АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина VII, брой 1, 2019

Хидравлични системи

Част 1: Същност и видове

Хидравлични системи

Селскостопанското производство в настоящия етап е свързано с въвеждането на комплексна механизация. Тя включва приложение на селскостопански машини с повишена мощност, използващи хидравлични трансмисии и автоматизация. Хидравличните системи с ниска мощност се използват за обслужване на прикачното оборудване на трактори, за обслужване на активните работни органи на почвообработващи машини и машини за прибиране.

В статията ще разкажем за видовете хидравлично задвижване на селскостопанските машини, за хидравличните системи на тракторните прикачни устройства и за хидравличните системи на машините за прибиране.


Комбайни, трактори, култиватори и пръскачки са селскостопанските машини, които сега могат да се видят по полетата на нашата страна. Това са машини с хидравлични системи, без които не е възможно да си представим нормалната работа на селскостопанските производители. Широкото разпространение на хидравличното задвижване в селскостопанските машини се обяснява с редица негови предимства в сравнение с други видове задвижвания. Това са ниското тегло, малките размери, възможност за безстепенно регулиране на скоростта на работните органи, независимо разположение на хидравличните елементи, надеждна защита от натоварване, лесна поддръжка и управление, лесна автоматизация на процесите и много други.

В сегашно време има тенденция за преминаване към по-високо налягане на хидравличната течност в системите, за да се намали тяхното тегло и размери. Съвременните хидравлични двигатели, контролно-измервателни и други елементи са проектирани за работно налягане от 16-20MPa. Но при това се увеличава температурата на работната течност, която изисква създаването на нови и усъвършенствани уплътнители, и вмъкване на структурни елементи в конструктивните форми на хидравличните елементи. Използваните минерални масла като работни течности по време на работата на хидравличните задвижвания, бързо стареят и причиняват корозия на детайлите. Обикновено, те се състоят от базово масло-95% и добавки - инхибитори на корозия, противоокислителни, противоизносни, пянопотискащи, емулгатори или деемулгиращи агенти и т.н.

Хидравличните системи обикновено са машини и механизми, които използват силата на течността, за да извършат работата. В този случай хидравличната течност се изпомпва с високо налягане и преминава през различни устройства. По този начин, с помощта на хидростатично налягане, такава система превръща една малка сила в много по-голяма. Налягането в цялата система и посоки е равномерно и действа с еднаква сила върху всички еднакви повърхности. Така, чрез енергията на налягането и кинетичната енергия на течността, хидравличните системи предават механичната енергия от едно място на друго за извършване на определена работа. Основните части на хидравличната система са помпата или двигателя и задвижването - линейно, роторно. Другите елементи, необходими за пълната работа на хидравличната система са: хидравличните цилиндри, хидравличните акумулатори, резервоара за хидравлично масло, филтрите, клапаните, маркучите, разпределите на течността - един или няколко, уплътненията и гарнитурите.

Видове хидравлично задвижване на селскостопанските машини
Според своето предназначение, хидравличните задвижвания на селскостопанските машини се разделят на следните три вида: хидравлично задвижване на ходовата част на самоходни машини - хидравлична трансмисия, хидравлично задвижване на кормилното управление на самоходни машини и хидравлично задвижване на работните органи.

Хидравличната трансмисия изпълнява следните функции: предаване на енергия, необходима за движението на самоходната машина, от вала на двигателя с вътрешно горене до задвижващите колела, безстепенно изменение, включително реверсиране на скоростта на самоходната машина с постоянна честота на въртене на вала в двигателя с вътрешно горене и динамично спиране на самоходната машина, постигнато чрез намаляване на подаването на помпата.

Безстепенното изменение на скоростта на самоходната машина осигурява оптимален режим на технологичния процес при пълно използване на мощността на двигателя. Оперативният контрол на скоростта на самоходните машини с хидравлична трансмисия, включително динамичното спиране, се извършва с една дръжка или педал, което значително повишава производителността на самоходните силажо-събиращи комбайни.

Хидравличните задвижващи механизми на кормилното управление са предназначени да намалят усилията, приложени от водача към волана и осигуряват следните функции: предаване на енергията, необходима за завъртване на управляемите колела от вала на двигателя с вътрешно горене към механизма за завъртане - силата, необходима само за преместване на хидравличните разпределителни устройства, завъртване на управляваните колела на определен ъгъл, пропорционален на ъгъла на завъртане на волана, завъртане на управляемите колела при неработещ двигател поради силата, приложена върху волана от водача.

Хидравличните задвижващи механизми на работните органи на селскостопански машини се разделят на хидравлични механизми за задвижване на активни работни органи и хидравлични механизми за управление на положението на работните органи. Хидравличните механизми за задвижване на активните работни органи осигуряват предаване на енергията на работните органи на селскостопанската машина, необходима за извършване на непрекъснат или циклично повтарящ се процес.

Според вида на движение на изпълнителния механизъм, задвижването на активните работни органи може да бъде с въртеливо действие - задвижване на класосъбирачи, транспортьори, шнекове и др., или с възвратно-постъпателно действие - задвижване кофата на грайферен товарач, балоизхвърляне и други действия.

В зависимост от особеностите на технологичния процес, хидравличните задвижващи механизми осигуряват постоянна или променлива скорост на изпълнителния орган. Могат да бъдат реверсивни или нереверсивни по посока на въртене.

Хидравличните задвижващи механизми за управление на положението на работните органи, определят и фиксират тези органи в позиция по отношение на земеделската машина, но не предават енергия за извършване на полезна работа по технологичния процес на машината. Например, хидравлично задвижване - завъртване стрелата на грайферен товарач, променящо положение в работния обхват на грайферното загребване в пространството, спада към хидравлично задвижване на активните работни органи, тъй като то изпълнява полезна работа за преместване материал. В редица случаи хидравличното задвижване осигурява установяване на работните органи в „плаващо“ положение, в което работният орган се премества под въздействието на силите, действащи върху него. Такова управление обикновено се използва за копиране на почвения релеф с режещи и събиращи работни органи.

Хидравличните системи за задвижване и управление на положението на работните органи могат да бъдат класифицирани в зависимост от източника на хидравлична енергия, по регулиране честотата на въртене на вала на хидравличния мотор, по броя на изпълнителните хидравлични мотори, чрез последователност на движението на различни работни органи.

Като източник на хидравлична енергия се използва хидравличната система на трактора, с който е свързана прикачената машина или автономна помпена система. Машините, агрегирани с трактори, в повечето случаи имат хидравлични задвижвания, базирани на хидравличните системи на тези трактори. Типична схема на хидравличното задвижване на машините, използващи хидравличната система на трактора има следния състав: хидравлична система на трактора, разединяващи съединители, хидравличен мотор, хидравличен цилиндър, трисекционен хидравличен разпределител на трактора, хидравличен цилиндър на прикаченото устройство.

Обикновено хидравличните мотори са свързани към две секции на тракторния разпределител, а третата секция се използва за управление на хидравличния цилиндър на окачването и хидравличната кука. В машините с ремарке може да се използва третата секция на хидравличния разпределител. Всяка секция може да контролира работата на една или повече паралелно свързани хидравлични системи. Секциите на тракторния хидравличен разпределител са свързани с тръбопроводите на хидравличните двигатели, с разединяващи съединители.

Автономните помпени инсталации включват резервоар за масло, помпа, филтри и разпределителни устройства. Тези инсталации се използват в самоходни силажо-комбайни и стационарно оборудване, а също и на теглещи и прикачени машини, за които мощността, необходима за задвижване на активните работни органи, надвишава мощността на хидравличната система на трактора.

За повечето активни работни органи на машините не се изисква промяна в честотата на въртене на хидравличния двигател. В тези случаи се използват нерегулирани хидравлични задвижвания.

При някои машини, по време на работа, е необходимо честотата на въртене на валовете на хидравличните двигатели да се променя при постоянна честота на въртене на вала на помпата. В тези случаи се използват регулируеми хидравлични задвижвания.

Хидравлични системи на тракторните прикачни устройства
Неотменяем атрибут на цялата селскостопанска работа е трактора. Съвременната техника е оборудвана с допълнителни устройства за изпълняване за различни селскостопански работи. На тракторите е монтирана хидравлична система. Хидравличната система на прикачните устройства на всички трактори се състои от отделни унифицирани агрегати, монтирани съгласно стандартна схема със следния състав: резервоар за масло, зъбна помпа, предпазен клапан на филтъра, филтър, накрайници на хидравличния разпределител, хидравличен разпределител, дроселен отвор, предпазен клапан, пропускателен клапан, шибър на разпределителя.

Резервоарите за масло на всички трактори са с различна конструкция и вместимост, но имат редица общи елементи. Резервоарът има всмукателен тръбен отвор за изхода на маслото и изпускателен тръбен отклонител, през който маслото от разпределителя се подава в резевоара, като преминава през филтър, където се очиства от чужди примеси. Филтърът има предпазен сферичен клапан, който работи, когато филтърните елементи са силно запушени. Работното налягане е 0,15-0,35 МРа.

В хидравличните системи на тракторите се използват зъбни помпи. Разпределителят служи за подаване на маслото от помпата към консуматора, отвеждането му до резервоара, разтоварването на помпата чрез празен ход на пропускане на маслото в резервоара - при неработещи консуматори и защита на цялата система от претоварване.

За селскостопанските трактори промишлеността произвежда няколко типа хидравлични разпределители. Принципното устройство на тези разпределители е еднакво. Те се различават по структурата на корпуса в броя и размера на шибърите. Всеки шибър с лост за управление може да бъде настроен на следните позиции: „издигане“, „спускане“, „плавно“ и „неутрално“. В положенията „неутрално“ и „плавно“ няма предаване на хидравлична енергия от помпата към консуматорите. Линията към консуматорите е затворена, а помпата работи при ниско налягане, позволявайки течността да се източва. В положение „плавно“ - линните на консуматорите са свързани помежду си и към дренажа.

При изчисляване на хидравличното задвижване на селскостопанските машини трябва да се знаят загубите на налягане на работната течност, тъй като те позволяват да се установи ефективността на хидравличното задвижване, както и определяне на срока на неговата работоспособност при ниски температури. Хидравличната система е оптимално проектирана, ако загубата на налягане не надвишава 6% от номиналното налягане на помпите. Загубите на налягане в хидравличната система, причинени от триенето на течността по стените на тръбопроводите и хидравличното оборудване, както и вътрешно триене в течността, зависи от дължината, диаметъра и формата на тръбопроводите, от скоростта и вискозитета на хидравлична течност, разклонеността на хидравличната система и режима на потока в тръбопровода.

Коефициентът на полезно действие - КПД на хидравличното задвижване дава възможност да се определи ефективността на селскостопанската машина. За оптимално проектирана хидравлична система, общият КПД е в границите на 0,65-0,75.

Хидравлични системи на машините за прибиране
Една от най-важните селскостопански машини, способни да извършват няколко различни операции наведнъж, са комбайните. Благодарение на тях е възможно бързо и ефикасно събиране на реколтата. Модерните комбайни са оборудвани с автоматизация, която позволява на комбайнера от кабината да контролира работата. Например, зърносъбиращият комбайн срязва житните класове, отделя зърното и го почиства с въздушна струя. Така една сложна машина изпълнява три прости функции - жънене, вършеене и отвяване. За тези комбайни са произведени допълнителни устройства, които позволяват събирането на различни култури.

Хидравличната система на зърносъбиращите комбайни се състои от две независими системи - основна и хидравлична система на кормилното управление.

Основната хидравлична система е предназначена за извършване на следните действия: повдигане на жътварката и мотовилката, промяна на честотата на въртене на мотовилката, на първия и втория вършеещи барабани, включване на бункерния разтоварващ шнек, преместване на разтоварващия шнек в работно и транспортно положение, изключване на задвижването жътварката, очистване на резервоара за сгъстен въздух, регулиране на клапите на бункерния разтоварващ шнек, обратно превъртане барабаните на вършачката, включване на съединителя на вършачката, отваряне и затваряне на сеносъбирача. Хидравличната система осигурява също възможност за хоризонтално изнасяне на мотовилката. Основната хидравлична система включва зъбна помпа, напорен филтър, предпазно-разтоварващ блок, плунжерни и буталните хидравлични цилиндри, хидравлични разпределители.

Напорният филтър осигурява необходимата чистота на маслото по време на работа.

За управление на всички хидравлични консуматори на основната хидравлична система се използват три многосекционни разпределители с паралелно свързани шибъри - трисекционен, четирисекционен, петсекционен. Разпределителите са свързани паралелно към напорната линия на помпата. За да се контролира повдигането и спускането на жътварката и мотовилката, както и промените в честотата на въртене на мотовилката, се използва секцията с един спирателен вентил.

Четирисекционният разпределител, монтиран на бункера, е предназначен за следното управление: отваряне клапата на бункера, включване на разтоварващия шнек, включване на апарата за вършеене и затваряне на събирача на сено. За комбайн с раздробяване се използва трисекционен разпределител. Разпределител с пет секции се използва за двубарабанен комбайн със събирач на сено. Трисекционният разпределител, разположен вдясно под платформата на водача е предназначен за управление като „повдигане“–„спускане“, изключване на жътварката, почистване на входящите въздушни линии на резервоара за въздух и обратно превъртане на барабана. Петсекционният разпределител, намиращ се в ляво под платформата на водача, е предназначен да управлява хидравличното изнасяне на мотовилката, повдигането на мотовилката, вариатора на барабана и преместването на подвижен шнек.

В конструкцията на хидравличната система е дадена възможност за закрепване на манометър за регулиране на налягането чрез използване на бързо разединяващ съединител.

Секцията на хидравличните разпределители с електро-хидравлично управление с двойно действащ хидравличен предпазител има следния състав: електромагнити, спирателен вентил, клапан, бутало, пружина, котва на електромагнита, игла, седло, шибър, втулка, корпус и кухини. Когато ключът на контролния панел е включен, веригата на десния електромагнит се затваря и котвата се изтегля навътре, хидравличният разпределител се разтоварва и в кухините се създава работно налягане на потока от работна течност. Иглата се премества, докато спре в края на котвата, като една от кухините се свързва с дренажната тръба. Поради разликата на налягането в кухините, шибърът се придвижва в крайно дясно положение. Две от кухините се свързват по между си, а третата кухина остава свързана към дренажа. Под натиска на работната течност се отваря клапан и маслото влиза в нагнетателната кухина на цилиндъра. В същото време буталото движещо се наляво под действието на налягането, механично отваря клапана на противоположния възвратен вентил и работната течност от изпускателната кухина на цилиндъра влиза в дренажа. Когато електромагнитът е изключен, клапанът се връща в неутрално положение под действието на пружината. По същия начин секцията работи, когато е включен левият електромагнит.

Блокът за разтоварване и безопасност е конструиран така, че да разтоварва помпата и да ограничава максималното налягане в хидравличната система до стойността, съответстваща на стойността на настройката на клапаните от хидравличния му контур.

Блокът се състои от корпус, в който е монтиран главния клапан, състоящ се от втулка, клапан и пружина. В клапана има дросел. Вътре в корпуса има канали за подаване и отвеждане на работната течност. На корпуса са монтирани управляващите предпазни вентили и хидравличен разпределител, прикрепени към корпуса посредством шпилки. Работната течност от помпата се подава към канала на главния поток, като част от нея - управляваният поток, през дросела влиза в затворената кухината на главния клапан и през каналите на управляващите клапани навлиза в кухината на хидравличния разпределител.

При липса на напрежение върху електромагнитите, шибърът под действието на пружината е в средно положение и пропуска управлявания поток в дренажа. Налягането зад клапана е равно на налягането в канала. Клапанът, поради разликата в налягането в него, се отваря и пропуска основния поток от единия канал към другия канал с малки загуби. Когато се подава напрежение на първия електромагнит, шибърът се премества наляво и пропуска управлявания поток в напорната кухина на управляващия клапан. Клапанът под действие на пружината се затваря. В този случай в затворената кухина на главния клапан се създава затворен обем и клапанът се затваря от действието на пружина. С увеличаване на налягането в кухината на блока до по-голямо от настройката за контрол на налягането на управляващия вентил, втори клапан притиска пружината и пропуска управляващия поток в дренажа. При това налягането в затворената кухина на главния клапан намалява, клапанът се отваря и пропуска основния поток, протичащ в дренажния тръбопровод. Управляваният поток преминава през единия от управляващите клапани. Клапанът не се отваря, тъй като е настроен да сработва на по-високо налягане от втория управляващ клапан.

При подаване на напрежение на втория електромагнит, шибърът се премества надясно и затваря управлявания поток. Последният минава през нагнетателната кухина на клапана. При увеличаване на налягането в кухината на блока до по-високо от настройката за контрол на налягането на управляващия клапан, втори клапан притиска пружината и пропуска управлявания поток в дренажа. При това налягането в затворената кухина на главния клапан се намалява. Вторият управляващ клапан се отваря и главният поток се насочва в дренажния канал. Управляваният поток минава през главния управляващ клапан.

Хидравличната система на кормилното управление е предназначена да улесни движението на комбайна и включва: зъбна помпа, ротационна дозираща помпа с вграден разпределител, двойнодействащ хидравличен цилиндър, предпазни и удароустойчиви клапани, система от твърди и гъвкави маслени линии. Предпазният клапан е регулиран за налягане 12,5МРа.

С помощта на обемен хидравличен кормилен механизъм, комбайнът може да бъде управляван, както от силата на потока, когато помпата работи, така и без усилване на потока, когато помпата е изключена или двигателят не работи. Моноблоковата дозираща помпа е монтирана под платформата на водача и е механично свързана с волана. В неутрално положение преливните канали на шибъра се свързват към изпускателната кухина на корпуса и маслото от напорната им линия минава през тези канали до дренажа. При завъртане на вала надясно, шибърът се върти спрямо втулката, а дренажните канали на шибъра се затварят. При завъртане на вала наляво, напорната кухина на шибъра е свързана към безбуталната кухина на хидравличния цилиндър, а буталната му кухина е свързана с дренажната система. Буталният прът се изтегля и обръща колелата в обратна посока. Когато валът се завърти надясно при неработеща помпа, маслото от кормилната уредба през дренажната тръба, обратният вентил и напорния тръбопровод, навлиза в дозиращата помпа. След нея то тече през канала в кухината на шибъра и в прътовата кухина на хидравличния цилиндър.

Маслото в кормилната обемна хидравлична система идва от резервоара на основната хидравлична система, който е общ за двете системи. Масленият резервоар се състои от две секции, свързани с болтове. Първата секция се използва за захранване с масло на главната и обемната хидравлични системи на кормилното управление. Втората секция-за запълване с масло за задвижване на ходовата част.

Масленият резервоар осигурява охлаждане на работната течност, почистване и температурно компенсиране на промените в обема.