зачем нужна гидравлика в машине
Гидравлика в машине: что это и зачем она нужна
В большинстве случаев о гидравлике и ее узлах говорят в контексте спецтехники и промышленного оборудования. Это обусловлено тем, что гидравлические системы нацелены на выполнение большого объема трудоемких робот, часто в суровых условиях. Такие разговоры вполне обоснованы, поскольку многие большегрузные автомобили и тяжелая техника выпускаются с конвейера со встроенной гидравликой. В условиях высокой конкуренции производители вынуждены оснащать машины гидросистемами, даже если наличие такого оборудования не предполагалось изначально.
Зачем нужна гидравлика в машине
Гидросистема объединяет в себе ряд устройств, предназначенных для передачи энергии между механизмами техники с помощью рабочей жидкости, которая перемещается под давлением. Данное оборудование широко применяется в современной спецтехнике и транспортных средствах:
Рассмотрим применение гидравлики на примере тягача. Гидравлическое оборудование используется в крупнотоннажных автомобилях для более легкой погрузки и разгрузки товара, а также удобного присоединения прицепов и навесных устройств. Кроме того, гидравлика в грузовиках позволяет брать на буксир другие автомобили при помощи специальных приспособлений.
Если заводским проектом не предусмотрено наличие гидравлики, оборудование можно установить после выхода машины или техники с конвейера. Эта процедура называется гидрофикацией, и ее выполняют многие предприятия, занимающиеся ремонтом и обслуживанием гидросистем.
Устройство и принцип работы гидросистем
В гидравлических системах используется много видов оборудования и каждое из них имеет свой принцип работы:
Чем выше нагрузки на технику, тем сложнее устроена гидравлическая система. Например, гидроцилиндры оснащаются двумя поршнями, один из которых поднимается при давлении поступаемой рабочей жидкости. Если площадь поверхности второго элемента больше первого в три раза, сила первого поршня при подъеме оборудования соответственно увеличивается втрое.
Усилие к элементу гидросистемы меньше реального результата. Это указывает на то, что для перемещения первого элемента вторым понадобится три блока. Данное свойство лишний раз подтверждает большую значимость гидравлики в тяжелой технике.
Плюсы новой гидравлики
При выходе из строя или отсутствии гидравлики в стандартной комплектации, некоторые владельцы спецтехники покупают подержанное гидрооборудование. Это более выгодное решение с точки зрения экономии средств, но не эксплуатации спецтехники. Преимуществами новых гидравлических устройств являются:
Для покупки нового и оригинального товара обращайтесь за помощью в компанию «СДМ-гидравлика». Мы напрямую работаем с официальными поставщиками, поэтому закажем гидрооборудование по самой выгодной цене. После истечения гарантийного срока выполним техобслуживание, а в случае неисправности оперативно проведем ремонт гидросистемы с проверкой качества работ на гидравлическом стенде.
Устройство гидросистемы — принцип работы и конструкция. Плюсы применения оборудования гидравлических систем
Устройство гидравлической системы — представляет собой машину или оборудование, которое при использовании мощности жидкостной среды может справиться с поставленными задачами, за счет преобразования незначительного усилия в значительное. Гидравлическую систему в современном мире активно используют в:
С течением времени список отраслей, в которых всё чаще используют гидрооборудование только увеличивается, так как гидравлика это не только выгодно, но и надежно.
Гидросистема, назначение которой заключается в преобразовании энергии гидравлической в механическую, может быть закрытого или открытого типа. Открытый тип системы чаще всего имею устройства небольшой или средней мощности, закрытый тип предназначен для более сложных систем, где вместо гидравлического цилиндра задействован гидравлический двигатель.
Принцип гидросистемы и особенности её конструкции
Принцип гидравлической системы такой же, как и у жидкостного рычага, где используя гидростатическое давление можно преобразовать малое усилие на относительно небольшой площади в достаточно большое.
Для того, чтобы понять принцип работы гидравлической системы, необходимо изначально разобраться с её конструкцией и основными комплектующими. Рассмотрим конструкцию гидросистемы специализированной техники, которая включает в себя:
Несмотря на то, что конструкция установленной гидравлики может быть разной в зависимости от сферы использования, принцип работы гидросистемы остается неизменным.
Например, рассмотрим принцип гидросистемы сложного промышленного оборудования, где под воздействием силы тяжести рабочая жидкость попадает в устройство гидронасоса, а после к гидравлическому распределителю, который перенаправляет рабочую жидкость к поршню гидроцилиндра, тем самым создавая давление.
Оборудование гидравлических систем — преимущества применения и недостатки
Устройство гидросистемы достаточно широко применяется практически во всех отраслях, так как обладает рядом преимуществ, среди которых выделяют:
К недостаткам использования оборудований гидросистем относят:
Если следовать рекомендациям по обслуживанию и уходу за устройствами гидравлической системы, следить за чистотой рабочего масла, то тогда недостатки гидросистемы теряют свою значимость.
Что такое гидравлика в машине?
Гидравлическая система представляет собою совокупность различных агрегатов и приспособлений, которые для работы используют жидкую среду. Используя энергию текущих потоков, узлы гидравлики выполняют работу с силой, которая в разы превышает полученную мощь. Это позволяет экономить ресурсы и при этом не терять на результате.
Применение гидравлики на машинах
Особенным преимуществом гидравлики является ее универсальность, то есть она может применяться во всех сферах народного хозяйства и даже в быту. Что касается транспорта, то она может быть в составе сразу нескольких важных его частей.
Гидравлика в составе тормозной системы используется на разной малогабаритной технике (легковых и грузовых автомобилях, микроавтобусах, кроссоверах, спецтехнике) более века. Внутри ее циркулирует тормозная жидкость, которая состоит из полигликоля и эфиров, а также присадок, которые улучшают качество носителя и придают ему дополнительные свойства. Состоит тормозная гидравлическая система из педали, нескольких гидроцилиндров, вакуумного усилителя, тормозных механизмов и магистралей.
Гидропривод машин применяется для обеспечения зависимости скорости техники от нагрузки, для оптимизации использования мощности двигателя, рационального размещения оборудования и снижения ударных нагрузок, для буксировки прицепных составов, установок, сменного оснащения. Источником энергии в гидроприводе могут быть мотор тепловой или электрический, жидкая или газообразная среда под давлением. Вид приспособлений, которые отвечают за передачу и трансформацию энергию определяет тип привода, который бывает объемным, динамическим и смешанным.
Гидроусилитель руля (ГУР) является составной частью рулевого механизма транспортного средства, которая спроектирована специально для облегчения управления им во время движения. При этом ГУР обеспечивает устойчивость траектории, сохранение обратных сигналов, смягчает удары, повышает безопасность при разрыве шин. Без него или в случае отказа устройства машина остается управляемой, но для этого от водителя нужны будут большие усилия. Гидравлический усилитель – это замкнутая система, в составе которой значится насос, гидробак, регулятор напора, гидроцилиндр и управляющий золотник.
Состав гидросистемы и назначение ключевых агрегатов
Гидравлическая система не имеет стабильного состава, то есть он может меняться в зависимости от ее предназначения, технических параметров, места установки и т.д. Ее комплектация может быть как базовой, так и расширенной или суженой – это определяют специалисты на основании расчетов по определению нужных характеристик и возможностей.
Ключевыми агрегатами ее являются:
Дополнительными агрегатами для гидросистемы могут быть измерительные приборы и датчики (для мониторинга рабочих процессов), гидроаккумулятор (для накапливания излишков энергии), приборы для подогрева и охлаждения носителя и т.д.
Тонкости установки гидравлики на машину
В продажу техника может поступить как гидрофицированной, так и негидрофицированной. Но если гидравлика не была поставлена на машину в заводских условиях в процессе сборки, то это можно сделать на любом специализированном СТО. Безопаснее дешевле обращаться туда, где предлагают комплексную услугу, включающую в себя:
Компания, которая уважает себя, имеет в своем составе собственные СТО, прошедшее сертификацию. А еще на все проделанные работы на ее сервисах она дает гарантию, а не только на реализованное оборудование.
Одной из лучших компаний в Украине, которая предлагает огромный выбор товара и полный комплекс услуг, является «Гидромаркет». Это мультибрендовый дилер отечественных и зарубежных производителей, который работает на рынке более пяти лет, придерживается умеренной ценовой политики и всегда идет на встречу покупателям. Оформить покупку или получить консультацию у менеджеров компании можно по телефону, вайберу или в он-лайн чате.
Закон Паскаля и гидравлические машины
Самым простым примером гидравлической машины, который можно встретить повсеместно – это гидравлические тормоза. Тормозная система – это одна из самых важных систем в современном транспортном средстве. Она обеспечивает безопасность движения и делает возможным как таковое управлением.
Для реализации преимущества гидравлических тормозов, а именно – усиления нажатия, используется закон Паскаля. Давайте выясним, как используется закон Паскаля в гидравлических машинах на примере гидравлических тормозов.
Как вообще работают тормоза?
Как обычно работают любые тормоза и на каком физическом принципе всё это держится?
Всё довольно просто. Представьте себе, что катите по ровному полу тележку с колёсами, она прекрасно катится, т.к. на колёса воздействует только сила трения качения. А теперь представьте, что катите по тому же самому полу деревянный ящик без колёс. Заметили разницу? 🙂
Всё верно, ящик сдвинуть очень тяжело, даже при условии, что масса обоих объектов (тележки и ящика) будет одинаковая. Ящик, в момент попытки его столкнуть, воздействует сила трения покоя, которая многократно превышает силу трения качения.
Отсюда напрашивается вывод: Для того, чтобы тело затормозило, будь-то велосипед или автомобиль, нужно превратить его из тележки в ящик без колёс.
Как же это сделать? Нужно просто зафиксировать колёса в какой-то момент времени (и желательно все одновременно, в случае автомобиля).
На эту функцию выполняют тормоза. У колеса есть ротор ( или само колесо работает как ротор), а на неподвижной части велосипеда или автомобиля устанавливается тормозной суппорт или тормозная машинка.
В тормозной машинке есть подвижные колодки и когда водитель нажмет на тормоза, колодки прикоснутся к вращающемуся колесу или ротору. Колёса будут обездвижены и цель будет достигнута.
Типы приводов тормозов
Для того, чтобы сдвинуть колодки, нужно как-то соединить эти колодки с педалью или ручкой управления. По сути дела, нужно передать нажатие водителя на суппорт на некоторое расстояние.
Для решения этой задачи используют несколько способов.
Существуют гидравлические тормоза или механические тормоза. Все они, в первую очередь, отличаются “способом нажатия” на тормозную колодку. Вариантов, на самом деле, больше. Например, есть ещё и пневматические тормоза. Но используется чаще всего именно перечисленные типы.
В механических тормозах используется самый обычный тросик, который сдвигает колодки, пока мы давим на ручку. Этот вариант используется в велосипедах и может быть применен как к ободным, так и к дисковым тормозам. В автомобиле такой тип тормозов используется для реализации стояночного тормоза или ручника. Здесь всё очень просто – самый обычный тросик, аналогично веревке, тянет объект и передает наше усилие на суппорт.
В гидравлических тормозах, вместо тросика, используется жидкость. Жидкость заполняет т.н. гидролинию, которая и является аналогом механического троса и выполняет его функцию. Правда работает система на сжатие а не на растяжение.
Напомню, что жидкость всегда несжимаемая! Чуть позже мы узнаем, что это даёт гидравлике ощутимое преимущество перед механикой.
При нажатии на ручку или педаль, жидкость перемещается по гидролинии и надавливает на тормозной поршень в суппорте. Само собой, вся система адаптирована на использование именно гидравлического привода.
Особенности конструкции гидравлических тормозов
Если в механике мы использовали обычные механические соединения и передачи, то тут всё гидравлическое. Как водяной пистолетик, родом из вашего детства.
Начнем с того, что гидравлическая система всегда замкнутая и не должна течь. В противном случае тормоза попросту откажут.
Теперь рассмотрим простейшую принципиальную схему гидравлических тормозов на примере велосипедных гидравлических тормозов.
Система состоит из тормозной ручки, в которой спрятан поршень и расположен расширительный бачок, гидролинии, по которой перемещается жидкость и тормозного суппорта, в котором расположены цилиндры, осуществляющие нажатие на тормозные колодки.
Распишем логику работы гидравлического тормоза велосипеда
Пользователь нажимает на тормозную ручку, она приводит в действие главной тормозной цилиндр, который спрятан в ручке.
Под действием механического нажатия цилиндр начинает передвигаться и толкает тормозную жидкость по гидросистеме вперёд, аналогично жидкости в шприце.
Жидкость не сжимается и передает усилие нажатия от поршня на тормозной ручке поршню на тормозном суппорте.
Как правило, на суппорте установлено сразу два подвижных поршня, чтобы нажатие получилось равномерным и колодки прижимались к диску с обеих сторон. По закону паскаля жидкость равномерно распространяет нажатие сразу по всем направлениям. Т.е. оба поршня прижимаются с одинаковой силой к диску с двух сторон и на функционирование гидравлической системы и распределение сил это не влияет.
Когда водитель отпускает ручку, тормозная ручка под действием встроенной пружины возвращается на своё место, а заодно и тянет за собой жидкость по гидролинии за счёт разряжения.
Жидкость перемещается по гидролинии в обратном направлении и колодки в суппорте расходятся, т.е. нагрузка снимается.
Помимо этого, на колодках устанавливаются дополнительные пружинки, которые не дают колодкам греметь и помогают разведению. Также колодкам помогает расходиться и сила упругости. При сильном нажатии сами колодки упруго деформируются и когда нагрузка снимается “распрыгивают” обратно.
Для чего нужен расширительный бачок в этой схеме?
Бачок позволяет регулировать уровень жидкости в системе, ведь жидкостям свойственно расширяться и сужаться в зависимости от температуры. Значит, и при отсутствии бачка лишнему объему некуда будет вылиться (ведь система-то герметичная и замкнутая) и систему может заклинить в нажатом состоянии. Или наоборот – жидкости в какой-то момент может не хватить,а значит и нажать на тормозной поршень с нужным усилием не выйдет.
Кроме того, когда колодки стираются, некоторый объем дополнительной жидкости поступает из бочка в контур и не даёт ручке “проваливаться”. Ведь по сути дела, когда крайние точки системы сдвигаются (т.к. высота колодок стала меньше), поршень тоже перемещается и увеличивает холостой ход ручки.
Чем отличаются гидравлические тормоза велосипеда от гидравлических тормозов автомобиля?
Правильный ответ – ничем.
Вся система функционирует аналогично. Правда у автомобиля есть два независимых контура – передний и задний.
Ещё в конструкцию добавлены вакуумный усилитель тормозов и блок ABS. И то, и другое – это удел новых автомобилей. На старых всё было, скажем так, аналоговым. Именно поэтому, например на автомобиле УАЗ “Буханка”, затормозить иногда очень непросто :)…Ведь усилителя-то нет.
Вакуумный усилитель расположен сразу после педали перед главным тормозным цилиндром и увеличивает силу нажатия на поршень цилиндра. Про его конструкцию мы поговорим отдельно. Зачем он нужен? Вспомните про камаз…Конечно же, нужна достаточная сила нажатия на колодку на выходе, а то проскользнет и торможения не выйдет.
ABS или антиблокировочная система – позволяет исключить попадание одного из колёс автомобиля в юз/занос. Если её не будет, то колесо, которое пошло в занос, нарушит равномерное распределение сил между всеми тормозящими колесами. Электронный модуль, замеряя скорость каждого из колес, не дает одной оси, а то и всего автомобиля, жестко заблокироваться в случае, если одно колесо на оси при торможении скользит по льду, а второе встало на сухой асфальт. Колесо на асфальте отпускается. Благодаря этому вращающий момент не возникает и машину не крутит вокруг своей оси.
Почему гидравлика лучше?
Механические тормоза хороши всем. Кроме того, что есть несколько принципиально важных особенностей, которые и делают гидравлику более предпочтительной.
Сила передается “как она есть”. Это вполне подходит для торможения велосипеда на ровной дорожке, но когда нужно остановить 10-тонный камаз на пути под гору, то сил человека явно не хватит.
Закон Паскаля
Для усиления торможения в гидравлических тормозах мы используем закон Паскаля.
Описанная ниже логика применяется повсеместно и является основой работы всех гидравлических машин. Многотонные гидравлические прессы и гидроусилители – все они работают, опираясь на этот закон.
Его формулировка: Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.
Для подтверждения этого можно провести очень интересный опыт. Сделать т.н. шар Паскаля.
Шар Паскаля демонстрирует, что давление равномерно передаётся во всех направлениях.
Давление в жидкостях или газах – это величина скалярная. Получается, что давление просто есть. Как и температура на улице.
Давление во всех точках жидкости должно быть одинаковым. Именно этот принцип и используется в гидравлических машинах. Ведь все они представляют из себя замкнутую гидравлическую систему.
Теперь вспоминаем, что такое давление.
Давление – это величина, равная отношению действующей силы на единицу площади или p=F/S. Измеряется в Паскалях (Па) и имеет размерность н/м2.
Идём дальше. У нас есть закон Паскаля, сформулированный чуть выше. Имеем соотношение F/S=const.
Запишем это применительно к рассматриваемой гидравлической системе:
где F1 и S1 – это сила приложенная к тормозной ручке и площадь главного тормозного цилиндра, а F2 и S2 – сила с которой давит цилиндр в суппорте на колодку и площадь поршня в суппорте соответственно.
Получаем коэффициент усиления, который определяется соотношением площадей.
Чем больше площадь цилиндра суппорта и чем меньше площадь главного тормозного цилиндра, тем больше сила. Это легко вывести и из приведенных соотношений.
Таким образом, гидравлические тормоза даже без вакуумного усилителя дают увеличение силы нажатия.
Кстати говоря, конструкций гидравлических систем может существовать очень много. Например, в суппорте может использоваться сразу несколько поршней, которые дублируют друг друга и усиливают нажатие.
Принцип усиления, который доступен нам благодаря работе закона Паскаля, применяется и в других известных механизмах, но об этом мы поговорим чуть позже.
Гидропривод
Гидравлический привод [вверх]
Гидравлический привод — устройство, предназначенное для приведения в движение машин и механизмов с помощью гидравлической энергии.
Составной частью гидропривода является гидравлический механизм, который работает под давлением, и имеет один или несколько объемных гидродвигателей.
К устройствам гидропривода относятся
Функции гидропривода [вверх]
В состав гидропривода входит ряд основных устройств, которые выполняют следующие функции: насос, как поставщик гидравлической энергии; гидравлический двигатель, как потребитель гидравлической энергии, и преобразователь ее в механическую энергию; гидрораспределители, дроссели, которые регулируют поток рабочей жидкости, управляя движением выходного звена гидродвигателя; для перемещения рабочей жидкости внутри гидросистемы, а также подачи ее к соответствующим устройствам, используются гидролинии; отделение из гидравлической жидкости загрязнений, образующихся во время эксплуатации системы, осуществляется с помощью фильтра; для регулирования температуры жидкости применяются различные устройства, выполняющие как нагрев, так и ее охлаждение.
Основной задачей гидропривода, как и механической передачи, остается преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с нагрузкой (регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция — это передача мощности от приводного двигателя к рабочим механизмам машины (например, в одноковшовом экскаваторе — передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, и т. д.).
Что же собой представляет система гидроуправления?
Это система, обеспечивающая управление гидропередачей и состоящая из функциональных золотниково-клапанных устройств, колонок управления и насосно-аккумуляторной части.
Благодаря системе гидроуправления мы обеспечиваем:
Типы гидроприводов [вверх]
Гидравлические приводы типизируются как объемные и гидродинамические.
Объемные гидроприводы характеризуются большим давлением (до 300 МПа и выше) и небольшими скоростями движения жидкости. Они работают за счет потенциальной энергии давления жидкости. Также к гидромашинам объемного типа относятся насосы и гидравлические двигатели этих приводов, функционирование которых связано с поочередным наполнением рабочей полости гидравлической жидкостью и выталкиванием ее из полости. Представителями объемных гидромашин являются аксиально-поршневые и пластинчатые гидравлические насосы и двигатели. Как правило, гидродинамические приводы работают за счет кинетической энергии потока рабочей жидкости. Их главное отличие — высокая скорость перемещения жидкости и небольшое давление системе (обычно в интервале 1. 2 МПа). В связи с тем, что габаритные размеры и масса гидродинамических приводов намного больше, чем у объемных приводов, последние стали более распространены.
Классификация объемных гидроприводов
Существуют следующие разновидности объемных гидроприводов: с вращательным, поступательным и поворотным движением (в зависимости от вида перемещения выходного звена); регулируемый (дроссельный, объемный, объемно-дроссельный), нерегулируемый и саморегулируемый (по возможности регулирования скорости выходного звена); программный, следящий, стабилизированный (в соответствии с решаемыми задачами регулирования); с замкнутой и разомкнутой системой циркуляции (по виду циркуляции рабочей жидкости); насосный, аккумуляторный, магистральный (по способу подачи рабочей жидкости); с электроприводом, приводом от двигателя внутреннего сгорания, турбины (в соответствии с типом двигателя, используемого в приводе).
Область применения гидроприводов [вверх]
Гидроприводы объемного типа широкое применяются:
Преимущества гидроприводов [вверх]
В качестве приводов для станков нашли широкое применение регулируемые объемные гидроприводы, а также для литейного и прессового оборудования, прокатных станков, строительных, дорожных, подъемных, транспортных и сельскохозяйственных машин. Такой широкий спектр их применения объясняется явно выраженными преимуществами гидропривода по сравнению с электрическими или механическими.
Среди основных достоинств можно выделить следующие элементы:
1. У данного привода высокая удельная мощность. То есть, транслируемая мощность, которая приходится на одну единицу суммарного веса всех элементов. Этот показатель в 3-5 раза выше, чем у электрического аналога. При чем это преимущество повышается с ростом подаваемой мощности.
2. Очень просто, к тому же, в обширном диапазоне, обеспечивается вариант бесступенчатого выбора скорости, выходящего звена самого гидропривода.
3. Высокая скорость быстродействия гидропривода. В несколько раз быстрее будет выполняться активизация операции по спуску, реверсу или остановке. Все это благодаря тому, что у гидропривода малый момент инерции у исполнительного органа двигателя.
4. Величина коэффициента усиления гидроусилителя по мощности довольно значительная и достигает отметки в 10^5.
5. Простота реализации технологических действий при определенно-заданном режиме, а также вариант элементарного, но надежного предохранения приводящего мотора и остальных элементов гидропривода от вероятных перегрузок.
6. Весьма эффективно и просто преобразуется вращательные движения в возвратно – поступательные.
7. Компоновка агрегатов гидропривода полностью свободная и не имеет каких-либо ограничений.
8. Очень удобно то, что к гидроприводу можно подключать любое дополнительное гидравлическое оборудование. Например, дисковые пилы, захваты, отбойные молотки, разнообразные ковши.
9. Слабое воздействие гидропривода на руки рабочего, не способствует быстрой его утомляемости.
Недостатки гидроприводов [вверх]
Однако есть у гидропривода и свои недостатки. Отметим их:
1. Гидропривод имеет относительно низкий уровень КПД, а также при передаче энергии на дальние расстояния происходит значительная ее трата.
2.Рабочие характеристики гидропривода зависят от действующих эксплуатационных условий, таких как давление, температура.
3. Чувствительны к загрязненной рабочей жидкости. Необходимо проводить регулярное обслуживание данного агрегата. Если рабочая жидкость загрязненная и какими-либо абразивными элементами, то это может привести к быстрому износу определенных частей прецизионных пар в агрегатах гидравлического типа и возможному их выходу из строя.
4. По мере его выработки или части его элементов заложенного эксплуатационного периода работы, происходит понижение уровня КПД, а также снижение характеристик данного аппарата. Сначала изнашиваются прецизионные пары, что приводит к увеличению размеров зазоров, а также к возрастанию утечек рабочей жидкости. То есть – понижению уровня объемного КПД агрегата.
Таким образом, приводы гидравлического типа обладают, как явными преимуществами перед иными типами приводов, так и имеют свои недостатки.
Поэтому проектируя и изготавливая данные приводы необходимо четко изучить поставленные задачи определенного характера. К таким задачам конструктора при проектировании гидропривода добавляется оптимизация схемы работы, обеспечивающая выполнение данным агрегатом необходимый функциональных требований, и определенный выбор элементов привода. Основные неисправности гидросистем и способы их устранения