Преимущества и недостатки гидропривода
Широкое распространение гидропривода объясняется тем, что этот привод обладает рядом преимуществ перед другими видами приводов машин. Вот основные из них:
1. Бесступенчатое регулирование скорости движения выходного звена гидропередачи и обеспечение малых устойчивых скоростей. Минимальная угловая скорость вращения вала гидромотора может составлять 2…3 об/мин.
2. Небольшие габариты и масса. Время разгона, благодаря меньшему моменту инерции вращающихся частей не превышает долей секунды в отличие от электродвигателей, у которых время разгона может составлять несколько секунд.
3. Частое реверсирование движения выходного звена гидропередачи. Например, частота реверсирования вала гидромотора может быть доведена до 500, а штока поршня гидроцилиндра даже до 1000 реверсов в минуту. В этом отношении гидропривод уступает лишь пневматическим инструментам, у которых число реверсов может достигать 1500 в минуту.
4. Большое быстродействие и наибольшая механическая и скоростная жесткость. Механическая жесткость - величина относительного позиционного изменения положения выходного звена под воздействием изменяющейся внешней нагрузки. Скоростная жесткость - относительное изменение скорости выходного звена при изменении приложенной к нему нагрузки.
5. Автоматическая защита гидросистем от вредного воздействия перегрузок благодаря наличию предохранительных клапанов.
6. Хорошие условия смазки трущихся деталей и элементов гидроаппаратов, что обеспечивает их надёжность и долговечность. Так, например, при правильной эксплуатации насосов и гидромоторов срок их службы доведен в настоящее время до 5…10 тыс. ч работы под нагрузкой. Гидроаппаратура может не ремонтироваться в течение долгого времени (до 10…15 лет).
7. Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и возвратно-поворотные без применения каких-либо механических передач, подверженных износу.
Говоря о преимуществах гидропривода, следует отметить простоту автоматизации работы гидрофицированных механизмов, возможность автоматического изменения их режимов работы по заданной программе.
Гидроприводу присущи и недостатки, которые ограничивают его применение.
1. Изменение вязкости применяемых жидкостей от температуры, что приводит к изменению рабочих характеристик гидропривода и создаёт дополнительные трудности при эксплуатации гидроприводов (особенно при отрицательных температурах).
2. Утечки жидкости из гидросистем, которые снижают КПД привода, вызывают неравномерность движения выходного звена гидропередачи, затрудняют достижение устойчивой скорости движения рабочего органа при малых скоростях.
3. Необходимость изготовления многих элементов гидропривода по высокому классу точности для достижения малых зазоров между подвижными и неподвижными деталями, что усложняет конструкцию и повышает стоимость их изготовления.
4. Взрыво- и огнеопасность применяемых минеральных рабочих жидкостей.
5. Невозможность передачи энергии на большие расстояния из-за больших потерь на преодоление гидравлических сопротивлений и резкое снижение при этом КПД гидросистемы.
Со многими из этих недостатков можно бороться. Например, стабильность вязкости при изменении температуры достигается применением синтетических рабочих жидкостей. Окончательный выбор типа привода устанавливается при проектировании машин по результатам технико-экономических расчетов с учётом условий работы этих машин. Гидропривод, тем не менее, имеет преимущества по сравнению с другими типами приводов там, где требуется создание значительной мощности, быстродействие, позиционная точность исполнительных механизмов, компактность, малая масса, высокая надежность работы и разветвлённость привода.
[1] Закон назван в честь французского учёного Блеза Паскаля - Блез Паскаль (фр. Blaise Pascal, 19 июня 1623, Клермон-Ферран — 19 августа 1662, Париж, Франция) — французский математик, физик, литератор и философ. Классик французской литературы, один из основателей математического анализа, теории вероятностей и проективной геометрии, создатель первых образцов счётной техники, автор основного закона гидростатики.
[2] Ж. Пуазейль (1799-1869) – французский ученый, получивший формулу экспериментальным путем в 1840 г.
[3] Этого механика часто сгоряча называют грузинским академиком Иваном Никурадзе. Но в Грузии он не работал, да и к академиям отношения не имел. О его работах известно очень много, а о нем самом - очень мало. Все разгадки - ниже.
Вано Ильич Никурадзе (1894-1979) родился в Самтредиа, учился в Кутаиси, затем поступил вместе с братом в Тбилисский университет. При содействии декана Петре Меликишвили он в 1919 г. был включен в группу студентов, направленную для обучения за границу. И. Никурадзе учился в Геттингенском университете и в 1923 г. защитил под руководством Людвига Прандтля диссертацию «Наблюдения за распределением скорости в турбулентном течении».
В 1921 г. в Грузии установилась советская власть, и Никурадзе получил в консульстве советский паспорт. С 1926 г. начались гонения на ученых, работающих за рубежом, и Никурадзе пришлось остаться в Германии. Также в Германии остался и его брат Александр (он же A. Sanders), ставший специалистом по физике твердого тела, этнографии и истории.
После защиты Иоганн Никурадзе работал в Институте гидроаэродинамики Кайзера Вильгельма в Гёттингене, директором которого (1925-47 гг.) был Л. Прандтль. Он изучал трение при турбулентном течении в шероховатых трубах и вывел эмпирическую формулу для коэффициента сопротивления (формула Прандтля-Никурадзе). Шероховатость в латунных трубах создавалась наклеиванием песчинок известного размера. Оказалось, что при малых числах Рейнольдса, когда шероховатости лежат внутри ламинарного пограничного слоя, сопротивление не зависит от размера шероховатости и совпадает с сопротивлением в гладкой трубе. Далее Никурадзе выделил еще три диапазона чисел Рейнольдса и получил для них разные эмпирические зависимости коэффициента сопротивления. На основе его работ затем исследовалось сопротивление в трубах с «естественной» шероховатостью (настолько, насколько естественны сами трубы).
Никурадзе стал профессором в университете Бреслау (1934 - 1945). С 1945 года он почетный профессор Технического университета в Аахене.