Гидроприводами оснащают экскаваторы, бульдозеры, автогрейдеры, стреловые краны, погрузчики и другие строительные машины.
Основными преимуществами гидропривода строительных машин по сравнению с другими системами припадок являются:
бесступенчатое регулирование скорости рабочих движений, обеспечивающее возможность плавных пусков и остановов и снижение динамических нагрузок;
возможность создания больших передаточных отношений между скоростями энергетической установки и исполнительными органами машины;
удобство управления при небольшой затрате энергии;
простота кинематических устройств для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот;
возможность легкого подвода энергии от насоса, связанного с приводным двигателем, к любому исполнительному органу машины независимо от его пространственного расположения на машине;
возможность широкой стандартизации и унификации сборочных единиц гидропривода;
небольшая масса и малые габариты гидропривода по сравнению с другими системами приводов при одинаковой мощности.
Надежность работы гидросистемы зависит от чистоты рабочей жидкости (масла) и плотности соединений трубопроводов, вращающихся соединений гидрораспределителей, уплотнений и т. д.
При комбинированном электро- или дизель-гидравлическом приводе первичным источником энергии является электродвигатель или двигатель внутреннего
сгорания (дизель), которым приводятся во вращение один или несколько гидравлических насосов. Отдельные механизмы машины получают движение от гидродвигателей (гидромоторов) и гидроцилиндров (гидротолкателей), к которым по трубопроводам подается под большим давлением (10 — 20 МПа) рабочая жидкость от гидронасосов. Гидравлический привод в строительных машинах применяется для приведения в действие механизмов машины и их рабочих органов с сообщением им возвратно-поступательного и вращательного движений, для включения и выключения отдельных механизмов фрикционных муфт и тормозных устройств.
В состав гидравлического объемного привода входят насосы, гидромоторы, гидроцилиндры, гидрораспределители, гидроклапаны, дроссели, гидроаккумуляторы, фильтры, маслопроводы и др.
Простейшая схема объемного гидропривода показана на рис. 5. Рабочая жидкость 15 гидронасосом забирается из бака 16 и через обратный клапан 4 и золотниковый распределитель 5 попадает в полость В гидроцилиндра 6, под влиянием которой поршень 7 со штоком 8 будет смещаться, совершая необходимую работу.
Рис. 5. Гидропривод
При переключении золотника гидрораспределителя рукояткой 9 рабочая жидкость попадает в полость А гидроцилиндра, который начнет смещаться вправо, вытесняя из полости В жидкость по сливной линии 11 через дроссель 12 и фильтр 14 в бак. При возникновении в напорной линии 2 избыточного давления сработает предохранительный клапан 3 и жидкость попадет в бак. При установке переключателя 10 в положение, показанное на схеме, при работающем насосе гидроцилиндр работать не будет, так как рабочая жидкость будет слипаться в бак. Заливка рабочей жидкости в бак 16 осуществляется через воронку и фильтр 13.
Гидронасосы. В гидроприводе современных строительных машин применяются следующие типы
гидронасосов: шестеренные, пластинчатые, аксиально-поршневые, радиально-поршневые и поршневые эксцентриковые.
Шестеренный гидронасос (рис. 6, а) состоит из корпуса /, имеющего всасывающий 2 и нагнетательный 4 патрубки. В корпусе в разных направлениях вращаются ведущая 3 и ведомая 5 шестерни, имеющие одинаковые модули зацепления и равные числа зубьев. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, жидкость, поступающая через патрубок 2, захватывается зубьями шестерен 3 и 5 и проталкивается по внутренней шлифованной поверхности корпуса к нагнетательному патрубку 4.
Рис. 6. Гидравлические насосы а — шестеренный; б — пластинчатый
Шестеренные гидронасосы изготавливают для рабочих давлений 10 — 20 МПа с расходом рабочей жидкости 400 — 500 л/мин.
Пластинчатый гидронасос (рис. 6, б) состоит из корпуса 9 со всасывающим 6 и нагнетательным 11 патрубками. В корпус запрессован статор 10 овального сечения, в котором вращается ротор 8, имеющий пазы.
В эти пазы свободно вставлены лопатки 12. При вращении ротора под действием центробежной силы лопатки перемещаются по пазам к периферии и скользят по внутренней образующей статора. В торцовых стенках корпуса насоса расположены всасывающие 7 и нагнетательные 13 полости. Всасывающие полости соединены между собой всасывающим патрубком 6, а нагнетательные — патрубком 11. При вращении ротора объем
полостей, заключенных между двумя соседними лопатками внешней образующей ротора и внутренней образующей статора, оказывается различным, так как лопатки выдвигаются на величину от минимальной до максимальной. При увеличении объема полостей происходит всасывание жидкости, при сокращении длины выступающей части лопаток жидкость нагнетается через патрубок 11. За каждый оборот ротора каждая лопатка дважды проталкивает жидкость через нагнетательный патрубок.
Рис. 7. Поршневые гидравлические насосы
а — аксиально-поршневой; б — радиально-поршневой; в — эксцентриковый поршневой
Изготовляют пластинчатые гидронасосы до давления 14 МПа с расходом рабочей жидкости 5 — 70 л/мин.
Аксиально-поршневой гидронасос показан на рис. 7, а. На приводном валу / укреплен диск 2, к которому при помощи сферических шарниров присоединены головки шатунов 3 поршней 4. При вращении приводного вала с диском с ними с одинаковой угловой скоростью вращается блок цилиндров 5, расположенный в корпусе 6 насоса под некоторым углом к приводному валу. При одном повороте приводного вала поршни совершают одно возвратно-поступательное движение, всасывая масло через канал А и выталкивая его через канал В.
Изготавливаются аксиально-поршневые гидронасосы с давлением в системе 16 — 25 МПа, с расходом рабочей жидкости 32 — 252 л/мин.
Радиально-поршневой гидронасос (рис. 7,6) состоит из корпуса 7, внутри которого эксцентрично вращается барабан 8 с радиально расположенными гнездами, в которых находятся поршни 9, поддерживаемые пружинами 10. За один оборот барабана 8 по часовой стрелке каждый из поршней 9 совершит возвратно-поступательное движение в радиальном направлении к центру барабана. При прохождении полости At поршни засасывают рабочую жидкость в подпоршневое пространство через канал при движении через полость Л2 — нагнетают рабочую жидкость в канал Ог. Эти насосы обеспечивают давление до 22 МПа с расходом рабочей жидкости 15 — 400 л/мин.
Эксцентриковый поршневой гидронасос изображен на рис. 7, в. Внутри корпуса 11 вращается вал с несколькими эксцентриками 12, за один оборот которого каждый поршень 13 совершает возвратно-поступательное движение, засасывая рабочую жидкость из канала К, и нагнетает в канал К.2- Насосы этого типа обеспечивают давление в системе до 50 МПа.
Гидромоторы. Вращательное движение механизмов, передаточных устройств в машинах осуществляется гидромоторами, которые, как и гидронасосы, бывают шестеренные, пластинчатые и поршневые — аксиально-поршневые и радиально-поршневые. Большинство их обратимы, т. е. с небольшими изменениями, могут работать также в качестве гидронасосов, следовательно, конструктивно они схожи с насосами.
Различают низкомоментные (быстроходные) и высокомоментные (тихоходные) гидромоторы. Первые из них имеют частоту вращения от 1100 до 2200 мин-1 и крутящий момент от 20 до 150 Н-м, а вторые — частоту вращения от 4 до 0,16 мин-1 и крутящий момент от 24 до 35000 Н-м. Из высокомоментных гидромоторов наибольшее распространение получили радиальные роторно-поршневые гидромоторы одинарного действия с кривошипным механизмом и многократного действия с профильным копиром.
Конструктивная схема высокомоментного гидромотора однократного действия показана на рис. 8. Рабочая жидкость от цапфенного распределителя на эксцентриковом валу 11 попадает в гидроцилиндры /, 5, 7 и создает давление на поршни 2, 4, 8, которое через шатуны 3, 6, 9 передается на эксцентриковый вал 11, создавая относительно точки 0 крутящий момент, поворачивающий вал. Гидрораспределитель жестко связан с эксцентриковым валом и вращается вместе с ним. В процессе вращения эксцентрикового вала 11 рабочая жидкость поршнями 10, 12 вытесняется в сливной канал.
Рис. 8. Схема высокомоментного гидромотора
Гидромоторы этого типа выпускаются как с вращающимся валом и закрепленным корпусом, так и, наоборот, с вращающимся корпусом и закрепленным валом.
Достоинство высокомоментных гидромоторов в том, что они позволяют избежать устройства механических передач между гидродвигателями и исполнительным органом. Гидроцилиндры. Рабочие органы машины, совершающие поступательное движение, приводятся гидравлическими цилиндрами (гидротолкателями), обеспечивающими под воздействием рабочей жидкости, нагнетаемой под давлением, только поступательное или возвратно-поступательное движения; в зависимости от этого они называются цилиндрами одинарного действия (плунжерные) или двойного действия (рис. 9). Гидроцилиндры одностороннего действия передают движение только в одном (рабочем) направлении, в обратном направлении движение совершается под действием собственной массы плунжера и других частей или под внешним воздействием (пружина) (рис. 9, а, б). Гидроцилиндры двустороннего действия сообщают рабочему органу движение в прямом и обратном направлениях (рис. 9, в, г).
Поршневой гидроцилиндр двойного действия с односторонним штоком (рис. 9,в, д) состоит из корпуса И, в котором перемещается поршень 10, закрепленный на штоке 7. Уплотнение между цилиндром и поршнем обеспечивается двумя манжетами 9, прижимаемыми к поршню фасонными дисками. Для уплотнения между шейкой штока 7 и поршнем применяют резиновое кольцо, одеваемое в выточку на шейке штока.
Корпус с одной стороны закрыт приваренной к нему крышкой 12, имеющей проушину для шарнирного присоединения к раме машины. С противоположной стороны корпус закрывается крышкой 6 и втулкой 4, сквозь которые проходит шток. Выход штока уплотнен манжетой 5 и резиновым кольцом 3. Для очистки штока от налипающих частиц пыли и грязи служит грязесъемник 2. На хвостовом конце штока навинчивается проушина /, которой он соединяется с подвижной частью механизма.
Рис. 9. Гидроцилиндры
а — одностороннего действия поршневой; б — одностороннего действия плунжерный; в — двустороннего действия с одним штоком; г — то же, с двумя штоками; д — конструктивное исполнение поршневого гидроцилиндра двойного действия с одним штоком
Рабочая жидкость в полости цилиндра поступает через нарезные отверстия в крышках 6 и 12, к которым присоединяются нагнетательная и спускная магистрали. Для компенсации возможных перекосов в проушинах предусмотрены сферические вкладыши 14. В конце хода поршня хвостовик 13 штока 7 входит в отверстие крышки 12, оставляя небольшой зазор для вытеснения масла, в результате чего сопротивление масла замедляет ход поршня, и смягчается удар при его упоре в крышку корпуса. При обратном ходе демпфирующую роль выполняет втулка 8 при входе в выточку крышки 6.
Гидроцилиндр, у которого поршень и шток составляют одно целое, называется плунжерным.