Приводы и системы управления дорожных машин

Гидроприводы по принципу действия подразделяются на два вида – гидростатические и гидродинамические.

Гидростатический (объемный) привод (рис. 3.1) состоит из насоса как ведущего звена, по­лучающего вращение от вала двигателя или какого-либо промежуточно­го вала (вала отбора мощности и др.). Насос забирает из гидробака ра­бочую жидкость и подает ее по трубопроводу к гидрораспределителю, от которого она потсупает к исполнительному (рабочему) орга­ну машины.

а) б)

Рис. 3.1. Схемы исполнения объемного гидропривода: а – открытая: 1 – насос, 2 – гидродвигатель, 3 – гидрораспределитель, 4 – бак; б – закрытая: 1 – насос, 2 – гидродвигатель, 3 – подпиточный насос, 4 – гидрораспределитель, 5 – бак

Рабочая жидкость, отработав в замкнутой системе гидропривода, поступает в гидробак и затем вновь под действием насоса направляет­ся к гидрораспределителю и т.д.

Объемные гидроприводы выполняются, в основном, по двум схемам: открытой и закрытой системам циркуляции жидкости от насоса к гидродвигателю.

В открытой системе (рис. 3.1, а) рабочая жидкость от насоса 1 к гидродвигателю 2 и обратно подается через гидрораспределитель 3. Излишек рабочей жидкости сливается в бак 4.

При работе закрытой системы (рис. 3, 1. б) рабочая жидкость циркулирует по специальной магистрали, а рабочая жидкость в баке 5 служит для пополнения утечек и частичного участия в циркуляции между насосом 1 и гидродвигателем 2 через подпиточный насос 3. Управление гидродвигателем осуществляется гидрораспределителем 4, переключающим направление подачи рабочей жидкости в гидродвигатель.

Открытая схема применяется обычно при многодвигательном гидроприводе, а также когда реверсирование гидродвигателя осуществляется распределительным устройством или насосом.

Главные достоинства гидростатической системы: способность при малом весе и компактности осуществлять большие передаточные отношения, возможность пре­образования вращательного движения в поступательное, бесступенчатое регулирова­ние скорости в широких пределах, плавный разгон и остановка, реверсирование движения, предохранение двигателя и рабочего органа от перегрузки, простота и удобство управления и возможность его автоматизации.

В то же время система имеет ряд недостатков: небольшой ход механизмов и элементов испол­нительных (рабочих) органов; малые поступательные скорости движе­ния элементов рабочих органов (не более 0, 2 м/с); необходимость при­менения для работы специальных рабочих жидкостей, которые в зависи­мости от климатических условий (лето, зима) приходится менять в системе; трудоемкость и сложность наладки, настройки, технического обслуживания системы.

Гидродинамический привод (рис. 3.2, а) состоит из насосного колеса 2 – веду­щего звена, получающего движение от вала двигателя или какого-либо промежуточного вала (вала отбора мощности и др.),

Насосное колесо, забирает из гидробака рабочую жидкость, подает ее к турбинному колесу 3, запол­няет его и приводит его во вращение, а вместе с ним – и ведомый вал 4.

Ведомый вал передает вращение исполнительному (рабо­чему) органу машины или каким-либо другим элементам машины, например, ходовым колесам. Рабочая жидкость, отработав в замкнутой си­стеме гидродинамического привода, поступает в гидробак и далее под действием насосного колеса вновь направляется к турбинному колесу и т. д.

Гидродинамическую передачу с двумя лопастными колесами (насос­ным и турбинным) называют гидромуфтой (см. рис. 3.2, а), а с тремя и более (насос­ным, реакторным и турбинным) – гидротрансформатором (рис. 3.2, б). Гидротрансформатор плавно изменяет крутящий момент, нагружающий трансмиссию, что увеличивает долговечность агрегатов трансмиссии и снижает затраты на ее ремонт, самым благоприятным образом сказывается при движении по слабонесущим грунтам и скользкой дороге (лед, снег), поскольку в этом случае снижается вероятность срыва грунта и буксования ведущих колес, является демпфером крутильных колебаний двигателя, которые гасятся маслом и не пропускаются в механическую часть трансмиссии.

В дорожно-строительных машинах для привода рабочих органов пре­имущественное распространение имеет гидростатическая система. Эта си­стема обеспечивает возможность применения и обслуживания относи­тельно большого количества постов, жесткую связь с исполнительными (рабочими) органами, легкое и быстрое реверсирование исполнительных (рабочих) органов, независимое расположение элементов управления от других элементов и устройств гидропривода, простое и легкое управле­ние рычагами гидрораспределителя.

При гидравлической системе управления рабочими органами машин и их элементами все операции (подъем, опускание) обеспечиваются с по­мощью насосов, гидрораспределителей (механизмов управления), сило­вых исполнительных гидроцилиндров, запорных и предохранительных кранов и устройств.

Элементы исполнительных механизмов и вспомогательных устройств включают гидроцилиндры или гидродвигатели, бак для рабочей жидкости, магистральные фильтры, трубопроводы, запорные уст­ройства (гидроклапаны, вентили, заглушки и др.).

Принципиальная схема работы гидросистемы представлена на рис. 3.4. Из бака 2 рабочая жидкость по всасывающему трубопроводу поступает к шестеренчатому, лопастному, или другому насосу 1, который приводится во вращение двига­телем базовой машины или от специального редуктора. Насос подает ее по трубо­проводу 6 под давлением к распределительному устройству (гидрораспределителю) 5 и далее также под давлением в одну или в другую по­лость исполнительного гидроцилиндра 4, соединенного с тем или другим рабочим органом машины. В гидравлическом приводе вращательное движение вала дви­гателя передается валу насоса. Вращение вала насоса преобразуется в поступательное движение поршня силового гидроцилиндра и далее через шток гидроцилиндра передается к исполни­тельным рабочим органам.

Рис. 3.4. Принципиальная схема работы гидросистемы: а – подъем, б – опускание, в – нейтральное положение, г – плавающее положение; 1 – насос, 2 – бак с рабочей жидкостью, 3 – исполнительный механизм 4 – рабочий гидроцилиндр, 5 – гидрораспределитель, 6 – напорная линия

Насосы характеризуются развиваемым давлением и подачей (производительностью) рабочей жидкости.

Гидромоторы преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую, вращая приводные валы механизмов, и характеризуются развиваемым крутящим моментом и частотой вращения вала.

В гидроприводах дорожно-строительных ма­шин в основном применя ются насосы: шестеренчатые, пластинчатые, роторно-поршневые.

Шестеренчатые насосы выполняют с внешним и внутренним зацеплением пар шестерен, составляющих одну, две или три секции насоса. Наиболее распространены односекционные насосы типа НШ (рис. 3.5) с внешним зацеплением шестерен, имеющих от 6 до 12 зубьев.

Ведущая 4 и ведомая 5 шестерни выполняются заодно с валами 1, установленными на подшипниках скольжения 3 в корпусе 2 со всасывающей и нагнетательной полостями. При вращении шестерен рабочая жидкость из бака засасывается во всасывающую полость, заполняет пространство между зубьями и переносится в нагнетательную полость, откуда выдавливается в напорную магистраль зубьями шестерен, вступающими в зацепление. Насосы типа НШ развивают давление до 15 МПа. Они просты по конструкции, малогабаритны и имеют невысокую стоимость. Основные недостатки – сравнительно малый КПД (0, 6...0, 75) и небольшой срок службы при работе с высоким давлением. Эти насосы развивают подачу порядка 400...500 л/мин при частоте вращения вала 2000 мин^–1.

Роторно-поршневые насосы и гидромоторы разделяют на аксиально-поршневые и радиально-поршневые. Аксиально-поршневые насосы (рис. 3.6) и гидромоторы имеют одинаковую конструкцию и состоят из вращающегося цилиндрового блока 5, поршней 3 со штоками 2, приводного вала 1 и неподвижного распределительного диска 6.

Рис. 3.6 – Схема аксиально-поршневого насоса: 1 – приводной вал, 2 – шток, 3 – поршень, 4 – цилиндр, 5 – цилиндровый блок, 6 – неподвижный распределительный диск, 7 – отверстия в диске 6, 8 – дуговые окна

По окружности блока расположены восемь цилиндров 4. При вращении блока, наклоненного к оси приводного вала под углом a = 15...30°, поршни вращаются вместе с блоком и одновременно движутся возвратно-поступательно в его цилиндрах, попеременно засасывая рабочую жидкость из гидробака и выталкивая ее в напорную магистраль. Жидкость засасывается и нагнетается поршнями через дуговые окна 8 в распределительном диске 6. Перемычки между окнами отделяют полость всасывания от полости нагнетания. При вращении блока отверстия 7 цилиндров соединяются либо со всасывающей, либо с напорной магистралями. Угол наклона α качающего блока определяет ход поршней и подачу насоса.

При изменении угла α будут обратно пропорционально изменяться подача Q (или производительность насоса) и давление р, развиваемое насосом, при неизменной мощности насоса Р, так как Р = pQ. Причем, если этот угол изменить на противоположный, то насос изменит направление подачи жидкости также на противоположное. В гидроприводах одноковшовых экскаваторов и стреловых самоходных кранов применяют сдвоенные аксиально-поршневые насосы, установленные в одном корпусе. Такие насосы нагнетают рабочую жидкость обычно в две напорные магистрали.

Высокий объемный КПД (0, 87...0, 96) гидродвигателей позволяет осуще­ствлять глубокое регулирование (в пределах 1: 1000), малый момент инерции вращающихся частей обеспечивает быстрое реверсирование (за доли секунды).