащихся в 1 г исследуемого вещества), наличия механических примесей и воды. По результатам анализа принимается решение о возможности дальнейшего использования рабочей жидкости или её замене.
Если проверить рабочую жидкость в лаборатории невозможно, следует налить пробу в чистую стеклянную посуду (пробирку, химический стакан), дать отстояться 5…6 часов и визуально оценить качество по цвету и содержанию механических примесей и воды. Возможно появления отстоя воды, механических примесей и продуктов теплового разложения вследствие окисления. Если качество рабочей жидкости плохое, отстой будет тёмным, непрозрачным или в виде эмульсии желтовато-молочного цвета, что свидетельствует о присутствии в нем воды и воздуха.
Проверяется техническое состояние всасывающей гидролинии с установленными в ней запорными кранами. Необходимо убедиться в отсутствии деформированных участков с резким изгибом, уменьшающих проходное сечение, в отсутствии повреждений гибких рукавов. Особое внимание следует обратить на отсутствие следов внешних утечек.
Контролируется состояние и работа воздушного клапана (сапуна).
Проверяется работа насоса по температуре, давлению, подаче рабочей жидкости, вибрации и характеру шума в гидросистеме.
Оценивается работа гидравлической управляющей аппаратуры по характеру шума при срабатывании, наличию внешних утечек, отсутствию видимых повреждений и ослаблений резьбовых соединений.
Проверяется работа исполнительных элементов гидравлической системы по значениям давления, подачи, направлению и скорости движения, внешним утечкам, посторонним шумам и вибрации.
Проводится опрос технологического персонала – машинистов – о замеченных неполадках, проведенных регулировках и изменений в настройке клапанов. Опрос совмещается с анализом записей в агрегатных журналах.

Основной задачей при появлении признаков нарушения работоспособности привода является локализация неисправности – обнаружение конкретного неисправного элемента системы. Процесс поиска неисправностей разбивается на последовательные шаги: вначале устанавливается вид функциональной неисправности гидросистемы, затем конкретизируется группа гидроаппаратов, неисправности которых могут быть причиной функциональных отказов. При этом используется опыт, накопленный при эксплуатации системы. На основе анализа логической модели устанавливаются причинно-следственные связи между отдельными блоками, анализируются различные комбинации измеряемых параметров и делается предположение о месте неисправности. После этого выявляется неисправный элемент, определяется вид неисправности и принимается решение о способе её устранения.

Для сложных гидросистем целесообразно разрабатывать алгоритмы поиска неисправностей и рекомендации по устранению причин их возникновения, включая графики проведения планово-предупредительных ремонтов. Анализ возможных причин отказа проводится на основании чтения гидросхем по атласам, которые представляют собой комплекты ламинированных гидравлических схем на каждый цикл выполняемых операций с выделением цветом направлений потоков рабочей жидкости и распределения номинального давления по гидравлическим линиям. Другим цветом выделяется направление потока и распределение низкого давления по гидравлическим линиям и соединениям в гидросистеме дистанционного управления. В атласах указывают контрольные точки включения диагностической аппаратуры, приводят технические параметры регулировки гидроклапанов.

Своевременное устранение постепенных отказов и причин их возникновения позволяет предотвратить появление внезапных отказов с прекращением функционирования всего гидропривода. Устранение причин появления постепенных отказов – основная задача технического обслуживания гидросистем.

Для каждого элемента гидрооборудования существуют свои диагностические параметры, например:

для насосов и гидромоторов ‑ объёмный к.п.д.;
герметичность – для всасывающей и напорной гидролиний;
для регулируемых насосов и гидромоторов – характеристика регулирования, определяющая зависимость подачи от давления на выходе;
для гидроцилиндров – механический и объёмный к.п.д. (наружные и внутренние утечки рабочей жидкости);
для секционных и моноблочных распределителей – утечки рабочей жидкости по зазорам золотников, давление настройки (открытия) первичных и вторичных предохранительных клапанов;
наружная герметичность и утечки в обратных клапанах;
для блоков гидравлического управления – плавность и диапазон регулирования давления управления;
для блоков питания гидравлического управления – давление зарядки газовой полости гидропневмоаккумулятора и герметичность обратного клапана;
для гидрозамков и тормозных клапанов – давление управления запорным элементом и внутренние утечки рабочей жидкости при обратном потоке;
для линейных фильтров – перепад давления на фильтроэлементе и давление срабатывания переливного клапана.

Техническое диагностирование осуществляется путём измерения и контроля (сравнения) количественных значений параметров, анализа и обработки результатов измерения и контроля, а также путём управления объектом в соответствии с алгоритмом диагностирования. Получение количественных значений диагностических параметров требует применения приборных методов. Среди средств технического диагностирования, используемых для диагностики гидравлического оборудования, по уровню решаемых задач и приборному исполнению можно выделить:

1. Манометры предназначены для измерения давления в цифровом или аналоговом варианте в контрольных точках гидравлической системы (рисунок 128). Современные манометры имеют возможность измерять динамические пики давления при частоте сканирования 0,01 с. Отличительными особенностями цифровых манометров являются наличие памяти и подсветки.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО УРОВНЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГИДРОФИЦИРОВАННЫХ МАШИН НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.
1.1 Особенности эксплуатации гидрофицированных машин на железнодорожном транспорте
1.2. Современный уровень надежности гидроприводов дорожных и
строительных машин
1.3 Классификация отказов в гидроприводах мобильных машин
1.4 Неисправности прецизионных золотниковых и поршневых пар гидроагрегатов
1.5 Методы обеспечения надежности гидроприводов при техническом обслуживании и ремонте машин на железнодорожном транспорте
1.6 Определение цели исследования
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОИСКА ОТКАЗА В
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ДОРОЖНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ
2.1. Характер процессов диагностирования гидросистем.
2.2 Формы проявления отказов в гидроприводе
2 3.Энтропия состояния отказавших гидросистем и информационная
ценность проверок.
2.4 Разработка метода локализации подгруппы, содержащей отказ
2.5 Разработка метода локализации отказавшего элемента.
2.6 Разработка блоксхемы алгоритма диагностирования.
2.7 Разработка метода определения схемы контрольных точек при
поиске отказа в гидросистемах.
2.8 Разработка алгоритмов диагностирования основных приводов дорожных и строительных машин.
2.9 Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГИДРОАППАРАТОВ ПРИ РЕМОНТЕ МАШИН И
В ЭКСПЛУАТАЦИИ.
ЗЛ Основные положения для выбора метода и средств
диагностирования
3.2 Сравнительный анализ применения диагностической аппаратуры
3.3 Основные требования и структура универсальной системы диагностики гидроприводов дорожных и строительных магнии
3.4 Особенности применения турбинных расходомеров при диагностике гидроприводов.
3.4.1 Взаимодействие ротора расходомера с потоком.
3.4.2 Экспериментальные исследования применения турбинных расходомеров при диагностике гидроприводов
3.5 Основы создания и проектирования испытательных и диагностических гидростсндов
3.6 Рекуперативные схемы испытания гидроаппаратов
3.7 Анализ тепловых режимов замкнутых контуров диагностических стендов.
3.8 Разработка экспериментального образца испытательнодиагностического стенда 4ой типоразмерной группы.
3.9. Диагностирование гидроприводов машин в условиях эксплуатации
без снятия агрегатов с машины.
ЗЛО.Выводы.
4 АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ И
ИСПЫТАТЕЛЪНЫХ СТЕНДОВ
4.1 Основные положения эффективности системы автоматизации.
4.2. Вопросы организации автоматизированной системы диагностики
гидроприводов.
4.3 Стендовые испытания элементов автоматизированной системы
диагностики гидроприводов.
4.3.1 Автоматизация процесса диагностики аксиально поршневых
гидромашин при стендовых испытаниях.
4.3.2. Стендовые испытания элементов автоматизированной
бортовой системы диагностики гидроприводов машин
4.4. Выводы.
5 АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ГИДРОПРИВОДА МАШИН В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИАГНОСТИКИ.
5.1 Влияние диагностирования на периодичность и организацию технического обслуживания гидроприводов.
5.2 Характер изменения основного диагностического параметра.
5.3 Разработка метода прогнозирования остаточного ресурса по результатам диагностики.
5.4 Определение предельных значений объемного к.п.д., как основного диагностического параметра, для гидроприводов дорожных и строительных машин
5.5 Разработка метода прогнозирования надежности при нпичии
отказов двух типов.
5.6 Анализ последствий проявления отказов в гидроприводах строительных и дорожных машин и разработка методики прогнозирования технического риска
5.7 Выводы
6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ДИАГНОСТИКИ ГИДРОПРИВОДОВ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Дорогі друзі! Наша команда вітає всіх з Днем захисника України і святом Покрови Пресвятої Богородиці! Нехай сила нашого духу та незламна віра допоможе подолати всі труднощі на шляху до мети.

Читайте также: