СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ 6’2013
6(98)2013
■
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
АНАЛИТИКА
ПОГРУЗЧИКИ С БОРТОВЫМ ПОВОРОТОМ
ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «СТТ»
СОБЫТИЕ
СТТ’2013 СДМ ТЕХНИКА
ТЕХНОЛОГИИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
ÅÖíéçéêÄëèêÖÑÖãàíÖãúçõÖ ÄëîÄãúíéÅÖíéç ÑÇàÉÄíÖãà à ÅêÖçÑäéåèãÖäíÄñàü Ñãü äàíÄâëäéâ ëíêÖãõ ëíêéàíÖãúçéâ íÖïçàäà
18+
НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА
102
>>>
Базовые методы управления гидроприводов 1. ç‡ÒÓÒ˚ ÏÓ·ËθÌÓÈ ÚÂıÌËÍË 2. ê„ÛÎflÚÓ˚ ̇ÒÓÒÓ‚ Ò ÔÂÂÏÂÌÌ˚Ï ‡·Ó˜ËÏ Ó·˙Â-
ТЕХНИКА
ÏÓÏ 3. ëËÒÚÂχ LS „ÛÎËÛÂÏ˚ı ̇ÒÓÒÓ‚ 4. ìÔ‡‚ÎÂÌË ‡·Ó˜ËÏË Ó„‡Ì‡ÏË Ï‡¯ËÌ. ó‡ÒÚ¸ 1
ТЕХНОЛОГИИ
5. ìÔ‡‚ÎÂÌË ‡·Ó˜ËÏË Ó„‡Ì‡ÏË Ï‡¯ËÌ. ó‡ÒÚ¸ 2
ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ САМОХОДНОЙ ТЕХНИКИ
É
идростатические трансмиссии, выполненные по закрытой гидросхеме, нашли широкое применение в приводах хода мобильной техники. В основном это машины, у которых движение является одной из основных функций, например, фронтальные погрузчики, бульдозеры, экскаваторыпогрузчики, с/х комбайны, лесозаготовительные форвардеры и харвесторы. В гидросистемах таких машин регулирование потока рабочей жидкости осуществляется в широком диапазоне как насосом, так и гидромотором. Закрытые гидросхемы часто используются для привода рабочих органов вращательного движения: бетоносмесители, буровые установки, лебедки и т.п. Рассмотрим типовую структурную гидросхему машины и выделим в ней контур гидростатической трансмиссии хода (рис. 1).
Корнюшенко С.И., д.т.н., профессор РАЕН
HYDROSTATIC TRANSMISSIONS OF SELF-PROPELLED EQUIPMENT Kornyushenko S.I., Dr. of sciences, RANS professorr
In the article is considered a structural hydraulic circuit of a typical mobile machine, is singled out a circuit of the hydrostatic transmission and is shown a hydraulic circuit of a movement drive. A performance of hydrostatic transmissions is considered. An analysis forces actions on a cylinder block under a control by an adjustable hydraulic motor is given, an example of its usage in a drive of power winch is cited. A diagram of a control of separate circuit of the hydrostatic transmission, which is fed from an open hydraulic system, is considered.
6. ÉˉÓÒÚ‡Ú˘ÂÒÍË ڇÌÒÏËÒÒËË Ò‡ÏÓıÓ‰ÌÓÈ ÚÂıÌËÍË 7. ëËÒÚÂÏ˚ ÛÎÂ‚Ó„Ó ÛÔ‡‚ÎÂÌËfl
ЛИЗИНГ
8. íÓÏÓÁÌ˚ „ˉÓÒËÒÚÂÏ˚
ИНТЕРВЬЮ
<<< Рис. 1 Структурная гидросхема машины
ИССЛЕДОВАНИЯ
ОБУЧЕНИЕ
Существует много исполнений закрытых гидростатических трансмиссий, в которых гидросистема включает насос с переменным рабочим объемом, обычно с наклонной шайбой, и регулируемый гидромотор. Гидромоторы в основном используются радиально-поршневые или аксиально-поршневые с наклонным блоком цилиндров. В малогабаритной технике часто применяются аксиально-поршневые гидромоторы с наклонной шайбой с постоянным рабочим объемом и героторные гидромашины. Управление рабочим объемом насоса осуществляется пропорциональной гидравлической или электрогидравлической пилотной системой или прямым сервоуправлением. Для автоматического изменения параметров гидродвигателя в зависимости от действия внешней нагрузки в управлении насосом используются регуляторы. СТТ 6’2013
Например, регулятор мощности в гидростатических трансмиссиях хода позволяет без вмешательства оператора снизить скорость машины при возрастающем сопротивлении движению и даже полностью остановить ее, не позволяя двигателю заглохнуть. Регулятор давления обеспечивает постоянный крутящий момент рабочего органа при всех режимах работы (например, силу резания вращающейся фрезы, шнека, шарошки буровой установки и т.п.). В любых каскадах управления насосом и гидромотором пилотное давление не превышает 2,0-3,0 МПа (20-30 бар). На рис. 2 показана распространенная схема гидростатической трансмиссии хода машины. В пилотную гидросистему (систему управления насосом) включен пропорциональный клапан, управляемый педалью хода. Фактически это механически управляемый редукционный кла-
>>> Рис. 4. Схема действия сил в гидромоторе при движении к минимальному рабочему объему
ЛИЗИНГ
>>> Рис. 3. Схема действия сил в гидромоторе при максимальном рабочем объеме
ИНТЕРВЬЮ
одолевать большие силы сопротивления при выполнении силовых технологических операций, т.е. развивать максимальную тяговую силу. Примером могут служить колесные фронтальные погрузчики, сельскохозяйственные и лесозаготовительные машины. В гидростатических трансмиссиях хода таких машин используются регулируемые гидромоторы с наклонным блоком цилиндров. Как правило, это регулирование релейное, т.е. обеспечивает две позиции: максимальный или минимальный рабочий объем гидромотора. Вместе с тем существуют гидростатические трансмиссии, которые требуют пропорционального управления рабочим объемом гидромотора. При максимальном рабочем объеме крутящий момент генерируется при высоком давлении в гидросистеме. На рис. 3 изображена схема действия сил в гидромоторе при максимальном рабочем объеме. Гидравлическая сила Fг раскладывается на осевую Fо и радиальную Fр. Радиальная сила Fр создает крутящий момент. Поэтому, чем больше угол α (угол наклона блока цилиндров), тем выше сила Fр (крутящий момент). Плечо действия силы Fр, равное расстоянию от оси вращения вала до точки контакта поршня в обойме гидромотора, остается постоянным. Когда угол наклона блока цилиндров уменьшается (угол α), т.е. рабочий объем гидромотора стремится к своему минимальному значению, сила Fр, а следовательно, крутящий момент на валу гидромотора также уменьшается. Схема действия сил в этом случае показана на рис. 4.
СТТ 6’2013
ИССЛЕДОВАНИЯ
ОБУЧЕНИЕ
пан. Он питается от вспомогательного насоса системы восполнения утечек (подпитки). В зависимости от степени нажатия на педаль пропорциональный клапан регулирует величину пилотного потока, поступающего в цилиндр (в реальной конструкции – плунжер) управления наклоном шайбы. Давление управления преодолевает сопротивление пружины цилиндра и поворачивает шайбу, изменяя величину рабочего объема насоса. Таким образом, оператор изменяет скорость машины. Реверс силового потока в гидросистеме, т.е. изменение направления движения машины осуществляется соленоидом «А». Соленоид «В» управляет регулятором гидромотора, который устанавливает максимальный или минимальный его рабочий объем. В транспортном режиме движения машины устанавливается минимальный рабочий объем гидромотора, благодаря которому он развивает максимальную частоту вращения вала. В период выполнения машиной силовых технологических операций устанавливается максимальный рабочий объем гидромотора. В этом случае он развивает максимальный крутящий момент при минимальной частоте вращения вала. При достижении уровня максимального давления в силовом контуре 28,5 МПа управляющий каскад автоматически уменьшит угол наклона шайбы до 0° и защитит насос и всю гидросистему от перегрузки. Ко многим мобильным машинам с гидростатической трансмиссией предъявляются жесткие требования. Они должны обладать высокой скоростью (до 40 км/ч) в транспортном режиме и пре-
ТЕХНОЛОГИИ
ТЕХНИКА
АНАЛИТИКА
<<< Рис. 2. Типовая схема гидростатической трансмиссии
НОВОСТИ/СОБЫТИЯ
103
НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА
104
>>> Рис. 6. Характеристика управления гидромотором
Характер изменения крутящего момента наглядно виден из сравнения векторных диаграмм для каждого угла наклона блока цилиндров гидромотора. Подобное управление рабочим объемом гидромотора широко используется в гидроприводах различных машин и оборудования. На рис. 5 показана схема типового управления гидромотором силовой лебедки. Здесь каналы А и В являются рабочими портами гидромотора. В зависимости от направления движения силового потока рабочей жидкости в них обеспечивается прямое или реверсивное вращение. В показанной позиции у гидромотора максимальный рабочий объем. Рабочий объем гидромотора меняется при подаче управляющего сигнала в его порт Х. Пилотный поток рабочей жидкости, проходя через золотник управления, воздействует на плунжер перемещения блока цилиндров, который, поворачиваясь с высокой скоростью, быстро изменяет величину рабочего объема гидромотора. На графике на рис. 6 показана характеристика управления гидромотором, она носит линейный характер обратной функции. Часто в сложных машинах для привода рабочих органов используются раздельные гидравлические контуры. При этом одни из них выполнены по открытой гидравлической схеме, другие требуют использования гидростатических трансмиссий.
>>> Рис. 7. Схема контура гидростатической трансмиссии, питаемого из открытой гидросистемы
ИССЛЕДОВАНИЯ
ОБУЧЕНИЕ
ИНТЕРВЬЮ
ЛИЗИНГ
ТЕХНОЛОГИИ
ТЕХНИКА
>>> Рис. 5. Схема типового управления гидромотором силовой лебедки
СТТ 6’2013
В качестве примера можно привести полноповоротный одноковшовый экскаватор. В нем вращение поворотной платформы и движение машины обеспечивают гидромоторы с группой клапанов. Конструктивно клапанная коробка устанавливается непосредственно на гидромоторе. Питание контура гидростатической трансмиссии от гидронасоса, работающего по открытой гидросхеме, осуществляется с помощью гидрораспределителя. Он обеспечивает подачу силового потока рабочей жидкости в контур гидростатической трансмиссии в прямом или обратном направлении. Схема такого гидравлического контура показана на рис. 7. Здесь изменение рабочего объема гидромотора осуществляется плунжером, управляемым пилотным золотником. На пилотный золотник может действовать как внешний сигнал управления, передаваемый по каналу Х, так и внутренний от избирательного клапана «ИЛИ». Как только в нагнетательную линию гидроконтура подается силовой поток рабочей жидкости, избирательный клапан «ИЛИ» открывает доступ сигналу управления к торцу пилотного золотника и он, открывая рабочие окна, направляет порцию жидкости в плунжер привода блока цилиндров. В зависимости от величины давления в нагнетательной линии рабочий объем гидромотора меняется от нормальной позиции в сторону своего уменьшения (высокая скорость/низкий крутящий момент) или увеличения (низкая скорость/высокий крутящий момент). Таким способом осуществляется управление движением. Если золотник силового гидрораспределителя переместился в противоположную позицию, направление движения силового потока изменится. Избирательный клапан «ИЛИ» займет другую позицию и направит сигнал управления в пилотный золотник из другой линии гидроконтура. Регулирование гидромотора осуществится аналогично. Помимо управляющих компонентов данный гидроконтур содержит два комбинированных (антикавитационный и антишоковый) клапана, настроенных на пиковое давление 28,0 МПа, и систему вентиляции рабочей жидкости, предназначенную для принудительного ее охлаждения.