Hydraulisk drivning ( hydraulisk drivning ) är en uppsättning delar och anordningar utformade för att sätta maskiner och mekanismer i rörelse med hjälp av hydraulisk energi (vätskeflödesenergi).
Den hydrauliska drivningen bildar tillsammans med hjälpmekanismer (vanligen med en mekanisk transmission ) en hydraulisk transmission .
1795 uppfann den engelske uppfinnaren Bramah den hydrauliska pressen .
Den hydrauliska drivningens huvudfunktion, såväl som mekanisk transmission, är omvandlingen av drivmotorns mekaniska egenskaper i enlighet med kraven på belastningen (omvandling av typen av rörelse hos motorns utgående länk, dess parametrar , samt reglering, överbelastningsskydd etc.). En annan funktion hos den hydrauliska drivningen är överföringen av kraft från drivmotorn till maskinens arbetskroppar (till exempel i en enskopad grävmaskin, överföring av kraft från förbränningsmotorn till skopan eller till bomdrivningen hydrauliska motorer , till plattformens svängmotorer, etc.).
Generellt sett sker kraftöverföringen i en hydraulisk drivning enligt följande:
Hydrauliska ställdon kan vara av två typer: hydrodynamiska och volumetriska.
En volumetrisk hydraulisk drivning är en hydraulisk drivning som använder volumetriska hydrauliska maskiner ( pumpar och hydraulmotorer ). Volumetrisk kallas en hydraulisk maskin , vars arbetsprocess är baserad på den alternativa fyllningen av arbetskammaren med vätska och förskjuter den från arbetskammaren. Volumetriska maskiner inkluderar till exempel kolvpumpar , axialkolv , radialkolv , kugghjulshydraulikmaskiner , etc.
En av egenskaperna som skiljer en volumetrisk hydraulisk drivning från en hydrodynamisk är höga tryck i hydraulsystem. Således kan de nominella trycken i grävmaskiners hydrauliska system nå 32 MPa , och i vissa fall kan driftstrycket vara mer än 300 MPa , medan hydrodynamiska maskiner vanligtvis arbetar vid tryck som inte överstiger 1,5-2 MPa .
Det volumetriska hydrauliska ställdonet är mycket mer kompakt och lättare i vikt än det hydrodynamiska, och därför används det mest.
Beroende på design och typ av element som ingår i den hydrauliska transmissionen, kan volymetriska hydrauliska drivenheter klassificeras enligt flera kriterier.
när en hydraulmotor används som en hydraulmotor , i vilken den drivna länken (axel eller hus) utför en obegränsad rotationsrörelse;
Hydraulisk progressiv rörelsei vilken en hydraulcylinder används som en hydraulmotor - en motor med fram- och återgående rörelse av den drivna länken ( kolvstång , kolv eller hus);
Hydraulisk roterande rörelsenär en roterande hydraulmotor används som en hydraulmotor , i vilken den drivna länken (axel eller hus) utför en fram- och återgående rotation under en vinkel mindre än 270°.
Om hastigheten på utgångslänken (hydraulcylinder, hydraulmotor) styrs genom att ändra hastigheten på motorn som driver pumpen, anses den hydrauliska drivningen vara oreglerad.
Justerbar hydraulisk drivningi vilken hastigheten på hydraulmotorns utgångslänk kan ändras i enlighet med den lag som krävs. I sin tur kan regleringen vara:
Reglering kan vara: manuell eller automatisk .
Beroende på styruppgifterna kan den hydrauliska drivningen vara:
ändrar automatiskt vätsketillförseln enligt det faktiska behovet av hydraulsystemet i realtid (utan fördröjning).
i vilken arbetsvätskan från hydraulmotorn återgår till pumpens hydrauliska sugledning.
Hydrauldriften med sluten cirkulation av arbetsvätskan är kompakt, har en liten massa och tillåter en hög hastighet på pumprotorn utan risk för kavitation , eftersom trycket i sugledningen alltid är högre än atmosfärstrycket i ett sådant system. Nackdelarna inkluderar dåliga förhållanden för att kyla arbetsvätskan, såväl som behovet av att dränera arbetsvätskan från hydraulsystemet vid byte eller reparation av hydraulisk utrustning;
Hydraulisk drivning med öppet cirkulationssystemi vilken arbetsvätskan ständigt står i förbindelse med hydraultanken eller atmosfären.
Fördelarna med ett sådant schema är goda förhållanden för kylning och rengöring av arbetsvätskan. Sådana hydrauliska drivenheter är emellertid skrymmande och har en stor massa, och pumprotorns hastighet begränsas av de tillåtna (från villkoren för icke-kavitationell drift av pumpen) rörelsehastigheterna för arbetsvätskan i sugrörledningen.
I pumpens hydrauliska drivning, som används mest inom tekniken, omvandlas mekanisk energi av pumpen till hydraulisk energi, energibäraren är arbetsvätskan , den pumpas genom tryckledningen till hydraulmotorn, där energin från vätskeflödet omvandlas till mekanisk energi. Arbetsvätskan, efter att ha gett upp sin energi till hydraulmotorn, återvänder antingen tillbaka till pumpen (stängd krets för hydrauldriften) eller till tanken (öppen eller öppen krets för hydrauldriften). I det allmänna fallet inkluderar den hydrauliska pumpens drivning en hydraulisk transmission, hydrauliska anordningar, arbetsvätskekonditionerare, hydrauliska behållare och hydraulledningar.
De mest använda hydrauliska drivenheterna är axialkolv- , radialkolv- , skovel- och kugghjulspumpar .
Huvudhydraulisk drivenhetI huvudhydraulikdriften pumpas arbetsvätskan av pumpstationer in i tryckledningen, till vilken förbrukare av hydraulisk energi är anslutna. Till skillnad från en hydraulisk pumpdrift, som i regel har en (sällan 2-3) hydraulisk energigenerator (pump), kan det finnas ett stort antal sådana generatorer i huvudhydrauliken, och det kan också finnas ganska många förbrukare av hydraulisk energi.
Hydraulisk batteridrivningI en hydraulisk ackumulatordrivning tillförs vätska till hydraulledningen från en förladdad hydraulisk ackumulator . Denna typ av hydraulisk drivning används främst i maskiner och mekanismer med kortvariga driftlägen.
Hydrauliska ställdon är elektriska , drivna av förbränningsmotorer , turbiner etc.
I en hydraulisk drivning av denna typ utför hydraulmotorns utgångslänk fram- och återgående rotationsrörelser med hög frekvens (upp till 100 pulser per sekund).
Obligatoriska delar av den hydrauliska drivningen är pump och hydraulmotor . Pumpen är en källa till hydraulisk energi, och hydraulmotorn är dess konsument, det vill säga den omvandlar hydraulisk energi till mekanisk energi. Rörelsen av utgångslänkarna för hydraulmotorer styrs antingen med hjälp av styrutrustning - gasspjäll , hydrauliska fördelare etc., eller genom att ändra parametrarna för hydraulmotorn och / eller själva pumpen.
Också obligatoriska komponenter i den hydrauliska drivningen är hydraulledningar , genom vilka vätskan rör sig i hydraulsystemet .
Kritiskt för en hydraulisk drivning (främst en volymetrisk drivning) är rengöringen av arbetsvätskan från de nötande partiklar som finns i den (och ständigt bildas under drift). Därför innehåller hydrauliska drivsystem nödvändigtvis filteranordningar (till exempel oljefilter ), även om den hydrauliska drivningen i princip kan fungera utan dem under en tid.
Eftersom driftsparametrarna för den hydrauliska drivningen avsevärt beror på temperaturen på arbetsvätskan, installeras i vissa fall, men inte alltid, temperaturkontrollsystem (värme- och / eller kylanordningar) i hydrauliska system.
Antalet frihetsgrader i ett hydraulsystem kan bestämmas genom att helt enkelt räkna antalet oberoende styrda hydraulmotorer .
Volumetrisk hydraulisk drivning används i gruv- och vägbyggnadsmaskiner . För närvarande är mer än 50 % av den totala flottan av mobila vägbyggnadsmaskiner (schaktmaskiner , grävmaskiner , väghyvlar , etc.) hydroficerad. Detta skiljer sig väsentligt från situationen på 1930- och 1940-talen, då mekaniska transmissioner främst användes inom detta område.
Inom verktygsmaskinindustrin används också den hydrauliska drivningen flitigt, men inom detta område upplever den hög konkurrens från andra typer av drivningar [1] .
Hydraulisk drivning har blivit utbredd inom flyget . Mättnaden av moderna flygplan med hydrauliska drivsystem är sådan att den totala längden på rörledningarna för ett modernt passagerarflygplan kan nå flera kilometer. På senare tid har det funnits en trend inom flyget att byta till elektroniska styrsystem ( EDSU ) för hydrauliska drivningar, som ersätter hydraulisk logik och kretsar med elektroniska.
I bilindustrin, den mest använda servostyrningen , vilket avsevärt ökar bekvämligheten med körning . Dessa enheter är ett slags servohydrauliska drivenheter . Hydrauliska boosters används också inom många andra teknikområden (flyg, traktorkonstruktion, industriell utrustning, etc.).
I vissa tankar, till exempel i den japanska tanken av typ 10 , används en hydrostatisk transmission , som i själva verket är ett volymetriskt hydrauliskt framdrivningssystem . Samma typ av transmission är installerad i vissa moderna bulldozrar .
I allmänhet bestäms gränserna för omfattningen av den hydrauliska drivningen av dess fördelar och nackdelar.
De viktigaste fördelarna med den hydrauliska drivningen inkluderar:
Nackdelarna med hydraulisk drivning inkluderar:
Hydrauliska tekniska anordningar har varit kända sedan urminnes tider. Till exempel har pumpar för att släcka bränder funnits sedan antikens Grekland [2] .
Men som ett integrerat system, inklusive en pump , en hydraulmotor och vätskedistributionsanordningar , började den hydrauliska drivningen utvecklas under de senaste 200-250 åren.
En av de första enheterna som blev prototypen för en hydraulisk drivning är en hydraulisk press . 1795 erhölls ett patent för en sådan anordning av Joseph Bramah [ 3 ] , assisterad av Henry Maudsley , och 1797 byggdes den första hydrauliska pressen någonsin [4] .
I slutet av 1700-talet dök de första hydrauliskt drivna lyftanordningarna upp, i vilka vatten fungerade som arbetsvätska . Den första kranen med hydraulisk drivning togs i drift i England 1846-1847 [5] , och sedan andra hälften av 1800-talet har den hydrauliska drivningen använts flitigt i lyftmaskiner.
Skapandet av de första hydrodynamiska kugghjulen är förknippad med utvecklingen av skeppsbyggnad i slutet av 1800-talet. Vid den tiden började höghastighetsångmaskiner användas i flottan . Men på grund av kavitation var det inte möjligt att öka antalet varv på propellrarna. Detta krävde användningen av ytterligare mekanismer. Eftersom tekniken vid den tiden inte tillät produktion av höghastighetsväxlar, var det nödvändigt att skapa i grunden nya växlar. Den första sådan anordning med relativt hög verkningsgrad var den hydrauliska transformatorn som uppfanns av den tyske professorn G. Fötinger (1902 patent) [6] , som var en pump, en turbin och en fast reaktor kombinerade i ett hus. Den första hydrodynamiska transmissionskonstruktionen som togs i bruk skapades dock 1908 och hade en verkningsgrad på cirka 83 %. Senare kom hydrodynamiska transmissioner till användning i bilar. De ökade smidigheten i att börja. År 1930 utvecklade Harold Sinclair , arbetande för Daimler- företaget , en transmission för bussar, inklusive en vätskekoppling och en planetväxel [7] . På 1930-talet tillverkades de första diesellokomotiven med hjälp av vätskekopplingar [8] .
I Sovjetunionen skapades den första hydrauliska kopplingen 1929.
1882 introducerade Armstrong Whitworth Company grävmaskinen , som för första gången hade en hydrauliskt driven skopa [9] . En av de första hydrauliska grävmaskinerna tillverkades av det franska företaget Poclain 1951 . Denna maskin kunde dock inte rotera tornet 360 grader. Den första helroterande hydrauliska grävmaskinen introducerades av samma företag 1960. I början av 1970-talet tvingade hydrauliska grävmaskiner, som hade större produktivitet och enklare manövrering, i princip bort sina föregångare, kabeldragna grävmaskiner, från marknaden [10] .
Det första patentet för hydraulisk boost erhölls av Frederick Lanchester i Storbritannien 1902. Hans uppfinning var "en förstärkningsmekanism som drivs av hydraulisk energi" [11] . År 1926 visade Pierce Arrow, en ingenjör i lastbilsavdelningen av företaget , en bra prestanda servostyrning på General Motors, men biltillverkaren ansåg att dessa enheter skulle vara för dyra att släppa ut på marknaden [12] [13] . Den första kommersiella servostyrningen gjordes av Chrysler 1951, och de flesta nya bilar kommer nu med servostyrning.
Honda , efter att ha introducerat en hydrostatisk transmission 2001 för sin FourTrax Rubicon terrängbilsmodell , tillkännagav 2005 Honda DN-01 motorcykel med en hydrostatisk transmission, inklusive en pump och en hydraulmotor. Modellen började säljas på marknaden 2008. Det var den första fordonsmodellen som använde en hydrostatisk transmission [14] .
Utsikterna för utvecklingen av hydraulisk drivning är till stor del förknippade med utvecklingen av elektronik. Således gör förbättringen av elektroniska system det möjligt att förenkla kontrollen av rörelsen av utgående länkar i den hydrauliska drivningen. I synnerhet under de senaste 10-15 åren började bulldozrar att dyka upp , vars kontroll är ordnad enligt principen om en joystick .
Framsteg inom området för att diagnostisera en hydraulisk drivning är förknippad med utvecklingen av elektronik och datorverktyg. Processen att diagnostisera vissa moderna maskiner i enkla ord kan beskrivas enligt följande. Specialisten ansluter en bärbar dator till en speciell kontakt på maskinen. Genom denna kontakt får datorn information om värdena för diagnostiska parametrar från en mängd olika sensorer inbyggda i hydraulsystemet. Programmet eller en specialist analyserar mottagna data och utfärdar en slutsats om maskinens tekniska tillstånd, närvaron eller frånvaron av fel och deras lokalisering. Enligt detta schema utförs diagnostik, till exempel av vissa moderna skopor . Utvecklingen av datorverktyg kommer att förbättra processen för att diagnostisera en hydraulisk drivning och maskiner som helhet.
En viktig roll i utvecklingen av en hydraulisk drivning kan spelas genom skapandet och introduktionen av nya konstruktionsmaterial. I synnerhet kommer utvecklingen av nanoteknik att öka styrkan hos material, vilket kommer att minska vikten av hydraulisk utrustning och dess geometriska dimensioner, och öka dess tillförlitlighet. Å andra sidan kommer skapandet av hållbara och samtidigt elastiska material att göra det möjligt att till exempel minska bristerna hos många hydrauliska maskiner, i synnerhet för att öka trycket som utvecklas av membranpumpar .
Under de senaste åren har det skett betydande framsteg i produktionen av tätningsanordningar . Nya material ger fullständig täthet vid tryck upp till 80 MPa , låga friktionskoefficienter och hög tillförlitlighet [1] .