Гидравлическая силовая передача состоит из гидравлического насоса
(гидронасоса), устройств, передающих энергию рабочей жидкости, и
гидравлических двигателей (г идродвигателей).
Гидравлический насос преобразует механическую энергию в энергию потока
рабочей жидкости, идущую на питание гидравлических двигателей. Энергия
потока рабочей жидкости передается от гидронасоса к электродвигателю с
помощью различных устройств для подвода рабочей жидкости
(гидравлические баки, подвижные вращающиеся соединения, трубопроводы,
различная соединительная арматура).
Гидродвигатель преобразует энергию потока рабочей жидкости в
механическую энергию, приводящую в действие тот или иной исполнительный
механизм крана.
Гидравлические силовые передачи автомобильных кранов обеспечивают
жесткую (в пределах несжимаемости жидкости) связь между гидронасосом и
гидродвигателем через рабочую жидкость, перемещающуюся по системе
трубопроводов.
На автомобильных кранах применяют три типа гидравлических машин:
гидронасосы, гидромоторы и гидроцилиндры.
Гидронасосы характеризуются объемной
подачей, давлением, полезной мощностью и полным КПД.
Объемная подача — это объем жидкости, подаваемой насосом в единицу
времени.
Давлением насоса называется приращение механической энергии, полученное
каждой единицей массы жидкости, проходящей через насос, т. е. разность
удельных энергий жидкости при выходе из насоса и при входе в него.
Полезная мощность насоса — мощность, сообщаемая насосом подаваемой
рабочей жидкости и определяемая произведением давления насоса и его
подачи.
Отношение полезной мощности к мощности, потребляемой насосом, называют
КПД насоса. Эта величина характеризует все потери в насосе,
складывающиеся из объемных и гидромеханических потерь. Каждая из этих
потерь характеризуется соответствующим КПД.
Объемный КПД учитывает внутренние перетечки рабочей жидкости из
полости нагнетания в полость всасывания и наружные утечки из корпуса
через зазоры.
Механический КПД учитывает потери, возникающие при вращении и взаимном
перемещении деталей насоса, гидравлический КПД — потери давления,
возникающие при движении жидкости по внутренним каналам насоса.
Полный КПД насоса равен произведению объемного, гидравлического и
механического КПД.
На автомобильных кранах применяют гидропередачи с нерегулируемыми
насосами (постоянной подачи). Скорость в таких передачах регулируют
комбинированным способом: с одной стороны, изменением частоты вращения
приводящего двигателя (двигатель базового автомобиля) и,
следовательно, гидронасоса, а с другой стороны, путем прямого
регулирования подачи с помощью регулирующих гидроаппаратов.
На автомобильных кранах применяют два типа нерегулируемых гидравлических
насосов: шестеренные и аксиально-поршневые; последние наиболее
перспективные.
Шестеренный насос (рис. 22,а). Две шестерни 1 и 2, входящие в
зацепле-ние друг с другом, заключены в корпус 3. Ведущая шестерня /
закреплена на ведущем валу на шпонке, а ведомая 2 получает от нее
вращение. Так как зацепление шестерен 1 и 2 внешнее, то и сам насос
называется шестеренным насосом с внешним зацеплением.
Всасывающая гидролиния подведена к шестерням с той стороны, где зубья
выходят из зацепления, а напорная — со стороны, где зубья входят в
зацепление. Головки зубьев, входя в зацепление, выжимают масло из
впадин между зубьями, создавая давление в напорной гидролинии
гидросистемы. Жидкость от всасывающей гидролинии перемещается к
напорной гидролинии в полостях, образованных впадинами зубьев и
стенкой корпуса насоса. Движение жидкости в ше-
стеренном насосе показано на рис. 22, а стрелками.
Конструктивно шестерни 1 и 2 выполнены заодно с валами, образуя
вал-шестерни 5 и 6 (рис. 22, в). Вал-шестерни размещаются в алюминиевом
корпусе 3, закрытом крышкой 10. На хвостовике ведущей вал-шестерни 5
сделаны шлицы для соединения насоса с двигателем или валом трансмиссии.
Для уменьшения торцовых утечек вал-шестерни устанавливают в корпусе на
специальных плавающих втулках 4, положение которых относительно друг
друга фиксируется лыска-ми и проволокой. Плавающие втулки прижимаются к
шестерням вал-шестерен за счет давления рабочей жидкости, подаваемой к
их торцам в полостях Б и В. По мере износа торцов шестерен и втулок
зазор между ними, а следовательно, и торцовые утечки остаются
минимальными (так называемая гидравлическая компенсация торцовых
зазоров). Чтобы уменьшить радиальные утечки, стремятся сделать
минимальный зазор между шестернями и корпусом насоса.
Резиновые кольца 8 и 9 и манжетное уплотнение 11 предотвращают утечку
жидкости из корпуса насоса. Жидкость, просачивающаяся по валам шестерен,
поступает через каналы А (в крышке 10) и Г (в ведомой вал-шестерне 6) в
полости, соединенные с камерой всасывания (на рисунке не показано). Все
это позволяет увеличить объемный КПД насоса и значительно удлинить срок
его службы. По простоте конструкции и стоимости изготовления шестеренные насосы обладают несомненными преимуществами по
сравнению с насосами других типов, поэтому их применяют в тех
гидропередачах, где КПД не имеет существенного значения.
Рис.22.Шестеренный
насос с внешним зацеплением шестерен(а),обозначение
на схемах (б) и общий вид насоса (в): /,2-ведущая
и ведомая шестерни,3-корпус,4—плавающая
втулка,5,6—ведущая
и ведомая вал-шестерни, 7 — болты,8.9—резиновые
кольца,10 —крышка,11манжетное
уплотнение
На автомобильных кранах применяют шестеренные
насосы типа НШ в приводах выдвижения выносных опор (краны с
механическим приводом) и в гидравлических системах управления (краны
серии МКА).
Аксиально-поршневые насосы компактны, имеют высокий КПД, при высоких
давлениях, малоинерционны, обладают большой энергоемкостью на единицу
массы (в некоторых высокооборотных конструкциях до 12 кВт/кг).
Рассмотрим принципиальную схему аксиально-поршневого насоса. Пусть на
диске 6 (рис. 23, а), установленном на валу 7, шарниром 5 закреплен
шток 4 цилиндра, поршень которого связан шарниром 3 со штоком. Повернем
вал 7 и цилиндр на 180° так, чтобы гильза цилиндра 1 из положения /
переместилась в положение //. Если продольные оси вала 7 и цилиндра
пересекаются под углом ос, то поршень, переместившись вправо, через
канал Д засосет в полость Б рабочую жидкость.
Повернем вал 7 еще раз на 180° так, чтобы гильза из положения //
переместилась в положение /. Тогда поршень переместится влево и через
канал Д вытеснит из полости Б рабочую жидкость.
Если на диске 6 (рис. 23,6) закрепить штоки не одного, а нескольких
цилиндров, а гильзы цилиндров выполнить в одном блоке 9, то будет
получена конструктивная схема насоса. При вращении диска каждый из
цилиндров будет последовательно засасывать через полость В, а затем
нагнетать рабочую жидкость в полость Г. Полости В я Г выполнены в виде
дуговых окон в крышке 8.
В гидроприводах автомобильных кранов применяют аксиально-поршневые
нерегулируемые насосы с наклонным блоком (рис. 24). Блок 3 цилиндров
получает вращение от вала 1 через универсальный шарнир 2. Вал,
приводимый в движение от двигателя, опирается на три шарикоподшипника.
Поршни 8 связаны с валом штоками 10, шаровые головки которых
завальцованы во фланцевой части вала. Блок, вращающийся на
шарикоподшипнике 9, расположен по отношению к валу под определенным
углом. Блок прижат пружиной 7 к распределительному диску 6, который в
свою очередь прижимается к задней крышке 5. Жидкость подводится и
отводится через окна 4 в крышке 5. Манжетное уплотнение И в передней
крышке 12 препятствует утечке масла из нерабочей полости насоса.
Благодаря наклону оси блока цилиндров
к оси приводного вала поршни при вращении блока совершают
возвратно-поступательное движение. За один оборот приводного вала
каждый поршень совершит один двойной ход (всасывание и нагнетание). От
угла наклона оси блоков цилиндра к оси приводного вала зависит длина
хода поршня, а следовательно, и объемная подача насоса.
Недостатки аксиально-поршневых на–сосов — необходимость в тонкой
фильтрации рабочей жидкости, сложность изготовления и небольшая
долговечность некоторых деталей.
Рис. 23. Схема аксиально-поршневого насоса: а— схема действия
поршня,б—
конструктивная схема; / —цилиндр,2
—поршень,3,
5 –шарниры,4 -шток,6-
диск,7-
вал,8—крышка
с пазом,9-
блок цилиндров
Рис. 24. Аксиально-поршневой нерегулируемый насос с наклонным блоком(а)и
обозначение на схемах насоса с постоянным направлением потока (б) и
гидромотора с
реверсируемым потоком (в):/
– приводной вал,2 —шарнир,3
—блок цилиндров,4-
окна подвода и отвода жидкости,5,
12 -задняя и передняя крышки,6-
диск, 7 — пружина,8—поршень,
9 — шарикоподшипник,10 -
шток,//—
уплотнение
Гидромоторы, применяемые для привода
исполнительных механизмов кранов, по инструктивному исполнению
аналогичны соответствующим насосам. Все описанные выше насосы могут
работать и как гидродвигатели, т. е. обратимы без изменений. Как
правило, предпочтительно применять в схемах гидропривода те же типы
гидромоторов, что и насосы.
Гидроцилиндры на автомобильных кранах применяют
возвратно-поступательные одно- и двустороннего действия.
Гидроцилиндры одностороннего действия (рис. 25, а) делятся на поршневые
1, плунжерные 2, плунжерные телескопические 3. Шток или плунжер в них
движется под действием рабочей жидкости только в одном направлении.
Обратное движение выполняется под действием внешних сил или пружины.
В гидроцилиндре двустороннего действия (рис. 25,6) шток и поршень
движутся в обоих направлениях под действием рабочей жидкости. Эти
гидроцилиндры могут быть с одно- и двусторонним штоком или
телескопические.
Главные параметры гидроцилиндров — внутренний диаметр гильзы цилиндра
(иногда говорят просто диаметр цилиндра) и рабочее давление,
определяющее эксплуатационную характеристику гидроцилиндра. Внутренние
диаметры цилиндров, диаметр штока, ход поршня и ряд давлений
регламентированы ГОСТ 6540-68*.
На автомобильных кранах для привода исполнительных механизмов
применяют возвратно-поступательные гидроцилиндры двустороннего
действия с односторонним штоком 4 (рис. 25,6).
У гидравлических кранов с жесткой подвеской стрелы для ее подъема
используют гидроцилиндры, принципиальное устройство которых показано на
рис. 26. К одному концу гильзы 17 приварена крышка-проушина 21, а на
другой конец навернута крышка 8 с направляющей втулкой 14. От
свинчивания крышку предохраняет контргайка 7. Поршень 3 съемный и
крепится на конце штока гайкой 2. На поршне установлены манжетные
уплотнения 4, удерживаемые ман-жетодержателями 19. В проушине 12 штока 6
и крышке-проушине установлены шарнирные подшипники 13 и 1. Подвод
рабочей жидкости к штоковой и бесшто-ковой (поршневой) полостям и отвод
из них осуществляются через каналы А и Б. Для уменьшения скорости
движения поршня со штоком в конце хода устанавливают демпфер 5. Эту же
функцию выполняет и конец 20 штока, который перекрывает отверстие,
соединяющее поршневую полость цилиндра с каналом Б.
Манжета 9 и резиновые кольца 10, 15 и 16 препятствуют утечкам рабочей
жидкости из штоковой полости гидроцилиндра в атмосферу, а резиновое
кольцо 18 препятствует перетечкам рабочей жидкости между штоковой и
поршневой полостями. Для предохранения внутренних полостей
гидроцилиндра от попадания пыли и грязи в крышке 8 установлен
гря-зесъемник 11.
Аналогичная конструкция у гидроцилиндров выдвижения опор, управления
стабилизаторами и выключателями подвесок (гидроцилиндры блокировки
подвесок). Отличие заключается только в исполнении крышки гильзы и
хвостовика штока. Так, у гидроцилиндров выносных опор вместо
крышки-проушины 21 установлена простая крышка с отверстием Б, а вместо
проушины 12 шток заканчивается шаровым наконечником, опирающимся во
время работы на башмак выносной опоры.
Несколько другую конструкцию имеют длинноходовые гидроцилиндры (ход
поршня 6 м и более) для выдвижения секций телескопических стрел (рис.
27). Жидкость в поршневую полость гидроцилиндра поступает через канал
А в крышке 16 штока 24 и трубу 23. В штоковую полость жидкость
подводится через канал Б и полый шток 24. Гильза 27 гидроци-
линдра крепится с помощью цапф 22, расположенных на крышке 10 гильзы, а
шток — посредством проушины 18, внутри которой установлен сферический
подшипник 17. Для уменьшения скорости движения штока в конце хода при
его выдвижении применен демпфер 7.
Рис. 26. Гидроцилиндр подъема стрелы кранов с гидравлическим приводом
(а), схема его работы (б) и обозначение на схемах(в):
1 — выдвижение штока, 11 — втягивание штока;/.13
—шарнирные подшипники, 2
— гайка,3 —поршень,4
—манжетное уплотнение,5—
демпфер, 6 — шток, 7 — контргайка,8—
крышка, 9 — манжета,10,
15, 16,/#—резиновые
кольца,//—
грязе-съемник,12—
проушина,14 —втулка,17
—гильза,19
—манжетодержатель,20—
конец штока,21 —крышка-проушина
Если механизм, приводимый в действие
гидроцилиндром, находится под нагрузкой, то при прекращении подачи или
отвода рабочей жидкости (привод гидроцилиндра не работает) возможно
самопроизвольное перемещение штока (или гильзы) из-за утечек в
гидроагрегатах привода этого механизма. Для исключения возможности
самопроизвольного перемещения штока (или гильзы) на гидроцилиндрах
устанавливают специальные гидроаппараты-гидрозамки, которые
обеспечивают поток рабочей жидкости только в одном направлении.
Гидрозамок, устанавливаемый на гидроцилиндрах подъема стрелы и
выдвижения ее секций (рис. 28, а), состоит из корпуса 1, крышки 2, в
которой расположен поршень 3, воздействующий на шток 4. Когда привод
гидроцилиндра не работает, запорный элемент ‘ 7 находится в нижнем
положении и прижат пружиной 8, надежно предохраняя гидроцилиндр от
утечек жидкости из канала Д, соединенного с гидроцилиндром, в ка-нал А,
из которого жидкость поступает в гидрораспределитель.
При включенном положении золотника гидрораспределителя и подаче
жидкости в канал А запорный элемент 7 сжимает пружину 8 и поднимается
вверх, пропуская жидкость в канал Д и далее в гидроцилиндр. Для прохода
жидкости из канала Д в канал А жидкость под давлением подается в канал
В. Поршень 3, перемещаясь, передвигает шток 4, который открывает клапан
6, расположенный в запорном элементе 7. Каналы Д и А соединяются между
собой, и давление в них частично выравнивается, поэтому для открывания
запорного элемента 7 требуется малое усилие.
Для устранения в гидросистеме вибраций и автоколебаний при работе
гидроцилиндра полосгь Б, противоположная полости подвода гидролинии
управления, отделена от общей полости нагнетания — слива, а утечки из
нее отводятся в бак через канал Г, соединенный с дренажной гидролинией.
Гидрозамок, устанавливаемый на гидроцилиндрах выносных опор и блокиров-
ки подвесок (рис. 28,6), состоит из корпуса 1, запорного элемента 7 и
пружины 5. На запорный элемент воздействует поршень 3, расположенный в
крышке 2. Отличительная особенность этого гидрозамка от вышеописанного
— возможность ориентировать крышку 2, к которой подводится жидкость,
относительно корпуса. Это позволяет упростить разводку гидролиний
выносных опор.
Устройства для подвода рабочей жидкости.
Рабочая жидкость поступает в систему гидропривода из специального
гидробака, в котором хранится запас жидкости, необходимый для
обеспечения нормальной работы системы. К насосу рабочая жидкость
поступает по всасывающей гидролинии, а от насоса по напорной
гидролинии через вращающееся соединение — к двигателям исполнительных
механизмов. Отработавшая жидкость возвращается в бак через вращающееся
соединение по сливным гидролиниям. В бак отводятся также по дренажным
гидролиниям утечки жидкости, происходящие в отдельных узлах системы
привода. Бак служит для помеще-ния запаса циркулирующей в гидросистеме
крана рабочей жидкости, улучшения теплоотвода, очистки рабочей жидкости
от мелких взвесей и предотвращения эмульсирования.
На автомобильных кранах в основном применяют баки открытого типа (рис.
29), в которых внутренняя полость связана с атмосферой через сапун 6 или
специальное отверстие в крышке заливной горловины (в крышке имеется
фильтрующая набивка, обеспечивающая очистку попадающего в бак воздуха).
Корпус 10 бака сварен из листового проката. Рабочая жидкость в баке
должна быть на уровне 0,8 его высоты (не выше), следят за этим по
указателю уровня 13. Сапун 6 снабжен колпачком 5, препятствующим
попаданию в бак пыли. Иногда указатель уровня/3 или сапун объединяют с
пробкой 3 в единую конструкцию.
Рис. 29. Гидробак для рабочей жидкости кранаКС-4571А(а)и
его обозначение на схемах (б):/
— фильтр грубой очистки, 2 — кольцо,3
—пробка,4
—сливной штуцер, 5 —
колпачок сапуна, 6 — сапун, 7 – прокладка,8,
9,11—
сливная, дренажная и всасывающая гидролинии,10-
корпус бака,12 —запорный
клапан,13 —указатель
уровня рабочей жидкости
Отверстие всасывающей гидролинии 11 снабжено
запорным клапаном 12 для перекрытия жидкости при ремонтах и расположено
почти у дна бака, но так, чтобы в гидросистему не засасывались осадки.
Отверстие сливной гидролинии 8 расположено так, что оно всегда
находится ниже минимального уровня рабочей жидкости. Это позволяет
избежать вспенивания жидкости при работе гидропривода. Утечки из
гидросистемы отводятся в бак через дренажную гидролинию 9.
Между полостями слива и всасывания установлены две перегородки, которые,
удлиняя путь рабочей жидкости, способствуют более полному удалению из
нее взвесей и пузырьков воздуха. Кроме того, перегородки обеспечивают
поступление в полость всасывания верхних более чистых слоев масла.
Рабочей жидкостью бак заправляют через отверстие, закрытое пробкой 3, и
фильтр 1 грубой очистки. Сливают жидкос1ь через штуцер 4. Для очистки
рабочей жидкости от различных примесей в гидролинии устанавливают
магистральные, а в баках — встроенные фильтры. Во встроенных фильтрах
жидкость фильтруется так же, как в магистральных фильтрах. Обозначают и
обслуживают эти фильтры одинаково.
Фильтры характеризуются тонкостью фильтрации рабочей жидкости, которая
оценивается по наименьшему размеру частиц, задерживаемых фильтром.
Фильтры изготовляют с тонкостью фильтрации 10; 25; 40; 63; 80 и 125 мкм.
Внутри корпуса 3 (рис. 30, а) магистрального фильтра установлены
фильтрующие элементы 7. Внутри крышки 5 находится перепускной клапан 4,
прижимаемый к седлу пружиной 6. Через отверстие А отработавшая рабочая
жидкость поступает к фильтрующим элементам. При этом более крупные
частицы оседают на дне корпуса, а мелкие — задерживаются фильтрующими
элементами. Очищенная рабочая жидкость из внутренней полости
фильтропакета поступает на слив к выходному отверстию Б.
При засорении элементов давление в полости между корпусом 3 и
фильтро-пакетом увеличивается. Когда это давление превысит усилие
пружины предохранительного клапана, клапан откроется и неочищенная
рабочая жидкость через отверстие Б будет поступать в гидросистему.
Индикатор загрязнения отрегулирован так, что при увеличении давления до
(0,25 + 0,05) МПа зажигается сигнальная лампочка. Для слива отстоя
предусмотрена пробка 2.
Трубопроводы на автомобильных кранах применяют жесткие и эластичные.
Жесткие используют для соединения узлов гидропривода, не перемещающихся
относительно друг друга: для систем низкого давления (1,6 — 2,0 МПа) —
стальные цельнотянутые трубы или трубы из полимерных материалов;
высокого давления — стальные цельнотянутые трубы; для линий управления
и подключения контрольных приборов при расположении соединяемых узлов в
стесненных условиях — медные трубы.
Эластичные трубопроводы соединяют узлы гидропривода, перемещающиеся
относительно друг друга. Кроме того, их применяют вместо жестких, когда
необходимо облегчить сборку (например, для компенсации неточностей при
сборке в стесненных условиях) или получить бы-строразъемные соединения.
В качестве эластичных трубопроводов применяют резинотканевые рукава (при
давлении не более 1,6 МПа) или рукава высокого давления с неразъемными
или разъемными наконечниками. Рукав высокого давления состоит из трех
резиновых слоев и хлопчатобумажных и металлических оплеток.
Арматуру (например, тройники, штуцера, угольники) присоединяют к
жестким трубопроводам шароконусными соединениями : труба соединяется с
арматурой через ниппель с помощью накидной гайки. Эластичный
низконапорный трубопровод и арматуру соединяют друг с другом хомутами.
К корпусу агрегата арматуру присоединяют на прямой резьбе. При прямой
резьбе уплотнение между корпусом и арматурой выполняют или резиновым
кольцом, или медной прокладкой.
Для передачи рабочей жидкости с неповоротной части на поворотную на
автомобильных кранах применяют вращающиеся соединения (центральные
коллекторы) на номинальное давление 16 МПа с условными проходами 8 — 40
мм. Корпус 2 (рис. 31, а) соедине-
ния закреплен на опорном кольце 8 ходовой рамы крана так, чтобы его ось
совпадала с осью вращения поворотной платформы. На корпус надета
обойма 3, которая может поворачиваться вокруг него. Обойма поводком
связана с поворотной платформой. Кольцевые каналы А, Б, В, Г в корпусе
разделены между собой резиновыми уплотнительными кольцами 4 кругового
сечения, а с трубопроводами 6 и 9 соединены специальными отверстиями
как в корпусе, так и в обойме. Канал В напорный, на его кольце 4
имеется защитная шайба 5, канал Б сливной. Каналы А и Г соединены между
собой, и по ним отводятся утечки жидкости. Места подсоединений
трубопроводов 6 и 9 к корпусу и обойме уплотнены резиновыми кольцами.
Трубопроводы гидросистемы крана с помощью эластичных трубопроводов
подсоединены к вращающемуся соединению.
Рис. 30. Магистральный фильтр(а)и
его обозначение на схеме (б):
/ – предохранительный клапан, 2 – пробка,3
–корпус,4—перепускной
клапан,5—крышка,
6 — пружина,
7 – фильтрующие элементы,8—индикатор
загрязнения
Рис. 31. Вращающееся соединение гидролиний (центральный коллектор) крана
КС-3562Б(а)и
его обозначение на схеме(б):
1,7 —угольники;2
—корпус,3—обойма,4,
8 —кольца,5—
шайба,6,9—трубопроводы
Контрольные вопросы
1. Из каких элементов состоит механическая силовая передача
автомобильных кранов?2.Как
устроены одно-, двух- и трехступенчатый редукторы? 3. Какие редукторы
применяют на автомобильных кранах? 4. Как устроены зубчатые (червячные,
планетарные, цепные, клиноременные, карданные) передачи?5.Какие
конструкции соединительных муфт применяют в кранах?6.Каковы
особенности электрических и гидравлических силовых передач?7.Какой
двигатель называется асинхронным?8.Для
чего предназначен синхронный генератор?9.Почему
в кранах в основном применяют двигатели с фазным ротором? 10. Опишите
принцип действия аксиально-плунжерных гидронасосов. 11. Для чего и
какой конструкции устанавливают на гидроцилиндрах гидрозамки?