Преимущества и недостатки гидропривода кратко

Обновлено: 02.07.2024

Регулируемые объемные гидроприводы широко используются в качестве приводов дорожных, строительных, транспортных, подъёмных и сельскохозяйственных машин, станков, прокатных станов, прессового и т.п. Такое широкое их применение объясняется рядом преимуществ этого типа привода по сравнению с механическими и электрическими приводами.

Основные преимущества гидроприводов

Высокая удельная мощность гидропривода, т.е. передаваемая мощность, приходящаяся на единицу суммарного веса элементов. Этот параметр у гидравлических приводов в 3. 5 раз выше, чем у электрических, причем данное преимущество возрастает с ростом передаваемой мощности.
Относительно просто обеспечивается возможность бесступенчатого регулирования скорости выходного звена гидропривода в широком диапазоне.
Высокое быстродействие гидропривода. Операции пуска, реверса и останова выполняются гидроприводом значительно быстрее, чем другими приводами. Это обусловлено малым моментом инерции исполнительного органа гидродвигателя (момент инерции вращающихся частей гидромотора в 5. 10 раз меньше соответствующего момента инерции электродвигателя).
Высокий коэффициент усиления гидроусилителей по мощности, значение которого достигает = 10^5.
Сравнительная простота осуществления технологических операций при заданном режиме, а также возможность простого и надежного предохранения приводящего двигателя и элементов гидропривода от перегрузок.
Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Свобода компоновки агрегатов гидропривода.
К гидравлическому приводу можно подключать любое гидравлическое оборудование: отбойные молотки, дисковые пилы, различные ковши и захваты.
Слабое воздействие вибрации на руки.

Наряду с отмеченными достоинствами гидропривода, при его проектировании или решении вопроса о целесообразности его использования следует помнить также и о недостатках, присущих этому типу привода. Эти недостатки обусловлены в основном свойствами рабочей среды (жидкости).

Основные недостатки гидропривода

Сравнительно невысокий КПД гидропривода и большие потери энергии при ее передаче на большие расстояния.
Зависимость характеристик гидропривода от условий эксплуатации (температура, давление). От температуры зависит вязкость рабочей жидкости, а низкое давление может стать причиной возникновения кавитации в гидросистеме или выделения из жидкости растворенных газов.
Чувствительность к загрязнению рабочей жидкости и необходимость достаточно высокой культуры обслуживания. Загрязнение рабочей жидкости абразивными частицами приводит к быстрому износу элементов прецизионных пар в гидравлических агрегатах и выходу их из строя.
Снижение КПД и ухудшение характеристик гидропривода по мере выработки им или его элементами эксплуатационного ресурса. Прежде всего происходит износ прецизионных пар, что приводит к увеличению зазоров в них и возрастанию утечек жидкости, т.е. снижению объемного КПД.

Таким образом, гидравлические приводы имеют, с одной стороны, неоспоримые преимущества по сравнению с другими типами приводов, а с другой стороны — некоторые недостатки. В связи с этим перед специалистами, связанными с проектированием, изготовлением и обслуживанием гидроприводов, ставятся определенные задачи.

Задачами конструктора при проектировании гидропривода являются оптимизация его схемы, обеспечивающей выполнение приводом функциональных требований, и обоснованный выбор элементов гидропривода.

Задачами технолога при изготовлении элементов гидропривода являются обеспечение требуемого высокого качества изготовления, так как это оказывает колоссальное влияние на эксплуатационные характеристики гидропривода.

В задачи обслуживающего персонала во время эксплуатации гидропривода входит выполнение технических условий и требований по его эксплуатации, заключающееся прежде всего в выполнении правил монтажа гидропривода, регулярной смене фильтрующих элементов фильтров и замене рабочей жидкости, а также при необходимости в ее доливке. Выполнение этих требований позволяет значительно продлить срок службы, как отдельных элементов гидропривода, так и всего гидропривода в целом.

Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенная для приведения в движение механизмов и машин посредством жидкости под давлением.

Чтобы оценить достоинства и недостатки гидропривода, рассмотрим его работу на примере гидравлического пресса.

Рассмотрим достоинства и недостатки гидравлического привода.

Достоинства объемного гидропривода

Высокая энергоемкость, т. е. возможность получить высокие мощности при малых габаритах. Оценивается отношением веса к мощности. Для насоса это 0, - 1,2 кг/кВт, для гидродвигателя порядка 0,2 кг/кВт. Для сравнения у электродвигателя этот показатель примерно равен 10 кг/кВт.
Возможность бесступенчатого регулирования скорости.
Легкость осуществления как линейного так и вращательного движения, а также простота преобразования вращательного движения в линейно и наоборот.
Удобство охлаждения элементов за счет охлаждения рабочей жидкости.
Удобство защиты гидравлического привода от перегрузок.
Высокое быстродействия (реакция на сигнал).
Высокая жесткость внешней механической характеристики. Внешняя характеристика гидропривода — зависимость скорости от нагрузки.
Удобство монтажа.
Простота разветвления мощности.
Долговечность.

Недостатки гидропривода

Сложность отдельных элементов гидропривода.
Высокие требования к технологии изготовления отдельных элементов гидравлического привода.
Достаточно высокая сложность коммуникаций высокого давления.
Прихотливость в эксплуатации.
Высокие требования к персоналу, обслуживающему гидропривода.
Пожароопасность, взрывоопасность.
Дороговизна

Указанные свойства определяют области применения гидропривода в технике и промышленности.

1. Высокая удельная мощность гидропривода, т. е. передаваемая мощность, приходящаяся на единицу суммарного веса элементов. Этот параметр у гидравлических приводов в 3. 5 раз выше, чем у электрических, причем данное преимущество возрастает с ростом передаваемой мощности.

2. Относительно просто обеспечивается возможность бесступенчатого регулирования скорости выходного звена гидропривода в широком диапазоне.

3. Высокое быстродействие гидропривода. Операции пуска, реверса и останова выполняются гидроприводом значительно быстрее, чем другими приводами. Это обусловлено малым моментом инерции исполнительного органа гидродвигателя (момент инерции вращающихся частей гидромотора в 5. 10 раз меньше соответствующего момента инерции электродвигателя).

4. Высокий коэффициент усиления гидроусилителей по мощности, значение которого достигает = 10^5.

5. Сравнительная простота осуществления технологических операций при заданном режиме, а также возможность простого и надежного предохранения приводящего двигателя и элементов гидропривода от перегрузок.

6. Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

7. Свобода компоновки агрегатов гидропривода.

8. К гидравлическому приводу можно подключать любое гидравлическое оборудование: отбойные молотки, дисковые пилы, различные ковши и захваты.

9. Слабое воздействие вибрации на руки.

Основные недостатки гидропривода

1. Сравнительно невысокий КПД гидропривода и большие потери энергии при ее передаче на большие расстояния.

2. Зависимость характеристик гидропривода от условий эксплуатации (температура, давление). От температуры зависит вязкость рабочей жидкости, а низкое давление может стать причиной возникновения кавитации в гидросистеме или выделения из жидкости растворенных газов.

3. Чувствительность к загрязнению рабочей жидкости и необходимость достаточно высокой культуры обслуживания. Загрязнение рабочей жидкости абразивными частицами приводит к быстрому износу элементов прецизионных пар в гидравлических агрегатах и выходу их из строя.

4. Снижение КПД и ухудшение характеристик гидропривода по мере выработки им или его элементами эксплуатационного ресурса. Прежде всего происходит износ прецизионных пар, что приводит к увеличению зазоров в них и возрастанию утечек жидкости, т.е. снижению объемного КПД.

Лопастные насосы.

В современной технике используется значительное разнообразие гидромашин, среди которых наибольшее распространение имеют объемные и лопастные насосы и гидродвигатели.

Отличительной особенностью лопастной машины является рабочие колесо с лопастями, от которого жидкости передается энергия. Лопастные насосы можно разделить на центробежные и осевые.

Центробежный насос состоит из подвода, рабочего колеса и отвода. Принцип работы достаточно простой – по подводу жидкость подается на рабочее колесо, которое вращается двигателем. Рабочее колесо передает энергию от двигателя жидкости. В центробежном насосе рабочее колесо состоит из ведущего и ведомого дисков, между которыми расположены лопатки. С помощью ведущего диска рабочее колесо крепится на валу. В центробежных насосах жидкость движется от центра колеса к периферии. От колеса жидкость подается к отводу или другому колесу, в случае использования многоступенчатых систем.

Самыми распространенными среди лопастных насосов являются радиально-осевые и осевые гидротурбины. Радиально-осевой насос имеет такую же конструкцию, что и центробежные насосы. Такой насос может работать в турбинном и насосном режимах.

Передача энергии в лопастном насосе производится следующим образом. При обтекании потоком жидкости лопасти насоса на верхней и нижней части образуется перепад давления и возникает подъемная сила, направление которой противоположно направлению вращения колеса.

Энергия колеса при движении передается жидкости, увеличивая ее удельную энергию. Трение между слоями жидкости приводит к частичному превращению энергии в тепло. Оставшаяся механическая удельная энергия составляет напор насоса.

Лопастные насосы могут быть одноступенчатыми, оснащенными одним колесом, или многоступенчатыми. В многоступенчатых насосах несколько рабочих колес последовательно соединяются друг с другом.

Недостатком одноступенчатых лопастных насосов является ограниченный напор. Если необходим значительный напор, применяются многоступенчатые модели. Жидкость проходит через несколько рабочих колес, которые установлены на одном валу. Напор насоса увеличивается прямо пропорционально количеству колес.

Поршневые насосы.

Простейший поршневой насос состоит из рабочего цилиндра, снабженного двумя клапанами всасывающим и нагнетательным, поршня, совершающего возвратно-поступательное движение.

Рис. Поршневой насос одинарного действия:

1—всасывающий трубопровод; 2 — рабочая камера — напорный трубопровод; 4—поршень; 3 — цилиндр; 6 — шток; 7— крейцкопф; 8—шатун; 9—кривошип

Всасывающий трубопровод соединяет камеру цилиндра с резервуаром. При ходе всасывания (поршень движется вправо) в камере вследствие увеличения ее объема, а также в месте соединения всасывающего трубопровода с цилиндром создается разрежение. Под действием перепада давлений жидкость перемещается к насосу, всасывающий клапан открывается и жидкость заполняет рабочую камеру цилиндра.

В процессе возвратно-поступательного движения поршня жидкость перемещается по всасывающему трубопроводу в цилиндр насоса, а из него — в нагнетательную трубу и затем к потребителю. Потребителями могут быть резервуары, паровые котлы, аппараты и др.

Классификация. Поршневые насосы классифицируют следующим образом:

по числу цилиндров — одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые;

по роду перекачиваемой жидкости — нефтяные (для перекачки горячих нефтепродуктов), дозировочные (для перекачки химических реагентов), предназначенные для перекачки сжиженных газов, цементировочные (для перекачки цементного раствора и воды при цементировании скважин) и др.;

по конструкции поршня — поршневого типа, плунжерные (поршень представляет собой удлиненный полый цилиндр), диафрагмовые (цилиндр отделен от клапанной коробки упругой диафрагмой), с проходным поршнем;

Основные преимущества гидроприводов

4. Высокий коэффициент усиления гидроусилителей по мощности, значение которого достигает = 10^5.

6. Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

7. Свобода компоновки агрегатов гидропривода.

9. Слабое воздействие вибрации на руки.

Основные недостатки гидропривода

1. Сравнительно невысокий КПД гидропривода и большие потери энергии при ее передаче на большие расстояния.

Лопастные насосы.

Поршневые насосы.

Рис. Поршневой насос одинарного действия:

Классификация. Поршневые насосы классифицируют следующим образом:

по числу цилиндров — одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые;

Широкое распространение гидропривода объясняется тем, что этот привод обладает рядом преимуществ перед другими видами приводов машин. Вот основные из них.

1. Бесступенчатое регулирование скорости движения выходного звена гидропередачи и обеспечение малых устойчивых скоростей. Минимальная угловая скорость вращения вала гидромотора может составлять 2…3 об/мин.

2. Небольшие габариты и масса. Время разгона, благодаря меньшему моменту инерции вращающихся частей не превышает долей секунды в отличие от электродвигателей, у которых время разгона может составлять несколько секунд.

3. Частое реверсирование движения выходного звена гидропередачи. Например, частота реверсирования вала гидромотора может быть доведена до 500, а штока поршня гидроцилиндра даже до 1000 реверсов в минуту. В этом отношении гидропривод уступает лишь пневматическим инструментам, у которых число реверсов может достигать 1500 в минуту.

4. Большое быстродействие и наибольшая механическая и скоростная жесткость. Механическая жесткость — величина относительного позиционного изменения положения выходного звена под воздействием изменяющейся внешней нагрузки. Скоростная жесткость — относительное изменение скорости выходного звена при изменении приложенной к нему нагрузки.

5. Автоматическая защита гидросистем от вредного воздействия перегрузок благодаря наличию предохранительных клапанов.

6. Хорошие условия смазки трущихся деталей и элементов гидроаппаратов, что обеспечивает их надежность и долговечность. Так, например, при правильной эксплуатации насосов и гидромоторов срок их службы доведен в настоящее время до 5…10 тыс. ч работы под нагрузкой. Гидроаппаратура может не ремонтироваться в течение долгого времени (до 10…15 лет).

7. Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и возвратно-поворотные без применения каких-либо механических передач, подверженных износу.

Говоря о преимуществах гидропривода, следует отметить простоту автоматизации работы гидрофицированных механизмов, возможность автоматического изменения их режимов работы по заданной программе.

Гидроприводу присущи и недостатки, которые ограничивают его применение. Основные из них следующие.

1. Изменение вязкости применяемых жидкостей от температуры, что приводит к изменению рабочих характеристик гидропривода и создает дополнительные трудности при эксплуатации гидроприводов (особенно при отрицательных температурах).

2. Утечки жидкости из гидросистем, которые снижают КПД привода, вызывают неравномерность движения выходного звена гидропередачи, затрудняют достижение устойчивой скорости движения рабочего органа при малых скоростях.

3. Необходимость изготовления многих элементов гидропривода по высокому классу точности для достижения малых зазоров между подвижными и неподвижными деталями, что усложняет конструкцию и повышает стоимость их изготовления.

4. Взрыво- и огнеопасность применяемых минеральных рабочих жидкостей.

5. Невозможность передачи энергии на большие расстояния из-за больших потерь на преодоление гидравлических сопротивлений и резкое снижение при этом КПД гидросистемы.

Со многими из этих недостатков можно бороться. Например, стабильность вязкости при изменении температуры достигается применением синтетических рабочих жидкостей. Окончательный выбор типа привода устанавливается при проектировании машин по результатам технико-экономических расчетов с учетом условий работы этих машин. Гидропривод, тем не менее, имеет преимущества по сравнению с другими типами приводов там, где требуется создание значительной мощности, быстродействие, позиционная точность исполнительных механизмов, компактность, малая масса, высокая надежность работы и разветвленность привода.

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

Читайте также: