Гидравлический привод - представляет собой совокупность устройств с одним или несколькими объемными гидродвигателями для обеспечения движения механизмов и машин с помощью подачи жидкости под давлением. Довольно часто гидродвигатели агрегатируются с различными приводными механизмами, такими как редуктор Ч 80, редуктор Ч 100, редуктор Ч-125, редуктор Ч 160 или редуктор 4МЦ2С. Все они представлены в нашем каталоге.
В гидростатическом (объемном) приводе энергия передается давлением жидкости без значительного изменения скорости. Основными параметрами объемного или гидростатического гидропривода являются давление и расход рабочей жидкости. Наибольшее влияние на качество и цену изделия производят структурные решения. К таким решениям относится выбор привода.
Привод может быть механический, электрический, гидравлический, пневматический и комбинации данных приводов. Для оптимального выбора привода необходимо учитывать его преимущества и недостатки.
Преимущества гидропривода.
Гидравлический привод обладает следующими преимуществами:
1. Передача больших усилий на малом пространстве (высокая концентрация энергии). (Масса гидромотора в 10 раз меньше массы электродвигателя такой же мощности).
2. Возможность аккумулирования энергии (с помощью гидропневмоаккумулятора).
3. Плавное изменение значений движущих сил (скорость, сила и момент) в широком диапазоне. (При наладке с помощью - обычной (дискретной) аппаратура, во время работы с помощью пропорциональной или сервоаппаратура)
4. Простое достижение возвратно-поступательных перемещений (с помощью гидроцилиндра).
5. Высокая динамика переключений (достигается за счет высокой энергоемкости на единицу массы у гидродвигателей).
6. Быстрый реверс благодаря малым массам (достигается за счет высокой энергоемкость на единицу массы у гидродвигателей).
7. Конструктивная свобода действий при размещении элементов конструкции вследствие пространственного разделение привода, управления, и насосной установки, с помощью труб и гибких трубопроводов.
8. Возможность автоматизации. (Управляющее воздействие осуществляется с помощью электромагнитов дискретных, пропорциональных или сервоаппаратов. С помощью них производится изменение параметров гидросистемы.)
9. Работа гидросистем обычно полностью автоматизирована и постоянно диагностируется по следующим параметрам:
- давление рабочей жидкости после насосов;
- давление и уровень масла в поршневых аккумуляторах;
- давление азота в баллонах;
- уровень масла в баке;
- температура жидкости в баке;
- загрязненность всех установленных фильтров;
- наличие в баке воды.
10. Незначительный износ, так как смазка гидравлических элементов производится с помощью рабочей среды (одна из основных характеристик рабочей жидкости гидросистем - хорошая смазывающая способность во всем диапазоне рабочих параметров гидросистемы: температуры, давления, усилия на трущиеся поверхности.)
11. Возможность регенерации энергии (при опускании больших масс можно жидкость из гидроцилиндра закачивать в аккумулятор и потом использовать в других операциях.)
Недостатки гидропривода.
Гидропривод имеет и некоторые недостатки:
1. Потеря давления и напора за счет жидкостного трения, которое возникает при движении жидкости в трубопроводах и аппаратах.
2. Зависимость вязкости масла от температуры и давления.
При снижении температуры рабочей жидкости с 50 градусов С до 20 градусов С вязкость рабочей жидкости увеличится в 5 раз (актуально при запуске машины и при снижении температуры окружающей среды зимой). А также при повышении давления до 20МПа вязкость увеличится на 50-60%.
3. Проблемы, связанные с утечкой гидравлической жидкости.
Внутренние перетечки рабочей жидкости в гидроаппаратуре (насосах, гидромоторах, золотниковых распределителях) и возможные внешние утечки при некачественном монтаже гидрооборудования или неквалифицированном обслуживании.
4. Сжимаемость гидравлической жидкости.
Жидкость сжимаема
Объемный модуль упругости минерального масла:
Е=1,4х103 МПа,
Модуль упругости стали -
Е=2,1х105 МПа
Пример:
Рассмотрим гидроцилиндр. Столб жидкости в цилиндре под поршнем 500мм. От нагрузки на шток давление в цилиндре повысилось на 20МПа. В результате сжатия жидкости шток передвинулся на 7мм.
5. Высокий объемный коэффициент теплового расширения гидравлической жидкости.
К v стали =3,5*10-5 1/град
К v t расширение масла масла =7*10-4 1/град
Повышение температуры на 1 градусов С вызывает повышение давления масла, замкнутого в жесткой стальной емкости, примерно на 1,1МПа.
6. Наличие дорогой насосной (насосно-аккумуляторной) станции (цена НАС часто составляет более 50% стоимости гидропривода).
Составные части гидропривода.
По функциональному признаку гидропривод состоит из четырех основных частей:
Источник давления - насосная станция (насосный привод) или гидроаккумулятор (насосно-аккумуляторный привод). Питает систему рабочей жидкостью под давлением.
Общий алгоритм работы насосного и насосно-аккумуляторного привода.
Электродвигатель насоса включен. Насос качает рабочую жидкость.
а) Предохранительный клапан разгрузки выключен, он сбрасывает рабочую жидкость обратно в бак без давления. Давление низкое. Нагрев жидкости незначителен.
б) Предохранительный клапан разгрузки включен. Вся рабочая жидкость, качаемая насосом, поступает к потребителю (цилиндр, гидромотор или аккумулятор). Давление зависит от сопротивления потребителя (нагрузки на шток цилиндра, нагрузки на валу гидромотора, давления в аккумуляторе).
в) Предохранительный клапан разгрузки включен. Но потребитель не может принять рабочую жидкость. Рабочая жидкость, как и в первом случае, сбрасывается в бак через предохранительный клапан. Но в линиях нагнетания рабочее давление. Регулируется оно клапаном предохранительным. При дросселировании минерального масла от давления 10МПа до нуля его температура повышается на 6 градусов С.
Особенности алгоритма работы насосной станции.
При включении операции отключается электромагнит предохранительного клапана разгрузки. Давление в системе повышается до рабочего. Включается распределитель, подающий жидкость к гидроцилиндру. Т.е. вместе включаются два распределителя - управления разгрузкой (создает давление в системе) и включения операции (направляет жидкость в необходимую полость). Вся жидкость (если нет дополнительного регулирования расхода) устремляется к гидроцилиндру. Скорость движения штока определяется расходом насоса. Давление в системе определяется нагрузкой на шток гидроцилиндра.
Преимущество насосного привода - насос подает в систему давление необходимое для перемещения рабочего органа что обеспечивает высокий КПД.
Недостаток - расход насосов должен быть не меньше максимальной потребности привода в рабочей жидкости в каждый момент цикла. Для расчета расходной характеристики насосов необходима циклограмма работы органов с гидроприводом.
Особенности алгоритма работы насосно-аккумуляторной станции.
Есть два независимых контура управления.
а) Электродвигатель насоса включен. Насос качает рабочую жидкость в систему. Предохранительный клапан разгрузки включен. В системе давление рабочее. Насос закачивает гидравлическую жидкость в аккумулятор до необходимого уровня, если штоковый аккумулятор или до определенного давления по реле давления, если аккумулятор бесштоковый. Когда аккумулятор заполнен, клапан предохранительной разгрузки отключается. Аккумулятор остается заряженным, а рабочая жидкость, которую насос качает всегда, сбрасывается бак без давления. НАС готова к выполнению операции. Когда аккумулятор разрядится на проектную величину, снова включается подзарядка. То есть подзарядка аккумулятора независима от включения операций.
б) Включается распределитель, направляющий рабочую жидкость к гидроцилиндру. Его включение независимо от включения распределителя разгрузки так как рабочая жидкость под давлением в систему поступает от аккумулятора. Если давление в аккумуляторе равняется рабочему, а для перемещения штока гидроцилиндра допустим в данной операции необходимо давление в 2 раза ниже рабочего, тогда 50% энергии приходится дросселировать и она уходит на нагрев рабочей жидкости.
Минимальный расход насоса равен среднему расходу жидкости за цикл работы машины. В этом случае нужен большой аккумулятор. Задача конструктора найти оптимальные по стоимости параметры расхода насосов и объема аккумулятора.
Преимущество НАС - расход насоса может быть значительно ниже, чем в насосном приводе.
Недостаток НАС - более низкий КПД и, следовательно, сильный нагрев рабочей жидкости.
Гидроуправление - блоки гидроклапанов.
Управляет рабочей жидкостью - распределяет и регулирует ее основные параметры - давление и расход.
а) распределяет рабочую жидкость между потребителями и полостями потребителя.
Пример:
Гидрораспределитель поочередно соединяет поршневую и штоковую полости гидроцилиндра с подводом давления и сливом в бак. Шток гидроцилиндра совершает возвратно поступательное движение.
б) регулирует давление жидкости, например, с помощью предохранительных и редукционных клапанов.
в) регулирует расход жидкости, например, с помощью дросселей и регуляторов расхода.
Применяется три вида гидроуправления:
- Дискретное гидроуправление - рассмотрим на примере наиболее распространенного трехпозиционного золотникового распределителя. Золотник распределителя переключается электромагнитом и может занимать три положения - среднее и два крайних.
Время срабатывания 0,03-0,06с.
- Сервоуправление:
Золотник распределителя может занимать любое положение между крайними - задавая различные параметры потока. Время срабатывания до 0,003-0,006с.
- Пропорциональное гидроуправление:
Золотник распределителя может занимать любое положение между крайними - задавая различные параметры потока. Время срабатывания 0,01-0,02с.
Пропорциональное управление занимает промежуточное положение между дискретным управлением и сервоуправлением.
Отношение цены распределителя дискретного, пропорционального и сервораспределителя приблизительно 1:5:10.
Пропорциональная, и особенно сервоаппаратура очень чувствительна к загрязнениям рабочей жидкости. Для нее применяется более сложная и дорогая система фильтрации. Для поддержания необходимой чистоты рабочей жидкости для сервопривода бак и трубопроводы выполняются из нержавеющей стали. Обеспечение высоких динамических характеристик и высокой точности производится более дорогими гидроцилиндрами. Например, в механизме качания кристаллизатора МНЛЗ зачастую применяются гидроцилиндры с гидростатикой. Они имеют очень низкий коэффициент трения вследствие этого большую точность позиционирования.
Соответственно, более сложное и более дорогое электроуправление серво- и пропорциональным приводом. Поэтому применяют данные прогрессивные виды управления только в обоснованных случаях. Вначале перебирают все возможные варианты схемы более низкого порядка. И только если они не могут удовлетворить все требования к работе проектируемого оборудования, применяется привод более высокого порядка.
Гидродвигатель - гидроцилиндр или гидромотор.
Преобразовывает механическую энергию жидкости в механическую работу вращающегося вала или возвратно-поступательно движущегося поршня.
Трубопроводы - трубопроводы и трубопроводная арматура, конструктивно соединяют между собой источник давления, блок управления, и гидродвигатель. Служат для передачи энергии сжатой жидкости между узлами.
