Acționarea hidraulică ( acționarea hidraulică ) este un set de piese și dispozitive concepute pentru a pune în mișcare mașinile și mecanismele prin intermediul energiei hidraulice (energie de curgere a fluidului).
Acționarea hidraulică, împreună cu mecanismele auxiliare (de obicei cu o transmisie mecanică ) formează o transmisie hidraulică .
În 1795, inventatorul englez Bramah a inventat presa hidraulică .
Funcția principală a acționării hidraulice, precum și a transmisiei mecanice, este transformarea caracteristicilor mecanice ale motorului de antrenare în conformitate cu cerințele sarcinii (transformarea tipului de mișcare a legăturii de ieșire a motorului, parametrii acestuia). , precum și reglarea, protecția la suprasarcină etc.). O altă funcție a acționării hidraulice este transferul puterii de la motorul de antrenare la corpurile de lucru ale mașinii (de exemplu, într-un excavator cu o singură cupă, transferul puterii de la motorul cu ardere internă la cupă sau la acționarea brațului ). motoare hidraulice , la motoarele de balansare a platformei etc.).
În termeni generali, transmisia puterii într-un sistem hidraulic are loc după cum urmează:
Actuatoarele hidraulice pot fi de doua tipuri: hidrodinamice si volumetrice.
O acționare hidraulică volumetrică este o acționare hidraulică care utilizează mașini hidraulice volumetrice ( pompe și motoare hidraulice ). Volumetric se numește o mașină hidraulică , al cărei proces de lucru se bazează pe umplerea alternativă a camerei de lucru cu lichid și deplasarea acesteia din camera de lucru. Mașinile volumetrice includ, de exemplu, pompe cu piston , piston axial , piston radial , mașini hidraulice cu angrenaje etc.
Una dintre caracteristicile care distinge o acţionare hidraulică volumetrică de una hidrodinamică este presiunea ridicată în sistemele hidraulice. Astfel, presiunile nominale din sistemele hidraulice ale excavatoarelor pot ajunge la 32 MPa , iar în unele cazuri presiunea de lucru poate fi mai mare de 300 MPa , în timp ce mașinile hidrodinamice funcționează de obicei la presiuni care nu depășesc 1,5-2 MPa .
Servomotorul hidraulic volumetric este mult mai compact și mai ușor decât cel hidrodinamic și, prin urmare, este cel mai utilizat.
In functie de proiectarea si tipul elementelor incluse in transmisia hidraulica, actionarile hidraulice volumetrice pot fi clasificate dupa mai multe criterii.
când un motor hidraulic este utilizat ca motor hidraulic , în care biela condusă (arbore sau carcasă) efectuează o mișcare de rotație nelimitată;
Mișcare progresivă hidraulicăîn care un cilindru hidraulic este utilizat ca motor hidraulic - un motor cu mișcare alternativă a bielei conduse ( tija pistonului , piston sau carcasă);
Mișcare hidraulică rotativăcând un motor hidraulic rotativ este utilizat ca motor hidraulic , în care legătura condusă (arbore sau carcasă) efectuează o rotație alternativă printr-un unghi mai mic de 270 °.
Dacă turația legăturii de ieșire (cilindru hidraulic, motor hidraulic) este controlată prin modificarea turației motorului care antrenează pompa, atunci antrenarea hidraulică este considerată nereglementată.
Acționare hidraulică reglabilăîn care în timpul funcţionării acestuia se poate modifica turaţia legăturii de ieşire a motorului hidraulic conform legii cerute. La rândul său, regulamentul poate fi:
Reglarea poate fi: manuală sau automată .
În funcție de sarcinile de control, acționarea hidraulică poate fi:
modifică automat alimentarea cu fluid în funcție de cererea reală a sistemului hidraulic în timp real (fără întârziere).
în care fluidul de lucru de la motorul hidraulic revine pe linia hidraulică de aspirare a pompei.
Acționarea hidraulică cu circulație închisă a fluidului de lucru este compactă, are o masă mică și permite o viteză mare a rotorului pompei fără riscul de cavitație , deoarece într-un astfel de sistem presiunea în conducta de aspirație este întotdeauna mai mare decât presiunea atmosferică. Dezavantajele includ condiții proaste pentru răcirea fluidului de lucru, precum și necesitatea de a drena fluidul de lucru din sistemul hidraulic la înlocuirea sau repararea echipamentului hidraulic;
Acționare hidraulică cu sistem de circulație deschisîn care fluidul de lucru este în permanentă comunicare cu rezervorul hidraulic sau atmosfera.
Avantajele unei astfel de scheme sunt condiții bune pentru răcirea și curățarea fluidului de lucru. Cu toate acestea, astfel de acționări hidraulice sunt voluminoase și au o masă mare, iar viteza rotorului pompei este limitată de vitezele admise (din condițiile de funcționare necavitațională a pompei) ale fluidului de lucru în conducta de aspirație.
În acționarea hidraulică a pompei, care este cea mai utilizată în tehnologie, energia mecanică este convertită de pompă în energie hidraulică, purtătorul de energie este fluidul de lucru , este pompat prin conducta de presiune către motorul hidraulic, unde energia curgerea fluidului este transformată în energie mecanică. Lichidul de lucru, după ce și-a renunțat la energia motorului hidraulic, revine fie înapoi la pompă (circuit închis al acționării hidraulice), fie la rezervor (circuit deschis sau deschis al antrenării hidraulice). În cazul general, acționarea pompei hidraulice include o transmisie hidraulică, dispozitive hidraulice, dispozitive de condiționare a fluidului de lucru, rezervoare hidraulice și conducte hidraulice.
Cele mai utilizate transmisii hidraulice sunt pompele cu piston axial , piston radial , cu palete și cu roți dintate .
Acționare hidraulică principalăÎn sistemul hidraulic principal, fluidul de lucru este pompat de stații de pompare în conducta de presiune, la care sunt conectați consumatorii de energie hidraulică. Spre deosebire de o acționare a pompei hidraulice, care, de regulă, are un (rar 2-3) generatoare de energie hidraulică (pompă), poate exista un număr mare de astfel de generatoare în acționarea hidraulică principală și poate exista și destul de o mulțime de consumatori de energie hidraulică.
Acționare hidraulică a baterieiÎntr-o acţionare hidraulică cu acumulator, fluidul este furnizat conductei hidraulice de la un acumulator hidraulic preîncărcat . Acest tip de acționare hidraulică este utilizat în principal la mașini și mecanisme cu moduri de funcționare pe termen scurt.
Actuatoarele hidraulice sunt electrice , actionate de motoare cu ardere interna , turbine etc.
Într-un sistem hidraulic de acest tip, legătura de ieșire a motorului hidraulic realizează mișcări de rotație alternative sau alternative la o frecvență înaltă (până la 100 de impulsuri pe secundă).
Elementele obligatorii ale acționării hidraulice sunt pompa și motorul hidraulic . Pompa este o sursă de energie hidraulică, iar motorul hidraulic este consumatorul acesteia, adică transformă energia hidraulică în energie mecanică. Mișcarea legăturilor de ieșire ale motoarelor hidraulice este controlată fie cu ajutorul echipamentelor de control - clapete de accelerație , distribuitoare hidraulice etc., fie prin modificarea parametrilor motorului hidraulic și/sau pompei în sine.
De asemenea, componente obligatorii ale actionarii hidraulice sunt liniile hidraulice , prin care lichidul se deplaseaza in sistemul hidraulic .
Esențial pentru o acționare hidraulică (în primul rând o acționare volumetrică) este curățarea fluidului de lucru de particulele abrazive conținute în acesta (și formate constant în timpul funcționării). Prin urmare, sistemele de acționare hidraulică conțin în mod necesar dispozitive de filtrare (de exemplu, filtre de ulei ), deși, în principiu, acționarea hidraulică poate funcționa fără ele pentru o perioadă de timp.
Deoarece parametrii de funcționare ai unității hidraulice depind în mod semnificativ de temperatura fluidului de lucru, în unele cazuri, dar nu întotdeauna, sistemele de control al temperaturii (dispozitive de încălzire și/sau răcire) sunt instalate în sistemele hidraulice.
Numărul de grade de libertate dintr-un sistem hidraulic poate fi determinat prin simpla numărare a numărului de motoare hidraulice controlate independent .
Acționarea hidraulică volumetrică este utilizată la mașinile de minerit și de construcție de drumuri . În prezent, peste 50% din flota totală de mașini mobile de construcție a drumurilor ( buldozere , excavatoare , motogredere etc.) este hidroficată. Aceasta diferă semnificativ de situația din anii 1930 și 1940, când transmisiile mecanice erau utilizate în principal în acest domeniu.
În industria mașinilor-unelte , antrenarea hidraulică este de asemenea utilizată pe scară largă, dar în acest domeniu se confruntă cu o concurență ridicată din partea altor tipuri de antrenare [1] .
Acționarea hidraulică a devenit larg răspândită în aviație . Saturația aeronavelor moderne cu sisteme de acționare hidraulice este de așa natură încât lungimea totală a conductelor unui avion modern de pasageri poate ajunge la câțiva kilometri. Recent, a existat o tendință în aviație de a trece la sistemele electronice de control ( EDSU ) pentru acționările hidraulice, înlocuind logica și circuitele hidraulice cu cele electronice.
În industria auto, cea mai utilizată servodirecție , ceea ce crește semnificativ confortul de a conduce . Aceste dispozitive sunt un fel de servomotoare hidraulice . Boosterele hidraulice sunt utilizate și în multe alte domenii ale tehnologiei (aviație, construcția de tractoare, echipamente industriale etc.).
În unele tancuri, de exemplu, în rezervorul japonez de tip 10 , este utilizată o transmisie hidrostatică , care, de fapt, este un sistem de propulsie volumetric hidraulic . Același tip de transmisie este instalat în unele buldozere moderne .
În general, limitele domeniului de aplicare a acționării hidraulice sunt determinate de avantajele și dezavantajele acesteia.
Principalele avantaje ale acționării hidraulice includ:
Dezavantajele acționării hidraulice includ:
Dispozitivele tehnice hidraulice sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri. De exemplu, pompele pentru stingerea incendiilor există încă din Grecia antică [2] .
Cu toate acestea, ca sistem integral, inclusiv o pompă , un motor hidraulic și dispozitive de distribuție a lichidului , acționarea hidraulică a început să se dezvolte în ultimii 200-250 de ani.
Unul dintre primele dispozitive care a devenit prototipul unui antrenament hidraulic este o presă hidraulică . În 1795, un brevet pentru un astfel de dispozitiv a fost obținut de Joseph Bramah [ 3] , asistat de Henry Maudsley , iar în 1797 a fost construită prima presă hidraulică [4] .
La sfârșitul secolului al XVIII-lea au apărut primele dispozitive de ridicare acționate hidraulic , în care apa servea ca fluid de lucru . Prima macara cu actionare hidraulica a fost pusa in functiune in Anglia in anii 1846-1847 [5] , iar din a doua jumatate a secolului al XIX-lea, actionarea hidraulica a fost utilizata pe scara larga la masinile de ridicat.
Crearea primelor angrenaje hidrodinamice este asociată cu dezvoltarea construcțiilor navale la sfârșitul secolului al XIX-lea. În acel moment, motoarele cu abur de mare viteză au început să fie folosite în marina . Cu toate acestea, din cauza cavitației , nu a fost posibilă creșterea numărului de rotații ale elicelor. Acest lucru a necesitat utilizarea unor mecanisme suplimentare. Deoarece tehnologia de la acea vreme nu permitea producerea de angrenaje de mare viteză, a fost necesar să se creeze angrenaje fundamental noi. Primul astfel de dispozitiv cu o eficiență relativ mare a fost transformatorul hidraulic inventat de profesorul german G. Fötinger (brevet din 1902) [6] , care era o pompă, o turbină și un reactor fix combinate într-o singură carcasă. Cu toate acestea, primul proiect de transmisie hidrodinamică pus în practică a fost creat în 1908 și a avut o eficiență de aproximativ 83%. Mai târziu, transmisiile hidrodinamice și-au găsit aplicație în automobile. Au crescut netezimea pornirii. În 1930, Harold Sinclair , lucrând pentru compania Daimler , a dezvoltat o transmisie pentru autobuze, inclusiv un cuplaj fluid și un angrenaj planetar [7] . În anii 1930, primele locomotive diesel au fost produse folosind cuplaje fluide [8] .
În URSS, primul ambreiaj hidraulic a fost creat în 1929.
În 1882, compania Armstrong Whitworth a introdus excavatorul , care avea pentru prima dată o cupă acţionată hidraulic [9] . Unul dintre primele excavatoare hidraulice a fost produs de compania franceză Poclain în 1951 . Cu toate acestea, această mașină nu a putut roti turela la 360 de grade. Primul excavator hidraulic complet rotativ a fost introdus de aceeași companie în 1960. La începutul anilor 1970, excavatoarele hidraulice, care aveau o productivitate mai mare și ușurință în exploatare, practic și-au forțat predecesorii, excavatoarele cu cablu, de pe piață [10] .
Primul brevet de impuls hidraulic a fost obținut de Frederick Lanchester în Marea Britanie în 1902. Invenția sa a fost „un mecanism de amplificare condus de energia hidraulică” [11] . În 1926, Pierce Arrow, inginer în divizia de camioane a companiei , a demonstrat o servodirecție bună la General Motors, dar producătorul auto a considerat că aceste dispozitive ar fi prea scumpe pentru a fi puse pe piață [12] [13] . Prima servodirecție comercială a fost realizată de Chrysler în 1951, iar majoritatea mașinilor noi vin acum cu servodirecție.
Honda , după ce a introdus o transmisie hidrostatică în 2001 pentru modelul său de vehicul pentru tot terenul FourTrax Rubicon , a anunțat în 2005 motocicleta Honda DN-01 cu transmisie hidrostatică, inclusiv o pompă și un motor hidraulic. Modelul a început să fie vândut pe piață în 2008. A fost primul model de vehicul rutier care a folosit o transmisie hidrostatică [14] .
Perspectivele dezvoltării acționării hidraulice sunt în mare măsură asociate cu dezvoltarea electronicii. Astfel, îmbunătățirea sistemelor electronice face posibilă simplificarea controlului mișcării legăturilor de ieșire ale acționării hidraulice. În special, în ultimii 10-15 ani , au început să apară buldozere , al căror control este aranjat conform principiului unui joystick .
Progresul în domeniul diagnosticării unei acționări hidraulice este asociat cu dezvoltarea instrumentelor electronice și de calcul. Procesul de diagnosticare a unor mașini moderne în cuvinte simple poate fi descris după cum urmează. Specialistul conectează un laptop la un conector special de pe mașină. Prin intermediul acestui conector, computerul primește informații despre valorile parametrilor de diagnosticare de la o varietate de senzori încorporați în sistemul hidraulic. Programul sau un specialist analizează datele primite și emite o concluzie despre starea tehnică a mașinii, prezența sau absența defecțiunilor și localizarea acestora. Conform acestei scheme, se efectuează diagnosticarea, de exemplu, a unor încărcătoare cu cupe moderne . Dezvoltarea instrumentelor de calcul va îmbunătăți procesul de diagnosticare a unei acționări hidraulice și a mașinilor în ansamblu.
Un rol important în dezvoltarea unei acționări hidraulice poate fi jucat de crearea și introducerea de noi materiale structurale. În special, dezvoltarea nanotehnologiilor va crește rezistența materialelor, ceea ce va reduce greutatea echipamentului hidraulic și dimensiunile geometrice ale acestuia și va crește fiabilitatea acestuia. Pe de altă parte, crearea de materiale durabile și în același timp elastice va face posibilă, de exemplu, reducerea deficiențelor multor mașini hidraulice, în special, creșterea presiunii dezvoltate de pompele cu diafragmă .
În ultimii ani, s-au înregistrat progrese semnificative în producția de dispozitive de etanșare . Materialele noi asigură etanșeitate completă la presiuni de până la 80 MPa , coeficienți de frecare scăzuti și fiabilitate ridicată [1] .