CC BY
63
УДК 62-235
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГИДРОПРИВОД МОБИЛЬНЫХ МАШИН
Кандидаты техн. наук, доценты КОРОЛЬКЕВИЧА. В., ЖИЛЕВИЧМ. И., докт. техн. наук, проф. ШЕВЧЕНКО В. С., инж. КОРОЛЬКЕВИЧ В. А.
Белорусский национальный технический университет
Все более широкое применение гидроприводов на тракторах и мобильных машинах в сельскохозяйственных, коммунальных и других отраслях приводит к росту удельной мощности гидросистем. Ведущие зарубежные фирмы производят машины с мощностью гидросистем, превышающей 70 кВт. Расширяется применение гидросистем внешнего отбора мощности, обеспечивающих возможность независимого привода различных потребителей в широком диапазоне нагружения. В настоящее время мощность для гидропривода внешних потребителей является одним из важнейших показателей эксплуатационных возможностей машин.
Учитывая, что для мобильных машин существуют жесткие ограничения по массе и габаритам, расходам топлива и рабочих жидкостей, конструкторы при создании техники стремятся к широкому применению гидросистем с многоцелевыми функциями. Это так называемые объединенные (централизованные) гидросистемы с использованием единых энергетических установок и систем кондиционирования рабочей жидкости.
Одним из показателей, характеризующих технический уровень современных гидроприводов, является применение регулируемых насосов. Такие агрегаты существенно расширяют функциональные возможности и улучшают экономические и энергетические показатели гидроприводов. При этом в гидросистеме питание всех потребителей гидравлической энергии обеспечивается от одного насоса с возможностью получения взаимонезависимых скоростных режимов исполнительных механизмов. Объемные потери мощности при регулировании расхода в такой системе практически отсутствуют. Однако до настоящего времени все возможности обеспечения высокой функцио-
нальной экономичности гидроприводов машин не использованы, и работы по поиску новых конструктивных решений продолжаются.
Прогрессивная схема гидропривода самоходных машин. Достаточно большое количество гидрофицированных машин, находящихся в эксплуатации, имеют автономные гидроприводы ходовых систем, рабочего оборудования и основных механизмов [1]. К недостаткам таких устройств следует отнести отсутствие в схеме возможности регулирования скорости вала гидромотора привода рабочего оборудования. Такая необходимость существует, по крайней мере, по двум причинам: скорость вала гидромотора нестабильна, так как зависит от технического состояния гидромашин и температуры рабочей жидкости; рабочее оборудование может функционировать при разных скоростях привода. Например, для приводов рабочего оборудования сельскохозяйственных тракторов могут требоваться различные номинальные значения частоты вращения роторов порядка 540; 700; 1000, 3000 об/мин и др. Кроме того, в такой схеме отсутствует возможность реверса и торможения гидромотора привода колес машины и гидромотора привода рабочего оборудования.
С целью расширения функциональных возможностей гидропривода мобильных машин был разработан гидропривод, содержащий насос, связанный с двигателем, гидромотор привода колес машины, гидромотор привода рабочего оборудования, регулятор скорости вала гидромотора [2]. В гидросистеме использует-
ся регулируемый насос, гидропривод дополнительно содержит клапан разности давлений и логический элемент ИЛИ. Регулируемый насос соединен с гидромотором привода колес через
клапан разности давлении, пружинная полость которого соединена с регулятором скорости, а противоположная торцевая полость его -с напорноИ гидролинией насоса через логический элемент ИЛИ. Гидромотор привода рабочего оборудования соединен с регулируемым гидронасосом через регулятор скорости. Кроме того, в сливных гидролиниях гидромоторов установлен распределитель с обратными клапанами, параллельно регулятору скорости установлены последовательно обратный клапан и дроссель. Благодаря такому исполнению гидропривода достигается расширение функциональных возможностей мобильной машины, а именно: бесступенчатое регулирование скоростей привода рабочего оборудования и самоходной машины, возможность реверса и торможения гидромоторов привода машины и привода рабочего оборудования.
На рис. 1 представлена принципиальная схема гидропривода самоходной машины. Регулируемый насос 1, связанный с двигателем 2, соединен гидролиниями 3 и 4 с гидромотором 5 через клапан 6 разности давлений и гидролиниями 3, 7 и 4 - с гидромотором 8 через регулятор 9 скорости. Торцовая полость 10 клапана через логический элемент 11 ИЛИ соединена с гидролиниями 3 и 4. Пружинная полость 12 клапана 6 соединена с гидролинией 7. Регулятор скорости имеет регулируемый дроссель 13.
Кроме того, между гидромоторами 5 и 8 и гидролинией 4 установлены гидрораспределитель 14 и обратные клапаны 15 и 16. Гидролинии 7 и 3 соединены через обратный клапан 17 и дроссель 18. Гидролинии 3 и 4 защищены предохранительными клапанами 19 и 20. Гидропривод имеет систему подпитки, состоящую из насоса 21 подпитки, переливного клапана 22 и обратных клапанов 23 и 24. Гидроцилиндр 25 и распределитель 26 предназначены для управления подачей насоса.
Работа объединенной гидросистемы. Рассмотрим три различных условия функционирования машины:
движение машины при неработающем рабочем оборудовании;
• функционирование рабочего оборудования без движения машин;
• функционирование рабочего оборудования при движении машины.
Рис. 1. Принципиальная схема гидропривода самоходной машины
Указанные варианты совместной работы машины и оборудования рассмотрим на режимах: тяги, торможения гидроприводом и реверса.
Движение машины при неработающем оборудовании. Для отключения рабочего оборудования дроссель закрывается. При увеличении подачи насоса создаваемое давление по гидролинии 3 через логический элемент ИЛИ передается в торцевую полость клапана и, преодолевая усилие пружины, сдвигает золотник клапана влево. Рабочая жидкость от насоса по гидролинии 3 через клапан поступает в гидромотор, обеспечивая движение самоходной машины. При этом небольшое количество жидкости из полости вытесняется в гидролинию 7 и далее через гидромотор 8 - в гидролинию 4 на всасывание насоса.
В режиме торможения гидромотор работает как насос и подает жидкость в насос, вынуждая его работать в режиме гидромотора. Давление, создаваемое при этом, передается через логический элемент ИЛИ в торцевую полость клапана. Золотник клапана удерживается в нижнем положении или перемещается влево, вытесняя жидкость из полости. Так как при работе гид-
ромотора 5 в режиме насоса гидролиния 3 становится всасывающей и давление в ней падает, жидкость из полости вытесняется в гидролинию 3 через дроссель и клапан.
Для получения реверса машины необходимо распределитель переключить в положение прямого соединения гидролинии 4 с гидромотором 5. Насос подает жидкость в гидролинию 4. Давление через элемент ИЛИ передается в полость клапана. Из полости жидкость вытесняется через дроссель и клапан в гидролинию 3 насоса. Из гидролинии 4 через открытый распределитель поток подается в гидромотор 5 и далее по гидролинии 3 через клапан поступает в насос. Обратный клапан препятствует проникновению потока в гидромотор 8.
Для функционирования рабочего оборудования без движения машины последнюю необходимо затормозить, например рабочим или стояночным тормозом. При работе насоса поток из гидролинии 3 через регулятор скорости жидкость поступает в гидромотор 8. Требуемая частота вращения вала гидромотора регулируется дросселем. При торможении рабочего оборудования трансмиссией гидромотор работает в режиме насоса и подает жидкость в гидролинию 4 и далее в насос, работающий в режиме гидромотора. Слив из насоса по гидролиниям 3 и 7 через открытый регулятор скорости поступает на всасывание гидромотора. В гидромотор жидкость не поступает, поскольку этому препятствует обратный клапан 15.
Для реверсивного движения рабочего оборудования распределитель необходимо перевести в правое положение, соединив гидролинию 4 с гидромотором 8 напрямую (без обратного клапана). При этом насос подает жидкость по гидролинии 4 в гидромотор 8. Далее по гидролиниям 7 и 3 через регулятор скорости поток поступает на всасывание насоса.
Функционирование рабочего оборудования при движении машин. Изменяя подачу насоса с помощью дросселя, можно отрегулировать требуемую частоту вращения вала гидромотора 8. При плавном увеличении подачи насоса машина приводится в движение. Так как регулятор скорости пропускает через себя только определенный расход жидкости, избыток подачи увеличивает давление в гидроли-
нии 3. Под действием этого давления открывается клапан и часть подачи насоса поступает в гидромотор 5 привода колес машины. В случае работы гидромотора 8 при большем перепаде давлений, чем у гидромотора 5, поток, поступающий к гидромотору, дросселируется клапаном разности давлений. При большем перепаде давлений на гидромоторе 5 поток на гидромотор 8 дросселируется регулятором скорости.
Работает гидропривод следующим образом. При увеличении подачи насоса поток поступает вначале только в гидромотор 8, так как клапан закрыт, а регулятор скорости открыт. При достижении отрегулированной частоты вращения вала гидромотора 8 излишний поток от насоса открывает клапан и поступает в гидромотор 5. Таким образом, частота вращения вала гидромотора 8 привода рабочего оборудования остается постоянной (или может меняться по заданной программе за счет регулирования с помощью дросселя), а скорость движения самоходной машины регулируется насосом.
Для торможения гидромоторов 5 и 8 следует уменьшить подачу насоса. При уменьшении расхода гидромоторы 5 и 8 работают за счет приведенных масс машины и рабочего оборудования в режиме насосов и подают жидкость в гидролинию 4 и далее в насос. При остановке любого из гидромоторов и работе второго в режиме насоса за счет использования энергии маховых масс рабочая жидкость в останавливаемый гидромотор не поступает. Этому препятствуют обратные клапаны 15 и 16. Таким образом соблюдаются требования техники безопасности.
Особенности регулирования скоростей хода машины и рабочего оборудования. На
рис. 2 показаны зависимости изменения частот вращения валов гидромоторов рабочего обору-дованпя ир.о и машины п0, щ и п2 от угла регулирования насоса а.
Рабочие объемы гидромотора привода колес машины и насоса принимаем равными, а рабочий объем гидромотора рабочего оборудования составляет 0,5 объема насоса. Максимальную частоту вращения валов всех гидромашин принимаем равной 3000 об/мин. Этой частоте вращения вала гидромотора привода колес маши-
ны соответствует скорость машины, равная
0 10 20
Рис. 2. Изменения частоты вращения валов гидромоторов рабочего оборудования и машины от угла регулирования насоса
При заторможенном вале гидромотора рабочего оборудования пр.о = 0, частота вращения вала гидромотора привода колес машины в зависимости от угла регулирования насоса будет изменяться по линии ОВ. Правая шкала позволяет определить скорость машины при соответствующих оборотах вала гидромотора привода колес машины. При частоте вращения ва-
мость частоты вращения вала гидромотора привода колес машины и ее скорости от угла регулирования насоса.
В предложенном устройстве один регулируемый насос обеспечивает работу машины и рабочего оборудования в режиме бесступенчатого регулирования, что позволяет расширить функциональные возможности самоходной машины.
В Ы В О Д Ы
Расширение функций гидроприводов в современных машинах диктует необходимость дальнейшего совершенствования системных решений при их проектировании и модернизации. Это позволит обеспечить высокие технические параметры машин и их необходимую конкурентоспособность на мировых рынках.
Выполнение гидропривода машин по централизованной схеме с применением регулируемого насоса позволяет обеспечить работу ходовой части и рабочего оборудования в режиме бесступенчатого регулирования, а также возможность реверса и торможения машины и рабочего оборудования. При этом улучшаются экономические и энергетические показатели машин.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1 Петров, В. А. Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин / В. А. Петров. - М.: Машиностроение, 1988. - 248 с.
2. Патент Ш 2 269 429 С1, 10.02.2006 // Офиц. бюл. -2006. - № 4.
Поступила 17.07.2009
15 км/ч.
А В
л В, км/ч
п, об/мин
Про / 1 / I П0 / С
/- 10
2000 / У П1 У Б
/1 / ' ~ / 1 / 1 У П2 У ' - 5
1000 /У У /А А ¿А р\А еу Г ✓ 1 \У 1 а, град.
ла гидромотора рабочего оборудования пр.о = = 3000 об/мин подаваемая насосом рабочая жидкость до угла регулирования а = 15° будет поступать в гидромотор рабочего оборудования, а при а > 15° - в гидромотор привода колес машины. Линия ЕБ показывает зависи-
