Где сейчас применяют гидродвигатели в виде большого колеса кратко

Преимущества

К основным преимуществам гидропривода относятся:

• возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;
• простота управления и автоматизации;
• простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно, в частности, когда шток, соединённый с рабочим органом, встречает препятствие на своём пути), то давление в гидросистеме достигает больших значений — тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;
• надёжность эксплуатации;
• широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30—40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1—4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;
• большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-20 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;
• самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить, что при техническом обслуживании, например, мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50 % всего времени обслуживания машины, поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;
• возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
• простота осуществления различных видов движения — поступательного, вращательного, поворотного;
• возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
• возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
• упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.

Недостатки

К недостаткам гидропривода относятся:

• утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;
• нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;
• более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;
• необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;
• необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;
• пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;
• зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды, или дороговизна масел на основе ПАО;
• в сравнении с пневмо- и электроприводом — невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.

Объемный гидродвигатель

Объемные гидродвигатели по характеру движения выходного звена делятся на: гидроцилиндры, осуществляющие возвратно-поступательное движение; поворотные гидродвигатели с поворотным движением выходного звена на ограниченный угол; гидромоторы с вращательным движением выходного звена, в качестве которых используются роторные гидромашины.
 

Объемные гидродвигатели разделяются на гидромоторы, в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию неограниченного вращательного движения вала, и силовые цилиндры ( гидроцилиндры), развивающие механическую энергию при возвратно-поступательном или возвратно-поворотном ограниченных движениях.
 

Объемный гидродвигатель это объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена.
 

Объемные гидродвигатели в основном имеют те же свойства, что и объемные насосы, но с некоторыми отличиями, обусловленными иной функцией двигателей. Объемные гидродвигатели также характеризуются цикличностью рабочего процесса и герметичностью.
 

Объемные гидродвигатели в основном разделяют на две группы: силовые цилиндры, развивающие механическую энергию поступательного движения, и гидромоторы, в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию вращательного движения вала.
 

Объемные гидродвигатели в основном имеют те же свойства, что и объемные насосы, но с некоторыми отличиями, обусловленными иной функцией двигателей. Объемные гидродвигатели также характеризуются цикличностью рабочего процесса и герметичностью.
 

Схема ковшовой турбины.

Объемные гидродвигатели подразделяются на гидро-цилйндры, работающие при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре ( силовые цилиндры) или при возвратно-поворотном движении пластины ( лопасти) в цилиндре ( моментные гидроцилиндры), и гидромоторы, в которых происходит преобразование энергии потока при неограниченном вращении вала рабочего органа. К последнему типу относятся шестеренчатые, п л асти Нч а ты е и другие виды гидромоторов.
 

Объемные гидродвигатели предназначены для преобразования энергии потока рабочей жидкости в энергию движения выходного звена. По характеру движения выходного звена объемные гидродвигатели делятся на гидроцилиндры и гидромоторы.
 

Объемные гидродвигатели представляют собой объемные гидромашины, предназначенные для преобразования энергии потока рабочей среды в энергию выходного звена. Наибольшее распространение на экскаваторах получили гидродвигатели двух типов: гидроцилиндры и гидромоторы.
 

Объемные гидродвигатели широко используют в геологоразведочном буровом оборудовании.
 

У объемного гидродвигателя крутящий момент почти не зависит от скорости вращения, а у гидротурбины он изменяется в широком диапазоне.
 

К объемным гидродвигателям относятся: гидромоторы, использующие энергию потока жидкости и сообщающие выходному валу вращательное движение; гидроцилиндры, сообщающие выходному звену поступательное движение; гидродвигатели, сообщающие выходному валу ограниченные углы поворота.
 

В объемном гидродвигателе подводящая линия сообщает рабочую камеру с источником жидкости, обладающей высокой энергией, а отводящая — с областью слива, где энергия жидкости мала. При заполнении камеры подвижный замыкающий орган перемещается под воздействием жидкости и совершает работу, необходимую для преодоления силы или момента, приложенных к гидродвигателю извне приводимым объектом.
 

Схема объемного гидропривода.| Схемы гидроцилиндров.

Особенности гидромотра

Гидромотор — это тот же гидронасос, только работа совершается в обратном направлении. А именно, за счет давления жидкости происходит подача крутящего момента на выходной вал. То есть, гидравлическая энергия жидкости на входе преобразуется в механическую энергию на выходе. Особенность заключается в том, что сила создает давление жидкости внутри конструкции. В отличии от электродвигателя, такой мотор обеспечивает больший крутящий момент и высокую скорость оборотов.

Гидромоторы имеют большое преимущество перед электромоторами, а именно: больший диапазон регулирования числа оборотов выходного вала, меньшие габариты, меньшую массу — при одинаковой передаваемой мощности. Компактный размер и простота установки на огромное разнообразие оборудования, позволяет использовать устройство в авиации, нефтяной промышленности, газовом производстве и народном хозяйстве.

Вся схема управления работой гидромотора происходит посредством гидрораспределителя. Данные гидравлические агрегаты широко используются в спецтехнике, такой как самосвал, погрузчики разных типов и машины для совершения погрузочно-разгрузочных работ на строительных площадках. Помимо всего этого, эти устройства применяют при проведении работ в горно-шахтовой области, в местах, где требуется применение коммунального и текстильного оборудования, на конвейерах и станках для работы с металлом.

Гидромоторы применяются в технике значительно реже электромоторов, однако в ряде случаев они имеют существенные преимущества перед последними. Гидромоторы меньше в среднем в 3 раза по размерам и в 15 раз по массе, чем электромоторы соответствующей мощности. Диапазон регулирования частоты вращения гидромотора существенно шире: например, он может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин и меньше.

Время запуска и разгона гидромотора составляет доли секунды, что для электромоторов большой мощности (несколько киловатт) недостижимо. Для гидромотора не представляют опасности частые включения-выключения, остановки и реверс. Закон движения вала гидромотора может легко изменяться путём использования средств регулирования гидропривода. однако гидромоторы обладают теми же недостатками, которые присущи гидравлическому приводу.

Перспективы развития

Перспективы развития гидропривода во многом связаны с развитием электроники. Так, совершенствование электронных систем позволяет упростить управление движением выходных звеньев гидропривода. В частности, в последние 10—15 лет стали появляться бульдозеры, управление которыми устроено по принципу джойстика.

С развитием электроники и вычислительных средств связан прогресс в области диагностирования гидропривода. Процесс диагностирования некоторых современных машин простыми словами может быть описан следующим образом. Специалист подключает переносной компьютер к специальному разъёму на машине. Через этот разъём в компьютер поступает информация о значениях диагностических параметров от множества датчиков, встроенных в гидросистему. Программа или специалист анализирует полученные данные и выдаёт заключение о техническом состоянии машины, наличии или отсутствии неисправностей и их локализации. По такой схеме осуществляется диагностирование, например, некоторых современных ковшовых погрузчиков. Развитие вычислительных средств позволит усовершенствовать процесс диагностирования гидропривода и машин в целом.

Важную роль в развитии гидропривода может сыграть создание и внедрение новых конструкционных материалов. В частности, развитие нанотехнологий позволит повысить прочность материалов, что позволит уменьшить массу гидрооборудования и его геометрические размеры, повысить его надёжность. С другой стороны, создание прочных и одновременно эластичных материалов позволит, например, уменьшить недостатки многих гидравлических машин, в частности, увеличить развиваемое диафрагменными насосами давление.

В последние годы наблюдается существенный прогресс в производстве уплотнительных устройств. Новые материалы обеспечивают полную герметичность при давлениях до 80 МПа, низкие коэффициенты трения и высокую надёжность.

Где используется

Если говорить про простые варианты гидромашин (в которых давление передаётся при помощи жидкости), они используются в таких приспособлениях как домкраты, прессы, подъёмники. Следовательно, гидромашины используются в строительстве и машиностроение. Это так называемые гидроприводы, которые используются в различных подвижных частях строительных машин (ковши, буры, манипуляторы).

Если сравнить гидропривод с его механическим аналогом, у первого можно выделить такие преимущества:

1. Высокая мощность передаваемая на одну единицу веса элемента.
2. Скорость работы. Запуск, реверс и полная остановка выигрывают в скорости выполнения у механических и электрических приводов.
3. Надёжное предохранение от перегрузов всей системы.
4. Возможность установить на гидропривод любое оборудование (ковш, дисковая пила, отбойный молоток и многое другое).

Однако когда речь идёт об использование гидропривода на больших расстояниях, он сильно уступает аналогам в КПД.

Насосы применяются в соответствие с их конструкциями. Центробежные насосы получили своё распространение в работе теплоэлектростанций, системах очистки сточных вод, химической и пищевой промышленности. Также они используются для перемещения сжиженных газов, реагентов и нефтепродуктов.

Возвратно-поступательные насосы, являются самым старейшим видом. Ещё в древности они получили своё распространение в водоснабжение. Сейчас они используются в тех же целях, плюс для перекачки взрывоопасных жидкостей, пищевой промышленности (перемещение молочной продукции внутри заводов), а также в системах подачи топлива для ДВС.

Шестерные насосы могут работать только с невысоким уровнем давления. Их используют в сельскохозяйственной промышленности, коммунальных отраслях, перекачке различных видов топлива (бензин, нефть, дизель, различные добавки и присадки, мазут). В химической промышленности их применяют для перемещения кислот, спиртов, растворителей и щелочей.

В последние годы, гидравлические машины получили широкое распространение в создание тренажёров для занятий спортом.

Гидротурбины используются на ГЭС. Однако только в соответствие с силой напора:

Виды гидротурбин	Максимальная сила напора Н, м	Максимальная мощность кВт	Максимальный диаметр турбины м
Реактивные:
Осевые трубчатые или капсюльные	20	50	8
Вертикальные поворотно-лопастные	80	250	10,5
Пропеллерные	80	150	9
Радиально-осевые	700	800	10
Двухперовые	100	250	8
Диагональные	200	300	8
Обратимые:
Радиально-осевые одноступенчатые	600	450	9,5
Осевые	15	30	8
Диагональные	100	300	7,5
Активные:
Сфиндекс	1500
Ковшовые	2000	350	7,5
Двукратные	100
Наклонно-струйные	400	50	4

Распространенные типы гидравлических моторов

Существует огромное количество разновидностей, типов, категорий гидродвигателей, но наиболее распространены следующие типы.

Аксиально-поршневые

Представляет собой устройство, в котором цилиндры расположены параллельно друг другу, вокруг оси вращения блока цилиндров или под углом оси (аксиально). Используется в объёмных гидроприводах.

Разделяется на два типа: с наклонным блоком и наклонным диском. Моторы с наклонным блоком способны работать под большим давлением, развивая крутящий момент до 6000 Нм, и достигают частоты вращения 5000 об/мин.

Моторы с наклонным диском также способны работать под большим давлением, но характеристика у них немного «слабее», чем у аппаратов с наклонным блоком – крутящий момент ограничен 3000 Нм, частота вращения аналогична — до 5000 об/мин.

Достоинства:

• Способны работать на высоких давлениях (до 450 bar).
• Развивает крутящий момент до 6000 Нм.
• Частота вращения достигает 5000 об/мин.

Недостатки:

• Высокая цена.
• Сложность конструкции.

Область применения — широко применяется в строительной технике:

• погрузчики;
• тракторы;
• бульдозеры;
• буровые установки.

Пластинчатые (шиберные)

Достаточно громоздкая роторная машина, где вытеснителем являются две и более пластин (шиберов). По конструкции эти двигатели схожи с насосами, но в отличие от насосов снабжены механизмом прижима рабочих пластин.

Пластинчатые двигатели бывают двух видов:

• Однократного действия (реверсивные, могут быть регулируемыми).
• Двухкратного действия (нереверсивные, нерегулируемые).

Достоинства:

• Тихая работа двигателя.
• Невысокая стоимость.
• Умеренная частота рабочей жидкости.

Недостатки:

• Низкий КПД.
• Небольшой срок службы.
• Высокая нагрузка на подшипники.
• Залипание пластин при низких температурах.

Область применения: пластинчатые гидромоторы пользуются широким спросом в системах объёмного гидропривода, применяются в сфере промышленности, на технологическом оборудовании с низким давлением (6,3-12,5 Мпа). Например: металлорежущие станки.

Шестеренные (ГМШ)

Работают по принципу шестерного насоса – рабочая жидкость подаётся на шестерни, приводя в движение вал двигателя, но в отличии от шестерного насоса имеет различие в зоне осевого канала и наличие канала для отвода рабочей жидкости.

Достоинства:

• Низкая цена.
• Достигает высоких оборотов (до 10000 об/мин).
• Несложная конструкция.

Недостатки: низкий КПД – основной недостаток этого типа двигателя.

Область применения: эксплуатируется в гидроприводах навесных агрегатов самоходных машин и транспортных средств, также используется в сельскохозяйственной технике.

Радиально-поршневые (плунжерные)

В данном двигателе основным рабочим элементом являются поршни, которые и формируют возвратно-поступательные движения вала устройства. Цилиндры в моторе расположены радиально, оттуда производная названия двигателя.

Делятся на два типа:

• однократные;
• многократные.

В однократных, за один оборот вала происходит один полный цикл работы всасывания и нагнетания. В многократных, соответственно, несколько циклов тех же процессов работы за один оборот вала.

Достоинства:

• Высокий уровень КПД при большом давлении.
• Надёжность в эксплуатации.
• Возможность регулировки рабочего объёма.
• Возможность реализации режима свободного вращения.

Недостатки:

• Сложность конструкции.
• Требуются большие объёмы рабочей жидкости.
• Высокая цена.
• Необходимость тонкой фильтрации воды.

Область применения: здесь всё зависит от типа радиально-поршневого двигателя.

• Однократные используют для поворотных механизмов, где требуются большие крутящие моменты, особенно эффективны для перекачки малотекучих жидкостей, таких как бетон и глинистые субстанции.
• Двигатели многократного действия чаще всего используют в приводах конвейеров, мобильных механизмах, в качестве мотор-колеса, а также в других механизмах с высокими нагрузками.

Греторные

Ещё одна из разновидностей распространённых гидродвигателя. Отличительной особенностью этого типа двигателя является получение достаточно больших мощностей при малых габаритных размерах.

Разделяется на две категории:

• греторные;
• гроллерные.

Достоинства:

• Компактные размеры.
• Большой крутящий момент.
• Простота конструкции.

Недостатки:

• Малая частота вращения.
• Невысокие давления (до 21 Мпа).

Область применения: из-за небольших размеров, но большого крутящего момента на низких скоростях успешно применяются в лесозаготовительной, коммунальной и сельскохозяйственной технике.

Виды и типы гидравлических двигателей

• Двигатели с гидроприводом используются в системах с цилиндрами, насосами, клапанами и другими компонентами.
• Гидравлические барабанные двигатели представляют собой передовую и высокоэффективную систему привода конвейера, в которой двигатель, трансмиссия и подшипники полностью заключены в корпус барабана.
• Двигатели гидравлических насосов используются в системах с цилиндрами, насосами, клапанами и другими компонентами.
• Роликовые гидравлические двигатели , разновидность орбитальных гидравлических двигателей, имеют ролики, которые имеют гидродинамическую опору для минимизации трения, что обеспечивает максимальную долговечность и высокую производительность при высоком давлении.
• Роторные гидравлические двигатели , разновидность орбитальных гидравлических двигателей, особенно подходят для длительных рабочих циклов при среднем давлении. Роторные двигатели приводятся в действие лопастями, которые закреплены и установлены непосредственно на статоре.

История развития гидропривода

Гидравлические технические устройства известны с глубокой древности. Например, насосы для тушения пожаров существовали ещё во времена Древней Греции.

Однако, как целостная система, включающая в себя и насос, и гидродвигатель, и устройства распределения жидкости, гидропривод стал развиваться в последние 200—250 лет.

Одним из первых устройств, ставших прообразом гидропривода, является гидравлический пресс. В 1795 году патент на такое устройство получил Джозеф Брама (англ. Joseph Bramah), которому помогал Генри Модсли, и в 1797 году первый в истории гидравлический пресс был построен.

В конце XVIII века появились первые грузоподъёмные устройства с гидравлическим приводом, в которых рабочей жидкостью служила вода. Первый подъёмный кран с гидравлическим приводом был введён в эксплуатацию в Англии в 1846—1847 годах, и со второй половины XIX века гидропривод находит широкое применение в грузо-подъёмных машинах.

Создание первых гидродинамических передач связано с развитием в конце XIX века судостроения. В то время в морском флоте стали применять быстроходные паровые машины. Однако, из-за кавитации, повысить число оборотов гребных винтов не удавалось. Это потребовало применения дополнительных механизмов. Поскольку технологии в то время не позволяли изготавливать высокооборотистые шестерённые передачи, то потребовалось создание принципиально новых передач. Первым таким устройством с относительно высоким КПД явился изобретённый немецким профессором Г. Фётингером гидравлический трансформатор (патент 1902 года), представлявший собой объединённые в одном корпусе насос, турбину и неподвижный реактор. Однако первая применённая на практике конструкция гидродинамической передачи была создана в 1908 году, и имела КПД около 83 %. Позднее гидродинамические передачи нашли применение в автомобилях. Они повышали плавность трогания с места. В 1930 году Гарольд Синклер (англ. Harold Sinclair), работая в компании Даймлер, разработал для автобусов трансмиссию, включающую гидромуфту и планетарную передачу. В 1930-х годах производились первые дизельные локомотивы, использовавшие гидромуфты.

В СССР первая гидравлическая муфта была создана в 1929 году.

В 1882 году компания Армстронг Уитворс представила экскаватор, в котором впервые ковш имел гидравлический привод. Один из первых гидрофицированных экскаваторов был произведён французской компанией Poclain в 1951 году. Однако эта машина не могла поворачивать башню на 360 градусов. Первый полноповоротный экскаватор с гидроприводом был представлен этой же фирмой в 1960-м году. В начале 1970-х годов гидрофицированные экскаваторы, обладавшие большей производительностью и простотой управления, в основном, вытеснили с рынка своих предшественников — экскаваторы на канатной тяге.

Первый патент, связанный с гидравлическим усилением, был получен Фредериком Ланчестером в Великобритании в 1902 году. Его изобретение представляло собой «усилительный механизм, приводимый посредством гидравлической энергии». В 1926 году инженер подразделения грузовиков компании Пирс Эрроу (англ. Pierce Arrow) продемонстрировал в компании «Дженерал моторс» гидроусилитель руля с хорошими характеристиками, однако автопроизводитель посчитал, что эти устройства будут слишком дорогими, чтобы выпускать их на рынок. Первый предназначенный для коммерческого использования гидроусилитель руля был создан компанией Крайслер в 1951 году, и сейчас большинство новых автомобилей укомплектовывается подобными устройствами.

Фирма Хонда после представления гидростатической трансмиссии в 2001 году для своей модели мотовездехода FourTrax Rubicon, анонсировала в 2005-м году мотоцикл Honda DN-01 с гидростатической трансмиссией, включающей насос и гидромотор. Модель начала продаваться на рынке в 2008 году. Это была первая модель транспортного средства для автодорог, в котором использовалась гидростатическая трансмиссия.