Перспективные направления развития объёмных гидравлических машин.

Перспективные направления развития объёмных гидравлических машин определяются их совершенно уникальными свойствами, отличными от лопастных машин, а также областью их применения, в основном, в объёмном гидравлическом приводе.

Объемный силовой гидравлический привод является наиболее эффективным и широко используемым видом силового привода. Это объясняется рядом его преимуществ, которые определяются тем, что рабочим телом этого вида привода является жидкость, а именно – техническое масло. Благодаря основным свойствам жидкости– текучести и практической несжимаемости (при сжатии рабочая жидкость объёмного гидропривода сжимается примерно в восемь раз легче, чем свинец) жидкости способны практически без изменения передавать давление во все точки занятого ею замкнутого объёма. Это замечательное свойство жидкости, открытое Б.Паскалем, положено в основу принципов работы всех элементов, механизмов и агрегатов объёмного гидропривода, в т.ч.-гидравлических прессов, гидродомкратов, гидроусилителей, следящих механизмов и т.п.

Благодаря этим свойствам жидкости объёмный гидропривод способен создавать любые усилия, величины которых ограничиваются только прочностью наиболее напряженных узлов их конструкций.

Например, современные мощные гидравлические прессы при рабочем давлении 700 кгс/см ² создают усилия, превышающие 50000 тс.

Благодаря именно этим свойствам жидкости объёмный гидропривод обладает только ему одному присущим замечательным свойством–способность неограниченно увеличивать управляющие усилия оператора (принцип гидроусиления). На этом принципе основана работа гидравлических усилителей, следящих систем и т.п.

Кроме всех этих существенных преимуществ, объёмный гидропривод, выполняя основное своё назначение, позволяет постоянно и надёжно защищать приводящий двигатель от перегрузок с помощью предохранительных клапанов, и в принципе может обеспечивать при этом постоянный момент на приводящем двигателе (как гидротрансформатор) при возрастающем моменте внешней нагрузки (обеспечивает непрозрачность характеристики гидромашин). При этом приводящий двигатель, как бы “ не чувствует” возрастание нагрузки, так как на его валу обеспечивается постоянный крутящий момент. Он продолжает работать на расчётном режиме, т.е.–с номинальными оборотами и с максимальным КПД, а по этому – меньше изнашивается. При этом гидромотор, создавая (в соответствии с ростом нагрузки) больший момент автоматически переходит на меньшие обороты. Здесь объемный гидропривод может работать, например также, как и гидротрансформатор, однако, с той лишь существенной разницей, что гидротрансформатор на малых оборотах вала турбины (т.е. на больших нагрузках) работает неустойчиво и с малым КПД, и автоматически заменяется в этом случае шестерённой коробкой передач, а объёмный гидромотор, (при больших нагрузках) автоматически переходит на малые обороты, и не нуждается в этом случае ни в какой замене, так как он и на малых оборотах работает также устойчиво и с большим КПД, как и на расчётных (больших) оборотах.

Объёмный гидропривод легко регулируется по оборотам и скоростям движения выходного звена силовых элементов.

Объёмный гидропривод, обеспечивая за счёт практической несжимаемости рабочей жидкости жёсткую связь с исполнительными элементами–выходным звеном силовых элементов, позволяет осуществлять независимое расположение органов управления от приводящего двигателя, силовых элементов и других устройств гидропривода, позволяя оператору управлять последовательно или одновременно несколькими движениями рабочих органов машин и установок.

В дорожно-строительных машинах объёмный гидропривод позволяет создавать огромные усилия, перемещая и удерживая рабочие органы машин и оборудования под большой нагрузкой (например, заглубляя режущие элементы рабочих органов в грунт и удерживая их под большой нагрузкой в требуемом положении).

Применение гибких металлических и других, например, армированных металлом неметаллических трубопроводов (шлангов), усилия, создаваемые давлением рабочей жидкости, стало возможным передавать любым, в том числе и подвижным элементом и агрегатам привода, размещая их в удобных местах (например на прицепных устройствах). Это делает объёмный гидропривод не только компактным, но–удобным и лёгким в управлении и эксплуатации.

Это объясняется тем, что объёмные гидромашины, входящих в состав этого вида привода, имеют малые габариты и массу и обладают высокой весовой отдачей, под которой понимается вес, приходящийся на единицу передаваемой мощности. Современные объёмные гидродвигатели– например гидроцилиндры, при массе 140… 150 кг, создают усилия до 150 тонн–силы (тс).

Объёмные гидромоторы обладают и высокой моментной отдачей, под которой понимают отношение передаваемого крутящего момента к моменту инерции их вращающихся масс. Например, момент инерции современных гидромоторов, которые применяются на объёмном гидроприводе, составляет всего лишь 5% от момента инерции вращающихся масс приводимых им в движение агрегатов и механизмов.

По указанным выше показателям объёмный гидропривод существенно опережает многие другие виды силового привода, в том числе и электропривод. Достаточно указать на то, что габариты современных гидромоторов (при рабочем давлении 200 кгс/см²) составляют всего лишь 12… 13%, а вес – всего лишь 10… 20% от соответствующих показателей современных электродвигателей той же мощности.

Благодаря указанным преимуществам объёмный гидропривод обладает высоким быстродействием (запуск - за 0,03… 0,04с, останов- за 0,02 с), которое делает этот вид привода практически незаменимым в механических работах, манипуляторах, а так же в следящих системах с высокой позиционной точностью (до 0,01 мм) и быстродействием.

Благодаря этим свойствам объёмный гидропривод позволяет управлять мощными механизмами с большими габаритами и массой, обеспечивая большую скорость их перемещения и высокую частоту их реверсирования. Так, например, число реверсов 10- тонного гидравлического пресса составляет 400 прямолинейных ходов в минуту. Современный объёмный гидромотор совершает до 500 реверсов в минуту. Реверс прямолинейных движений небольших по массе механизмов объёмного гидропривода составляет до 1000 ходов в минуту.

Скорость перемещения силовых элементов объёмных приводов меняется в очень широких пределах, например, число минимальных расчётных оборотов гидромоторов составляет 1…2 в минуту, максимальных- 20000…30000 об/мин (фирма Виккерс, США).

Отношение минимальных оборотов к максимальным в процессе их регулирования для современных объёмных гидромоторов составляет 1: 1000.

Следует отметить еще одно существенное достоинство объёмных гидропередач– их высокие КПД (0,95…0,96), которые сохраняются практически во всём рабочем диапазоне оборотов, включая и малые обороты, на которых электрический и гидродинамический приводы работают неустойчиво и с малыми КПД.

Высокие надёжность и долговечность (некоторые гидроагрегаты в стационарных условиях работают 15…20 лет, срок службы под нагрузкой объёмных гидронасосов и гидромоторов составляет 20000 часов и более) простота изготовления и эксплуатации элементов и агрегатов объёмного гидропривода, наряду с отмеченными выше преимуществами, делает его незаменимым при решении инженерных задач не только на транспорте, но и во многих отраслях промышленности, военного дела и сельского хозяйства. С помощью объёмного гидропривода разводят мосты, открывают ворота шлюзов и крыши шахтных пусковых установок ракет, управляют мощными прокатными станками с программным управлением, автоматическими по точным линиям сборки машин и оборудования и т.п.

Благодаря указанным преимуществам объёмный гидропривод используется на транспорте, и в частности, на дорожно-строительных машинах и подъёмно-транспортном оборудовании практически повсеместно.

Поэтому современный инженер-механик по дорожно-строительным машинам и подъёмно-транспортному оборудованию часто встречается с объёмным гидроприводом при решении задач эксплуатации, ремонта и технического обслуживания указанных машин. Для эффективного решения этих задач он должен знать принципы устройства, работы и расчёта объёмного гидропривода, его основные достоинства и недостатки, а так же области применения и перспективы использования его на существующих и вновь создаваемых типах дорожно-строительных машинах и подъёмно-транспортном оборудовании.