ОТЛИЧИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО И ГИДРООБЪЕМНОГО ПРИВОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

УДК 62

Н.И. Безуглый, И.Г. Агапов

ОТЛИЧИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО И ГИДРООБЪЕМНОГО ПРИВОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Актуальность темы исследования связана с развитием автомобильной тяжелой промышленности и механизацией строительства. В связи с этим, оценка возможностей двух принципиально разных схем управления гидроприводом при конструировании и эксплуатации строительных машин становится неоднозначна и сложна. Предлагаемый в статье материал раскрывает основные отличия схем гидропривода и показывает их особенности.

Ключевые слова: гидропривод, строительные и дорожные машины, гидравлическая схема.

Актуальность обоснована тем, что в нашей стране в конструировании и производстве тяжелой строительной и дорожной техники практически не используется гидродинамическая схема привода, хотя во многих отдельных категориях машин и специальных условиях работ она бы показала себя намного практичней. Цель статьи - донести до читателей, что формирование новых подходов к проектированию строительных машин даст как практическую выгоду, так и экономическую, поэтому смена схемы управления гидроприводом является важнейшим вопросом в тяжелой автомобильной промышленности, а также показать что спрос немецкой строительной техники в РФ вызван не только её надежностью, но и из-за отсутствия отечественных машин. Метод исследования: анализ и синтез полученной и найденной информации, интервьюирование, наблюдение, а также сравнение.

Основная функция гидропривода, как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода - это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе - передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.).

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).

В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:

1.Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.

2.Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.

3.После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак - в открытой схеме циркуляции, либо непосредственно к насосу - в закрытой схеме.

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и гидростатические (объёмные):

- В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.

- В гидростатических приводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.

Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, - большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа, в то время как гидродинамические машины работают обычно при давлениях, не превышающих 1,5-2 МПа.

Основными достоинствами гидропривода применяемого на строительных машинах являются:

-меньшие массы и габариты гидропривода по сравнению с массой и габаритами механического и электрического приводов;

-возможность создания больших передаточных чисел в объемном гидроприводе;

-бесступенчатое регулирование скорости рабочих движений, дающее возможность повысить коэффициент использования приводного двигателя, упростить его автоматизацию и улучшить условия работы

© Н.И. Безуглый, И.Г. Агапов, 2020.

Вестник магистратуры. 2020. № 1-5

ISSN 2223-4047

машиниста, удобство управления, которое характеризуется небольшой затратой энергии машиниста независимо от мощности привода и возможностью автоматизации не только отдельных операций, но и целых технологических процессов;

-надежное предохранение от перегрузок приводного двигателя, металлоконструкции и рабочих органов благодаря установке предохранительных и переливных гидроклапанов;

-простота взаимного преобразования вращательного и поступательного движений в системах насос-гидромотор и насос-гидроцилиндр;

-небольшая инерционность гидропривода, обеспечивающая его хорошие динамические свойства, увеличивающая долговечность машины и позволяющая включать и реверсировать рабочие движения за доли секунд. Время рабочего цикла при этом сокращается, вследствие этого повышается производительность машин.

В настоящее время гидравлический привод применяется на всех строительных машинах и роботизированных строительных комплексах и механизмах. Главная область применения гидростатического привода - необходимость больших и очень больших усилий (до 80.000 тонн) при относительно небольших скоростях перемещения (порядка 10 м/с, 3000 об/мин). Поэтому его и устанавливают на рабочие органы экскаваторов, бульдозеров, грейферов автокранов, манипуляторов и погрузчиков, а также как элемент трансмиссии в пневмоколёсных тягачах. Гидродинамический привод за счёт того, что не может обеспечить больших давлений, используется только как часть трансмиссии в строительной технике, за исключением Liebherr и некоторых машин John Deere.

На мировом рынке предлагаются бульдозеры, колесные и гусеничные погрузчики с тремя различными системами привода (традиционным гидродинамическим, применяющимся с 1955 г., гидростатическим и гидродинамическим с дифференциалом поворота), которые предусматривают соответственно разные системы управления и тормозов.

В конце 70-х годов компания Liebherr вместе с фирмой Linde разработала гидростатический привод и первая в мире оснастила им все свои бульдозеры. Его основными технологическими преимуществами являются: возможность бесступенчатого регулирования скорости трактора в интервале 0-11 км/час; перемещение грунта по кривой траектории; разворот (вращение) на месте.

Традиционный гидродинамический привод не обладает такими возможностями. Поэтому специалистами различных фирм, таких как Caterpillar, John Deere, JCB, была разработана сложная система гидродинамического привода с дифференциалом поворота, чтобы обеспечить требуемые технологические параметры.

На бульдозерах Liebherr с возрастанием нагрузки гидравлическая система получает дополнительно некоторую часть мощности двигателя, что компенсируется гидростатическим приводом за счет уменьшения скорости движения машины. При этом максимальное тяговое усилие остается в любой ситуации постоянным. Это регулирование осуществляется специальной электронной системой Litronic без участия водителя. В концепции гидродинамического привода с дифференциалом используется обычная тормозная система, которая при работе на откосах подвергается особо сильным нагрузкам и повышенному износу. Независимо от системы управления, гидродинамический привод с дифференциалом при возрастании нагрузки на гидравлику теряет как скорость, так и тяговое усилие. Для повышения тягового усилия механический привод может использовать только понижающую передачу. Если этого становится недостаточно, машина резко теряет скорость и существенно падает производительность.

При отсутствии тормозов и сцепления техобслуживание бульдозеров Liebherr дешевле и проще. Срок службы подшипников гусеничной цепи составляет 12000-13000 мото-часов, их износ — 0,5 мм. Благодаря надёжности и более высокой производительности своих машин компания Liebher заслужила уважение в строительной, горной и дорожной сфере. Их машины поставляются в более 100 стран мира и составляют около 40% мирового рынка.

Как всякой силе действия есть сила противодействия, так и у множества плюсов использования гидропривода есть свои минусы. К ним можно отнести:

1. Высокую стоимость, особенно гидроприводов с объемным регулированием. Следует заметить, что высокая стоимость - отчасти временное явление, связанное с мелкой серийностью производства гидроприводов.

2. Различный КПД у гидроприводов с различными способами регулирования. Причем у относительно дешевых приводов с дроссельным регулированием КПД весьма низок (0,2-0,3), у приводов с объемным регулированием в среднем 0.7-0.75. Для сравнения, электроприводы постоянного тока имеют КПД 0,55-0,6, высококачественные механические вариаторы до 0,8-0,85.

3. Зависимость механической характеристики и КПД от степени износа, от характера нагрузки на привод и от физических свойств жидкости

Эти обстоятельства в ряде случаев принуждают брать привод заведомо завышенной мощности, что естественно увеличивает его вес и габариты.

4. Относительная сложность агрегатов и высокая точность изготовления отдельных элементов и деталей гидропривода. Для его изготовления нужна высокая культура производства, высококвалифицированные рабочие. Гидроприводы не могут ремонтироваться в полевых условиях.

5. Использование в качестве рабочего элемента (как правило) горючих жидкостей (минеральных масел), что для военной техники является неблагоприятным обстоятельством.

Вывод: в большинстве случаев строительные и дорожные работы требуют наличия машин средней мощности, представленных в огромном количестве различными производителями. Важно понимать, что существует большое количество факторов, влияющих на выбор гидравлических схем требуемых машин. К этим факторам, напрямую зависящим от типа гидропривода, относятся: экономическая эффективность (расход топлива, зависящий от КПД, в свою очередь зависящим от типа гидропривода; окупаемость работ), габариты машины, надежность машины (подразумевается сложность гидросхемы), наличие квалифицированного персонала, доступность (возможность взять в аренду/лизинг данную машину, наличие). Существует два подхода при выборе строительно-дорожных машин для определенных работ:

1) высокотехнологичные и дорогие машины с высоким КПД

2) простые и недорогие машины с низким КПД

Оба подхода являются допустимыми, но важно заметить, что стоимость сложных систем со временем уменьшается, т.к. находятся новые подходы, новые возможности, вносятся изменения в конструкции, проводятся модернизации и т.д.

В России на данном этапе производятся машины только с гидростатической схемой управления гидроприводом, хотя гидродинамические машины тоже зачастую востребованы. Наша промышленность, к сожалению, выбрала второй подход - проще и дешевле. Необходимо срочно его менять и стремиться к инновациям в машиностроении! Создавать новые машины, уходя от старых наработок, проводя лишь модернизации устаревшей техники.

Библиографический список

1. В.А.Васильченко, к.т.н., ЗАО «ГидраПак Силовые системы». Сайт mining-media.ru

[Электронный ресурс]. - URL: https://mining-media.ru/ru/article/newtech/1151-osobennosti-ekspluatatsii-gornykh-mashin-s-gidroprivodom-pri-nizkikh-temperaturakh (дата обращения 22.09.2017).

2. «Информация по гидрооборудованию». Сайт traktor66.ru [Электронный ресурс] - URL: http://ww.traktor66.ru/?iid=9251&oid=5686&page=5538 (дата обращения 22.09.2017).

3. «Гидравлический привод строительных машин». Сайт stroy-technics.ru [Электронный ресурс] - URL: http://stroy-technics.ru/article/gidravlicheskii-privod-stroitelnykh-mashin (дата обращения 22.09.2017).

БЕЗУГЛЫЙ НИКИТА ИГОРЕВИЧ - магистрант, РОАТ (РУТ МИИТ), Россия. АГАПОВ ИГОРЬ ГЕНАДЬЕВИЧ - магистрант, РОАТ (РУТ МИИТ), Россия.