Сравнение различных типов гидравлических устройств

В современной промышленности, строительстве и сельском хозяйстве широко применяются гидравлические системы. Их эффективность, надежность и долговечность во многом зависят от правильного выбора гидравлических компонентов. 

В данной статье проведем сравнительный анализ основных типов гидравлических устройств, часть которых присутствует в нашем каталоге: насосов, гидромоторов и гидрораспределителей, рассматривая их конструктивные особенности, преимущества, недостатки и области применения.

Гидравлические насосы: типы и особенности

Гидравлические насосы преобразуют механическую энергию в гидравлическую, обеспечивая подачу рабочей жидкости под давлением. Существует несколько основных типов насосов, каждый из которых имеет свои особенности.

Поршневые насосы

Схема устройства аксиально-поршневого насоса [источник: gidrosila.ru]

Ручные насосы

• Преимущества: простота конструкции, высокая надежность, отсутствие приводного двигателя.
• Недостатки: низкая производительность.
• Применение: обеспечение гидравлической энергией исполнительных гидродвигателей, аварийное гидропитание.
• Характеристики: давление до 50 МПа (чаще 10-15 МПа), рабочий объем до 70 см³.

Радиально-поршневые насосы

• Преимущества: простота конструкции, высокая надежность, работа на высоких давлениях (до 100 МПа), малый осевой размер.
• Недостатки: высокая пульсация давления, малые частоты вращения (до 1500-2000 об/мин), больший вес по сравнению с аксиально-поршневыми.
• Применение: гидросистемы с высоким давлением (свыше 40 МПа).

Аксиально-поршневые насосы

• Преимущества: простота конструкции, работа на давлениях до 70 МПа, высокий КПД, частоты вращения до 4000 об/мин (специализированные до 20000 об/мин), высокая удельная мощность.
• Недостатки: высокая пульсация давления, высокая стоимость.
• Применение: наиболее распространены в современных гидроприводах различного назначения.
• Типы: с наклонным блоком, с наклонным диском, аксиально-кулачковые.

Шестеренные насосы

Принцип работы шестеренного насоса внешнего зацепления [источник: pgt.in.ua]

Насосы внешнего зацепления

• Преимущества: простота конструкции, частоты вращения до 5000 об/мин, низкая стоимость.
• Недостатки: высокая пульсация давления, низкий КПД (не более 0,85), сравнительно низкие рабочие давления.
• Применение: сельскохозяйственная и дорожная техника, мобильная гидравлика, системы смазки.
• Характеристики: давление до 20 МПа.

Насосы внутреннего зацепления

• Преимущества: простота конструкции, частоты вращения до 4000 об/мин, низкий уровень шума, низкая стоимость.
• Недостатки: низкий КПД, сравнительно низкие давления.
• Применение: стационарные машины и механизмы, а также мобильная техника, работающая в закрытых помещениях.

Героторные насосы

• Преимущества: простота конструкции, низкий уровень шума.
• Недостатки: невысокий КПД, высокая стоимость по сравнению с шестеренными насосами.
• Применение: гидросистемы при невысоких давлениях (до 15 МПа) и подачах до 120 л/мин, частоты вращения не более 1500 об/мин.

Пластинчатые насосы

Схема устройства пластинчатого насоса двойного действия [источник: hydro-pnevmo.ru]

Насосы однократного действия

• Преимущества: низкий уровень шума, низкая пульсация, возможность регулировки рабочего объема, невысокая стоимость, меньшая требовательность к чистоте рабочей жидкости.
• Недостатки: большие нагрузки на подшипники, сложность уплотнения торцов пластин, низкая ремонтопригодность, сравнительно невысокие давления (до 7 МПа).
• Применение: системы, где важна низкая вибрация и шум, а также в системах с умеренными давлениями.

Насосы двойного действия

• Преимущества: низкий уровень шума и пульсаций, регулируемый рабочий объем, равновесные радиальные нагрузки, более высокие давления по сравнению с однократными насосами.
• Недостатки: низкая ремонтопригодность, сложность уплотнения торцов пластин.
• Применение: системы, требующие более высоких давлений при сохранении стабильности работы и низкого уровня шума.
• Характеристики: давление до 21 МПа.

Сравнение поршневых и шестерённых насосов: поршневые обеспечивают более высокое давление и переменный рабочий объем, но дороже, а шестеренные проще, дешевле и надёжнее при малых давлениях. 

Гидромоторы: типы и особенности

Гидромоторы предназначены для преобразования энергии давления рабочей жидкости в механическую энергию вращения выходного вала. Они также делятся на несколько основных типов.

Шестеренные гидромоторы

• Преимущества: простота конструкции, частоты вращения до 10000 об/мин, низкая стоимость.
• Недостатки: низкий КПД.
• Применение: гидроприводы навесного оборудования мобильной техники, приводы вспомогательных механизмов машин, станочные гидроприводы.

Героторные гидромоторы

Схема устройства героторного гидромотора [источник: dozatorplus.com]

• Преимущества: простота конструкции, большой крутящий момент, малые габариты.
• Недостатки: малые частоты вращения, невысокое рабочее давление (до 21 МПа).
• Применение: приводы тихоходных и сильно нагруженных механизмов.

Пластинчатые гидромоторы

• Преимущества: низкий уровень шума, низкая стоимость относительно поршневых, менее требовательны к чистоте рабочей жидкости.
• Недостатки: большие нагрузки на подшипники ротора, сложность уплотнения торцов пластин, низкая ремонтопригодность, невысокий КПД.
• Применение: почти не получили широкого распространения, иногда применяются, где важен низкий шум и невысокая требовательность к чистоте жидкости.

Радиально-поршневые гидромоторы

• Преимущества: высокие создаваемые крутящие моменты, принципиальная возможность регулировки рабочего объема, возможность режима свободного вращения.
• Недостатки: сложность конструкции, высокая пульсация расхода жидкости, высокая стоимость.
• Применение: механизмы для получения высоких моментов, механизмы поворота, мотор-колеса мобильных машин, приводы конвейеров.

Аксиально-поршневые гидромоторы с наклонным блоком

• Преимущества: работа при высоких давлениях (до 450 бар), регулировка рабочего объема, высокие частоты вращения (до 5000 об/мин), высокий КПД.
• Недостатки: сложность конструкции, высокая стоимость, пульсации расхода.
• Применение: приводы мобильных машин, станочные гидроприводы, прессы.

Аксиально-поршневые гидромоторы с наклонным диском

• Преимущества: работа при высоких давлениях (до 450 бар), регулировка рабочего объема, высокие частоты вращения (до 5000 об/мин), высокий КПД.
• Недостатки: сложность конструкции, высокая стоимость, пульсации расхода, развиваемый момент ниже чем у моторов с наклонным блоком (до 3000 Нм).
• Применение: также применяются в мобильных машинах, станочных гидроприводах, прессах.

Многотактные аксиально-поршневые гидромоторы

• Преимущества: работа на давлениях до 350 бар, высокие развиваемые моменты (до 5000 Нм), возможность свободного вращения, высокий КПД, компактность.
• Недостатки: малые частоты вращения, сложность конструкции, высокая стоимость.
• Применение: гидропередачи маршевого хода мобильных машин (мотор-колесо), приводы конвейеров, другие компактные механизмы.

Гидрораспределители: типы и особенности

Гидрораспределители используются для управления направлением потока рабочей жидкости в гидросистемах. Их разнообразие позволяет выбрать оптимальное решение для конкретных задач.

По типу запорно-регулирующего элемента

Золотниковые гидрораспределители

Принцип работы золотникового гидрораспределителя [источник: wikipedia.org]

• Преимущества:
  • Для цилиндрических золотников: уравновешенность от статических осевых сил рабочего давления.
• Недостатки:
  • Для цилиндрических золотников: негерметичность при рабочих давлениях из-за необходимого радиального зазора (3-7 мкм), ограничение по максимальному давлению до 40 МПа (400 бар), сложность точного изготовления внутренней поверхности корпуса.
• Применение: наиболее распространены для общих задач управления потоками, где абсолютная герметичность не требуется и рабочее давление не превышает 40 МПа.

Клапанные (седельные) гидрораспределители

Принцип работы клапанного гидрораспределителя [источник: wikipedia.org]

• Преимущества: простота конструкции, высокая надежность, абсолютная герметичность.
• Недостатки: требуют больших усилий для перемещения запорного элемента, один запорный элемент соединяет только две полости (выполняет только одну логическую операцию).
• Применение: гидросистемы, где требуется герметичность и высокие давления (более 40 МПа).

Крановые (пробковые) гидрораспределители

• Особенности: запорным элементом является пробка цилиндрической или конической формы.
• Применение: задачи, где требуется простое и надежное ручное управление.

По конструктивному исполнению

Сравнение секционных и моноблочных гидрораспределителей [источник: hydro-pnevmo.ru]

Моноблочные гидрораспределители

• Преимущества:
  • Меньше по размеру и имеет более жесткий корпус (меньше риск заедания золотника);
  • Менее склонен к внешней утечке (меньше потенциальных путей утечки);
  • Компактность и легкий вес.
• Недостатки:
  • Более сложный в изготовлении (литье, механообработка);
  • Имеет негибкую внутрисистемную конструкцию;
  • Дороже в обслуживании, ремонте и при замене.

Секционные гидрораспределители

• Преимущества:
  • Возможность настройки одновременного управления несколькими механизмами;
  • При выходе из строя неисправный блок можно заменить или отремонтировать;
  • Универсальность и широкий диапазон эксплуатации.
• Недостатки:
  • Больший размер;
  • Больше потенциальных путей утечки.

По способу управления

Дискретные гидрораспределители

Дискретный гидрораспределитель [источник: ugm74.com]

• Принцип работы: полное открытие или закрытие проходного сечения, перенаправление потока рабочей жидкости в нужную магистраль.
• Преимущества: простота конструкции, низкая стоимость, работают на загрязненных рабочих жидкостях.
• Недостатки: отсутствие плавной регулировки расхода, быстрый набор максимальной скорости, гидроудары и перепады давления при возврате в нейтральную позицию.
• Применение: задачи, где требуется только управление направлением потока без регулировки скорости.

Пропорциональные гидрораспределители

Пропорциональный гидрораспределитель [источник: ctois.ru]

• Принцип работы: плавное регулирование расхода рабочей жидкости, возможность менять скорость двигателя в большом интервале при постоянном давлении.
• Преимущества: плавность работы, точность регулировки, отсутствие гидроударов.
• Недостатки: сложность конструкции, более высокая стоимость, требовательность к чистоте рабочей жидкости.
• Применение: гидросистемы, где требуется точное управление скоростью исполнительных механизмов, оснащение спецтехники и транспорта: краны, краны-манипуляторы, автоподъемники.

Выбор гидравлических устройств для конкретных задач

При выборе гидравлических компонентов необходимо учитывать ряд факторов:

1. Требуемое рабочее давление: например, для высоких давлений лучше выбрать аксиально- или радиально-поршневые насосы, клапанные гидрораспределители.
    
2. Требуемая производительность (расход): шестеренные насосы для невысоких расходов, аксиально-поршневые для высоких.
    
3. Скорость вращения: шестеренные и пластинчатые насосы для высоких скоростей, радиально-поршневые для низких.
    
4. Требования к регулировке: аксиально-поршневые насосы с регулируемым рабочим объемом, пропорциональные гидрораспределители для плавной регулировки расхода.
    
5. Требования к герметичности: клапанные гидрораспределители для абсолютной герметичности.
    
6. Условия эксплуатации: чистота рабочей жидкости, температурный режим, вибрации.
    
7. Требования к габаритам и массе: героторные гидромоторы для компактных решений.
    
8. Экономические факторы: стоимость, сроки службы, стоимость обслуживания.
    

Заключение

Правильный выбор гидравлических устройств является ключевым фактором для обеспечения эффективной, надежной и долговечной работы гидравлической системы. 

Сравнительный анализ различных типов гидронасосов, гидромоторов и гидрораспределителей позволяет определить оптимальное решение для конкретных задач, учитывая технические требования, условия эксплуатации и экономические факторы.

Понимание принципов работы, преимуществ и недостатков различных типов гидравлических устройств помогает инженерам и закупщикам обоснованно выбирать между альтернативами, оптимизировать проектные решения и повышать эффективность гидравлических систем в различных областях промышленности и техники.