 |
Основные этапы развития гидравлических машин и гидроприводов
|
|
|
|
Гидравлические технические устройства известны с глубокой древности. Например, насосы для тушения пожаров существовали ещё во времена Древней Греции.
Однако, как целостная система, включающая в себя и насос, и гидродвигатель, и устройства распределения жидкости, гидропривод стал развиваться в последние 200—250 лет.
Одним из первых устройств, ставших прообразом гидропривода, является гидравлический пресс. В 1795 году патент на такое устройство получил Джозеф Брама, которому помогал Генри Модели, и в 1797 году первый в истории гидравлический пресс был построен.
В конце XVIII века появились первые грузо-подъёмные устройства с гидравлическим приводом, в которых рабочей жидкостьюслужила вода. Первый подъёмный кран с гидравлическим приводом был введён в эксплуатацию в Англии в 1846—1847 годах, и со второй половины XIX века гидропривод находит широкое применение в грузо-подъёмных машинах.
Создание первых гидродинамических передач связано с развитием в конце XIX века судостроения. В то время в морском флоте стали применять быстроходные паровые машины. Однако, из-за кавитации, повысить число оборотов гребных винтов не удавалось. Это потребовало применения дополнительных механизмов. Поскольку технологии в то время не позволяли изготавливать высокооборотистые шестерённые передачи, то потребовалось создание принципиально новых передач. Первым таким устройством с относительно высоким КПД явился изобретённый немецким профессором Г. Фётингером гидравлический трансформатор (патент 1902 года), представлявший собой объединённые в одном корпусе насос, турбину и неподвижный реактор. Однако первая применённая на практике конструкция гидродинамической передачи была создана в 1908 году, и имела КПД около 83 %. Позднее гидродинамические передачи нашли применение в автомобилях. Они повышали плавность трогания с места. В 1930 году Гарольд Синклер, работая в компании Даймлер, разработал для автобусов трансмиссию, включающую гидромуфту и планетарную передачу. В 1930-х годах производились первые дизельные локомотивы, использовавшие гидромуфты].
|
|
|
В 1882 году компания Армстронг Уитворс представила экскаватор, в котором впервые ковш имел гидравлический привод. Один из первых гидрофицированных экскаваторов был произведён французской компанией Poclain в 1951 году. Однако эта машина не могла поворачивать башню на 360 градусов. Первый полноповоротный экскаватор с гидроприводом был представлен этой же фирмой в 1960-м году. В начале 1970-х годов гидрофицированные экскаваторы, обладавшие большей производительностью и простотой управления, в основном, вытеснили с рынка своих предшественников — экскаваторы на канатной тяге.
Первый патент, связанный с гидравлическим усилением, был получен Фредериком Ланчестером в Великобритании в 1902 году. Его изобретение представляло собой «усилительный механизм, приводимый посредством гидравлической энергии»[11]. В 1926 году инженер подразделения грузовиков компании Пирс Эрроу продемонстрировал в компании "Дженерал моторс" гидроусилитель руля с хорошими характеристиками, однако автопроизводитель посчитал, что эти устройства будут слишком дорогими, чтобы выпускать их на рынок. Первый предназначенный для коммерческого использованиягидроусилитель руля был создан компанией Крайслер в 1951 году, и сейчас большинство новых автомобилей укомплектовывается подобными устройствами.
Фирма Хонда после представления гидростатической трансмиссии в 2001 году для своей модели мотовездехода FourTrax Rubicon, анонсировала в 2005-м году мотоцикл Honda DN-01 с гидростатической трансмиссией, включающей насос и гидромотор. Модель начала продаваться на рынке в 2008 году. Это была первая модель транспортного средства для автодорог, в котором использовалась гидростатическая трансмиссия.
|
|
|
Рабочие жидкости
Функции рабочих жидкостей:
1. Передача энергии
2. Смазка трущихся частей
3. Отвод тепла от нагретых элементов гидромашин и гидроаппаратов
4. Отвод продуктов износа (стружка и т.д.)
5. Коррозионная защита
Требования к рабочим жидкостям:
1. Оптимальная вязкость, плавно изменяющаяся в рабочем диапазоне температур, причём изменение должно быть минимальным
2. Широкий диапазон рабочих температур, низкая температура застывания
3. Низкий коэффициент теплового расширения
4. Высокая теплопроводность и удельная теплоемкость
5. Хорошие смазочные и антикоррозионные свойства
6. Высокий модуль упругости
7. Химическая стабильность
8. Малая склонность к вспениванию
9. Инертность по отношению к конструкционным материалам гидромашин и гидроаппаратов
10. Относительно малая плотность
11. Низкая способность к поглощению и растворению воздуха
12. Отсутствие электропроводимости
13. Незначительная растворимость в воде и наоборот
14. Огнестойкость и пожаробезопасность
15. Высокая температура кипения и низкая летучесть
16. Нетоксичность жидкости
17. Отсутствие резкого запаха, наличие приятного
18. Прозрачность или наличие характерной окраски
19. Низкая стоимость, недефицитность
20. Совместимость с другими видами жидкостей
Виды рабочих жидкостей гидропривода:
1. Вода (нетоксична, недефицитна, безопасна, отсутствие смазочной способности (добавление небольшого количества щелочи))
2. Минеральное масло. Продукт нефтепереработки. Пожаробезопасен. Применяются различные сорта масел. Состоят из основы и присадок (на 85-90% очищенное минеральное масло, полученное путем перегонки масла, остальное – присадки, улучшающие эксплуатационные свойства (антиокислительные, противопенные, антикоррозионные)). Масла делятся по вязкости: маловязкие (5-10 сСт), средневязкие (12-30 сСт), высоковязкие (30-70 сСт). Применяются летние и зимние сорта минеральных масел.
3. Синтетические жидкости. В их основе продукты, полученные в результате химических реакций. Достоинства: стойкость к окислению, низкая температура застывания, стабильные физические характеристики в широком диапазоне. Недостатки: высокая стоимость, плохая смазочная способность, токсичность, относительно низкая или высокая вязкость. Применяются при необходимости обеспечения пожаробезопасности специальных гидроприводов при высоких температурах.
|
|
|
Эмульсионные жидкости
А) масло-водяные
Б) вода в масле
Достоинства: пожаробезопасность (эмульсии на водной основе безопасны), экономия нефтяной жидкости. Недостатки: неустойчивость, низкая температура кипения и застывания, плохая смазочная способность (масло в воде), высокая коррозионная активность. Применяются в системах горных машин, работающих под землей, где циркуляция большого объема масла (более 500 л).
5. Жидкие металлы (калий, натрий и их сплавы): высокий модуль упругости, не вспениваются, не растворяют газы. Применяются в системах специального типа (охлаждение ядерного реактора быстрых нейтронов)
|
|
|
