Гидравлические исполнительные механизмы

Гидравлические исполнительные механизмы (ГИМ) являются неотъемлемой и основной конструктивной частью гидравлического привода (гидропривода), включающего помимо ГИМ гидробак, гидронасос, гидрораспределитель и др. устройства. Приводным двигателем гидронасоса могут быть электродвигатель, дизель и другие двигатели, поэтому иногда гидропривод называют соответственно электронасосным, дизельнасосным и т.д.

Основное назначение гидропривода – преобразование гидравлической энергии в соответствие с требованиями нагрузки (величины статической нагрузки, преобразование вида движения выходного звена ГИМ и др.), а также регулирование, защита от перегрузок и т.п.

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.

Широкое распространение в настоящее время получил объёмный гидропривод. Под объёмным гидроприводом понимается совокупность объёмных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством рабочей жидкости.

Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.

Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического – большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа. Объёмный гидропривод применяется преимущественно в горных и строительно-дорожных машинах.

В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемные гидроприводы можно классифицировать по следующим признакам.

По характеру движения выходного звена ГИМ:

- гидропривод вращательного движения, когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус ГИМ) совершает неограниченное вращательное движение;

- гидропривод поступательного движения, у которого в качестве ГИМ применяется гидроцилиндр – двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);

- гидропривод поворотного движения, когда в качестве ГИМ применен поворотный гидроцилиндр, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360°.

По возможности регулирования:

- нерегулируемый гидропривод,у которого нельзя изменять скорость движения выходного звена ГИМ в процессе эксплуатации;

- регулируемый гидропривод,в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена ГИМ можно изменять по требуемому закону.

В свою очередь регулирование может быть дроссельным, объемным, объемно-дроссельным или изменением скорости двигателя, приводящего в работу насос.

Кроме того, регулирование может быть ручным или автоматическим.

В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть:

- стабилизационным;

- программным;

- следящим.

По схеме циркуляции рабочей жидкости:

- гидропривод с замкнутой схемой циркуляции,в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса.

Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;

- гидропривод с разомкнутой системой циркуляции,в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой. Достоинства такой схемы – хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (по условиям бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.

По источнику подачи рабочей жидкости:

- насосный гидропривод; в насосном гидроприводе, получившем наибольшее распространение в технике, механическая энергия двигателя преобразуется насосом в гидравлическую энергию; носитель энергии – рабочая жидкость под давлением – нагнетается через напорную магистраль к ГИМ, где энергия потока жидкости преобразуется в механическую. Рабочая жидкость, отдав свою энергию ГИМ, возвращается либо обратно к насосу (замкнутая схема гидропривода), либо в бак (разомкнутая или открытая схема гидропривода). В общем случае в состав насосного гидропривода входят гидропередача, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроемкости и гидролинии.

- магистральный гидропривод; в магистральном гидроприводе рабочая жидкость нагнетается насосными станциями в напорную магистраль, к которой подключаются потребители гидравлической энергии.

- аккумуляторный гидропривод; в аккумуляторном гидроприводе жидкость подаётся в гидролинию от заранее заряженного гидроаккумулятора. Этот тип гидропривода используется в основном в машинах и механизмах с кратковременными режимами работы, например, в гибридных карьерных автомобилях.

По типу приводящего двигателя гидронасоса:

- с электроприводом;

- с приводом от ДВС;

- приводом от турбин и т.д.

Преимущества гидропривода и ГИМ:

К основным преимуществам относятся:

- возможность универсального преобразования механической характеристики ГИМ в соответствии с требованиями нагрузки;

- относительная простота управления и автоматизации;

- простота предохранения ГИМ и рабочих органов машин от перегрузок; надежность эксплуатации;

- широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена;

- большая передаваемая мощность на единицу массы привода,

- надёжная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

Недостатки гидропривода и ГИМ:

- достаточно громоздки и требуют создания и распределения сжатой рабочей жидкости, т.е. наличия гидростанции;

- утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления;

- нагрев рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;

- более низкий КПД (по приведённым выше причинам), чем у сопоставимых механических передач;

- необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в неё воздуха;

- пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости.

При правильном выборе гидросхем и конструировании гидроузлов некоторые из перечисленных недостатков гидропривода можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машин.

В целом же, в силу перечисленных недостатков в системах автоматизации технологических процессов и производственных установок ГИМ задействованы крайне мало (менее 1% от общей массы ИМ).

На рис. 1.18 изображена типовая схема гидросистемы с регулируемым насосом 3, приводимым во вращение электродвигателем М. Насос 3 снабжен фильтром 4, установленным на всасывающем трубопроводе, и предохранительным клапаном 6.

Трехпозиционный четырехходовой гидрораспределитель 2 с ручным управлением осуществляет реверс поршня силового цилиндра 1 ГИМ с поступательным движением регулирующего органа. В среднем положении гидрораспределителя 2 все его каналы соединяются с баком 5, что соответствует холостому ходу (разгрузке) насоса и "плавающему" состоянию поршня цилиндра.

Как динамический объект управления сам ГИМ представляет собой интегрирующее звено, у которого входным воздействием является разница давлений жидкости в полостях рабочего цилиндра, а выходной координатой – перемещение штока поршня и, соответственно, рабочего (регулирующего) органа.

Рис. 1.18. Типовая схема гидросистемы

с регулируемым насосом и ГИМ

поступательного движения

В автоматизированных СУИМ на основе гидравлики применяют электрогидравлические (ЭГИМ) и электро-пневмо-гидравлические (ЭПГИМ) исполнительные механизмы. Для этой цели служат, в частности, различного рода электрогидравлические усилители (сервовентили). На рис. 1.19 представлен внешний вид сервовентиля для управления гидравлическими исполнительными механизмами выправо-подбивочно-рихтовочных машин типа ВПР.

Усилитель по своему функциональному назначению и техническим характеристикам может применяться для замены импортных аналогов – сервовентилей фирмы “MOOG”, “Dowty”, “ORSTA” и др. в автоматических системах управления технологическими процессами на железной дороге.

Рис. 1.19. Внешний вид электрогидравлического усилителя УЭГ.С-П

Для управления ЭГИМ разработаны усилители мощности, обеспечивающие пропорциональный закон движения электрогидравлических клапанов (рис. 1.20).

Используются для подачи командных электрических сигналов усилителю мощности, который преобразовывает и усиливает электрические сигналы перед отправкой на электромагниты, управляющие пропорциональными клапанами.

Рис. 1.20. Усилители мощности для пропорциональных

Дата добавления: 2014-11-29