Гидравлическая трансмиссия: Плюсы, минусы и области применения

I. Преимущества и недостатки гидравлической трансмиссии

1. Основные преимущества

По сравнению с механической, электрической и пневматической трансмиссией, гидравлическая трансмиссия имеет следующие преимущества:

• Гидравлическая трансмиссия обеспечивает плавное регулирование скорости во время работы, удобную регулировку скорости и относительно большой диапазон скоростей, достигающий от 100:1 до 2000:1.
• При одинаковой мощности гидравлические устройства имеют небольшие размеры, малый вес, низкую инерцию и компактную конструкцию (например, вес гидромотора составляет всего 10% - 20% от веса электромотора той же мощности) и могут передавать большие силы или крутящие моменты.
• Гидравлическая трансмиссия работает относительно плавно, быстро реагирует, имеет небольшую отдачу, может запускаться, тормозить и двигаться назад на высоких скоростях. Частота реверсирования гидравлических трансмиссий может достигать 500 раз в минуту для вращательного движения и от 400 до 1000 раз для возвратно-поступательного линейного движения.
• Управление и регулировка устройств гидравлической передачи относительно просты, эксплуатация удобна и трудоемка, легко достигается автоматизация и координация с электрическим управлением, что позволяет реализовать сложные последовательные действия и дистанционное управление.
• Устройства гидравлической передачи легко защищены от перегрузок. Если система перегружена, масло возвращается в бак через переливной клапан. Поскольку в качестве рабочей среды используется масло, оно может само себя смазывать, что обеспечивает длительный срок службы.
• Гидравлическая трансмиссия легко стандартизируется, обобщается и серийно выпускается, что упрощает ее разработку, производство и продвижение.
• Гидравлическая трансмиссия легко обеспечивает как вращательное, так и линейное движение, а расположение и компоновка компонентов являются гибкими.
• В гидравлической трансмиссии тепло, выделяемое при потере мощности, может отводиться текущим маслом, что позволяет избежать чрезмерного повышения температуры в некоторых локальных участках системы.

2. Основные недостатки

• Рабочей средой является жидкость, которая подвержена утечкам, а масло может сжиматься, поэтому его нельзя использовать в ситуациях, когда требуется точное передаточное отношение.
• Гидравлическая передача имеет механические потери, потери давления и утечки, что приводит к снижению эффективности, поэтому она не подходит для передачи на большие расстояния.
• Гидравлическая трансмиссия чувствительна к изменениям температуры масла и нагрузке, что делает ее непригодной для использования при низких или высоких температурах, а также чувствительной к загрязнениям.
• Гидравлическая передача требует отдельного источника энергии (например, гидравлической насосной станции), и гидравлическая энергия не может передаваться на расстояние, как электрическая.
• Гидравлические компоненты требуют высокой точности изготовления и являются дорогостоящими, поэтому необходимо организовать специализированное производство.
• При возникновении неисправности в устройстве гидравлической передачи нелегко отследить причину и быстро ее устранить.

В целом, гидравлическая трансмиссия имеет множество преимуществ, а ее недостатки постепенно преодолеваются с развитием производственных технологий. Поэтому гидравлическая трансмиссия имеет широкие перспективы развития в современном производстве.

II. Применение гидравлической трансмиссии

Благодаря многочисленным преимуществам гидравлической трансмиссии, она получила широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства. Однако причины использования гидравлической трансмиссии в разных отраслях различны. Например, в машиностроении и производстве машин давления она используется из-за простоты конструкции и большого выходного усилия, а в авиационной промышленности - из-за малого веса и небольших размеров.

В станках гидравлическая трансмиссия используется в основном потому, что она позволяет плавно менять скорость, легко автоматизируется и может выполнять частые реверсивные движения. Поэтому гидравлическая передача обычно используется в следующих устройствах станков.

1. Устройство для передачи движения подачи

Это применение наиболее широко распространено в станках: колесная бабка шлифовальных станков; инструментальная стойка или револьверная головка горизонтальных, револьверных и автоматических токарных станков; рабочий стол или бабка шлифовальных, сверлильных, фрезерных и строгальных станков; силовая головка и ползун комбинированных станков и т. д. - все они могут использовать гидравлическую передачу. Некоторые из этих компонентов требуют быстрого перемещения, некоторые - медленного (2 мм/мин), а некоторые - как быстрого, так и медленного.

Большинство из этих компонентов требуют большого диапазона регулирования скорости и плавного регулирования скорости во время работы; некоторые требуют непрерывной подачи, некоторые - прерывистой; некоторые требуют постоянной скорости при изменяющейся нагрузке, а некоторые - хороших характеристик реверса. Для всех этих требований гидравлическая трансмиссия является наиболее подходящей.

2. Устройство передачи возвратно-поступательного главного движения

Рабочий стол портального рубанка и плунжер фрезерного станка или пазового станка могут использовать гидравлическую передачу для достижения требуемого высокоскоростного возвратно-поступательного движения. Скорость первого может достигать от 60 до 90 м/мин, а двух последних - от 30 до 50 м/мин. В этих случаях использование гидравлической передачи выгодно с точки зрения уменьшения реверсивного удара, снижения энергопотребления и сокращения времени реверсирования.

3. Устройство передачи вращательного главного движения

Шпиндель токарного станка может использовать гидравлическую передачу для плавного изменения скорости вращательного главного движения, но такое применение пока не распространено.

4. Профилирующее устройство

Профилирующая обработка на токарных, фрезерных и строгальных станках может быть выполнена с помощью гидравлической сервосистемы с точностью 0,01-0,02 мм. Кроме того, эту систему можно использовать для коррекции формующего круга и стандартного ведущего винта на шлифовальных станках.

5. Вспомогательные устройства

Зажимные устройства, устройства управления переключением скоростей, устройства устранения зазора в гайке ведущего винта, устройства балансировки вертикальных подвижных частей, устройства индексации, а также устройства загрузки, выгрузки, транспортировки и хранения заготовок и инструментов на станках могут быть реализованы с использованием гидравлической передачи. Такой подход позволяет упростить конструкцию станка и повысить уровень его автоматизации.

6. Устройство ступенчатой передачи

Линейное или вращательное шаговое движение рабочего стола на станок с ЧПУ инструментов может быть быстро и точно достигнуто с помощью электрогидравлической сервосистемы на основе электрических сигналов. Системы с открытым контуром имеют более низкую точность позиционирования (<0,01 мм), но являются экономически эффективными; системы с замкнутым контуром имеют более высокую точность позиционирования и стоимость.

7. Гидростатический подшипник

Подшипники, направляющие и механизмы гайки ведущего винта на тяжелых, высокоскоростных и высокоточных станках могут достичь высокой эксплуатационной стабильности и точности движения, если для гидростатической опоры используется гидравлическая система.

Применение гидравлической передачи в различных отраслях промышленности представлено в таблице 1.

Таблица 1 Применение гидравлических трансмиссий в различных отраслях промышленности