Классификация гидропривода
В зависимости от конструкции, типа, способа циркуляции рабочей жидкости и других факторов гидропривод можно классифицировать следующим образом:
1) По характеру движения выходного звена гидродвигателя гидроприводы бывают:
- вращательного движения (ведомое звено совершает неограниченное вращательное движение);
- поступательного движения (в качестве гидродвигателя - гидроцилиндр с возвратно- поступательным движением ведомого звена: например, перемещение штока поршня или плунжера или корпуса гидроцилиндра);
- поворотного движения (используется поворотный гидроцилиндр, поворот на угол меньше 30º).
2) По возможности регулирования гидропривод делится на:
- регулируемый (скорость выходного звена регулируется по требуемому закону). Регулирование бывает: объёмное, дроссельное, с ручным или автоматическим регулированием
- нерегулируемый (скорость выходного звена не регулируется).
3) По схеме циркуляции рабочей жидкости гидроприводы бывают:
- с замкнутой схемой циркуляции (рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую линию насоса). Они компактны, имеют высокую частоту вращения ротора насоса, однако, имеют плохие условия для охлаждения жидкости, неудобны в ремонте, так как требуют слива всей рабочей жидкости.
- с разомкнутой системой циркуляции (рабочая жидкость сообщается с гидробаком или атмосферой). Хорошие условия для охлаждения и очистки, однако, имеют большую массу и громоздки, ограничена частота вращения ротора насоса скоростями движения жидкости во всасывающем трубопроводе.
4) По источнику подачи рабочей жидкости гидроприводы бывают:
- насосные, имеющие объёмный насос, подающий рабочую жидкость в объёмный гидродвигатель;
- безнасосные, приводятся в действие механическим способом и работает по схеме сообщающихся сосудов;
-аккумуляторные, работающие от предварительно заряженных аккумуляторов;
- магистральные, приводится в действие от гидролинии, не являющейся составной частью гидропривода.
5) По типу приводящего двигателя (электродвигатель, турбо-дизель и т.п.).
Принцип работы объёмного гидропривода основан на законе Паскаля: всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости передаётся во все её точки без изменений.
Рассмотрим две принципиальные схемы гидропривода
1) Нерегулируемый гидропривод (рис.4.2)
Работа гидропривода осуществляется следующим образом. Насосом 1 рабочая жидкость подаётся в напорную гидролинию 2 и далее через гидрораспределитель 3 к гидродвигателю 4, который в одном направлении осуществляет рабочий ход, а в другом – холостой. В валу плунжера имеются отверстия для отвода рабочей жидкости. Из гидродвигателя жидкость через гидрораспределитель поступает в сливную линию 5 и далее через фильтр 6 в гидробак 7. В гидробаке жидкость охлаждается и вновь поступает в систему. В напорной линии для защиты гидропривода от чрезмерного повышения давления установлен напорный клапан 8. Если по какой-либо причине возрастёт нагрузка на гидродвигатель, то включается напорный клапан и весь поток рабочей жидкости идёт через него в гидробак минуя гидродвигатель. В данной схеме напорный клапан выполняет функцию предохранительного клапана.
Нерегулируемый гидропривод используется в тех случаях, когда в процессе эксплуатации не требуется изменение скорости выходного звена.
Рис. 4.2
1-насос; 2-напорная линия; 3-гидрораспределитель; 4-гидродвигатель; 5-сливная линия; 6-фильтр грубой очистки; 7-гидробак; 8-напорный клапан; 9-манометр.
2) гидропривод с машинным (объёмным) управлением (рис.4.3)
Рис.4.3
1- насос; 2 - напорная линия; 3 - гидрораспределитель; 4- гидродвигатель; 5 - сливная линия; 6 - фильтр грубой очистки; 7- гидробак; 8 - напорный клапан; 9 - манометр; 10 - обратный клапан (блокирует поток рабочей жидкости в одном направлении и пропускает в другом).
В данной схеме осуществляется регулирование скорости выходного звена гидродвигателя. Для этого применено машинное управление насоса 1, которым можно изменять и расход нерегулируемого гидромотора. Движение рабочей жидкости осуществляется по замкнутой системе циркуляции.
Машинное управление является наиболее экономичным, хотя стоимость регулируемых насосов и гидромоторов выше, а конструкция и эксплуатация сложнее.
Насосы
Насос – это объёмная гидромашина, применяемая для перекачки (перемещения) различных жидкостей.
По характеру движения рабочих органов насосы подразделяются на: крыльчатые, возвратно- поступательные и роторные.
В свою очередь возвратно-поступательные насосы делятся на: поршневые и диафрагменные, а роторные на: роторно-вращательные, роторно-поворотные и роторно-поступательные.
При работе насоса происходит преобразование механической энергии приводящего двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости.
Название объёмной гидромашины насосы получили вследствие того, что жидкая среда перемещается в них путём периодического изменения объёма занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.
Большинство объёмных гидравлических машин обратимы, т.е. могут работать и в качестве насоса и в качестве гидродвигателя. Такие машины называются насосом-мотором.
В процессе эксплуатации насосы могут изменять направление движения жидкости или выходного звена. Такие насосы называются реверсивными.
Простой поршневой насос
Поршневым называется насос, работающий по принципу «вытеснения» жидкости. Давление в рабочей камере поршневого насоса создаётся при помощи поршня или плунжера, совершающего возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.
Рассмотрим схему простого поршневого приводного насоса (рис.4.4)
Предположим, что поршень 1 занимает крайнее левое положение и насос не работает. Для работы насоса всасывающая труба 6 и рабочая камера 8 должны быть заполнены жидкостью, с этой целью в схеме насоса установлены обратные клапаны 7 и 10.
Рис. 4.4
1-поршень; 2-шток; 3- цилиндр; 4-шатун; 5-кривошип; 6-всасывающая труба; 7-всасывающий клапан; 8-рабочая камера; 9-нагнетательная труба; 10-нагнетательный клапан; 11-фильтр.
При включении двигателя, т.е. при вращении кривошипа поршень начнёт перемещаться право. При этом в рабочей камере начнётся понижение давления по сравнению с атмосферным.
Под действием атмосферного давления жидкость придёт в движение во всасывающей трубке, поднимет всасывающий клапан и начнёт заполнять рабочую камеру. Эта часть рабочего цикла называется процессом всасывания жидкости. Всасывание будет происходить до тех пор, пока поршень не займёт своего крайнего положения. При этом он совершит путь S = 2r, называемый ходом поршня. Здесь r-радиус кривошипа.
При дальнейшем движении кривошипа поршень начнёт перемещаться влево и вызовет повышение давления в рабочей камере. Произойдёт закрытие всасывающего клапана 7 и откроется нагнетательный клапан 10. Жидкость начнёт вытесняться из рабочей камеры в нагнетательную трубу.
Эта часть процесса называется процессом нагнетания жидкости. После достижения поршнем крайнего левого положения цикл работы насоса повторяется.
Недостатком поршневого насоса простого действия является то, что подача жидкости в нагнетательную линию будет неравномерной.
Для устранения этого недостатка используют насосы с большим числом рабочих камер, например: двойного, тройного, четверного действия и дифференциальные насосы.
Насос двойного действия имеет две рабочие камеры, соединённые между собой цилиндром. Каждая камера в отдельности работает как насос простого действия. В силу асинхронности действия камер обеспечивается достаточно равномерная подача жидкости.
Насос тройного действия представляет собой агрегат, состоящий из 3-х насосов простого действия, кривошипы которых смещены на угол 
относительно друг друга.
Насос четверного действия состоит из двух насосов двойного действия, кривошипы которых смещены на угол 
.
Дифференциальный насос имеет две камеры, соединённых между собой цилиндрами, в которых ходит дифференциальный плунжер (рис.4.5)
Рис.4.5
Дифференциальный насос, имея только два клапана (в чём заключается его преимущество), обеспечивает подачу жидкости при обоих ходах плунжера с
равномерностью, соответствующей насосам двойного действия.
Одной из основных характеристик насоса является его производительность или подача. Если через 
обозначить площадь цилиндра, S – ход его поршня, тогда теоретическая подача будет равна
, (4.1)
где n – число оборотов кривошипа в минуту.
Производительность насоса двойного действия определяется следующим образом: обозначим – площадь поршня; 
– площадь штока, тогда за один оборот кривошипа теоретический объём жидкости составит
. (4.2)
Теоретическая производительность
(4.3)
Итак, теоретическая подача:
насоса простого действия 
;
насоса двойного действия 
;
насоса тройного действия 
; (4.4)
насоса четверного действия 
; (4.5)
дифференциального насоса 
. (4.6)
Для определения фактической производительности каждое из уравнений (4.2) – (4.3) умножается на 
, где – объёмный КПД насоса. Его значения колеблются в следующих пределах:
1) для малых насосов 
2) для средних 
3) для крупных 
Если рассмотреть схему действия кривошипного механизма насоса, то увидим, что подача насоса изменяется по синусоиде, имея максимум при 
(здесь – угловая скорость вращения кривошипа, 
– угол поворота кривошипа), т.е. подача осуществляется неравномерно.
Рис.4.6
Для оценки степени неравномерности подачи служит отношение максимальной подачи 
к её среднему значению 
.
. (4.7)
Для простого поршневого насоса 
для поршневого двух- стороннего действия – 1.57, трёхпоршневого – 1.047, двухпоршневого трёх- стороннего действия – 1.11;
При работе поршневых насосов в них возникают большие инерционные силы движения жидкости. Во избежание этих сил насосы снабжают воздушными колпаками, которые устанавливаются на всасывающий и нагнетающий коллекторы. Во время работы насоса объём воздуха должен составлять 2/3 полного объёма колпака.