Гидравлические силовые передачи

Гидравлическая силовая передача со­стоит из гидравлического насоса (гидро­насоса), устройств, передающих энергию рабочей жидкости, и гидравлических дви­гателей (гидродвигателей).

Гидравлический насос преобразует ме­ханическую энергию в энергию потока рабочей жидкости, идущую на питание гидравлических двигателей. Энергия по­тока рабочей жидкости передается от гидронасоса к гидродвигателю с по­мощью различных устройств для подво­да рабочей жидкости (гидравлические ба­ки, подвижные вращающиеся соединения, трубопроводы, различная соединительная арматура).

Гидродвигатель преобразует энергию потока рабочей жидкости в механическую энергию, приводящую в действие гот или иной исполнительный механизм крана.

Гидравлические силовые передачи ав­томобильных кранов обеспечивают жест­кую (в пределах несжимаемости жидко­сти) связь между гидронасосом и гидро­двигателем через рабочую жидкость, перемещающуюся по системе трубопро­водов.

 

На автомобильных кранах применяют три типа гидравлических машин: гидро­насосы, гидромоторы и гидроцилиндры.

Гидронасосы характеризуются объем­ной подачей, давлением, полезной мощ­ностью и полным КПД.

Объемная подача — это объем жидко­сти, подаваемой насосом в единицу вре­мени.

Давлением насоса называется прира­щение механической энергии, полученное каждой единицей массы жидкости, про­ходящей через насос, т. е. разность удельных энергий жидкости при выходе из насоса и при входе в него.

Полезная мощность насоса — мощ­ность, сообщаемая насосом подаваемой рабочей жидкости и определяемая про­изведением давления насоса и его подачи.

Отношение полезной мощности к мощности, потребляемой насосом, на­зывают КПД насоса. Эта величина ха­рактеризует все потери в насосе, склады­вающиеся из объемных и гидромеханиче­ских потерь. Каждая из этих потерь ха­рактеризуется соответствующим КПД.

Объемный КПД учитывает внутрен­ние перетечки рабочей жидкости из поло­сти нагнетания в полость всасывания и наружные утечки из корпуса через за­зоры.

Механический КПД учитывает поте­ри, возникающие при вращении и взаим­ном перемещении деталей насоса, гидрав­лический КПД — потери давления, возни­кающие при движении жидкости по вну­тренним каналам насоса.

Полный КПД насоса равен произведе­нию объемного, гидравлического и меха­нического КПД.

На автомобильных кранах применяют гидропередачи с нерегулируемыми насо­сами (постоянной подачи). Скорость в та­ких передачах регулируют комбиниро­ванным способом: с одной стороны, изменением частоты вращения приводя­щего двигателя (двигатель базового авто­мобиля) и, следовательно, гидронасоса, а с другой стороны, путем прямого регу­лирования подачи с помощью регули­рующих гидроаппаратов.

На автомобильных кранах применяют два типа нерегулируемых гидравлических насосов: шестеренные и аксиально-порш­невые; последние наиболее перспек­тивные.

Шестеренный насос. Две шестерни, входящие в зацепление друг с другом, заключены в корпус. Ведущая шестерня закреплена на веду­щем валу на шпонке, а ведомая полу­чает от нее вращение. Так как зацепление шестерен внешнее, то и сам насос называется шестеренным насосом с внеш­ним зацеплением.

Всасывающая гидролиния подведена к шестерням с той стороны, где зубья вы­ходят из зацепления, а напорная — со сто­роны, где зубья входят в зацепление. Го­ловки зубьев, входя в зацепление, выжи­мают масло из впадин между зубьями, создавая давление в напорной гидроли­нии гидросистемы. Жидкость от всасы­вающей гидролинии перемещается к на­порной гидролинии в полостях, образо­ванных впадинами зубьев и стенкой корпуса насоса.

Конструктивно шестерни вы­полнены заодно с валами, образуя вал-шестерни. Вал-шестерни размещаются в алюминиевом корпусе, закрытом крышкой. На хвостовике ве­дущей вал-шестерни сделаны шлицы для соединения насоса с двигателем или валом трансмиссии. Для уменьшения торцовых утечек вал-шестерни устанавли­вают в корпусе на специальных плаваю­щих втулках, положение которых отно­сительно друг друга фиксируется лысками и проволокой. Плавающие втулки прижимаются к шестерням вал-шестерен за счет давления рабочей жидкости, по­даваемой к их торцам в полостях. По мере износа торцов шестерен и вту­лок зазор между ними, а следовательно, и торцовые утечки остаются мини­мальными (так называемая гидравличе­ская компенсация торцовых зазоров). Чтобы уменьшить радиальные утечки, стремятся сделать минимальный зазор между шестернями и корпусом насоса.

Резиновые кольца и манжетное уплотнение предотвращают утечку жидкости из корпуса насоса. Жидкость, просачивающаяся по валам шестерен, поступает через каналы в полости, соединенные с камерой всасывания. Все это позволяет увеличить объемный КПД насоса и зна­чительно удлинить срок его службы. По простоте конструкции и стоимости изго­товления шестеренные насосы обладают несомненными преимуществами по срав­нению с насосами других типов, поэтому их применяют в тех гидропередачах, где КПД не имеет существенного значения.

На автомобильных кранах применяют шестеренные насосы типа НШ в приводах выдвижения выносных опор (краны с ме­ханическим приводом) и в гидравличе­ских системах управления (краны серии МКА).

Аксиально-поршневые насо­сы компактны, имеют высокий КПД, при высоких давлениях, малоинерционны, обладают большой энергоемкостью на единицу массы (в некоторых высокообо­ротных конструкциях до 12 кВт/кг). Рассмотрим принципиальную схему аксиаль­но-поршневого насоса. Пусть на диске, установленном на валу, шар­ниром закреплен шток цилиндра, по­ршень которого связан шарниром со штоком. Повернем вал и цилиндр на 180° так, чтобы гильза цилиндра из по­ложения переместилась в положение. Если продольные оси вала и цилиндра пересекаются под углом ос, то поршень, переместившись вправо, через канал засосет в полость рабочую жидкость.

Повернем вал еще раз на 180° так, чтобы гильза из положения перемести­лась. Тогда поршень пере­местится влево и через канал вытеснит из полости рабочую жидкость.

Если на диске  закрепить штоки не одного, а нескольких цилин­дров, а гильзы цилиндров выполнить в одном блоке, то будет получена кон­структивная схема насоса. При вращении диска каждый из цилиндров будет после­довательно засасывать через полость, а затем нагнетать рабочую жидкость в полость. Полости выполнены в виде дуговых окон в крышке.

В гидроприводах автомобильных кра­нов применяют аксиально-поршневые не­регулируемые насосы с наклонным бло­ком. Блок цилиндров получает вращение от вала через универсальный шарнир. Вал, приводимый в движение от двигателя, опирается на три шарико­подшипника. Поршни связаны с валом штоками, шаровые головки которых завальцованы во фланцевой части вала. Блок, вращающийся на шарикоподшип­нике, расположен по отношению к валу под определенным углом. Блок прижат пружиной к распределительному ди­ску, который в свою очередь прижи­мается к задней крышке. Жидкость под­водится и отводится через окна в кры­шке. Манжетное уплотнение в передней крышке препятствует утеч­ке масла из нерабочей полости насоса. Благодаря наклону оси блока цилиндров к оси приводного вала поршни при вра­щении блока совершают возвратно-по­ступательное движение. За один оборот приводного вала каждый поршень совер­шит один двойной ход (всасывание и на­гнетание). От угла наклона оси блоков цилиндра к оси приводного вала зависит длина хода поршня, а следовательно, и объемная подача насоса.

Недостатки аксиально-поршневых насосов — необходимость в тонкой фильт­рации рабочей жидкости, сложность изго­товления и небольшая долговечность не­которых деталей.

Гидромоторы, применяемые для при­вода исполнительных механизмов кранов, по инструктивному исполнению анало­гичны соответствующим насосам. Все описанные выше насосы могут работать и как гидродвигатели, т. е. обратимы без изменений. Как правило, предпочтитель­но применять в схемах гидропривода те же типы гидромоторов, что и насосы.

Гидроцилиндры на автомобильных кранах применяют возвратно-поступа­тельные одно- и двустороннего действия.

Манжета и резиновые кольца препятствуют утечкам рабочей жид­кости из штоковой полости гидроцилин­дра в атмосферу, а резиновое кольцо препятствует перетечкам рабочей жидко­сти между штоковой и поршневой поло­стями. Для предохранения внутренних полостей гидроцилиндра от попадания пыли и грязи в крышке установлен грязесъемник.

Аналогичная конструкция у гидроци­линдров выдвижения опор, управления стабилизаторами и выключателями под­весок (гидроцилиндры блокировки подве­сок). Отличие заключается только в ис­полнении крышки гильзы и хвостовика штока. Так, у гидроцилиндров выносных опор вместо крышки-проушины уста­новлена простая крышка с отверстием, а вместо проушины шток заканчивает­ся шаровым наконечником, опирающим­ся во время работы на башмак выносной опоры.

Несколько другую конструкцию име­ют длинноходовые гидроцилиндры (ход по­ршня 6 м и более) для выдвижения сек­ций телескопических стрел. Жид­кость в поршневую полость гидроцилин­дра поступает через канал в крышке штока и трубу. В штоковую по­лость жидкость подводится через канал и полый шток. Гильза гидроци­линдра крепится с помощью цапф, расположенных на крышке гильзы, а шток — посредством проушины, вну­три которой установлен сферический под­шипник. Для уменьшения скорости движения штока в конце хода при его вы­движении применен демпфер.

Если механизм, приводимый в дей­ствие гидроцилиндром, находится под на­грузкой, то при прекращении подачи или отвода рабочей жидкости (привод гидро­цилиндра не работает) возможно само­произвольное перемещение штока (или гильзы) из-за утечек в гидроагрегатах привода этого механизма. Для исклю­чения возможности самопроизвольного перемещения штока (или гильзы) на гид­роцилиндрах устанавливают специаль­ные гидроаппараты-гидрозамки, которые обеспечивают поток рабочей жидкости только в одном направлении.

Гидрозамок, устанавливаемый на гид­роцилиндрах подъема стрелы и выдвиже­ния ее секций, состоит из кор­пуса, крышки, в которой расположен поршень, воздействующий на шток. Когда привод гидроцилиндра не рабо­тает, запорный элемент находится в нижнем положении и прижат пружи­ной, надежно предохраняя гидроци­линдр от утечек жидкости из канала, соединенного с гидроцилиндром, в ка­нал, из которого жидкость поступает в гидрораспределитель.

При включенном положении золотни­ка гидрораспределителя и подаче жидко­сти в канал запорный элемент сжи­мает пружину и поднимается вверх, пропуская жидкость в канал и далее в гидроцилиндр. Для прохода жидкости из канала в канал жидкость под давлением подается в канал. Пор­шень, перемещаясь, передвигает шток, который открывает клапан, располо­женный в запорном элементе. Каналы соединяются между собой, и дав­ление в них частично выравнивается, по­этому для открывания запорного элемен­та требуется малое усилие.

Для устранения в гидросистеме вибра­ций и автоколебаний при работе гидро­цилиндра полость, противоположная полости подвода гидролинии управления, отделена от общей полости нагнета­ния — слива, а утечки из нее отводятся в бак через канал, соединенный с дре­нажной гидролинией.

Гидрозамок, устанавливаемый на гид­роцилиндрах выносных опор и блокиров­ки подвесок, состоит из корпу­са, запорного элемента и пружины. На запорный элемент воздействует по­ршень, расположенный в крышке. От­личительная особенность этого гидрозам­ка от вышеописанного — возможность ориентировать крышку, к которой под­водится жидкость, относительно корпуса. Это позволяет упростить разводку гидро­линий выносных опор.

Устройства для подвода рабочей жид­кости. Рабочая жидкость поступает в си­стему гидропривода из специального гидробака, в котором хранится запас жидкости, необходимый для обеспечения нормальной работы системы. К насосу рабочая жидкость поступает по всасы­вающей гидролинии, а от насоса по на­порной гидролинии через вращающееся соединение — к двигателям исполнитель­ных механизмов. Отработавшая жид­кость возвращается в бак через вращаю­щееся соединение по сливным гидроли­ниям. В бак отводятся также по дре­нажным гидролиниям утечки жидкости, происходящие в отдельных узлах си­стемы привода. Бак служит для помещения запаса циркулирующей в гидросисте­ме крана рабочей жидкости, улучшения теплоотвода, очистки рабочей жидкости от мелких взвесей и предотвращения эмульсирования.

На автомобильных кранах в основном применяют баки открытого типа, в которых внутренняя полость связана с атмосферой через сапун или специаль­ное отверстие в крышке заливной горло­вины (в крышке имеется фильтрующая набивка, обеспечивающая очистку попа­дающего в бак воздуха). Корпус бака сварен из листового проката. Рабочая жидкость в баке должна быть на уровне 0,8 его высоты (не выше), следят за этим по указателю уровня. Сапун снабжен колпачком, препятствующим попада­нию в бак пыли. Иногда указатель уров­ня или сапун объединяют с пробкой в единую конструкцию.

Отверстие всасывающей гидролинии снабжено запорным клапаном для перекрытия жидкости при ремонтах и расположено почти у дна бака, но так, чтобы в гидросистему не засасывались осадки. Отверстие сливной гидролинии расположено так, что оно всегда нахо­дится ниже минимального уровня рабо­чей жидкости. Это позволяет избежать вспенивания жидкости при работе гидро­привода. Утечки из гидросистемы отво­дятся в бак через дренажную гидроли­нию.

Между полостями слива и всасывания установлены две перегородки, которые, удлиняя путь рабочей жидкости, способ­ствуют более полному удалению из нее взвесей и пузырьков воздуха. Кроме того, перегородки обеспечивают поступление в полость всасывания верхних более чистых слоев масла. Рабочей жидкостью бак заправляют через отверстие, закры­тое пробкой, и фильтр грубой очист­ки. Сливают жидкость через штуцер. Для очистки рабочей жидкости от раз­личных примесей в гидролинии устана­вливают магистральные, а в баках — встроенные фильтры. Во встроенных фильтрах жидкость фильтруется так же, как в магистральных фильтрах. Обозна­чают и обслуживают эти фильтры одина­ково.

Фильтры характеризуются тонкостью фильтрации рабочей жидкости, которая оценивается по наименьшему размеру ча­стиц, задерживаемых фильтром. Фильтры изготовляют с тонкостью фильтрации 10; 25; 40; 63; 80 и 125 мкм.

Внутри корпуса маги­стрального фильтра установлены фильт­рующие элементы. Внутри крышки находится перепускной клапан, прижи­маемый к седлу пружиной. Через отвер­стие отработавшая рабочая жидкость поступает к фильтрующим элементам. При этом более крупные частицы осе­дают на дне корпуса, а мелкие — задер­живаются фильтрующими элементами. Очищенная рабочая жидкость из внутрен­ней полости фильтропакета поступает на слив к выходному отверстию.

При засорении элементов давление в полости между корпусом и фильтропакетом увеличивается. Когда это давле­ние превысит усилие пружины предохра­нительного клапана, клапан откроется и неочищенная рабочая жидкость через отверстие будет поступать в гидроси­стему. Индикатор загрязнения отрегули­рован так, что при увеличении давления до (0,25 + 0,05) МПа зажигается сигналь­ная лампочка. Для слива отстоя предус­мотрена пробка.

Трубопроводы на автомобильных кра­нах применяют жесткие и эластичные. Жесткие используют для соединения уз­лов гидропривода, не перемещающихся относительно друг друга: для систем низ­кого давления (1,6 — 2,0 МПа) — стальные цельнотянутые трубы или трубы из поли­мерных материалов; высокого давле­ния — стальные цельнотянутые трубы; для линий управления и подключения контрольных приборов при расположе­нии соединяемых узлов в стесненных условиях — медные трубы.

Эластичные трубопроводы соединяют узлы гидропривода, перемещающиеся от­носительно друг друга. Кроме того, их применяют вместо жестких, когда необ­ходимо облегчить сборку (например, для компенсации неточностей при сборке в стесненных условиях) или получить быстроразъемные соединения. В качестве эластичных трубопроводов применяют резинотканевые рукава (при давлении не более 1,6 МПа) или рукава высокого дав­ления с неразъемными или разъемными наконечниками. Рукав высокого давления состоит из трех резиновых слоев и хлоп­чатобумажных и металлических оплеток.

Арматуру (например, тройники, шту­цера, угольники) присоединяют к жест­ким трубопроводам шароконусными со­единениями: труба соединяется с армату­рой через ниппель с помощью накидной гайки. Эластичный низконапорный трубо­провод и арматуру соединяют друг с дру­гом хомутами. К корпусу агрегата арматуру присоединяют на прямой резьбе. При прямой резьбе уплотнение между корпусом и арматурой выполняют или резиновым кольцом, или медной про­кладкой.

Для передачи рабочей жидкости с не­поворотной части на поворотную на ав­томобильных кранах применяют вра­щающиеся соединения (центральные коллекторы) на номинальное давле­ние 16 МПа с условными проходами 8 — 40 мм. Корпус соедине­ния закреплен на опорном кольце ходо­вой рамы крана так, чтобы его ось совпа­дала с осью вращения поворотной плат­формы. На корпус надета обойма, которая может поворачиваться вокруг него. Обойма поводком связана с пово­ротной платформой. Кольцевые каналы в корпусе разделены между со­бой резиновыми уплотнительными коль­цами кругового сечения, а с трубопро­водами соединены специальными отверстиями как в корпусе, так и в обой­ме. Канал напорный, на его кольце имеется защитная шайба, канал слив­ной. Каналы соединены между со­бой, и по ним отводятся утечки жидко­сти. Места подсоединений трубопроводов к корпусу и обойме уплотнены рези­новыми кольцами. Трубопроводы гидро­системы крана с помощью эластичных трубопроводов подсоединены к вращаю­щемуся соединению.