Устройство гидросистемы

Гидравлическая система: преимущества и недостатки

Применение гидравлических систем

Основные сферы применения гидросистем:

• промышленность, часто гидравлика является важным элементом металлорежущих станков, гидрооборудования, предназначенного для транспортировки продукции, ее погрузки/разгрузки и т.д.;
• судостроение, гидравлика в данном случае применяете в рулевом управлении судна, а также при перемещении корабля на судоремонтном и судостроительном предприятии;
• сельское хозяйство, именно через механизмы гидравлики происходит управление навесное оборудованием тракторов, комбайнеров и другой техники;
• авиакосмическая отрасль, независимые или объединенные с пневматикой системы, применяются в шасси и управляющих устройствах;
• строительная отрасль, вся спецтехника оснащена гидрофицированными узлами.

Преимущества и недостатки гидравлических систем

К преимущества гидросистем относится:

1. Возможность перемещать и поднимать грузы/объекты больших габаритов и веса;
2. Точное позиционирование и неограниченный диапазон скорости;
3. Синхронность и плавность работы всей гидравлической системы;
4. Повышенная надежность и долгий срок службы;
5. Экономичность в работе и малогабаритные размеры.

Помимо достоинств, у гидравлических системы имеется несколько недостатков. А именно:

1. Риск возгорания при работе. Большинство жидкостей в гидравлике – являются горючими;
2. Гидросистемы и оборудование чувствительны к загрязнениям (распределители, быстро-разъемные соединения);
3. Возможность протечек гидравлической жидкости. Необходимость регулярного сервисного обслуживания.

Расчет гидравлической системы

При разработке и проектировании систем применяются множество различных факторов. Приведем основные примеры таких факторов как: кинетический коэффициент вязкости жидкости, ее плотность, длина трубопроводов, диаметр штока гидроцилиндра и многие другое.

Для проведения быстрого расчета гидросистемы нами применяются определения:

• характеристика насоса;
• величина штоков;
• рабочее давление (низкое, среднее, высокое или сверхвысокое);
• характеристика гидравлических магистралей и всей системы в целом.

Виды гидравлических систем

Подразделяются гидросистемы на два типа: открытого и закрытого типа. Открытую конструкцию имеют обычно устройства малой и средней мощности. В более сложных системах закрытого типа вместо цилиндра используется гидродвигатель. Жидкость поступает в него из насоса, а затем снова возвращается в магистраль.

Как работает гидравлика?

Гидравлическая система – это сложный комплекс встроенных механизмов, предназначенных для получения и трансформации энергии ДВС с ее дальнейшей передачей на рабочие органы спецтехники. Гидросистема дает оператору трактора возможность управлять прицепными и навесными сельхозорудиями, а также регулировать их работу: изменять подъем каркаса, корректировать подходящую глубину колеи.

Принцип работы гидравлики на тракторе основывается на непрерывной циркуляции жидкости – именно она отвечает за преобразование создаваемой мотором энергии в силу, необходимую для стабильной работы установленного оборудования. Как в старых, так и в современных тракторах роль этой жидкости играет гидравлическое масло.

Конструктивно гидравлика на тракторе состоит из таких узлов:

• масляный резервуар;
• фильтр, защищающий систему от попадания в нее посторонних компонентов. Таким образом, фильтрующий элемент предотвращает ускоренный износ всей системы;
• система труб, по которым под давлением непрерывно циркулирует масло;
• помпа, оборудованная приводом и встроенным механизмом включения. В сборе этот узел призван создавать в гидравлике трактора давление, которое необходимо для движения масла и работы навесного оборудования;
• распределитель – функция этого узла заключается в направлении рабочей жидкости к встроенному конечному механизму, роль которого играет силовой цилиндр или гидравлический двигатель используемого прицепного орудия. Распределитель постоянно контролирует работу всей гидравлики и при необходимости переключает ее в режим работы на холостом ходу. В случае появления повышенной нагрузки на систему, распределитель снижает давление внутри нее, тем самым не давая системе перегреваться;
• цилиндр – это конечный узел, который принимает масло от распределителя. Именно цилиндр отвечает за опускание и подъем используемого навесного орудия;
• двигатель – подсоединяется к колесам.

Кроме того, в устройство гидравлики входят клапана, запорные муфты, отводы и охладители.

Это интересно: Лучшие минитрактора от китайского производителя Фотон (Foton)

Другие причины повреждений

Перечислим наиболее распространенные:

• Повреждения в системе могут возникать вследствие воздействия песка или коррозии.
• Если на электромагнитных клапанах нет напряжения, это может быть вызвано внутренними разрывами и повреждениями. Слишком плотное закрепление кабелей с помощью зажимов на шлангах и прижимных гильзах создает опасные точки контакта и даже привести к внутреннему обрыву кабелей, так как гидравлические шланги сильно расширяются из-за нагрева.
• Изоляция провода не любит масляные составы, так как оно делает его более хрупким. Это может вызвать короткое замыкание.
• Проверить реле довольно легко с помощью электросчетчика. Чаще всего можно самостоятельно заменить неисправное реле, особенно если оно штатное. Если реле включается, но распределительный клапан не реагирует, катушка соленоида должна быть отключена.

Если причину не удается найти, проблема более серьезна. Соленоиды блока управления можно проверить попарно с помощником, выключив двигатель трактора, один поочередно включает и выключает соленоид, другой держит рукой за соответствующий рычаг. Если делитель потока масла приводится в действие электромагнитом, это будет ощущаться. Если элементов управления несколько, испытательные магниты необходимо заменить.

Принцип сцепления трактора

=>

Гидросистема трактора — это набор структурных элементов, которые воздействуют на жидкость для увеличения силы или крутящего момента без использования шестерен или рычагов. Более устойчив к поломке, чем аналогичные устройства, использующие в своей работе другие физические принципы.

Масло для гидравлики трактора

Масло для гидравлической системы трактора очень важно, поскольку оно препятствует образованию коррозии на важных деталях, обеспечивает надежную и бесперебойную работу механизма в условиях повышенной пыли и влаги. Основные причины поломки гидравлической системы связаны именно с ним – его несвоевременная замена и низкое качество приводят к быстрому износу деталей и выходу из строя всей гидравлической системы, заклиниванию механизмов

Основные причины поломки гидравлической системы связаны именно с ним – его несвоевременная замена и низкое качество приводят к быстрому износу деталей и выходу из строя всей гидравлической системы, заклиниванию механизмов.

Время от времени стоит обращать внимание на визуальное состояние жидкости – из-за механических повреждений узлов может начать пениться масло в гидравлике трактора. В подобной ситуации следует немедленно провести технический осмотр всей гидросистемы трактора и заменить смазку на новую

Для оптимального подбора гидравлического масла для Вашего трактора следует учитывать такие факторы и нюансы:

• в первую очередь прочтите инструкцию по эксплуатации, убедитесь в технических характеристиках Вашего агрегата;
• если инструкция утеряна и Вы не можете свериться с ней – попробуйте подобрать смазку самостоятельно, учитывая условия пользования и проконсультировавшись со специалистом;
• для сложных или экстремальных условий эксплуатации подбирайте масло с дополнительными очистительными добавками;
• уровень вязкости также должен быть подобран в соответствии с условиями эксплуатации. Чем больше температура окружающей среды и мощность трактора – тем больше должен быть показатель уровня вязкости. Средние значение вязкости обычно равно 46 и 32.

Кроме уровня вязкости по международной классификации ISO по эксплуатационным свойствам масла делятся на такие

• НН – нефтяное масло без дополнительных добавок и присадок. Рассчитано на технику с поршневыми и шестеренчатыми насосами, максимальное давление – 15 мПа, температура – не больше 80°С;
• HL – имеют в своем составе специальные добавки против окисления и коррозии металлических частей гидросистемы. Подойдут для средних по мощности агрегатов, максимальная температура – 25 мПа, температура – 80°С;
• HM – для более мощных и производительных агрегатов. Отличается высоким уровнем очистки и наличием добавок, продлевающих срок службы. Максимальное давление – 25 мПа, температура − 80°С.

Наиболее популярные в наших широтах марки масел для гидравлической системы тракторов – МГЕ-46В и МГ-8А. МГЕ-46В подходит для температур от −10 до +80°С, сохраняет свои свойства при давлении до 42 мПа. МГ-8А в своем составе содержит антикоррозийные и другие присадки, значительно продлевает срок службы деталей.

Как сделать гидравлику на самодельный трактор ?

Чтобы самодельный гидравлический механизм получился качественным и безотказно работал при любых обстоятельствах, в процессе его сборки необходимо придерживаться определенного алгоритма.

Последовательность работ при изготовлении должна выглядеть следующим образом:

1. Подготовка чертежей, по которым собирается гидравлическая система;
2. Покупка требуемых для сборки деталей;
3. Монтаж и подключение созданной системы;
4. Точная калибровка используемых элементов;
5. Тестирование взаимодействия гидравлики с имеющейся в тракторе трансмиссией.

Перед изготовлением гидравлической системы нужно ознакомиться с чертежами. В них должен быть указан правильный порядок сборки и метод монтажа деталей.

После изучения схем нужно подготовить детали, требуемые для сборки системы.

Тракторная гидравлика должна состоять из следующих элементов:

• гидравлический бак, наполняемый маслом;
• мотор и гидравлический насос;
• распределитель масла;
• гидравлические двигатели и поршни;
• шланги для соединения деталей.

Система также обязательно должна быть оснащена фильтрами, которые не будут пропускать твердые частицы, встречающиеся в составе масла. Дополнительно гидравлику потребуется оборудовать измерителями давления, которые помогут предотвратить образование чрезмерного давления внутри системы.

Детальный порядок действий при самостоятельной сборке гидравлической системы для трактора выглядит следующим образом:

1. Для начала потребуется установить и закрепить гидравлический насос. Он должен располагаться под баком – это позволит маслу под воздействием силы тяжести беспрепятственно поступать в насос. Таким образом, при запуске системы не возникнет каких-либо проблем;
2. Для продления сроков эксплуатации механизма понадобится точно рассчитать мощность всех имеющихся в конструкции системы элементов. Учитывая эти данные нужно запустить гидравлический насос. В том случае если его предельной мощности будет не хватать, то потребуется  установить дополнительный насос – он будет использоваться только при экстремальных повышениях нагрузок на систему;
3. Для контроля за работой гидравлики в ее конструкции следует установить несколько фильтров для очистки масла и датчики измерения давления. Более детально о сборке гидравлической системы на трактор расскажет видео.

При переключении рычага масло по одним трубкам будет подаваться обратно в бак, или же поступать к поршням и гидравлическому мотору. Это позволит контролировать работу гидравлической системы трактора, и использовать ее только в тех случаях, когда это необходимо.

Это интересно: Трактора Jinma (Джинма), обзор модельного ряда: характеристики

Где используется

Если говорить про простые варианты гидромашин (в которых давление передаётся при помощи жидкости), они используются в таких приспособлениях как домкраты, прессы, подъёмники. Следовательно, гидромашины используются в строительстве и машиностроение. Это так называемые гидроприводы, которые используются в различных подвижных частях строительных машин (ковши, буры, манипуляторы).

Если сравнить гидропривод с его механическим аналогом, у первого можно выделить такие преимущества:

1. Высокая мощность передаваемая на одну единицу веса элемента.
2. Скорость работы. Запуск, реверс и полная остановка выигрывают в скорости выполнения у механических и электрических приводов.
3. Надёжное предохранение от перегрузов всей системы.
4. Возможность установить на гидропривод любое оборудование (ковш, дисковая пила, отбойный молоток и многое другое).

Однако когда речь идёт об использование гидропривода на больших расстояниях, он сильно уступает аналогам в КПД.

Насосы применяются в соответствие с их конструкциями. Центробежные насосы получили своё распространение в работе теплоэлектростанций, системах очистки сточных вод, химической и пищевой промышленности. Также они используются для перемещения сжиженных газов, реагентов и нефтепродуктов.

Возвратно-поступательные насосы, являются самым старейшим видом. Ещё в древности они получили своё распространение в водоснабжение. Сейчас они используются в тех же целях, плюс для перекачки взрывоопасных жидкостей, пищевой промышленности (перемещение молочной продукции внутри заводов), а также в системах подачи топлива для ДВС.

Шестерные насосы могут работать только с невысоким уровнем давления. Их используют в сельскохозяйственной промышленности, коммунальных отраслях, перекачке различных видов топлива (бензин, нефть, дизель, различные добавки и присадки, мазут). В химической промышленности их применяют для перемещения кислот, спиртов, растворителей и щелочей.

В последние годы, гидравлические машины получили широкое распространение в создание тренажёров для занятий спортом.

Гидротурбины используются на ГЭС. Однако только в соответствие с силой напора:

Виды гидротурбин	Максимальная сила напора Н, м	Максимальная мощность кВт	Максимальный диаметр турбины м
Реактивные:
Осевые трубчатые или капсюльные	20	50	8
Вертикальные поворотно-лопастные	80	250	10,5
Пропеллерные	80	150	9
Радиально-осевые	700	800	10
Двухперовые	100	250	8
Диагональные	200	300	8
Обратимые:
Радиально-осевые одноступенчатые	600	450	9,5
Осевые	15	30	8
Диагональные	100	300	7,5
Активные:
Сфиндекс	1500
Ковшовые	2000	350	7,5
Двукратные	100
Наклонно-струйные	400	50	4

Классификация гидравлических машин

Гидравлические машины классифицируют по принципу действия и внутреннему строению.

Главное разделение – насосы и гидравлические двигатели.

К насосам относятся такие группы:

1. Объёмные – это агрегаты, рабочий процесс которых, происходит переменно. В рабочую ёмкость через входную трубу попадает жидкость. После заполнения камеры, входная труба перекрывается задвижкой и в камере нагнетается давление (поршень). Открывается выводящая труба и жидкость покидает ёмкость. Задвижка закрывается, а на входе наоборот открывается. Процесс повторяется
2. Динамические – в этих агрегатах, рабочая часть насоса, взаимодействует с жидкостью в проточной части. Потоку придаётся дополнительная кинетическая энергия, за счёт лопастей, винтов или вихревого потока.

Гидравлические двигатели разделяются на:

1. Активные – в этом случае, поток распределяется по нескольким каналам, через которые он с большой скоростью ударяет в определённые лопасти турбины.
2. Реактивные – это агрегат, в котором колесо вырабатывающее энергию, находится в ёмкости с большим давление под водой.

Однако у гидравлических двигателей, большинство моделей можно использовать как насос. Следовательно, они могут разделяться на объёмные и динамические.

Гидравлическая схема

Ранее в тексте приводились рисунки, помогающие понять принципы работы гидравлической системы и её составных частей. Мы старались показать конструкцию на различных примерах и использовали различные типы рисунков. Рисунки, которые мы используем, называются графической схемой.

Каждая часть системы и каждая линия изображается графическим символом.

Ниже приведены примеры графической диаграммы.

Важно понять, что назначение графической диаграммы не показать устройство деталей. Графическая диаграмма используется только для показа функций и мест соединений

Классификация линий

Все составные части гидравлической системы соединены линиями. Каждая линия имеет своё название и выполняет свою функцию. Основные линии:

Рабочие линии: Напорная линия, Линия всасывания, Сливная линия

Не рабочие линии: Дренажная линия, Пилотная линия

Масло рабочей линии участвует в преобразовании энергии. Линия всасывания доставляет масло из бака к насосу. Напорная линия доставляет масло от насоса к приводу под давлением для совершения работы и сливная линия возвращает масло от привода обратно в бак.

Не рабочие линии являются дополнительными линиями, которые не используются в основных функциях системы. Дренажная линия используется для возврата в бак лишнего масла или масла пилотной линии. Пилотная линия используется для управления рабочими органами.

Устройство и принцип работы гидрораспределителя

Рассмотрим устройство четырехлинейного трехпозиционного распределителя, запертого в нейтральном положении.

В корпусе распределителя выполнены каналы для подвода жидкости. Золотник устанавливается в отверстие, расточенное в корпусе.

Золотник распределителя — деталь, как правило цилиндрическая, на которой выполнены пояски, канавки, проточки, необходимые для разделения или соединения различных каналов, выполненных в корпусе распределителя.

В нейтральном положении золотник удерживается с помощью пружин, в этот момент он запирает линию Р. При наличии управляющего сигнала, электромагнит 1 переместит золотник вправо. В этом положении золотник соединит каналы p и a, t и b. При отсутствии управляющего сигнала, пружины вернут золотник в нейтральное положение. При наличии электрического сигнала на электромагните 2 золотник переместится влево, соединяя каналы p и b, t и a.

Переместить золотник влево

Переместить золотник в нейтральное положение

Переместить золотник вправо

Шестеренные

Роторные гидромашины этого вида нашли применение в системах смазки, дорожной и сельскохозяйственной спецтехнике, мобильных гидравлических конструкциях. К их плюсам относят:

• простоту конструктивного исполнения;
• работу на частотах до 5000 об/мин.;
• небольшой вес;
• компактность.

Заметные минусы:

• рабочее давление до 20 МПа;
• низкий КПД;
• небольшой ресурс;
• проблемы пульсации.

Рабочими вытесняющими элементами конструкции являются две шестерни. Они различаются по виду зацепления:

• Внешнее. Со стороны входа шестерни вращаются в разные стороны, захватывают жидкость впадинами зубьев и перемещают ее вдоль стенок корпуса к выходу из насоса. Когда зубья входят в зацепление, рабочая жидкость выталкивается из впадин к выходу из корпуса.
• Внутреннее. Принцип работы не меняется. Жидкость переносится в область нагнетания во впадинах между зубьями шестерни вдоль поверхности вспомогательного серпообразного разделителя. Пульсация давления и уровень шума в таких агрегатах снижаются.

Разновидностью рассматриваемой системы зацепления являются героторные (без разделителя, шестерни постоянно контактируют благодаря особому профилю зубьев) и винтовые конструкции.

НШ-10 – известная и надежная модель шестеренного насоса с высококачественной сборкой.

Типы гидравлических насосов

Сегодня на многих машинах установлен один из трёх насосов:

— Поршневой насос

Все насосы работают по роторно-поршневому типу, жидкость приводится в действие вращением детали внутри насоса.

Поршневые насосы делятся на два типа:

— Радиально поршневого типа

Насосы аксиально поршневого типа называются так, потому что поршни насоса расположены параллельно оси насоса.

Насосы радиально поршневого типа называются так, потому что поршни расположены перпендикулярно (радиально) оси насоса. Насосы обоих типов совершают возвратно поступательное движение. Поршни двигаются вперёд и назад и используют роторно поршневое движение.

Рабочий объём гидравлического насоса

Рабочий объём, значит объём масла, которое насос может прокачать или переместить в каждом цилиндре.

Гидравлические насосы разделяются на два типа:

— Фиксированного рабочего объёма

— Изменяемого рабочего объёма

Насосы фиксированного рабочего объёма прокачивают одинаковое количество масла за каждый цикл. Чтобы изменить объём такого насоса необходимо изменить скорость насоса. Нсосы с изменяемым рабочим объёмом могут менять объём масла в зависимости от цикла. Это может быть сделано без изменения скорости. Такие насосы имеют внутренний механизм, который регулирует выходное количество масла. Когда давление в системе падает, объём возрастает, когда давление в системе возрастает, объём уменьшается автоматически.

	Насос фиксированного рабочего объема	Насос изменяемого рабочего объема
Мощность
Конструкция

Классификация привода

Что такое привод?

Привод является частью гидравлической системой, которая производит энергию. Привод преобразует гидравлическую энергию в механическую энергию для совершения работы. Различают линейный и роторный приводы. Гидравлический цилиндр является линейным приводом. Усилие гидравлического цилиндра направлено прямолинейно. Гидравлический мотор является роторным приводом. Выходным усилием является крутящий момент и роторное действие.

Цилиндры однократного действия.

Гидравлическая жидкость может двигаться только в один конец цилиндра. Возврат поршня в первоначальное положение достигается действием силы тяжести.

Цилиндры двойного действия.

Гидравлическая жидкость может перемещаться в оба конца цилиндра, поэтому поршень может двигаться в обоих направлениях.

В обоих типах цилиндров, поршень двигается в цилиндре в направлении, в котором жидкость давит на поршень. Различные типы уплотнения используются в поршнях для предотвращения течи.

Замена масла

Масло в гидросистеме обычно меняют ежесезонно при ТО либо каждые 2000 моточасов. Однако, при использовании некачественных масел, либо при загрязнении может понадобиться внеплановая замена.

Материал по теме: Масло для гидравлики: какое бывает и на что обратить внимание при выборе

Эта процедура состоит из нескольких важных этапов:

1. Включают шестеренчатый насос.
2. Запускают двигатель.
3. Прогревают масло, находящееся в гидросистеме до 20-30 градусов.
4. Глушат двигатель.
5. Масло сливается через сливное отверстие гидробака после откручивания заливной горловины.
6. Снимают фильтр с корпусом и промывают его в солярке.
7. Устанавливают обратно фильтр.
8. Закрывают сливную пробку.
9. Через заливную горловину заливают масло до уровня «П» в контрольном окошке.
10. Запускают двигатель и прокачивают гидросистему путем поднимания и опускания навески.
11. При необходимости доливают масло в бак.

Кавитация насоса

Когда происходит кавитация?

Кавитация случается, когда масло не полностью заполняет предназначенное для заполнения пространство в насосе. Это способствует появлению воздушных пузырьков, которые вредны для насоса. Представим, что впускная линия насоса узкая, это вызывает падение входящего давления. Когда давление низкое, масло не может поступать в насос так же быстро, как и выходить из него. Результатом является то, что пузырьки воздуха образуются в поступающем масле.

Воздух в масле

Такое снижение давления приводит к появлению некоторого количества растворённого воздуха в масле и воздух заполняет полости. Воздух в масле в виде пузырьков, так же заполняет полости. Когда заполненные воздухом полости, которые образованы при низком давлении, поступают в область высокого давления насоса, они разрушаются. Это создаёт действие, равносильное взрыву, которое разбивает или выносит мелкие частицы насоса и вызывает чрезмерный шум и вибрацию насоса.

Последствия взрыва

Разрушения, происходящее постоянно, вызывают взрыв. Сила этого взрыва достигает 1000 кг/см² и мелкие металлические частицы выносятся из насоса. Если насос работает при кавитации длительное время, он может быть серьёзно повреждён.

Гидравлический цилиндр

Течь цилиндра – наружная течь

Во время вытягивания штока цилиндра возможно попадание грязи и другого материала. Затем, когда шток втягивается, происходит попадание грязи в цилиндр и повреждение уплотнений. На штоке цилиндра имеется защитное уплотнение, которое препятствует попаданию грязи внутрь цилиндра во время втягивания штока. Если течь происходит из штока цилиндра необходимо заменить все уплотнения штока.

Течь цилиндра – внутренняя течь

Течь внутри цилиндра может вызвать замедленное движение или остановку под нагрузкой. Течь поршня может быть вызвана неисправным уплотнением поршня, кольца или поцарапанной поверхностью внутри цилиндра. Последнее может быть вызвано попаданием грязи и наличие песка в масле.

Замедление движения

Наличие воздуха в цилиндре является основной причиной замедленного действия, особенно при установке нового цилиндра. Весь попавший в цилиндр воздух должен быть стравлен.

Спускание цилиндра

Если цилиндр спускает при остановке, проверьте на внутреннюю течь. Другими причинами неисправности могут быть неисправный распределительный клапан или поломка предохранительного клапана.

Неровности или ржавчина штока цилиндра

Незащищённый шток цилиндра может быть повреждён ударом о твёрдый предмет. Если гладкая поверхность штока повреждена, уплотнения штока могут быть разрушены. Неровности на штоке могут быть исправлены специальным средством. Другая проблема – ржавчина на штоке. При хранении цилиндра, втяните шток для защиты его от ржавчины.