EN
У попередній статті ми розглядали системи гідравлічних насосів та їх загальний принцип роботи. Коротко нагадаємо, що гідравлічна система — це технологія приводу, яка передає енергію за допомогою рідини як середовища. Вона перетворює механічну енергію електродвигуна на енергію рідини, яка потім передається до виконавчих компонентів через рідину. Основними компонентами гідравлічної системи є гідравлічні насоси, виконавчі компоненти (гідравлічні двигуни), клапани та масляні баки.
У цій статті основна увага буде приділена гідравлічним насосам і гідравлічним двигунам, а також пояснено, як вони працюють разом у гідравлічній системі. Розпочнемо з гідравлічного насоса.
Класифікація гідравлічних двигунів
Гідравлічні двигуни загалом поділяються на дві великі категорії:
Низькошвидкісні високомоментні (LSHT) гідравлічні двигуни
Високошвидкісні низькомоментні (HSLT) гідравлічні двигуни
Використання низькошвидкісного гідравлічного двигуна дозволяє системі розвивати більший обертовий момент на нижчих швидкостях. У межах цих двох категорій їх можна додатково класифікувати за конструкцією на двигуни з зубчастим колесом, пластинчасті двигуни та поршневі двигуни. Поршневі двигуни, у свою чергу, поділяються на осьові поршневі двигуни та радіальні поршневі двигуни.
Класифікація гідравлічних насосів
Поширені типи гідравлічних насосів включають:
1. За можливістю регулювання витрати:
Змінні насоси — Витрата на виході може бути відрегульована за необхідністю
Насоси постійної продуктивності — Витрата на виході постійна
2. За конструкцією: шестеренні насоси, пластинчасті насоси, плунжерні насоси
Шестеренні насоси: невеликі за розміром, прості за конструкцією, низькі вимоги до чистоти масла та низька вартість; однак вал насоса значно піддається несиметричним силам, має сильний знос і великий об'єм витоків.
Пластинчасті насоси: можуть поділятися на однодійсні та дводійсні. Мають рівномірну подачу, плавну роботу, низький рівень шуму, а також вищий тиск і об'ємний ККД порівняно з шестеренними насосами, проте їхня конструкція складніша, ніж у шестеренних насосів.
Плунжерні насоси: високий об'ємний ККД, низькі витоки, можуть працювати під високим тиском, що робить їх придатними для гідравлічних систем великої потужності. Однак вони мають складну конструкцію, високі вимоги до матеріалів та точності обробки, високу вартість, а також високі вимоги до чистоти масла.
Склад гідравлічних насосів
Гідравлічні насоси, як правило, складаються з трьох основних частин: муфт, гідравлічних баків для масла та фільтрів.
Муфти
Ведучий вал гідравлічного насоса не може витримувати радіальні або осьові зусилля, тому на його кінці не дозволяється безпосередньо встановлювати шківи, зубчасті колеса чи зірочки. Зазвичай ведучий вал з’єднується з валом насоса за допомогою муфти.
Якщо через виробничі причини коаксіальність насоса і муфти перевищує норму та виникає відхилення під час складання, то зі збільшенням частоти обертання насоса зростатиме відцентрова сила, що може призвести до деформації муфти. Ця деформація далі збільшує відцентрову силу, створюючи замкнутий цикл, що врешті-решт призводить до вібрації та шуму, які впливають на термін служби насоса. Крім того, такі фактори, як послаблені піни муфти та зношені гумові кільця, які вчасно не замінюють, також впливатимуть на роботу насоса.
Бак гідравлічного масла
Основні функції бака гідравлічної рідини в гідравлічній системі: зберігання масла, відведення тепла, відокремлення повітря, що міститься в маслі, та усунення піни.
При виборі масляного бака перш за все слід враховувати його місткість: для рухомого обладнання вона зазвичай становить 2–3 рази більше максимальної продуктивності насоса, а для стаціонарного обладнання — 3–4 рази. По-друге, слід враховувати рівень масла в баку: коли всі гідроциліндри системи повністю висунуті, рівень масла в баку не повинен бути нижчим за мінімальний рівень; коли циліндри зсуваються, рівень масла не повинен перевищувати максимальний рівень. Нарешті, слід враховувати конструкцію масляного бака: перегородки в традиційних масляних баках не можуть ефективно осаджувати забруднення, тому вздовж поздовжньої осі бака слід встановити вертикальну перегородку. Між цією перегородкою та кінцевою плитою масляного бака має бути зазор, щоб простори по обидва боки від перегородки могли сполучатися. Впускний і выпускний патрубки гідронасоса розташовують на кінці перегородки, яка не з'єднана, забезпечуючи максимально можливу відстань між впуском і зворотним маслом. У той же час масляний бак зможе краще відводити тепло.
Масляний фільтр
Загалом, забруднювачі з розміром частинок менше 10 μ м мають незначний вплив на насос, але коли розмір частинок перевищує 10 μ м, особливо понад 40 μ м, це суттєво впливає на термін служби насоса. Тверді забруднювачі в гідравлічній олії схильні прискорювати знос поверхонь відносно рухомих деталей всередині насоса. Тому необхідно встановлювати масляний фільтр, щоб зменшити ступінь забруднення олії. Рекомендована точність фільтрації наступна: 10~15 μ м для аксіально-поршневих насосів, 25 μ м для лопатевих насосів та 40 μ м для шестеренних насосів. Використання високоточних масляних фільтрів може значно подовжити термін служби гідравлічних насосів.
Функція гідравлічних двигунів
Гідравлічний двигун є виконавчим елементом, який перетворює тиск рідини на механічну енергію, виробляючи обертовий момент і обертальний рух, і займає важливе місце в гідравлічних системах.
Гідравлічні двигуни, як правило, поділяються на два типи: низького і високого обертового моменту. У останні роки, з постійним розвитком гідравлічних технологій у бік високого тиску та високої потужності, а також через зростання уваги до екології, до гідравлічних приводів ставляться вимоги щодо низького рівня шуму, низького забруднення та плавної роботи. Тому двигуни високого обертового моменту стали одним із напрямків розвитку.
З точки зору перетворення енергії, гідравлічні насоси та гідравлічні двигуни — це взаємозамінні гідравлічні компоненти: подача робочої рідини в будь-який гідравлічний насос може перетворити його на режим роботи гідравлічного двигуна; навпаки, коли головний вал гідравлічного двигуна обертається зовнішнім моментом, він також може перейти в режим роботи гідравлічного насоса. Це пов'язано з тим, що вони мають однакові основні конструктивні елементи: герметичний об'єм, який періодично змінюється, та відповідний механізм розподілу масла.
Роль гідравлічних насосів у гідравлічних системах
Простими словами, гідравлічний насос — це пристрій, який перетворює механічну енергію на гідравлічну. Гідравлічні передавальні системи використовують різні типи гідравлічних насосів, щоб подолати навантаження та забезпечити вихідну потужність.
Наприклад, у гідравлічних приводних системах, таких як екскаватори, гідравлічний насос забезпечує тиск, необхідний для підйому транспортних засобів або важких об'єктів. Більшість важкої будівельної техніки оснащена гідравлічними насосами, які є основними компонентами гідравлічних систем.
Окрім великих установок, існують також менші гідравлічні насоси, що живлять різноманітні гідравлічні інструменти, такі як різальні інструменти, преси, гідравлічні пили тощо. Усі ці інструменти залежать від гідравлічних насосів для ефективної роботи.
Відмінності між гідравлічними насосами та звичайними насосами
Найбільша відмінність між гідравлічними насосами та звичайними насосами полягає у їхніх методах роботи. Звичайні насоси, як правило, підтримують постійний потік рідини, тоді як швидкість потоку гідравлічних насосів тісно пов’язана з навантаженням тиску.
Крім того, їхні функції різні: гідравлічні насоси мають подолати тиск, створений навантаженням системи, тоді як звичайні насоси лише відповідають за безперервне транспортування або циркуляцію рідини.
Функція гідравлічного двигуна
Гідравлічний двигун — це обертальний виконавчий елемент, також відомий як роторний актуатор. Його основна функція полягає у перетворенні гідравлічної енергії на механічну для приведення в рух навантаження.
Вихідна потужність гідравлічного двигуна визначається перепадом тиску та швидкістю потоку гідравлічної оливи. Іншими словами, вихідна потужність гідравлічного двигуна прямо пропорційна його частоті обертання.
Принцип спільної роботи гідравлічних насосів і гідравлічних двигунів
Після розуміння функцій гідравлічних насосів і гідравлічних двигунів розглянемо, як вони працюють разом у системі:
По-перше, гідравлічний насос перетворює механічну енергію первинного двигуна (наприклад, електродвигуна або дизельного двигуна) на гідравлічну енергію, яка існує у вигляді потоку гідравлічної олії.
Надалі гідравлічний двигун отримує гідравлічну енергію, створену гідравлічним насосом, і знову перетворює її на механічну енергію, яка використовується для приведення в дію навантаження та виконання роботи.
Після завершення цього процесу перетворення гідравлічним двигуном, вся система отримує необхідну механічну енергію для виконання завдань. Гідравлічні системи широко використовуються в нашому повсякденному житті; наприклад, ліфти, паливні колонки та атракціони працюють завдяки спільній дії гідравлічних насосів і гідравлічних двигунів.
Часто задані питання (FAQ)
1. У чому різниця між гідравлічним насосом і гідравлічним двигуном?
Відповідь: Гідравлічний насос перетворює механічну енергію на гідравлічну (енергію під тиском), тоді як гідравлічний двигун перетворює гідравлічну енергію назад на механічну (обертальний момент і обертальний рух).
2. Які основні типи гідравлічних двигунів?
Відповідь: Гідравлічні двигуни поділяються переважно на дві категорії:
Двигуни низької швидкості з великим крутним моментом (LSHT)
Двигуни високої швидкості з малим крутним моментом (HSLT)
Крім того, за конструкцією вони поділяються на двигуни з зубчастим колесом, пластинчасті двигуни та поршневі двигуни (включаючи осьові та радіальні типи поршневих двигунів).
3. Які поширені типи гідравлічних насосів і методи їх класифікації?
Відповідь: Гідравлічні насоси зазвичай класифікують двома способами:
Можливість регулювання потоку: Змінні насоси (регульовані) та сталі насоси (постійна подача)
Тип конструкції: Зубчасті насоси, пластинчасті насоси, поршневі насоси.
Шестеренні насоси: невеликі за розміром, проста конструкція, низька вартість, але сильний знос та витік.
Пластинчасті насоси: рівномірна подача, плавна робота, низький рівень шуму, вища ефективність порівняно з шестеренними насосами, але складна конструкція.
Поршневі насоси: висока об'ємна ефективність, низький рівень витоку, можуть працювати під високим тиском, придатні для систем великої потужності, але висока вартість та високі вимоги до чистоти масла.
4. Які компоненти входять до гідравлічної системи насоса?
Відповідь: Гідравлічна система насоса зазвичай включає:
Муфта (з'єднує ведучий вал і вал насоса)
Гідробак (зберігає масло, відводить тепло, видаляє повітря та знімає піну)
Фільтр (зменшує кількість твердих забруднюючих частинок у маслі)
Для забезпечення надійності системи необхідно забезпечити правильне центрування муфти, належну ємність і конструкцію бака, а також вибрати фільтри з потрібною точністю.
5. Яку роль виконує гідромотор у системі?
Відповідь: Гідравлічний двигун отримує рідину під тиском, перетворює гідравлічну енергію на механічну та виробляє крутний момент і обертальний рух. Його вихідна потужність залежить від перепаду тиску рідини та витрати, тому при зміні витрати або тиску вихідний сигнал двигуна також змінюватиметься.
6. Як працюють разом гідравлічні насоси та гідравлічні двигуни?
Відповідь: У гідравлічній системі:
Гідравлічний насос перетворює механічну енергію, отриману від первинного двигуна (наприклад, електродвигуна або дизельного двигуна), на енергію рідини.
Гідравлічний двигун отримує цю рідину під тиском і знову перетворює її на механічну енергію для приведення в дію навантаження.
Завдяки цьому перетворенню енергії система може забезпечити необхідний механічний вихід.
7. Чому так важливі чистота масла та фільтрація в гідравлічних системах?
Відповідь: Тверді частинки в гідравлічному маслі (особливо ті, що більші за 10 μ мкм, зокрема більші за 40 μ м) може посилювати знос внутрішніх компонентів насосів і двигунів, знижуючи ефективність та термін служби. Встановлення фільтрів з відповідною точністю (наприклад, 10-15 μ м для аксіально-поршневих насосів, 25 μ м для лопатевих насосів, 40 μ м для шестеренних насосів) може ефективно забезпечити надійність системи.
8. Якщо мій гідравлічний насос шумить або вібрує, що я маю перевірити?
Відповідь: Поширені причини включають:
- Несоосність між насосом і муфтою/валом
- Швидкість або навантаження, що перевищують номінальні значення
- Потрапляння повітря або кавітація в лінії всмоктування
- Погана чистота масла або неправильна кількість/тип масла
- Знос або пошкодження муфти чи внутрішніх компонентів насоса
Усунення цих проблем сприяє зменшенню шуму, вібрації та подовженню терміну служби насоса.
9. Чи «створює» гідравлічний насос тиск у системі?
Відповідь: Насправді, не зовсім. Основна функція гідравлічного насоса — створювати потік; тиск виникає лише тоді, коли цей потік зустрічає опір у системі (наприклад, навантаження, клапани чи виконавчі механізми). Тому неправильно повністю приписувати створення тиску саме насосу.
10. Які метрики ефективності існують для гідравлічних насосів і двигунів?
Відповідь: До ключових метрик ефективності належать:
- Об'ємний ККД: фактичний потік ÷ Теоретична продуктивність
- Механічний/гідравлічний ККД: теоретичний крутний момент ÷ Фактичний крутний момент (або пов’язані з механічними втратами)
- Загальний ККД: об'ємний ККД × Механічний/гідравлічний ККД