Гидравлический привод.

Состав гидропривода. Гидропривод — это совокупность источника энер­гии и устройств для ее преобразования и транспортирования посредством рабо­чей жидкости к приводимой машине.

Совокупность механизмов, передающих механическую энергию от веду­щего элемента к ведомому с помощью рабочей жидкости, называется гид­ропередачей.

На большинстве подъемников для передачи механической энергии от двигателя внутреннего сгорания к исполнительным механизмам применяется гидравлическая передача, в которой механическая энергия на входе преобразу­ется в гидравлическую, а затем на выходе снова переходит в механическую, ко­торая приводит в действие исполнительные механизмы. Гидравлическая энер­гия передается жидкостью (обычно минеральное масло). Это масло служит ра­бочим телом гидропередачи и называется рабочей жидкостью.

Наибольшее распространение гидропривод получил на самоходных ма­шинах, в которых источником механической энергии служит двигатель внут­реннего сгорания, а потребителей этой энергии исполнительных механизмов — несколько. В машинах, где рабочий органы совершают в процессе работы возвратно-поступательные и качательные движения, исполнительный механизм с гидроприводом во многих случаях получается более удачным, чем с другими типами приводов.

Гидравлические передачи подразделяются на гидродинамические и объ­емные.

В объемной (гидростатической), применяемой в подъемниках и вышках, передаче энергия передается статическим напором рабочей жидкости. Этот на­пор создается насосом объемного типа и реализуется в гидравлическом двига­теле такого же типа.

Гидропривод образуется гидросистемой (Рис. 17), включающей помимо объемных насоса и двигателей также аппаратуру управления. Гидросистема служит для передачи энергии на расстояние и преобразования ее в механическую работу на выходе и одновременно выполняет функции регулирования скорости выходного звена гидродвигателя, преобразо­вания одного вида движения в дру­гой, а также; предохранения со­ставляющих ее частей от перегруз­ки.

Между насосом и двигателем отсутствует жесткая кинематиче­ская связь, характерная для меха­нических передач. Энергия передается по трубопроводам, включающим гибкие рукава, и может быть передана от источника механической энергии практически в любое место машины. Это свойство гидропривода называется дистанционностью и определяет область его применения в технике. С помощью гидропривода можно приводить в действие несколько исполнительных двигателей от одного насоса или группы насосов, при этом возможно независимое выключение двигателей. В этом сходство гид­ропривода с электрическим многомоторным приводом.

Рабочая жидкость — составная часть гидропривода, так как она служит рабочим телом гидропередачи. Одновременно она охлаждает гидросистему, смазывает трущиеся части узлов и защищает детали от коррозии. Поэтому от свойств жидкости зависят работоспособность, срок службы и надежность гид­ропривода. В среднем жидкость обеспечивает работу гидропривода в пределах температур от —40 до +50°С.

Жидкость должна быть долговечной, нейтральной к применяемым в гид­роприводе материалам, в особенности к резиновым уплотнениям, а также теп­лоемкой и одновременно теплопроводной для того, чтобы охлаждать узлы гид­росистемы.

В качестве рабочих жидкостей применяют большое количество сортов минеральных масел. Однако ни одно из них не может быть использовано для любых условий эксплуатации. Поэтому масла выбирают для конкретных усло­вий работы, в зависимости от климатической зоны в которой используется машина, и времени года.

Основные показатели (табл. 1), по которым подбирают масла,— это вяз­кость, температуры вспышки и застывания, температурные пределы примене­ния.

Вязкость рабочей жидкости характеризует способность ее оказывать со­противление деформации сдвига. От вязкости прежде всего зависит возмож­ность работы гидропривода при низких и высоких температурах. Вязкость вы­ражают в сантистоксах (сСт) при заданной температуре, обычно 50° С, или в условных единицах — градусах Энглера (отношение времени истечения жид­кости заданного объема 200 см³ — через калиброванное отверстие ко времени истечения такого же объема воды). В процессе работы машины вязкость рабо­чей жидкости снижается. Пониженная вязкость ухудшает смазывающие свой­ства рабочей жидкости, что сокращает срок службы гидропривода.

За основу выбора масла для гидросистемы берется температурный предел применения его в зависимости от типа насоса гидропривода. Нижний темпера­турный предел применения определяют не по температуре застывания рабочих жидкостей, а по пределу прокачиваемости насосом с учетом потерь во всасы­вающей гидролинии. Для шестеренных насосов этим пределом является вязкость 4500...5000 сСт, что соответствует пределу прокачиваемости при крат­ковременном (пусковом) режиме эксплуатации.

Нижний температурный предел устойчивой работы определяют по за­полнению рабочей камеры насоса, при котором его КПД достигает наибольше­го значения, что для шестеренных насосов соответствует вязкости 1250... 14000 сСт.

Верхний температурный предел применения рабочей жидкости определя­ется по наименьшему значению вязкости с учетом нагрева в процессе работы. Превышение этого предела вызывает увеличение объемных потерь, а также ин­тенсивный местный нагрев и износ поверхностей сопряженных пар трения из-за ухудшения смазывающих свойств масла.

Основанием для применения того или иного сорта масла служит реко­мендация предприятия-изготовителя машины (см. табл. 1). При окислении из масла выпадают смолистые отложения, образующие тонкий твердый налет на рабочих поверхностях деталей разрушающе действующие на резиновые уплот­нения. Интенсивность окисления масла резко возрастает с повышением темпе­ратуры. Не следует допускать повышения температуры масла выше 80°С. Обычно рабочие жидкости полностью заменяют весной и осенью. Если исполь­зуется всесезонное масло, то его заменяют через 300..; 1000 ч работы гидропри­вода, но не реже одного раза в два года. При этом систему на холостом ходу промывают керосином. Периодичность замены зависит от объема системы и бака по отношению к подаче насоса. Чем больше вместимость системы, тем реже надо менять масло.

На долговечность гидросистемы влияет присутствие в масле механиче­ских примесей. Поэтому в гидросистему обычно включают фильтры для очист­ки масла от механических примесей, а также магнитные пробки.

Перед доливом или заменой масла проверя­ют нейтральность сме­шиваемых масел. Появ­ление хлопьев, выпадение осадка и вспенивание указывают на недопусти­мость смешивания. В этом случае старое масло сливают, а систему про­мывают.

При заправке сис­темы принимают меры, обеспечивающие чистоту заливаемого масла. Для этого применяют исправ­ные заливные фильтры, чистые воронки и запра­вочные емкости.

Насосы, гидромо­торы и гидроцилиндры

В      подъемниках применяют объемные на­сосы и гидромоторы. На­сосы приводятся в дейст­вие от двигателей внут­реннего сгорания или электродвигателей при помощи механической трансмиссии и пре­образуют подводимую к ним механическую энергию в энергию потока жидкости, которая передается ведомому звену — гидро­двигателю за счет статического давления (напора) этой жидкости. Входному звену (валу) насоса сообщается вращательное движение, потому эти насосы на­зываются вращательными. Их входным параметром является частота враще­ния вала, измеряемая об/мин, а выходным — подача жидкости, которая из­меряется л/мин (дм³/с).

В гидромоторах происходит обратное преобразование энергии потока рабочей жидкости в механи­ческую энергию на выходном звене (валу гидромотора), которое также совершает вращательное, движение. Поэтому входным параметром гид­ромотора служит расход жидкости, выходным — частота вращения.

Жидкость перемещается в на­сосе за счет ее вытеснения из рабо­чих камер поршнями, шиберами (ло­пастями), зубьями, шестернями и т. п. При этом рабочая камера пред­ставляет собой замкнутое простран­ство, которое при работе попеременно сообщается либо со всасывающей гидролинией, либо с напорной.

На подъемниках применяют шестеренные насосы различного рабочего объема, выполненные по единой конструктивной схеме. Насос состоит из пары сцепляющихся между собой шестерен, помещенных в плотно охватывающий их корпус, имеющий каналы в местах входа в зацепление и выхода из него. На­сосы с цилиндрическими шестернями внешнего зацепления наиболее просты и отличаются надежностью в эксплуатации, малыми габаритными размерами и массой, компактностью и другими положительными качествами. Изготовляют также шестеренные насосы с тремя шестернями внешнего зацепления, с шес­тернями внутреннего зацепления специального профиля (героторные).

Максимальное давление шестеренных насосов 16—20 МПа, подача до 1000 л/мин, частота вращения до 4000 об/мин, срок службы (моторесурс) в среднем 5000 ч.

Две шестерни 1 и 2, (рис.18) входящие в зацепление друг с другом, за­ключены в корпус 3. Ведущая шестерня 1 закреплена на ведущем валу (в целом это вал-шестерня), а ведомая 2 получает от нее вращение.

Всасывающая гидролиния подведена к шестерням с той стороны, где зу­бья выходят из зацепления, а напорная - со стороны, где зубья входят в зацеп­ление. Головки зубьев, входя в зацепление, выжимают масло из впадин между зубьями, создавая давление в напорной гидролинии. Жидкость от всасывающей гидролинии перемещается к напорной в полостях, образованных впадинами зубьев и стенкой корпуса насоса.

Конструктивно шестерни 1 и 2 выполнены заодно с валами, образуя ва­лы-шестерни. Валы-шестерни размещаются в корпусе 3, закрытом крышкой. На хвостовике ведущего вала сделаны шлицы для соединения насоса с двигателем или валом трансмиссии. Для уменьшения торцовых утечек вал-шестерни уста­навливают в корпусе на плавающих втулках, которые обеспечивают гидравлическую компенсацию торцовых зазоров при износе торцов шестерен и самих втулок.

Насос НШ (рис. 19) содержит размещенные в корпусе ведущую 10 и ве­домую 9 шестерни и втулки 13. Корпус закрыт крышкой 5, привернутой болта ми 1. Между корпусом и крышкой проложено уплотнительное кольцо 6. Ведущая

                       Рис.19                   шестерня 10 выполнен заодно с шлицевым валом, который уплотняется манжетой 4, установ­ленной в расточке крышки 5 при помощи опорного 3 и пружинного 2 колец. Передние втулки 13 размещаются в расточках крышки 5 и уплотнены резиновыми кольцами. Они могут перемещаться вдоль своих осей. Нагнета­тельная полость насоса соединена каналом с пространством между торцами втулок и крышкой. Под давлением жидкости передние втулки вместе с шестер­нями 10 и 9 поджимаются к задним, которые, в свою очередь, прижимаются к корпусу 7, обеспечивая автоматическое уплотнение торцов втулок и шестерен. В нагнетательной полости насоса около угольника 8 давление на торцы втулок во много раз больше, чем с противоположной стороны. Одновременно давление на торцы крышки со стороны корпуса стремится прижать втулки к крышке. В совокупности это может вызвать перекос втулок в сторону всасывающей по­лости, односторонний износ втулок и повышенные утечки масла. Для того что­бы уменьшить неравномерность нагружения втулок, часть площади торцов втулок закрывают разгрузочной пластиной 12, уплотняемой по контуру резино­вым кольцом. Это кольцо плотно зажимается между торцами корпуса и крышки и в результате создается относительное равенство действующих на втулки сил.

Втулки по мере работы насоса изнашиваются и расстояние между торца­ми и крышкой увеличивается. При этом кольцо разгрузочной пластины 12 рас­ширяется, поддерживая необходимое уплотнение между крышкой и втулками. От натяга этого кольца зависит надежность и длительность работы насоса.

Между сопряженными втулками для упрощения технологии изготовле­ния и сборки устанавливается зазор 0,1...0,15 мм.

Насосы НШ выпускают правого и левого вращения. На корпусе насоса направление вращения ведущего вала указывается стрелкой. У насоса левого вращения (если смотреть со стороны крышки) ведущая вал-шестерня вращается против часовой стрелки, а сторона всасывания находится, справа. Насос пра­вого вращения отличается от насоса левого вращения направлением враще­ния ведущей шестерни и ее расположением.

В практике бывает, что новый и заменяемый насосы отличаются только направлением вращения. В этом случае нельзя изменять направление входа и выхода жидкости в насос. Всасывающий патрубок насоса (большего диаметра) всегда должен быть соединен с баком. В противном случае уплотнение веду­щей шестерни окажется под высоким давлением и будет выведено из строя.

При необходимости насос левого вращения можно переоборудовать в насос правого вращения. Насосы НШ-32 и НШ-46 почти одинаковые по конст­рукции, их шестерни отличаются только длиной зуба, что определяет рабочий объем насосов.

Исправная работа и долговечность насосов обеспечивается при соблюде­нии следующих, правил их технической эксплуатации:

=> в гидросистему заливают чистое масло (качество и марка которого со­ответствуют нормам, установленным нормативно-эксплуатционной документа­цией), рекомендуемое для данного насоса при работе в заданном температур­ном интервале;

:=> следят, чтобы фильтры были исправны, а масло в баке было на тре­буемом уровне.

В холодное время года нельзя сразу включать насос на рабочую нагрузку — он должен поработать на холостом ходу в течение 15 мин на средних оборо­тах двигателя. За это время рабочая жидкость прогреется и гидросистема будет готова к работе. Не допускается при прогреве давать насосу максимальные обороты.

Для насоса опасна кавитация — местное выделение из жидкости газов и паров (вскипание жидкости) с последующим разрушением выделившихся паро­газовых пузырьков, сопровождающееся местными гидравлическими микроуда­рами высокой частоты и «забросами» давления. Кавитация вызывает механиче­ские повреждения в насосе и может вывести насос из строя. Чтобы предотвра­тить ее, необходимо устранять причины, которые могут ее вызвать; вспени­вание масла в баке, которое приводит к разрежению в полости всасывания на­соса; подсос воздуха во всасывающую полость насоса через уплотнение вала; засорение фильтра во всасывающей магистрали насоса, что ухудшает условия заполнения его камер; отделение воздуха от жидкости в приемных фильтрах (в результате жидкость в баке насыщается пузырьками воздуха и эта смесь всасы вается насосом); высокую степень разрежения во всасывающей ма­гистрали из-за высокой скорости жидкости, большой вязкости и уве­личения высоты подъема жидкости.

Работа насоса во многом за­висит от вязкости применяемой ра­бочей жидкости. Выделяют три за­висящие от вязкости режима ра­боты насосов.

Режим скольжения — харак­теризуется значительными объем­ными потерями за счет внутренних перетечек и наружных утечек, ко­торые с увеличением вязкости уменьшаются. В этом режиме резко уменьшается КПД насоса.

Режим устойчивой работы — характеризуется стабильностью объемного КПД в определенном диапазоне вязкости, ограничиваемым верхним пределом вязкости, при котором рабочие камеры насоса заполняются полностью.

Режим срыва подачи — следствие недостаточного заполнения рабочих камер.

Шестеренные насосы характеризуются наиболее широким диапазоном устойчивой работы в зависимости от вязкости. Это свойство насосов сделало эффективным их применение на машинах, работающих на откры­том воздухе, где в зависимости от времени года и дня температура окружающего воздуха меняется в значительных пределах.

Отказ шестеренного насоса выводит из строя весь гидропри­вод поэтому следует знать причи­ны неисправности насосов и способы их устранения. Вследствие износа шестеренных насосов ухудшаются их характеристики.

Поршневые насосы и гидромоторы — обратимые гидромашины, т. е. мо­гут работать и насосами, и гидромоторами. Их изготавливают различных типов и назначения.

На рис. 20 представлены поршневые гидромоторы:

аксиально-поршневые: а — с наклонным блоком, б — с. наклонной шай­бой: радиально-поршневые: в — кулачковый, г — кривошипно-шатунный; 1 — наклонный блок, 2 — шатун, 3 — поршень, 4 — ротор, 5 — корпус, 6 — на­клонная шайба, 7 — кривошип.

По расположению поршней по отношению к оси блока цилиндров или оси вала они подразделяются на аксиально- и радиально-поршневые. Поршне­вой гидромотор (насос) - у которого оси поршней параллельны оси блока ци­линдров или составляют с ней утлы не более 40°, называется аксиально-поршневым. Радиально-поршневой гидромотор имеет оси поршней, перпенди­кулярные оси блока цилиндров или расположенные под углом более 45°.

Аксиально-поршневые моторы выполняют либо с наклонным блоком (рис. 20,а), в которых движение осуществляется благодаря наличию утла меж­ду осью блока цилиндров и осью выходного звена либо с наклонной шайбой (рис. 20, б), когда движение выходного звена осуществляется благодаря связи (контакту) поршней с плоским торцом диска, наклоненным к оси блока цилин­дров. Гидромоторы с наклонной шайбой изготовляют, как правило, с пос­тоянным рабочим объемом, а гидромоторы с наклонным блоком — с постоян­ным или переменным рабочим объемом. Рабочий объем регулируют изменени­ем угла наклона блока. Когда торцы блока цилиндров и шайбы параллельны, поршни не движутся в цилиндрах и подача насоса прекращается; при наиболь­шем угле наклона — подача максимальная.

Радиально-поршневые гидромоторы выполняются кулачковыми и кривошипными. В кулачковых движение от поршней к выходному звену передает­ся кулачковым механизмом (рис. 20, в), в кривошипных— кривошипно-шатунным (рис. 20, г).

Аксиально-поршневой гидромотор (рис. 21) устанавливают на подъемни­ках с неограниченным вращением поворотной части.

Корпус насоса образован соединенными на болтах основным корпусом 1 и фланцем 7. В основном корпусе на трех подшипниках качения вращается вал 3 с диском, в котором закреплены бронзовые втулки 16. являющиеся опорами для головок шатунов 15, с поршнями 14. В крышке 2 размещена манжета 4 для уплотнения вала. Блок цилиндров 9 размещен во фланце 7. Он может вращаться в подшипнике 8 вокруг оси 13. Блок 9 соединен с приводным валом 3 посредст­вом карданного вала 6 и прижимается пружиной 12 вместе с распределителем 1 1 к крышке 10. В распределителе 11 сделаны окна для подвода и отвода жид­кости к блоку цилиндров, отвода утечек из блока цилиндров есть дренажное отверстие.

При вращении вала диск через шатуны сообщает поршням возвратно-поступательное движение. Разница положений поршня находящегося в нижней и верхней позициях, называется ходом нагнетания. Движение поршней и вра­щение блока согласовано с положением окон распределителя.

Аксиально-поршневые гидромоторы наиболее широко используются в гидроприводе, так как они обладают преимуществами перед шестеренными и радиально-поршневыми гидромоторами. Шестеренные гидромоторы МНШ развивают в момент пуска 20—30% номинального крутящего момента и резко уменьшают объемный КПД при малых оборотах и при уменьшении вязкости рабочей жидкости. Радиально-поршневые насосы дороги в изготовлении рабо­тают при небольшой частоте вращения выходного вала (100-300 об/мин), но за­то развивают высокий крутящий момент. В отличие от радиально-поршневых аксиально-поршневые гидромоторы имеют более простую конструкцию, широ­кий диапазон скоростей (10—1500 об/мин) при стабильном крутящем моменте и объемном КПД 0,95...0,98.

Если гидросистема не прогрета, то гидромотор нельзя пускать на полную нагрузку при больших оборотах. В противном случае из-за недостаточного по­ступления смазочного материала выйдет из строя (появятся задиры) торцовый распределитель. Необходимо внимательно следить за тем, чтобы давление под­водимого масла не превышало допустимой для данного мотора нормы.

При наличии в гидроприводе аксиально-поршневого гидромотора осо­бенно высокие требования предъявляются к чистоте рабочей жидкости. От на­личия в системе абразивных частиц (окалин песок, мелкая стружка) мотор может выйти из строя.

Во время работы гидромотора утечки в качающем узле отводятся в бак по дренажной гидролинии. Для этого в корпусе мотора сделаны отверстия. Рабо­тать без отвода утечек категорически запрещается.

                                                                                                                                                            Гидроцилиндры.

Различают цилиндры одностороннего и двухстороннего действия. У пер­вых движение выходного звена (поршня) в одну сторону происходит за счет напора рабочей жидкости, а в противоположную — за счет усилия пружины. В современных гидросистемах такие цилиндры практически не приме­няются. У вторых выходное звено (шток) движется в обе стороны под давлением жидкости.

Гидроцилиндры бывают одно- и двусторонним штоком или телескопические. На схеме (рис. 22) показаны гидроцилиндры: 1 -поршневой одностороннего дейст­вия; 2 - плунжерный односторон­него действия; 3 -телескопический одностороннего действия; 4 -поршневой одноштоковый двухстороннего действия; 5 - поршневой двухштоковый двухстороннего действия; 6 - телескопический двухстороннего действия.

Главные параметры гидроцилиндров — внутренний диаметр гильзы ци­линдра (диаметр цилиндра) и рабочее давление, определяющее эксплуатацион­ную характеристику гидроцилиндра.

В подъемниках чаще применяют гидроцилиндры двустороннего дейст­вия (рис. 22, б).

Кроме того гидроцилиндры бывают одноштоковые и двухштоковые.

В гидроцилиндр двухсто­роннего действия (рис. 23) вхо­дит: 1 — гайка, 2... 4, 9, 10 — кольца, 5, 11 — манжеты, 6 — гильза, 7 — шток, 8 — манжетодержатель, 12 — поршень, 13 —шайба, 14 — гайка, 15 — крышка-проушина, 16 — крышка сквозная: А, Б — каналы для подвода жидкости

К одному концу гильзы 6 приварена крышка-проушина 15, а в другой ко­нец вставлена крышка сквозная 16. Поршень 12 съемный и крепится на конце штока 7 гайкой 14. На поршне установлены манжетные уплотнения 11, удер­живаемые манжетодержателями 8. в проушине штока и крышке-проушине ус­тановлены подшипники. Рабочая жидкость подводится к штоковой и бесштоковой (поршневой) полостям и отводится из них по каналам А и Б через гидро­замки.

Манжеты и резиновые кольца препятствуют утечкам рабочее жидкости  из штоковой полости гидроцилиндра в атмосферу, а резиновые кольца 9 пре­пятствуют перетечкам рабочей жидкости между штоковой и поршневой полос­тями. Для предохранения внутренних полостей гидроцилиндра от попадания пыли и грязи установлен грязесъемник.

Аналогичную конструкцию имеют гидроцилиндры выдвижения опор, управления стабилизаторами и выключателями подвесок (гидроцилиндры бло­кировки подвесок). Отличие заключается в исполнении крышки гильзы и хво­стовика штока. Так, у гидроцилиндров выносных опор вместо крышки-проушины установлена простая крышка с отверстием, а вместо проушины шток заканчивается шаровым наконечником, опирающимся во время работы на баш­мак выносной опоры.