Общие свойства и описание
Гидропневмоприводом (или гидроприводом) называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмы за счет гидравлической (пневматической) энергии. По сути своей это звено, совершающее вращательное движение (электромотор, двигатель внутреннего сгорания, иные вращательные приводы) с подключенным к основному валу гидравлическим (пневматическим) насосом и звеном, совершающим поступательное движение за счет гидравлической (пневматической) энергии в гидропневмосистеме (гидроцилиндр).
Рис. 1 схема гидропневмопривода
На рис. 1 представлена принципиальная схема гидропривода, в которой обозначены:
- Б – Расширительный бачок;
- КП – Гидроклапан (пневмоклапан) предохранитель;
- Н – Насос;
- Р – Гидрораспределитель (обычно золотникового типа);
- Ц – Гидроцилиндр;
- 1 и 2 – Магистрали (рабочая и холостая – отработанная, соответственно)
Применение
В машиностроении наиболее характерной системой с гидроприводом являются гидравлические прессы различных марок и моделей. Основной принцип их работы:
электромотор вращает вал гидронасоса высокого давления, который в свою очередь, беря гидравлическую жидкость (масло) из бачка расширителя начинает сжимать его в системе до включения в систему золотника, который придает направление движению ползуна (гидроцилиндра); чтобы система не вышла из строя от перегрузки (насос может создать давление больше, чем выдержит система патрубков) в системе предусматривается клапан, рассчитанный на определенное давление, после его открытия лишняя жидкость возвращается в расширительный бачок.
Гидроцилиндр
Гидроцилиндр представляет собой цилиндр с установленным внутри него штоком. Шток совершает возвратно – поступательные движения за счет нагнетания в полость между торцевой стенкой цилиндра и цилиндрической плоскостью (как правило к штоку монтируется поршень) штока жидкостью с нулевой (максимально приближенной к нулевой) степенью сжатия.
Движение штока в обратном направлении происходит за счет растяжения сжатой пружины, установленной между противоположной поверхностью цилиндра и поршня. Нагнетание жидкости происходит за счет работы насосов высокого давления. Так работают гидроцилиндры одностороннего действия. Так как высокая степень вязкости жидкости требует меньшего внимания к зазорам и уплотнителям между цилиндром и поршнем, поэтому постепенно техника и перешла к использованию специализированных гидравлических масел внутри гидроцилиндров.
Рис.2 Принцип работы гидроцилиндра одностороннего действия
Наиболее часто встречаемый гидроцилиндр простого действия – рычажный домкрат. Давление масла в нем осуществляется за счет не сложного рычажного насоса и системы клапанов, а усилие, создаваемое при этом, может достигать нескольких тонн.
Особенности гидропневмоприводов
Основной особенностью гидропневмоприводов –является их совокупная структура, по сути – это не один, а несколько механизмов, каждый из которых можно заменить или отрегулировать независимо от остальных, будь то вращательное звено (электромотор), гидронасос, система трубопроводов, или гидроцилиндр.
В истории гидроприводы были известны давно, однако наиболее широкое применение стали принимать в середине 20 века с ростом механизации производственных процессов. В наши дни трудно себе представить строительную технику без гидроприводов. В быту же наиболее ярким представителем гидропривода является гидравлический усилитель руля легкового автомобиля.
В машиностроении же гидроприводы испытывают существенную конкуренцию с другими источниками энергии, так например кузнечно-штамповочная техника распределяется примерно в равных долях между кривошипно-ползунной техникой и гидравлической.
Характеристики и их влияние
Во многом характеристики гидропневмоприводов задаются особенностями входящих в их состав комплектующих:
мощность (тип) вращательного привода;
производительность и тип гидронасоса (пневмонасоса);
пропускная способность магистрали (трубосистемы);
тип гидроцилиндра; емкость расширительного бачка и т.д.
В зависимости от задач, выполняемых конкретным гидродвигателем одна из этих характеристик будет принимать то, или иное значение.
Виды гидроприводов:
- Гидродинамические;
- Объемные.
В гидродинамических гидроприводах основную работу выполняет кинетическая энергия движения жидкости, которую задает мощный электродвигатель и гидронасос. Поскольку большая кинетическая энергия создается при высоких скоростях движения жидкости, возрастает и её давление, по этой причине используется более прочные гидравлические магистрали.
В объемных гидроприводах же скорости движения жидкости не велики, суть их работы заключается в поэтапном нагнетании объема жидкости в рабочие камеры гидроцилиндра и вытеснение её из них.
По характеру движения рабочего звена гидропневмоприводы различаются на вращательные, поступательные и поворотные. Исходя из названия, рабочий орган будет либо совершать: вращательное движение на неограниченный угол (лопастной гидромотор); возвратно – поступательное (гидроцилиндр); или поворотное, на угол до 270 градусов.
По возможности регулирования рабочего звена гидропривод может быть регулируемым и нерегулируемым. Регулируемые разделяются на стабилизированными (регуляция происходит в определенный момент времени, после которого гидропривод работает без регулировки), программными (аппаратно задается схема работы гидропривода) и следящими (гидроусилители, гидравлические прессы), включаемыми в работу в определенный момент времени, в остальное время работающие в «холостом» режиме.
Существуют саморегулируемые гидроприводы, способные изменять подачу жидкости в зависимости от её потребления.
По типу (схеме) циркуляции рабочей жидкости гидроприводы могут быть замкнутой и с разомкнутой схемой циркуляции.
В разомкнутой схеме существует расширительный бачок, в замкнутой схеме его роль выполняет дополнительный гидронасос, выкачивающий в определенный момент времени отработавшую свой цикл гидравлическую жидкость. Такие гидроприводы применяются в условиях вакуума или присутствия других сред (воды, газов и т.п.).
В зависимости от типа подачи гидравлической жидкости различают насосный, магистральный и аккумуляторный гидроприводы.
Насосный – это «классический» гидропривод, с уже описанной выше схемой (гидравлический пресс).
Магистральный – по принципу тот же насосный гидропривод, но к одному насосу подключено более одного потребителя накаченной гидравлической жидкости.
Аккумуляторный использует накаченную ранее гидравлическую жидкость для её использования в определенный момент времени.
Анализ фирм производителей
Среди отечественных производителей наиболее широко представлены гидроприводы компании «Коммунар»;
В Омске до 2000 годов существовало передовое предприятие Омскгидропривод однако после неудачной реструктуризации предприятие находится на грани банкротства. В свои наиболее производительные годы предприятие выпускало огромную номенклатуру деталей от насосно – поршневой техники для машиностроения до телескопических гидроцилиндров самосвальной техники. Были наработки по массовому изготовлению вакуумных усилителей тормозных систем для легковой техники, однако неудачная акционеризация и отсутствие программ по техническому перевооружению поставило в затруднительное положение развитие предприятия. В настоящее время ОмскГидропривод проходит реструктуризацию и ищет новые рынки сбыта в условиях рыночной экономики.
Испытания
Критериями для испытаний гидропневмоприводов являются характеристики, которыми обладают составные их части.
Вращательные звенья (электромоторы) испытывают на предельно допустимые нагрузки, как силовые (напряжение на якорь), так и предельное усилие на валу, для выбора наиболее оптимального электродвигателя для тех или иных условий, или же его замена на двигатель внутреннего сгорания или любой иной двигатель.
Насосы подвергают ряду испытаний, касаемых характеристик перекачиваемых жидкостей (их тип, вязкость, чистота – степень загрязненности, и т.п.), объем перекачиваемой жидкости и общему времени работы до выхода из строя.
Гидромагистрали (пневмомагистрали) проверяют как на пропускную способность (трение между стенками труб и гидравлической жидкостью, ухудшающей характеристики кинетической энергии движения жидкости, а попросту снижающее её скорость движения), и предельное значение давления в системе.
Гидрораспределитель проверяется на общее количество переключений до выхода из строя.
Гидроцилиндр (звено потребитель) испытывается на предельные усилия при работе на определенном давлении в системе.
Возможные неисправности
Аналогично критериям для испытаний существуют и неисправности в гидропневмоприводах по их составным частям:
По различным причинным может выйти из строя двигатель (электродвигатель может остановиться в виду предельной нагрузки на валу);
Гидронасос может выйти из строя по причине его засорения, износа трущихся частей или уплотнении;
Наиболее часто встречающейся неисправностью являются порывы магистрали трубопроводов и разрывы уплотнительных частей гидроцилиндров, по этим причинам происходит разрыв гидросистемы и потеря гидравлической жидкости, соответственно выход из строя всей системы в целом.
