Hydraulisk drev ( hydraulisk drev ) er et sæt dele og enheder designet til at sætte maskiner og mekanismer i gang ved hjælp af hydraulisk energi (væskestrømsenergi).
Det hydrauliske drev danner sammen med hjælpemekanismer (normalt med en mekanisk transmission ) en hydraulisk transmission .
I 1795 opfandt den engelske opfinder Bramah den hydrauliske presse .
Hovedfunktionen af det hydrauliske drev såvel som den mekaniske transmission er transformationen af drivmotorens mekaniske egenskaber i overensstemmelse med kravene til belastningen (transformation af typen af bevægelse af motorens udgangsled, dens parametre , samt regulering, overbelastningssikring osv.). En anden funktion af det hydrauliske drev er overførsel af kraft fra drivmotoren til maskinens arbejdslegemer (for eksempel i en gravemaskine med enkelt skovl , overførsel af kraft fra forbrændingsmotoren til skovlen eller til bomdrevet hydrauliske motorer , til platformens svingmotorer osv.).
Generelt sker kraftoverførsel i et hydraulisk drev som følger:
Hydrauliske aktuatorer kan være af to typer: hydrodynamiske og volumetriske.
Et volumetrisk hydraulisk drev er et hydraulisk drev, der bruger volumetriske hydrauliske maskiner ( pumper og hydrauliske motorer ). Volumetrisk kaldes en hydraulisk maskine , hvis arbejdsproces er baseret på den alternative fyldning af arbejdskammeret med væske og forskydning af det fra arbejdskammeret. Volumetriske maskiner omfatter for eksempel stempelpumper , aksialstempel , radialstempel , gear hydrauliske maskiner mv.
En af de egenskaber, der adskiller et volumetrisk hydraulisk drev fra et hydrodynamisk, er høje tryk i hydrauliske systemer. Således kan de nominelle tryk i gravemaskinernes hydrauliske systemer nå 32 MPa , og i nogle tilfælde kan driftstrykket være mere end 300 MPa , mens hydrodynamiske maskiner normalt arbejder ved tryk, der ikke overstiger 1,5-2 MPa .
Den volumetriske hydrauliske aktuator er meget mere kompakt og lettere i vægt end den hydrodynamiske, og derfor er den mest udbredt.
Afhængigt af designet og typen af elementer, der indgår i den hydrauliske transmission, kan volumetriske hydrauliske drev klassificeres efter flere kriterier.
når en hydraulisk motor bruges som en hydraulisk motor , hvor det drevne led (aksel eller hus) udfører en ubegrænset rotationsbevægelse;
Hydraulisk progressiv bevægelsehvor en hydraulisk cylinder bruges som en hydraulisk motor - en motor med frem- og tilbagegående bevægelse af det drevne led ( stempelstang , stempel eller hus);
Hydraulisk roterende bevægelsenår en roterende hydraulikmotor anvendes som hydraulikmotor , hvor det drevne led (aksel eller hus) udfører en frem- og tilbagegående rotation gennem en vinkel mindre end 270°.
Hvis hastigheden af udgangsleddet (hydraulisk cylinder, hydraulisk motor) styres ved at ændre hastigheden på motoren, der driver pumpen, anses det hydrauliske drev for ureguleret.
Justerbart hydraulisk drevhvor hastigheden af hydraulikmotorens udgangsled under dens drift kan ændres i henhold til den påkrævede lov. Til gengæld kan reguleringen være:
Regulering kan være: manuel eller automatisk .
Afhængigt af styreopgaverne kan det hydrauliske drev være:
ændrer automatisk væsketilførslen i henhold til det faktiske behov for det hydrauliske system i realtid (uden forsinkelse).
hvor arbejdsvæsken fra hydraulikmotoren vender tilbage til pumpens hydrauliske sugeledning.
Det hydrauliske drev med lukket cirkulation af arbejdsvæsken er kompakt, har en lille masse og tillader en høj hastighed af pumperotoren uden risiko for kavitation , da trykket i sugeledningen i et sådant system altid er højere end atmosfærisk tryk. Ulemperne omfatter dårlige forhold til afkøling af arbejdsvæsken samt behovet for at dræne arbejdsvæsken fra det hydrauliske system ved udskiftning eller reparation af hydraulisk udstyr;
Hydraulisk drev med åbent cirkulationssystemhvor arbejdsvæsken konstant er i forbindelse med hydrauliktanken eller atmosfæren.
Fordelene ved en sådan ordning er gode betingelser for afkøling og rengøring af arbejdsvæsken. Sådanne hydrauliske drev er imidlertid voluminøse og har en stor masse, og pumperotorens hastighed er begrænset af de tilladte (fra betingelserne for ikke-kavitationsdrift af pumpen) bevægelseshastigheder af arbejdsfluidet i sugerørledningen.
I pumpens hydrauliske drev, som er mest udbredt inden for teknologi, omdannes mekanisk energi af pumpen til hydraulisk energi, energibæreren er arbejdsvæsken , den pumpes gennem trykledningen til den hydrauliske motor, hvor energien fra væskestrøm omdannes til mekanisk energi. Arbejdsvæsken, der har afgivet sin energi til den hydrauliske motor, vender enten tilbage til pumpen (det hydrauliske drevs lukkede kredsløb) eller til tanken (det hydrauliske drevs åbent eller åbent kredsløb). I det generelle tilfælde inkluderer det hydrauliske pumpedrev en hydraulisk transmission, hydrauliske anordninger, arbejdsvæskekonditioneringsmidler, hydrauliske reservoirer og hydrauliske ledninger.
De mest udbredte hydrauliske drev er aksialstempel- , radialstempel- , vinge- og tandhjulspumper .
Hydraulisk hoveddrevI det hydrauliske hoveddrev pumpes arbejdsvæsken af pumpestationer ind i trykledningen, hvortil forbrugere af hydraulisk energi er tilsluttet. I modsætning til et hydraulisk pumpedrev, der som udgangspunkt har en (sjældent 2-3) hydraulisk energigenerator (pumpe), kan der være et stort antal sådanne generatorer i hovedhydraulikdrevet, og der kan også være ganske mange forbrugere af hydraulisk energi.
Hydraulisk batteridrevI et hydraulisk akkumulatordrev tilføres væske til hydraulikledningen fra en forladet hydraulisk akkumulator . Denne type hydraulisk drev bruges hovedsageligt i maskiner og mekanismer med kortvarige driftstilstande.
Hydrauliske aktuatorer er elektriske , drevet af forbrændingsmotorer , turbiner mv.
I et hydraulisk drev af denne type udfører udgangsleddet på den hydrauliske motor frem- og tilbagegående rotationsbevægelser med høj frekvens (op til 100 impulser pr. sekund).
Obligatoriske elementer i det hydrauliske drev er pumpe og hydraulikmotor . Pumpen er en kilde til hydraulisk energi, og den hydrauliske motor er dens forbruger, det vil sige, den omdanner hydraulisk energi til mekanisk energi. Bevægelsen af udgangsforbindelserne på hydrauliske motorer styres enten ved hjælp af kontroludstyr - gasspjæld , hydrauliske fordelere osv., eller ved at ændre parametrene for den hydrauliske motor og / eller selve pumpen.
Også obligatoriske komponenter i det hydrauliske drev er hydrauliske ledninger , gennem hvilke væsken bevæger sig i det hydrauliske system .
Kritisk for et hydraulisk drev (primært et volumetrisk drev) er rensningen af arbejdsvæsken fra de slibende partikler, der er indeholdt i den (og konstant dannes under drift). Derfor indeholder hydrauliske drivsystemer nødvendigvis filtreringsanordninger (for eksempel oliefiltre ), selvom det hydrauliske drev i princippet kan fungere uden dem i nogen tid.
Da driftsparametrene for det hydrauliske drev i høj grad afhænger af temperaturen på arbejdsvæsken, er der i nogle tilfælde, men ikke altid, temperaturkontrolsystemer (varme- og / eller køleanordninger) installeret i hydrauliske systemer.
Antallet af frihedsgrader i et hydraulisk system kan bestemmes ved blot at tælle antallet af uafhængigt styrede hydraulikmotorer .
Volumetrisk hydraulisk drev bruges i minedrift og vejbygningsmaskiner . I øjeblikket er mere end 50 % af den samlede flåde af mobile vejbygningsmaskiner ( buldozere , gravemaskiner , vejhøvler osv.) hydroficeret. Dette adskiller sig væsentligt fra situationen i 1930'erne og 1940'erne, hvor mekaniske transmissioner hovedsageligt blev brugt i dette område.
I værktøjsmaskinindustrien er det hydrauliske drev også meget brugt, men på dette område oplever det høj konkurrence fra andre typer drev [1] .
Hydraulisk drev er blevet udbredt i luftfarten . Mætningen af moderne fly med hydrauliske drivsystemer er sådan, at den samlede længde af rørledningerne i et moderne passagerfly kan nå flere kilometer. På det seneste har der været en tendens i luftfarten til at skifte til elektroniske styresystemer ( EDSU ) til hydrauliske drev, der erstatter hydraulisk logik og kredsløb med elektroniske.
I bilindustrien, den mest udbredte servostyring , hvilket markant øger bekvemmeligheden ved kørsel . Disse enheder er en slags servohydrauliske drev . Hydrauliske boostere bruges også inden for mange andre teknologiområder (luftfart, traktorbyggeri, industrielt udstyr osv.).
I nogle tanke, for eksempel i den japanske Type 10 -tank , bruges en hydrostatisk transmission , som faktisk er et volumetrisk hydraulisk fremdrivningssystem . Den samme type transmission er installeret i nogle moderne bulldozere .
Generelt er grænserne for omfanget af det hydrauliske drev bestemt af dets fordele og ulemper.
De vigtigste fordele ved det hydrauliske drev omfatter:
Ulemperne ved hydraulisk drev omfatter:
Hydrauliske tekniske anordninger har været kendt siden oldtiden. For eksempel har pumper til slukning af brande eksisteret siden det antikke Grækenland [2] .
Men som et integreret system, inklusive en pumpe , en hydraulisk motor og væskefordelingsanordninger , begyndte det hydrauliske drev at udvikle sig i de sidste 200-250 år.
En af de første enheder, der blev prototypen på et hydraulisk drev, er en hydraulisk presse . I 1795 blev et patent på en sådan anordning opnået af Joseph Bramah [ 3 ] , assisteret af Henry Maudsley , og i 1797 blev den første hydrauliske presse nogensinde bygget [4] .
I slutningen af 1700-tallet dukkede de første hydraulisk drevne løfteanordninger op, hvor vand fungerede som arbejdsvæske . Den første kran med hydraulisk drev blev sat i drift i England i 1846-1847 [5] , og siden anden halvdel af 1800-tallet har det hydrauliske drev været meget brugt i hejsemaskiner.
Skabelsen af de første hydrodynamiske gear er forbundet med udviklingen af skibsbygning i slutningen af det 19. århundrede. På det tidspunkt begyndte højhastighedsdampmaskiner at blive brugt i flåden . Men på grund af kavitation var det ikke muligt at øge antallet af omdrejninger af propellerne. Dette krævede brug af yderligere mekanismer. Da teknologien på det tidspunkt ikke tillod produktion af højhastighedsgear, var det nødvendigt at skabe grundlæggende nye gear. Den første sådan enhed med en relativt høj effektivitet var den hydrauliske transformer opfundet af den tyske professor G. Fötinger (1902 patent) [6] , som var en pumpe, en turbine og en fast reaktor kombineret i et hus. Imidlertid blev det første hydrodynamiske transmissionsdesign, der blev implementeret i praksis, skabt i 1908 og havde en effektivitet på omkring 83%. Senere fandt hydrodynamiske transmissioner anvendelse i biler. De øgede smidigheden ved at starte. I 1930 udviklede Harold Sinclair , der arbejdede for firmaet Daimler , en transmission til busser, inklusive en væskekobling og et planetgear [7] . I 1930'erne blev de første diesellokomotiver produceret ved hjælp af væskekoblinger [8] .
I USSR blev den første hydrauliske kobling skabt i 1929.
I 1882 introducerede Armstrong Whitworth Company gravemaskinen , som for første gang havde en hydraulisk drevet skovl [9] . En af de første hydrauliske gravemaskiner blev produceret af det franske firma Poclain i 1951 . Denne maskine kunne dog ikke dreje tårnet 360 grader. Den første fuld-revolverende hydrauliske gravemaskine blev introduceret af samme virksomhed i 1960. I begyndelsen af 1970'erne tvang hydrauliske gravemaskiner, som havde større produktivitet og brugervenlighed, dybest set deres forgængere, kabeltrukne gravemaskiner, ud af markedet [10] .
Det første hydrauliske boost- patent blev opnået af Frederick Lanchester i Storbritannien i 1902. Hans opfindelse var "en forstærkningsmekanisme drevet af hydraulisk energi" [11] . I 1926 demonstrerede Pierce Arrow, en ingeniør i virksomhedens lastbildivision , en god servostyring hos General Motors, men bilproducenten mente, at disse enheder ville være for dyre at bringe på markedet [12] [13] . Det første kommercielle servostyring blev lavet af Chrysler i 1951, og de fleste nye biler kommer nu med servostyring.
Honda , efter at have introduceret en hydrostatisk transmission i 2001 til sin FourTrax Rubicon terrængående køretøjsmodel , annoncerede i 2005 Honda DN-01 motorcyklen med en hydrostatisk transmission, inklusive en pumpe og en hydraulisk motor. Modellen begyndte at blive solgt på markedet i 2008. Det var den første model af vejkøretøjer, der brugte en hydrostatisk transmission [14] .
Udsigterne for udviklingen af hydraulisk drev er i høj grad forbundet med udviklingen af elektronik. Forbedringen af elektroniske systemer gør det således muligt at forenkle styringen af bevægelsen af udgangsforbindelserne på det hydrauliske drev. Især i de sidste 10-15 år begyndte bulldozere at dukke op , hvis kontrol er arrangeret efter princippet om et joystick .
Fremskridt inden for diagnosticering af et hydraulisk drev er forbundet med udviklingen af elektronik og computerværktøjer. Processen med at diagnosticere nogle moderne maskiner i enkle ord kan beskrives som følger. Specialisten forbinder en bærbar computer til et specielt stik på maskinen. Via dette stik modtager computeren information om værdierne af diagnostiske parametre fra en række sensorer indbygget i det hydrauliske system. Programmet eller en specialist analyserer de modtagne data og udsteder en konklusion om maskinens tekniske tilstand, tilstedeværelsen eller fraværet af fejl og deres lokalisering. Ifølge denne ordning udføres diagnostik, for eksempel af nogle moderne skovllæssere . Udviklingen af computerværktøjer vil forbedre processen med at diagnosticere et hydraulisk drev og maskiner som helhed.
En vigtig rolle i udviklingen af et hydraulisk drev kan spilles af skabelsen og introduktionen af nye strukturelle materialer. Især vil udviklingen af nanoteknologier øge materialernes styrke, hvilket vil reducere vægten af hydraulisk udstyr og dets geometriske dimensioner og øge dets pålidelighed. På den anden side vil skabelsen af holdbare og samtidig elastiske materialer gøre det muligt for eksempel at reducere manglerne ved mange hydrauliske maskiner, især at øge trykket udviklet af membranpumper .
I de senere år er der sket betydelige fremskridt i produktionen af tætningsanordninger . Nye materialer giver fuldstændig tæthed ved tryk op til 80 MPa , lave friktionskoefficienter og høj pålidelighed [1] .