Механические передачи
Механическая передача — механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии от энергетической машины до исполнительного механизма (органа) одного или более, как правило с изменением характера движения (изменения направления, сил, моментов и скоростей). Как правило, используется передача вращательного движения.
Классификация
Передачи зацепления:
Цилиндрические зубчатые передачи - отличаются надежностью и имеют высокий ресурс эксплуатации. Обычно применяются при особо сложных режимах работы, для передачи и преобразовывания больших мощностей. Цилиндрические передачи бывают прямозубыми, косозубыми и шевронными.
Прямозубые цилиндрические передачи легко изготавливать, но при их работе возникает высокий шум, они создают вибрацию и из-за этого быстрее изнашиваются.
Косозубые цилиндрические передачи обладают хорошей плавностью работы, низким шумом и хорошими эксплуатационными характеристиками. Существенный недостаток - возникают осевые силы, из-за которых приходится делать более жесткую конструкцию корпуса редуктора.
Шевронные цилиндрические передачи обладают крайне высокой плавностью работы. Шестерни этих передач представляют собой сдвоенные косозубые шестерни, но они имеют больший угол зубьев, чем косозубые. Стоимость изготовления шевронных зубчатых колес высокая, они требуют специализированных станков и высокой квалификации рабочих.
Конические зубчатые передачи в отличие от цилиндрических имеют пересекающиеся оси входных и выходных валов. Применяются если необходимо изменить направление кинетической передачи.
червячные - представляют собой механическую передачу от винта, называемого червяком на зубчатое колесо, называемое червяным колесом. Отличаются высоким предаточным отношением, относительно низким КПД. Червяки бывают однозаходные и многозаходные. Передаточное отношение червячного редуктора определяется как отношение количества зубьев на червячном колесе к количеству заходов на червяке.
гипоидные (спироидные);
цепные;
зубчатыми ремнями;
винтовые.
Волновая передача - сравнительно нова, отличается крайне высоким передаточным отношением. Имеет относительно малый вес и высокую износостойкость. Принцип работы - генерация волн на гибком колесе, которое имеет чуть меньшее количество зубьев чем жесткое колесо и смещение одного колеса относительно другого на их разницу зубьев за один оборот генератора волн.
Гидропередачи
Гидравлический привод (гидропривод) — это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.). Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель и другие, поэтому иногда гидропривод называется соответственно электронасосный, дизельнасосный и т. д.Содержание
Виды гидроприводов
Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.
Широкое распространение в настоящее время получил объёмный гидропривод. Под объёмным гидроприводом понимается совокупность объёмных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством рабочей жидкости.
Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.
Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, - большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа.
Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах, в станкостроении и др.
В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.
По характеру движения выходного звена гидродвигателя:
Гидропривод вращательного движения
когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;
Гидропривод поступательного движения у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр - двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);
Гидропривод поворотного движения
когда в качестве гидродвигателя применен поворотный гидроцилиндр, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360 .
По возможности регулирования
Регулируемый гидропривод
в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть дроссельным, объемным, объемно-дроссельным или изменением скорости двигателя, приводящего в работу насос. Регулирование может быть ручным или автоматическим. В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть стабилизированным, программным или следящим.
Нерегулируемый гидропривод у которого нельзя изменять скорость движения выходного звена гидропередачи в процессе эксплуатации.
По схеме циркуляции рабочей жидкости
Гидропривод с замкнутой схемой циркуляции в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса. Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;
Гидропривод с разомкнутой системой циркуляции в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой. Достоинства такой схемы - хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.
По источнику подачи рабочей жидкости:
Насосный гидропривод
В насосном гидроприводе, получившем наибольшее распространение в технике, механическая энергия преобразуется насосом в гидравлическую, носитель энергии — рабочая жидкость, нагнетается через напорную магистраль к гидродвигателю, где энергия потока жидкости преобразуется в механическую. Рабочая жидкость, отдав свою энергию гидродвигателю, возвращается либо обратно к насосу (замкнутая схема гидропривода), либо в бак (разомкнутая или открытая схема гидропривода). В общем случае в состав насосного гидропривода входят гидропередача, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроёмкости и гидролинии.
Магистральный гидропривод
В магистральном гидроприводе рабочая жидкость нагнетается насосными станциями в напорную магистраль, к которой подключаются потребители гидравлической энергии.
Аккумуляторный гидропривод
В аккумуляторном гидроприводе жидкость подаётся в гидролинию от заранее заряженного гидроаккумулятора. Этот тип гидропривода используется в основном в машинах и механизмах с кратковременными режимами работы.
По типу приводящего двигателя гидроприводы
могут быть с электроприводом, приводом от ДВС, турбин и т.д.
Преимущества
К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки, простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; надежность эксплуатации; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена, большая передаваемая мощность на единицу массы привода, надёжная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.
Гидропривод обеспечивает бесступенчатое регулирование скоростей в широком диапазоне, получение больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма, возможность осуществления различных видов движения, возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях.
Недостатки
К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления, нагрев рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты, более низкий КПД (по приведённым выше причинам), чем у сопоставимых механических передач; необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в неё воздуха; пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости.
При правильном выборе гидросхем и конструировании гидроузлов некоторые из перечисленных недостатков гидропривода можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машин. Тогда преимущества гидропривода перед обычными механическими передачами становятся столь существенными, что во многих случаях предпочтение отдаётся именно ему.
Электрическая передача также как и гидрообъемная не имеет механического способа передачи энергии и состоит из генератора электрического тока, стабилизирующего элемента (диодный мост), системы регулирования и управления, электродвигателя и коробки отбора мощности.
Возможность агрегатного построения этой передачи больше, чем у гидрообъемной, так как взаимосвязь элементов трансмиссии осуществляется посредством гибких силовых кабелей – отсутствуют механически изнашивающиеся части, что упрощает контроль и техническое обслуживание. Двигатель не подвержен переменным нагрузкам и это увеличивает его ресурс. Изменение скорости машины происходит плавно. Недостатки электрической передачи: высокая стоимость, в связи с использованием дорогостоящих металлов в обмотках, и других элементах управления, полупроводников, большая масса и невозможность жесткой реализации крутящего момента. Все это не оправдывает ее использование в малогабаритных и среднегабаритных дорожно-строительных машинах.
Следовательно, при внедрении той или иной передачи необходимо в первую очередь определить область использования техники, диапазон ее работы и себестоимость производства. Для универсальной малогабаритной техники наиболее эффективно применение механической передачи энергии с автоматическим выбором и включением передач, а также гидрообъемной передачи. Для универсальных машин средних габаритов – гидродинамическая передача, а также гидрообъемно-механическая и гидрообъемная. На крупногабаритных машинах наиболее оправдали себя гидродинамическая и электрическая передача мощности.
Современные универсальные машины должны иметь возможность работать на сверхнизких скоростях и при этом развивать транспортную скорость городского потока. Поэтому наиболее оправдано применение автоматических передач с механической, гидромеханической и гидрообъемно-механической трансмиссией. Бесступенчатое регулирование позволяет значительно повысить технический уровень передачи и показатели эффективности. Это связано с отсутствием передачи, переключаемой под нагрузкой, и быстроизнашивающихся фрикционов. При использовании гидропривода упрощается регулирование мощности отбираемой на ход и управление навесным оборудованием, легко осуществляется реверс передачи, бесступенчато изменяются скорости в рабочем и транспортном диапазоне, применяются различные варианты управления в зависимости от назначения машины. Небольшие размеры гидроагрегатов привода позволяют размещать их в любом месте при проектировании машины и легко заменять по окончании срока службы.
В зависимости от необходимых параметров машины, мы выбираем ту или другую передачу мощностного потока. Это связано с пожеланиями потребителя такими как: экономичность создания и эксплуатации транспортного средства, надежность, эргономичность и простота управления.
Эти преимущества настолько значительны, что гидропривод, в настоящее время, применяется не только на экскаваторах и погрузчиках, но и в таких машинах, как бульдозеры, асфальтоукладчики, самоходные бурильные установки. Таким образом, применение в передаче объемного регулирования скорости и тягового усилия наиболее эффективно и на многофункциональных машинах, работающих в различных условиях с различным навесным рабочим оборудованием, количество и производительность которого зависит от характеристик трансмиссии машины.