гидростатический привод и способ затормаживания гидростатического привода

Конструкция гидравлики разных видов

В промышленности используют машины и механизмы со сложным устройством, но, как правило, гидравлика в них работает по общей принципиальной схеме. В систему включены:

• рабочий гидроцилиндр, преобразовывающий гидравлическую энергию в механическое движение (или, в более мощных промышленных системах, гидродвигатель);
• гидронасос;
• бак для рабочей жидкости, в котором предусмотрена горловина, сапун и вентилятор;
• клапаны — обратный, предохранительный и распределительный (направляющий жидкость к цилиндру или в резервуар);
• фильтры тонкой очистки (по одному на подающей и обратной линии) и грубой очистки — для удаления примесей механического характера;
• система, управляющая всеми элементами;
• контур (емкости под давлением, трубопроводная обвязка и другие компоненты), уплотнители и прокладки.

Классическая схема раздельноагрегатной гидросистемы

В зависимости от вида гидросистемы, ее конструкция может отличаться — это влияет на сферу применения устройства, его рабочие параметры.

Стандартный рабочий гидроцилиндр тормоза для комбайна «Нива СК-5»

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ

ЧАСТЬ 1

Введение

Сегодня гидравлические системы используется очень широко на строительной технике.

Использование гидравлических систем постоянно увеличивается, несмотря на

использование других систем, таких как: электрическая, пневматическая и механическая

системы. На многих экскаваторах, например, гидравлическая система используется для

подъёма и опускания стрелы, работы ковша и управления поворотной платформой.

Почему гидравлическая система получила широкое распространение?

Существует несколько причин. Одна из них, это то, что гидравлическая система является универсальной, эффективной и простой при передаче энергии. Работа гидравлической системы заключается в преобразовании энергии из одного вида в другой.

Мы надеемся, что эта книга поможет вам понять принципы работы гидравлической системы.

Эффективная передача энергии История гидравлики Как мы уже сказали, гидравлическая система осуществляет преобразование одного вида энергии в другую. При этом средством является жидкость. Наука, которая занимается передачей энергии посредством жидкости называется гидравлика. Это слово произошло от греческого «hydros» — «вода».

Гидравлика является молодой наукой, всего около несколько сот лет. Начало положил Паскаль, открыв принцип гидравлики. Этот принцип дошёл до наших времён как Закон Паскаля. Несмотря на открытие Паскаля, практическому применению гидравлики положил Джозеф Брама, который изобрёл гидравлический пресс в 1975 году. Средство, которое использовалось в этом прессе, была вода.

Гидродинамика и гидростатика Наука гидравлика получила широкое развитие с момента открытия Паскаля. Фактически к настоящему времени произошло разделение гидравлики на две науки.

Гидродинамика – наука о подвижной жидкости.

Гидростатика – наука о жидкости под давлением.

Водяной круг – это хороший пример применения гидродинамики. При этом используется энергия воды. В гидростатических устройствах используются различные виды энергии.

Средством для производства этой энергии является жидкость. Для производства движения используется жидкость, но эта жидкость не является источником движения. Передача энергии происходит потому, что сжатая жидкость подаётся под давлением.

Сегодня большинство гидравлических машин управляются по гидростатическому принципу.

гидродинамика гидростатика

Применение — гидравлический привод

Применение гидравлических приводов значительно упрощает автоматизацию производственных процессов, повышает качество машии, а также уменьшает их вес и габариты.
 

Применение гидравлического привода в металлорежущих станках для получения вращательного движения пока ограничено тем, что конструкции гидравлических приводов для этой цели получаются более сложными и дорогими по сравнению с механическими. Широкое применение его в шлифовальных станках объясняется еле-дующим.
 

Применение гидравлического привода позволяет также исключить из силовых передач к основным механизмам фрикционные муфты и тормоза, используемые при механической трансмиссии и подверженные интенсивному износу, а также существенно сократить число мест смазки, что уменьшает время на техническое обслуживание машин.
 

Применение гидравлического привода ( гидропривода) в металлорежущих станках разнообразно. Он используется как в качестве самостоятельного силового привода движения рабочих органов, так и в качестве систем управления автоматов и полуавтоматов.
 

Применение гидравлического привода позволило значительно снизить время растормаживания, а следовательно, повысить точность торможения

Замедлитель ЦНИИ-ЗВ можно устанавливать в кривых участках пути, что очень важно для сохранения полезной длины сортировочных путей. На другом рельсе устанавливается контррельс, удерживающий вагон в колее.
 

Применение гидравлического привода с обратной гидравлической связью дает возможность легко управлять колесами ходовой тележки не только при передвижении по дорогам, но и в условиях бездорожья и в забое.
 

Применение гидравлического привода и золотникового механизма дает возможность бесступенчато регулировать производительность насоса путем изменения числа ходов и длины хода плунжера. Кроме того, гидравлический привод плавно повышает давление в коммуникации и пробивает пробки, образующиеся в ней при остывании перекачиваемого продукта.
 

Применение гидравлического привода дает возможность существенно улучшить конструкцию машины и позволяет повысить надежность ее за счет устранения сложных механических трансмиссий; реализовать большие передаточные числа от рабочего звена к рабочим механизмам; упростить преобразование вращательного движения в поступательное, характерное для работы оборудования экскаватора; разместить рабочие механизмы независимо от места расположения силовой установки; обеспечить в широком диапазоне регулирование скоростей рабочих движений и улучшить условия труда машиниста. Кроме того, применение гидропривода в экскаваторах значительно повышает их эксплуатационные показатели.
 

Применение гидравлического привода подач фрезерных и сверлильных головок обеспечивает простоту наладки и удобство обслуживания.
 

Применение гидравлического привода подач фрезерных и сверлильных головок обеспечивает простоту наладки и удобство обслуживания.
 

Широта применения гидравлических приводов ( систем) в машинах обусловлена их преимуществами, наиболее важными из которых являются относительно малые габариты и высокая весовая отдача, под которой понимается вес, приходящийся на единицу передаваемой мощности. Так, габариты современного гидравлического ротативного гидромотора и насоса при давлении 200 кГ / см. составляют всего лишь 12 — 13 % габаритов электродвигателя и электрогенератора той же мощности, вес насосов и гидравлических моторов составляет 10 — 20 % веса электрических агрегатов подобного назначения такой же мощности.
 

7. Простейшие гидравлические машины

Жидкости практически несжимаемы и равномерно передают давление по всему объему. Это свойство широко используется в различных отраслях техники (гидроприводы, гидроавтоматика, гидравлические тормоза, усилители и т.д.).

Принцип их работы основан на следующем: пусть имеются два соединенные между собой цилиндра разного диаметра ( рис. 23).

Это давление равномерно передается во все точки пространства, заполненного жидкостью. Тогда на поршень большего цилиндра будет действовать сила

Таким образом, чем больше разняться между собой площади поперечного сечения цилиндров, тем большую силу мы будем получать в таких гидравлических устройствах.

6.8. Закон Архимеда

Определим силу давления жидкости на погруженное тело А объемом W

Следовательно, сила Р равна силе тяжести выделенного объема жидкости, направленная в обратную сторону, то есть вертикально вверх, и приложена в центре объема, т.е. в той же точке, в которой приложена сила тяжести выделенного объема жидкости.

Точка D называется центром водоизмещения.

Закон Архимеда. Сила давления жидкости на погруженное в нее тело приложена в центре водоизмещения, направлена вертикально вверх и равна силе тяжести жидкости, вытесненной телом

Сила P называется архимедовой силой, W – объемным водоизмещением, а rW — водоизмещением.

Виды конструктивных элементов гидросистемы

Прежде всего, важен тип привода — части гидравлики, преобразующей энергию. Цилиндры относятся к роторному типу, и могут направлять жидкости только в один конец или в оба (однократное или двойное действие соответственно). Усилие их направлено прямолинейно. Гидравлика открытого типа с цилиндрами, которые сообщают выходным звеньям возвратно-поступательное движение, используется в мало- и среднемощном оборудовании.

Спецтехника с гидродвигателем

В сложных промышленных системах вместо рабочих цилиндров устанавливают гидродвигатели, в которые из насоса поступает жидкость, а затем возвращается в магистраль. Гидрофицированные моторы сообщают выходным звеньям вращательное движение с неограниченным углом поворота. Их приводит в действие рабочая гидравлическая жидкость, поступающая от насоса, что, в свою очередь, заставляет вращаться механические элементы. В оборудовании для разных сфер устанавливают шестеренчатые, лопастные или поршневые гидромоторы.

Радиально-поршневой гидромотор

Потоками в системе управляют гидрораспределители — дросселирующие и направляющие. По особенностям конструкции их делят на три разновидности: золотниковые, крановые и клапанные. Наиболее востребованы в промышленности, инженерных системах и коммуникациях гидрораспределители первого типа. Золотниковые модели просты в эксплуатации, компактны и надежны.

Гидронасос — еще один принципиально важный элемент гидравлики. Оборудование, преобразующее механическую энергию в энергию давления, используют в закрытых и открытых гидросистемах. Для техники, работающей в «жестких» условиях (бурильной, горнодобывающей и так далее) устанавливают модели динамического типа — они менее чувствительны к загрязнениям и примесям.

Гидравлический насос

Гидронасос в разрезеПара гидронасос-гидромотор

Также насосы классифицируют по действию — принудительному или непринудительному. В большинстве современных гидросистем, использующих повышенное давление, устанавливают насосы первого типа. По конструкции выделяют модели:

• шестеренчатые;
• лопастные;
• поршневые — аксиального и радиального типов.
• и др.

Гидрофицированные манипуляторы для 3D-печати

Существует огромное количество видов использования законов гидравлики — изготовители придумывают новые модели техники и оборудования. Среди наиболее интересных — гидросистемы, устанавливаемые в манипуляторах для 3D-печати, коллаборативных роботах, медицинских микрофлюидных устройствах, авиационном и другом оборудовании. Поэтому любая классификация не может считаться полной — научный прогресс дополняет ее чуть ли не каждый день.

pi4 workerbot — ультрасовременный индустриальный робот, воспроизводящий мимику

Гидравлический манипулятор, распечатанный на 3D-принтере

Гидрооборудование на линиях авиационного завода

Гидравлика будущего: hi-tech технологии, связывающие настоящее с завтрашним днем

Урок Гидравлические машины

Работа с презентацией. Объяснение нового материала. Слайд 2- слайд 8

Выполнение эксперимента «Гидравлические машины».

А сейчас рассмотрим устройство и принцип действия гидравлической машины.

Гидравлическая (от греческого гидравликос- водяной) машина состоит из двух цилиндров разного диаметра, внутри которого могут перемещаться поршни. Пространство заполнено минеральным маслом.

Так как два цилиндра – сообщающиеся сосуды, то при отсутствии нагрузки на поршни, жидкость устанавливается в цилиндрах на одном уровне.

Если на один из поршней положить груз, то жидкость начнет перемещаться, пока снова не установится равновесие.

На слайде мы видим, что заяц, сидящий на одном поршне гидравлической машины уравновешивает двух зайцев, сидящих на другом поршне. Почему? Давайте ответим на этот вопрос. Нарисуем схему гидравлической машины. (Учащиеся рисуют схему в тетради).

F1  и F2 – силы, действующие на поршни, S1 и S2 – площади поршней.

На основе закона Паскаля, что мы можем сказать о давлении р1 и р2?

Эти давления равны.

Чему равно давление под малым поршнем?

p1=;

Чему равно давление под большим поршнем?

р2=;

Следовательно,  = , откуда, при помощи математических преобразований, получаем, что =  .

Вывод: сила F2 во столько раз больше силы F1, во сколько раз площадь большего поршня больше площади малого. (Все что на слайде учащиеся записывают в тетрадь).

Например, если площадь большого поршня 500 см2, а малого 5 см2 и на малый поршень действует сила 100 Н, то на больший поршень будет действовать сила, в 100 раз большая, т. е. 10 000 Н.

Таким образом, с помощью гидравлической машины можно малой силой уравновесить большую силу.

Поэтому один заяц уравновешивает двух зайцев.

Отношение  =  показывает выигрыш в силе. Например, в приведенном примере выигрыш в силе равен 100.

Итак, мы можем ответить на вопрос: «Почему водитель легко меняет колесо?»

Ответ. Получается выигрыш в силе.

Гидравлическую машину, служащую для прессования (сдавливания), называют гидравлическим прессом.

Видеоролик: «Гидравлический пресс».

Прессуемое тело кладут на платформу, соединенную с большим поршнем. При помощи малого поршня создается большое давление на жидкость. Это давление без изменения передается в каждую точку жидкости, заполняющей цилиндры. Поэтому такое же давление действует и на больший поршень. Но так как его площадь больше, то и сила, действующая на него будет больше силы, действующей на малый поршень. Под действием этой силы больший поршень будет подниматься. При подъеме этого поршня тело упирается в неподвижную верхнюю платформу и сжимается. Манометр, при помощи которого измеряют давление жидкости, -предохранительный клапан, автоматически открывающийся, когда давление превышает допустимое значение.

Из малого цилиндра в большой жидкость перекачивается повторными движениями малого поршня.

Гидравлические прессы применяются там, где требуется большая сила. Например, для выжимания масла из семян на маслобойных заводах, для прессования фанеры, картона, сена. На металлургических заводах гидравлические прессы используют при изготовлении стальных валов машин, железнодорожных колес и многих других изделий. Современные гидравлические прессы могут развивать силу в сотни миллионов ньютон.

Миллионы автомобилей оборудованы гидравлическими тормозами. Десятки и сотни тысяч экскаваторов, бульдозеров, кранов, погрузчиков, подъемников оборудованы гидравлическим приводом.

В огромных количествах используются гидравлические домкраты и гидропрессы в самых различных целях – от напрессовки на вагонные колесные пары бандажей до подъема ферм разводных мостов для пропуска судов на реках.

Задание для группам

Решение задач

№1. Два сообщающихся сосудов с различными поперечными сечениями наполнены водой. Площадь поперечного сечения узкого сосуда в 100раз меньше чем у широкого, на узкий поршень поставили гирю массой 1кг. Какой груз нужно поставить на широкий поршень, чтобы система находилась в равновесии?

Задача №2. По рисунку определите выигрыш в силе которая дает гидравлическая машина?

Задача №3. По рисунку определите вес шарика?

Задача №4: Малый поршень гидравлического домкрата под действием силы 500Н опустился на 15 см. При этом больший поршень поднялся на 1 см. Кая сила будет действовать на больший поршень?

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Гидростатический привод, содержащий гидронасос (3), гидродвигатель (4), соединенный с ним в замкнутом контуре через первую рабочую магистраль (11) и вторую рабочую магистраль (12), и тормозное исполнительное устройство (37), причем предусмотрен, по меньшей мере, один клапан (26, 30) ограничения давления, соединенный с расположенной вниз по потоку относительно гидродвигателя (4) рабочей магистралью (11, 12), и этот, по меньшей мере, один клапан (26, 30) ограничения давления открыт при установленном значении, и причем гидронасос (3) выполнен с возможностью настройки на тормозной объемный расход при срабатывании тормозного исполнительного устройства (37), а гидродвигатель (4) в зависимости от силы срабатывания тормозного исполнительного устройства (37) выполнен с возможностью изменения рабочего объема в сторону увеличения с возрастанием силы срабатывания, отличающийся тем, что тормозной объемный расход гидронасоса (3) представляет собой отличающийся от нуля объемный расход, при котором гидравлическая мощность при давлении открывания клапана (26, 30) ограничения давления соответствует тормозной мощности приводного двигателя (2).

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что при срабатывании тормозного исполнительного устройства (37) гидронасос (3) выполнен с возможностью настройки сначала на уменьшенный или исчезающий объемный расход и, исходя из этого, с возможностью настройки в сторону увеличения рабочего объема.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что гидродвигатель (4) выполнен с возможностью настройки на рабочий объем, пропорциональный силе срабатывания тормозного исполнительного устройства (37).

4. Привод по п.1, отличающийся тем, что предусмотрен дополнительный клапан (26, 30) ограничения давления, соединенный с другой рабочей магистралью (11, 12).

5. Привод по п.1, отличающийся тем, что для настройки тормозного объемного расхода гидронасоса (3) и рабочего объема гидродвигателя (4) предусмотрен электронный блок (15) управления, к которому может подаваться тормозной сигнал, представляющий силу срабатывания тормозного исполнительного устройства (37).

6. Привод по п.1 или 4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один клапан (26, 30) ограничения давления расположен в соответствующем питающем клапанном блоке (23, 24).

7. Способ затормаживания гидростатического привода, содержащего гидронасос (3), соединенный с ним в замкнутом контуре гидродвигатель (4) и, по меньшей мере, один соединенный с расположенной вниз по потоку за гидродвигателем (4) рабочей магистралью (11, 12) клапан (26, 30) ограничения давления, который открыт при установленном значении, включающий в себя следующие этапы:- определение срабатывания тормозного исполнительного устройства (37); — настройка тормозного объемного расхода гидронасоса (3); — настройка гидродвигателя (4) в зависимости от возрастания силы срабатывания тормозного исполнительного устройства (37) в сторону увеличения рабочего объема;- разгрузка тормозного давления, имеющегося в расположенной вниз по потоку за гидродвигателем (4) рабочей магистрали (11, 12), через клапан (26, 30) ограничения давления,отличающийся тем, что при срабатывании тормозного исполнительного устройства (37) гидронасос (3) настраивают на отличающийся от нуля тормозной объемный расход, при котором потребляемая при давлении открывания клапана (26, 30) ограничения давления гидравлическая мощность соответствует тормозной мощности приводного двигателя (2).

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что перед настройкой рабочего объема гидродвигателя (4) в зависимости от силы срабатывания тормозного исполнительного устройства (37) гидродвигатель (4) настраивают при определении процесса торможения сначала на уменьшенный или исчезающий рабочий объем.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что гидродвигатель (4) настраивают на рабочий объем, пропорциональный силе срабатывания тормозного исполнительного устройства (37).

10. Способ по одному из пп.7-9, отличающийся тем, что к электронному блоку (15) управления подают сигнал, представляющий силу срабатывания тормозного исполнительного устройства (37), и посредством электронного блока (15) управления настраивают тормозной объемный расход гидронасоса (3) и рабочий объем гидродвигателя (4).

11. Способ по п.7, отличающийся тем, что давление, имеющееся в расположенной вниз по потоку относительно гидродвигателя (4) рабочей магистрали (11, 12), разгружают через расположенный в питающем клапанном блоке (23, 24) клапан (26, 30) ограничения давления в питающую магистраль (20).

Виды гидравлики по сферам применения

Несмотря на общий «фундамент», гидросистемы поражают разнообразием. Начиная от базовых гидравлических конструкций, состоящих из нескольких цилиндров и трубок, и заканчивая футуристичными продуктами, в которых объединены гидроэлементы и электротехнические решения, они демонстрируют широту инженерной мысли и приносят прикладную пользу в самых разных отраслях:

• промышленности — как элемент литейного, прессового, транспортировочного и погрузочно-разгрузочного оборудования, металлорежущих станков, конвейеров;
• сельском хозяйстве — навесное оборудование тракторов, экскаваторов, комбайнов и бульдозеров управляется именно гидроузлами;
• автомобильном производстве: гидравлическая тормозная система — «must have» для современного легкового и грузового автотранспорта;
• авиакосмической отрасли: системы, независимые или объединенные с пневматикой, используются в шасси, управляющих устройствах;
• строительстве: практически вся спецтехника оснащена гидрофицированными узлами;
• судовой технике: гидравлические системы используются в турбинах, рулевом управлении;
• нефте- и газодобыче, морском бурении, энергетике, лесозаготовительном и складском хозяйстве, ЖКХ и многих других сферах.

Гидростанция к токарному станку

В промышленности (для металлорежущих и других станков) современную производительную гидравлику используют благодаря ее способности обеспечить оптимальный режим работы с помощью бесступенчатого регулирования, получать плавные и точные движения оборудования и простоты его автоматизации.

На производственных станках широко применяют системы с автоматическим управлением, а в строительстве, благоустройстве, дорожных и других работах — экскаваторы и другую гусеничную или колесную с гидрофицированными узлами. Гидросистема работает от мотора техники (ДВС или электрического) и обеспечивает функционирование навесных элементов — ковшей, стрел, вил и так далее.

Гидрофицированный экскаватор-погрузчик