Насосные агрегаты в совокупности с масляным баком и различной аппаратурой называются гидравлическими станциями, или маслостанциями. Такое устройство гидростанции преобразует механическую энергию двигателя в энергию потока рабочей жидкости под давлением. Устройство любой гидростанции включает гидробак, насосы, фильтры, клапаны и контрольно-измерительные приборы. Принцип работы основан на замкнутом цикле: насос забирает масло из бака, создаёт давление и подаёт жидкость к исполнительным механизмам. Отработанное масло возвращается, очищается и снова поступает в работу. Важно, что гидростанции обеспечивают долгую и бесперебойную работу оборудования.
На рис.2.35 показаны два типа насосных станций разной комплектации и ёмкости гидравлического бака. В их состав входят гидравлический бак 1, насос 7 с приводными двигателями 4, манометр 3, фильтр 5 для очистки рабочей жидкости, аппаратура управления работой станции 6 и 9. Аппаратура может монтироваться на баке (рис.2.35а) или на специальной стойке 10 (рис.2.35б). На баке устанавливаются маслоуказатели 2, а также воздушный фильтр 11 (сапун) для связи полости бака с атмосферой. Для нормального температурного режима станции оснащаются теплообменниками 8. В качестве аппаратуры управления применяются предохранительные клапаны давления, разделительные панели и гидрораспределители.
Рис.2.35. Насосные станции: а – модели СВ–М; б – модели «С» с двумя насосами
Принцип работы гидравлической станции
Принцип работы гидравлической станции легко понять, если представить замкнутую гидросистему. Двигатель вращает вал насоса. Насос всасывает рабочую жидкость из бака и нагнетает её в напорную линию. Под действием давления жидкость движется к гидрораспределителям, которые направляют поток в нужный механизм (гидроцилиндр или гидромотор). Энергия потока совершает полезную работу — поднимает груз, сжимает деталь. Затем жидкость сливается обратно в бак, проходит через фильтр, охлаждается (если нужно) и снова готова к использованию. Ключевым является то, что масло выполняет три задачи: передаёт энергию, смазывает детали и отводит тепло. Именно поэтому гидростанции требуют регулярной замены масла и замены фильтрующих элементов.
Устройство и основные компоненты
Рассмотрим оборудование насосных станций наиболее подробно, так как именно эти элементы формируют основу гидравлической системы.
Гидравлический бак предназначен не только для хранения рабочей жидкости. Он изготавливается так, чтобы обеспечить установку насоса, двигателя, аппаратуры управления и вспомогательных аппаратов. Бак должен обеспечивать минимальную вспениваемость жидкости, её очистку, удобную заливку, слив и контроль уровня. Для выполнения этих требований при изготовлении бака необходимо предусмотреть следующее:
· Внутреннюю полость бака 1 разделяют перегородками на три отсека (рис.2.36). Это предотвращает перемешивание всасываемой и сливаемой жидкости. Перегородки позволяют разместить всасывающий патрубок 3 и сливной трубопровод 5 в противоположных отсеках, благодаря чему всасывание происходит из спокойной жидкости. Высота перегородок не превышает 2/3 минимального уровня.
· Срез всасывающей трубы должен отстоять от дна бака на расстоянии нескольких её диаметров — это предотвращает всасывание осевших загрязнений.
· На конец сливного трубопровода устанавливают сетчатое устройство 6 для дробления струи и уменьшения вспенивания.
· Дно бака выполняют с уклоном к сливной пробке.
· В боковых стенках делают окна для маслоуказателей.
· В крышке 2 устанавливают сапун 4 (воздушный фильтр) для связи полости с атмосферой, чтобы избежать разрежения или подпора.
Рис.2.36. Схема масляного бака
Сапун (рис.2.37) является воздушным фильтром. При понижении уровня жидкости воздух поступает под крышку 1, через фильтрующий элемент 3, закреплённый на корпусе 2, и окна А в корпусе, затем по каналу Б внутрь бака. При повышении уровня воздух вытесняется обратно. Сапун выбирают по пропускной способности, он задерживает частицы размером 25 мкм и более.
Рис.2.37. Сапун (воздушный фильтр) по ОСТ 2Г45-2-74
Предохранительный клапан давления (прямого действия, рис.2.38) предназначен для предохранения гидросистемы от перегрузки, то есть ограничения максимального давления. Он может поддерживать постоянное давление или создавать давление подпора. В корпусе 3 установлен плунжер 2, поджимаемый пружиной 5. Натяг пружины изменяется гайкой 6. Если давление на входе А создаёт силу на торец плунжера, превышающую силу пружины, плунжер поднимается и открывает проход жидкости на выход В. Уравнение равновесия: Pкл = Gпр/Sкл. Изменяя натяг пружины, настраивают максимальное давление. Клапан подключается параллельно насосу (рис.2.39а). При росте давления до настройки клапан открывается, и часть жидкости уходит в бак, поддерживая постоянное давление в напорной линии.
Рис.2.38. Предохранительный клапан давления прямого действия: а - конструкция; б - условное обозначение
Рис.2.39. Схемы установки предохранительного клапана прямого действия
Манометр (рис.2.40, 2.41) — прибор измерения давления. Основной элемент — дугообразная трубка 1 прямоугольного сечения с запаянным торцом. При подаче жидкости под давлением трубка разгибается на угол φ = kP. Через рычажно-зубчатый механизм 2,3 поворот передаётся стрелке 4 на шкале 5. Единицы измерения — Па, МПа (внесистемные кгс/см², bar не рекомендуются, но встречаются). Включают манометр либо постоянно, либо через гидрораспределитель для экономии ресурса.
Рис.2.40. Принцип измерения давления с помощью манометрической трубки
Условное обозначение манометров приведено в таблице 2.1.
Рис.2.41. Устройство манометра
Фильтры обеспечивают требуемую чистоту рабочей жидкости. ГОСТ устанавливает 19 классов чистоты (от 00 до 17). Для машиностроительных гидроприводов обычно нужны 12–14 классы. Классификация фильтров:
· По степени очистки: грубой (>100 мкм), нормальной (10–100 мкм), тонкой (5–10 мкм), особо тонкой (1–5 мкм).
· По типу фильтрующего элемента: сетчатые, щелевые (пластинчатые), пористые, силовые (электростатические, магнитные, инерционные, гравитационные).
Сетчатые фильтры (рис.2.42) — фильтрующий элемент из сетки с ячейкой до нескольких микрометров. На рис.2.42б показан фильтр без корпуса, он опускается в бак на всасывающем трубопроводе (грубая очистка). При полном загрязнении срабатывает перепускной клапан 1.
Рис.2.42. Сетчатые фильтры: а – модели С42-5; б – модели по ОСТ 2С41-2-80
Пластинчатый фильтр (рис.2.43) — набор пластин 3 с прокладками 4, зазор определяет размер задерживаемых частиц (80–160 мкм). Поворотом рукоятки 6 пластины проворачиваются и самоочищаются.
Рис.2.43. Пластинчатый фильтр модели Г41-1
Пористые фильтры (рис.2.44) задерживают частицы 5–40 мкм (нормальная и тонкая очистка). Фильтрующий элемент — бумага, ткань, керамика. Оснащаются сигнализатором загрязнения: при засорении растёт давление на входе, поршень 9 перемещается, замыкает электроконтакт 10 или визуально показывает красный флажок 6. Нельзя ставить на всасывании.
Рис.2.44. Пористые фильтры: а - фильтр модели ФГ320; б - сигнализатор; в - пористый фильтр модели Г43-5
Магнитные и электростатические фильтры (рис.2.45). Магнитные уловители задерживают частицы от 0,5 мкм. Электростатические используют поле между электродами 1 (напряжение 300–500 В). Комбинированные фильтры (магнитные диски 3 + пористый элемент 4) дают лучшую очистку.
Рис.2.45. Электростатическая и магнитная фильтрация жидкости: а - принцип действия электростатического фильтра; б - магнитный уловитель модели С43-1; в - магнитный сепаратор; г - схема установки магнитного сепаратора; д - магнитно-пористый фильтр модели ФМП
Инерционные фильтры (центрифуги) — тонкость 10–20 мкм. Реактивная центрифуга (рис.2.46): вращение ротора 3 за счёт реактивных сил при истечении жидкости из форсунок 5.
Рис.2.46. Принцип действия реактивной центрифуги
Гравитационные фильтры — гидравлические баки и отстойники, где частицы оседают под силой тяжести. Эффективны для частиц >25 мкм.
Варианты установки фильтров (рис.2.47): в напорной линии — нормальной очистки, во всасывающей — грубой, в сливной — нормальной или грубой, тонкой очистки — перед точным устройством.
Рис.2.47. Схемы установки фильтров
Сферы применения гидростанций
Гидростанции используются везде, где требуется мощное и точное усилие. Перечислим основные отрасли, где гидравлические станции являются незаменимыми:
· Промышленное производство: привод металлорежущих станков, прессов, автоматических линий, промышленных роботов и манипуляторов.
· Строительство и дорожное хозяйство: экскаваторы, бульдозеры, автокраны, погрузчики — маслостанции с двигателем внутреннего сгорания выдерживают высокие нагрузки.
· Сельское хозяйство: тракторы, комбайны, навесное оборудование.
· Энергетика: управление задвижками, турбинами, системами охлаждения.
· Авиационная и мобильная техника: шасси, рулевые механизмы, тормозные системы.
· Вспомогательные механизмы и зажимные устройства: питание приводов вспомогательных механизмов.
Таким образом, любое производство, где есть механизм с возвратно-поступательным или вращательным движением под большой нагрузкой, нуждается в гидростанции. Вид станции выбирают под конкретную задачу.
Классификация и типы гидростанций
Чтобы правильно подобрать оборудование, нужно знать, какие типы гидростанций существуют. Классифицируют их по нескольким признакам.
По типу привода
По типу привода гидростанции делятся на:
· С электроприводом. Самый распространённый тип для цехов. Двигатель от сети 220 или 380 В.
· С приводом от ДВС. Для мобильной техники и полевых условий. Маслостанции с бензиновым или дизельным двигателем.
· С пневмоприводом. Редкий тип: насос вращается сжатым воздухом, применяется во взрывоопасных зонах.
По величине давления
Давление — главный параметр. Выделяют три типа:
· Низкого давления (до 1,6 МПа): системы смазки и охлаждения.
· Среднего давления (1,6–16 МПа): самый массовый тип для станков, прессов, автоматических линий.
· Высокого давления (свыше 16 МПа): тяжёлые прессы, испытательные стенды, горное оборудование. Давление достигает 70 МПа.
По мобильности
· Стационарные: большой объём бака (до 1000 л), мощный насос, обслуживают несколько единиц оборудования.
· Мобильные: компактные маслостанции на колёсах, бак 10–40 л, собственный двигатель для ремонта и аварийных работ.
По спецификации условий эксплуатации
· Взрывозащищённые: для шахт, нефтебаз.
· Низкотемпературные: с подогревом масла в баке, работа до –40 °C.
· Подводные и морские: герметичные, с антикоррозийным покрытием.
Ключевые преимущества
Почему гидравлические станции вытеснили многие механические приводы? Вот главные плюсы:
1. Высокое удельное усилие. Гидроцилиндр малого размера создаёт усилие в десятки тонн.
2. Плавность и точность. Регулировка скорости механизма от мм/ч до м/с.
3. Защита от перегрузок. Предохранительный клапан автоматически сбрасывает давление.
4. Долговечность. При своевременной замене масла и фильтров станции работают 15–20 лет.
5. Автоматизация. Гидравлика легко интегрируется с ЧПУ.
6. Компактность. Насос и двигатель занимают мало места.
Важно помнить: любая гидростанция требует чистого масла. Жидкость — это одновременно и рабочее тело, и смазка. Если в масле появятся абразивные частицы, они быстро разрушат насос и клапаны. Поэтому фильтры и регламент замены масла — не прихоть, а необходимость.
В итоге, знание устройства гидростанции, её компонентов и типов позволяет инженеру быстро найти неисправность и выбрать правильное оборудование. Гидравлические станции остаются одним из самых надёжных способов преобразовать энергию двигателя в мощное и точное движение механизмов.
