Приводом называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин. Различают электрический, механический, пневматический, гидравлический и другие приводы. В электрическом приводе движение передается и преобразуется посредством электричества; в механическом — посредством твердых тел; в пневматическом — сжатым воздухом, а в гидравлическом — жидкостью под давлением. Гидравлические приводы подразделяются на объемные и гидродинамические. В гидродинамических приводах используется кинетическая энергия жидкости. В приводах станков применяется объемный гидропривод. В объемном гидроприводе используют потенциальную энергию жидкости, которая с помощью объемных гидродвигателей преобразуется в механическую работу. Объемный гидропривод простыми средствами реализует большие передаточные отношения, любые силы и крутящие моменты, обладает очень высокой компактностью и энергоемкостью, удобен в управлении, позволяет реализовать любые циклы работы системы.

Принцип действия объемного гидропривода основан на законе Паскаля передавать давление во все места закрытой системы.

Объемным гидроприводом называется совокупность одной или нескольких объемных гидропередач, гидроаппаратуры и вспомогательных гидроустройств.

Объемной гидропередачей называется часть объемного гидропривода, предназначенная для передачи движения от приводящего двигателя к машинам и механизмам и состоящая из гидромашин (насосов и гидродвигателей) и магистральных гидролиний. Если объемная гидропередача состоит из устройств, конструктивно оформленных в одном корпусе, она называется гидропередачей нераздельного исполнения. Объемные гидроприводы классифицируются по источнику подачи рабочей среды (жидкости), по характеру движения выходного звена, по возможности регулирований входного или выходного звеньев и по циркуляции рабочей среды (подробнее см. ГОСТ 17752—72).

схема гидропривода

По источнику подачи рабочей среды гидроприводы подразделяются на насосные, аккумуляторные и магистральные, по циркуляции рабочей среды — на гидроприводы с замкнутой и разомкнутой циркуляцией рабочей среды; по характеру движения выходного звена — на гидроприводы поступательного движения, поворотного движения, вращательного движения; по возможности регулирования — на гидроприводы, регулируемые и нерегулируемые.

Регулируемый объемный гидропривод различают по регулируемому устройству, по задаче регулирования, по способу регулирования: по регулируемому устройству — гидропривод с дроссельным регулированием, гидропривод с объемным регулированием, гидропривод с объемно-дроссельным регулированием, гидропривод с регулированием приводящим двигателем; по задаче регулирования — стабилизируемый, программный, следящий; по способу управления —гидроприводы с ручным и автоматическим управлением. Регулирование может быть ступенчатым и бесступенчатым.

Рассмотрим схему простейшего гидропривода с замкнутой циркуляцией рабочей среды.

При приложении внешней силы F1 (рис. 89) к штоку 1 насоса 2 и перемещении его вниз со скоростью v1 масло из камеры α поршнем 3 будет вытесняться по каналу б в камеру b гидродвигателя (гидроцилиндра). При этом поршень 4 будет перемещаться вверх со скоростью v2, преодолевая штоком 5 силу F2. Допуская, что масло не сжимается (т. е. его объем не изменяется при изменении рабочего давления), можно написать:

h1S1 = h2S2,

где h1 — величина перемещения поршня насоса, м; h2 — соответствующая величина перемещения поршня гидродвигателя, м; S1 = πd12/4— рабочая площадь насоса, м2; S2 = πd22/4 рабочая площадь гидродвигателя, м2; или h2 = h1S1/ S2 = h1*(d12/ d22).

Зная время t перемещения поршня 3, можно определить скорость (м/с) его перемещения v1 = h1/t. Скорость перемещения (м/с) поршня 4 будет:

v2 = h2/t = h1/t * d12/ d22.

Подачу (поток) насоса (т. е. количество масла, подаваемого в единицу времени из камеры α в камеру b) (м3/с) можно выразить уравнением:

Q = h1S1/t = h2S2/t.

Без учета трения поршней о стенки цилиндров и трения жидкости в канале б и цилиндрах давления р1 в камере α и р2 в камере b в соответствии с законом Паскаля будут одинаковы и равны давлению р.

В свою очередь, р = F1/S1 = F2/S2, откуда F2 = рS2 и F1 = рS1.

Из этого уравнения вытекает важный вывод для понимания принципа работы гидропривода, что давление р пропорционально силе F2; при отсутствии силы давление равно нулю.

В реальном гидроприводе в связи с утечками масла из зон более высокого давления в зоны низкого давления и потерями на трение скорость v2, сила F2 и мощность Р2 не соответствуют расчетным. Условия течения рабочей жидкости в трубопроводах (потери напора, давления, утечки и т. д.), в каналах, соединениях, уплотняющих зазорах определяют на базе уравнений гидродинамики и опытным путем.

Эффективная (полезная) мощность насоса (Вт) определяется по формуле:

PЭФ = рS2(h2/t) = pQ,

где — площадь поршня, м2; h2— ход поршня, м; t — время перемещения поршня, с; р — рабочее давление в гидросистеме на выходе из насоса, Па; Q — объемная подача насоса, м3/с.

Объемный гидропривод, применяемый в приводах станков и других технологических машинах, должен отвечать следующим требованиям; а именно иметь:

  • меньшие массу и габариты по сравнению с электроприводом;
  • малую инерционность, которая обеспечивает хорошие динамические свойства, увеличивает долговечность станков и позволяет производить включение и реверсирование рабочих движений за доли секунды. Время рабочего цикла при этом сокращается, и повышается производительность станка;
  • бесступенчатое регулирование скорости рабочих движений, позволяющее повысить коэффициент использования приводного двигателя, упростить автоматизацию привода; удобство управления, сокращающее затраты энергии станочника независимо от мощности привода, возможность разветвления мощности; возможность осуществления больших передаточных отношений между ведущим и ведомым звеньями при вращательном движении ведомого звена;
  • возможность преобразования без дополнительных устройств вращательного движения ведущего звена в поступательное движение ведомого звена. Используя в качестве ведомого звена гидроцилиндр, можно преобразовывать вращательное движение ведущего звена (насос) в возвратно-поступательное движение ведомого звена (поршень гидроцилиндра). Подбором соответствующего диаметра гидроцилиндра и давления рабочей жидкости можно создавать практически любые силы на ведомом звене. При этом обеспечивается независимое расположение ведущего и ведомого звена и, кроме того, достигается надежная фиксация ведомого звена в любом заданном положении и возможность регулирования скорости его перемещения, надежное предохранение от перегрузок электропривода и рабочих органов; при этом при быстро нарастающих нагрузках предохранительный гидроклапан пропускает часть жидкости на слив;
  • применение стандартизованных и унифицированных узлов (насосов, гидромоторов, гидроцилиндров, гидроклапанов, гидрораспределителей, фильтров, арматуры и т. д.) позволяет снизить стоимость привода и облегчить его эксплуатацию и ремонт. Кроме этого, упрощается процесс конструирования, т. е. он сводится к составлению схемы и подбору гидрооборудования с заранее известными свойствами;
  • возможность осуществления автоматизации. Применение минеральных масел в качестве рабочих жидкостей, что обеспечивает смазывание самих элементов гидропривода и повышает их эксплуатационные качества.

К недостаткам гидропривода относятся:

  • зависимость характеристики гидропривода от вязкости рабочей жидкости, которая изменяется от температуры (в автоматических гидравлических системах нестабильность вязкости нарушает работу автоматических устройств);
  • растворимость воздуха в жидкости, который также нарушает работу гидропривода и особенно в автоматических устройствах; внутренние и наружные утечки рабочей жидкости.