Справочник "Станочные гидроприводы" - 6 издание

Проблемы современного образования в области гидропривода

Разрыв между теорией и практикой

В современном гидроприводе множество важнейших проблем, в которых должны разбираться молодые инженеры. Но что мы видим? В течение 80% времени курса продолжают толковать о струйках рабочей жидкости — теории, которая в большинстве случаев больше никогда не потребуется в жизни.

Звучит жестко, но это правда. Действительно важные разделы объемных гидроприводов — конструкция и параметры элементной базы, основные расчетные зависимости, правила построения гидросхем, энергосбережение, кондиционирование рабочей жидкости, комплектующая электроника, особенности эксплуатации — или упоминаются вскользь, или не упоминаются вообще.

Западный опыт: другой подход

У нас сейчас модно обращаться к западному опыту. А там программа обучения от колледжа до магистрата начинается не с пресловутых «струек», а с изучения конкретного серийно выпускаемого предохранительного клапана непрямого действия.

Почувствуйте разницу: сразу практика, реальные компоненты, понятные вещи. Логично, не так ли?

Рис. 1. Конструкция современного гидропривода

Эволюция справочника: от 1982 до наших дней

История публикаций

Более 30 лет автор старается исправить сложившуюся ситуацию, издавая в издательстве «Машиностроение» справочники «Станочные гидроприводы», предназначенные для преподавателей и студентов втузов.

В период с 1982 по 2008 годы вышли в свет пять изданий. Читатели уже убедились: всякий раз книги существенно перерабатывались в погоне за техническим прогрессом.

Переход к электронному формату

К сожалению, очередное 6-е издание не было принято в производство. Даже несмотря на то, что справочник входит, как сейчас говорят, в топ-4 наиболее известных книг издательства «Машиностроение».

Что делать? Было принято решение об электронном издании книги. В ней отражен современный мировой уровень развития промышленных гидроприводов, существенно расширены сведения об импортной гидравлике, разумеется, не в ущерб обновленной и дополненной отечественной номенклатуре.

По каждому из компонентов приведены полные технические данные аналогов инофирм, наиболее авторитетных на российском рынке:

• ★ Основные параметры
• ★ Размеры
• ★ Расшифровки кодовых обозначений
• ★ Условия эксплуатации

Особое внимание уделено проблеме энергосбережения, а также основополагающим международным стандартам ISO по гидрооборудованию.

Насосы нового поколения: от шестеренных до радиально-поршневых

Инженерные размерности: упрощаем расчеты

Глава о насосах существенно переработана. Здесь, как и во всем справочнике, в формулах приведены инженерные размерности, позволяющие существенно упростить расчеты.

Это немаловажное обстоятельство. В качестве единиц давления весь мир давно использует бары, практически равные атмосфере. Мы же, как всегда, идем своим путем. С настойчивостью, достойной лучшего применения, Госстандарт уже более полувека внедряет мегапаскали.

Теперь у нас практически все манометры градуированы в атмосферах, а в техдокументации приводятся мегапаскали, которые на порядок больше. Что это вызывает? Многочисленные ошибки!

Шестеренные насосы

Обновлены параметры и размеры шестеренных насосов ОАО «Гидросила». Показаны возможности многопоточных связок (до 3 потоков).

Приведены полные данные о шестеренных насосах внутреннего зацепления мод. IGP фирмы Duplomatic. Они имеют:

• ✔ Радиальную и осевую компенсацию
• ✔ Низкий уровень шума
• ✔ Специальные высоконадежные подшипники скольжения

Рабочие объемы V₀ = 3...250 см³, давление p = 33...21 МПа в зависимости от типоразмера. Отметим: отечественной промышленностью насосы этого типа не выпускаются.

Пластинчатые насосы

Раздел дополнен моделью Т7 фирмы Parker (Denison) с V₀ = 5,8...268,7 см³, p = 32...24 МПа.

Регулируемые насосы прямого управления PVL фирмы Atos отличаются низким уровнем шума, имеют винт ограничения подачи и сквозной вал (thru drive). Это позволяет реализовать осевой монтаж нескольких насосов (в том числе разнотипных) в многопоточной связке.

Приведены описания прогрессивного принципа регулирования насосов — чувствительности к нагрузке (Load Sensing — LS), а также регулируемых пластинчатых насосов непрямого управления мод. PV7 фирмы Bosch Rexroth (V₀ = 14...150 см³, p = 8, 10 или 16 МПа).

Аксиально-поршневые насосы

Раздел регулируемых аксиально-поршневых насосов с наклонным диском дополнен:

1. → Моделью VPPL фирмы Duplomatic
2. → Насосами A10VSO фирмы Bosch Rexroth
3. → Насосами серии PVplus фирмы Parker (V₀ = 16...360 см³, p = 35 МПа)

Рис. 2. Насос VPPL фирмы Duplomatic

Эти компактные самовсасывающие машины имеют низкий уровень пульсации давления и шума, исполнение со сквозным валом, большое количество модификаций по присоединению, широкую номенклатуру механизмов управления (в том числе пропорциональное электроуправление).

Радиально-поршневые насосы

Раздел существенно переработан. Введено описание моделей PR4-1X и PR4-3X (Bosch Rexroth) и PFR (Atos).

Насосы BRK фирмы Bieri способны работать при давлениях до 100 МПа. Возможна комбинация с шестеренным насосом низкого давления.

Рис. 3. Насос BRK фирмы Bieri

Регулируемые радиально-поршневые насосы мод. RKP фирмы Moog (V₀ = 19...1400 см³, p = 28 МПа) применяются в системах открытой циркуляции рабочей жидкости. Возможны двухпоточные связки из радиально-поршневых насосов или радиально-поршневого с шестеренным.

12 типов различных механизмов управления обеспечивают широкие возможности энергосбережения. Новейшая версия — электрогидравлический механизм управления со встроенными датчиками давления и эксцентриситета статора (фактически датчик подачи). Это позволяет электронной системе выполнять функции компенсатора давления, регуляторов подачи и мощности.

Гидроцилиндры и гидромоторы: технические новинки

Гидроцилиндры: новые возможности

Глава о гидроцилиндрах дополнена таблицами размеров холоднотянутых труб (гильзы) и штоков с окончательно обработанными рабочими поверхностями.

Описаны типовые конструкции (в том числе сервоцилиндров), методы путевого контроля на базе индуктивных сенсоров и встраиваемых датчиков линейных перемещений Balluff, а также системы CIMS (CIAMS – абсолютного измерения) фирмы Bosch Rexroth.

Приводится полное описание гаммы гидроцилиндров НС2 фирмы Duplomatic.

Впервые с позиций безопасности рассмотрены проблемы интенсификации давления, а также ограничения хода с помощью проставок Stop tube с целью повышения устойчивости штока на продольный изгиб.

Поворотные гидродвигатели

В 6-е издание введены сведения о поворотных гидродвигателях HPSD, DZK-H и DA-H фирмы HKS. Они способны развивать крутящие моменты до 200 000 Н·м.

Впечатляет, не так ли?

Гидромоторы: от «малышек» до гигантов

Раздел гидромоторов дополнен описанием нерегулируемых моделей A10FM (с наклонным диском) и AA2FM (с наклонным блоком, V₀ = 10...180 см³, p = 35...40 МПа) фирмы Bosch Rexroth.

Уникальными характеристиками обладает типоразмер A2F5/60*-C7 с V₀ = 5 см³. Эта нерегулируемая «малышка» при массе 2,5 кг способна вращаться с частотой до 10 000 мин⁻¹, развивая крутящий момент до 24,7 Н·м.

Нетрудно подсчитать: удельная мощность при этом превышает 10 кВт/кг!

Радиально-поршневые гидромоторы

Нерегулируемые радиально-поршневые гидромоторы мод. MR выпускают фирмы Parker и Bosch Rexroth (проект Calzoni).

Оригинальная конструкция телескопических поршней, опирающихся на сферические поверхности вала и крышек, а также гидростатическая разгрузка распределителя позволяют обеспечить:

• ✓ Высокий КПД
• ✓ Долговечную работу
• ✓ Расширенный диапазон регулирования частоты вращения

Параметры: V₀ = 33...8200 см³, p = 25...21 МПа, n = 1400...120 мин⁻¹.

Одной из технических новинок последних лет являются радиально-поршневые регулируемые гидромоторы, в которых эксцентрик перемещается в радиальном направлении с помощью встроенных в приводной вал цилиндров управления.

Рис. 4. Регулируемый гидромотор с радиальным перемещением эксцентрика

Шестеренные и пластинчатые гидромоторы

Раздел шестеренных гидромоторов дополнен описанием мод. 2SM и 3SM фирмы Galtech, а также шестеренных делителей потока HPLDF фирмы Bondioli.

Достоинствами пластинчатых гидромоторов М5В фирмы Parker являются:

1. → Высокий эффективный КПД (≥0,9)
2. → Отличный пусковой момент
3. → Малая пульсация момента (≤±1,5%)
4. → Гидростатическая разгрузка основных деталей
5. → Двухкромочные пластины
6. → Возможность быстрой замены рабочего комплекта (картриджа)

Основные параметры: V₀ = 12...45 см³, p = 32...28 МПа, n = 6000...3000 мин⁻¹.

Гидроаппаратура: распределители и клапаны

Гидрораспределители

В главе о гидроаппаратуре обновлены переводные таблицы исполнений распределителей по гидросхеме. Введены новые производители — фирмы Argo-Hytos и Aron, уточнены данные по распределителям ОАО «Гидроаппарат».

Приводится полная информация по распределителям с электроуправлением с условным проходом Dᵤ = 6 и 10 мм фирм Bosch Rexroth и Atos.

Переработана таблица параметров и размеров муфтовых кранов ЗАО «Гирас».

В новом разделе седельных распределителей приведено описание мод. M-*SEW10 фирмы Bosch Rexroth.

Гидрозамки

Раздел гидрозамков дополнен описанием современных моделей C4V фирмы Parker, построенных с использованием технологий вставного монтажа:

• ★ Dᵤ = 10, 25 или 32 мм
• ★ p = 35 МПа
• ★ Расход Q = 150, 270 или 450 л/мин

Клапаны давления

В разделе клапанов давления вы найдете аппараты:

DBDS (прямого действия) и DB (непрямого действия) фирмы Bosch Rexroth. Последние пропускают расходы до 650 л/мин и обладают повышенной устойчивостью благодаря оригинальной конфигурации каналов системы управления.

Введено описание разгрузочных клапанов фирмы Duplomatic мод. MRQA, а также ряда аппаратов непрямого действия фирмы Bosch Rexroth:

• ✔ Гидроклапаны давления мод. DZ (Dᵤ = 10, 25 или 32 мм, p = 31,5 МПа, Q = 200...600 л/мин)
• ✔ Редукционные клапаны DR

Обновлено описание редукционных клапанов М-КР-М отечественного производства.

Балансировочный клапан ZC2 фирмы Duplomatic в зависимости от направления потока способен работать в режимах предохранительного или редукционного клапана прямого действия. Аналогичную функцию выполняют аппараты непрямого действия — трехлинейные регуляторы давления ZC той же фирмы.

Регулирование расхода

В разделе аппаратов регулирования расхода приведено полное описание:

1. → Дросселей Manatrol фирмы Parker
2. → Двухлинейных регуляторов расхода 2FRM фирмы Bosch Rexroth
3. → Регуляторов RPC фирмы Duplomatic

Модульный и вставной монтаж

Аппараты модульного монтажа дополнены описанием:

• ★ Предохранительного клапана ZDB6
• ★ Регулятора расхода Z2FRM6

Оба — фирмы Bosch Rexroth. Также описана новая разработка ЭНИМСа — двухлинейный регулятор расхода.

Представляет интерес набор специсполнений модульных аппаратов фирмы Duplomatic (в том числе гидрораспределителей).

Интегральные схемы

Новейшим направлением является создание так называемых «интегральных схем» — специальных гидроблоков с ввертной аппаратурой, позволяющих реализовать типовые схемные решения в серийно выпускаемых машинах и оборудовании.

Рис. 5. Интегральная схема для подъема и опускания груза

Приводятся сведения о ввертной аппаратуре одного из мировых лидеров — фирмы SUN.

Раздел гидроаппаратов вставного монтажа дополнен гидроуправляемыми клапанами и клапанами регулирования давления фирмы Bosch Rexroth. Последние могут выполнять функции предохранения, редуцирования или подключения давления.

Электрогидравлическая автоматика и цифровые приводы

Единый электрогидравлический привод

Глава об электрогидравлической автоматике дополнена анализом достоинств и недостатков электрической и гидравлической технологий. Из него делается вывод о целесообразности создания единого электрогидравлического привода.

Идея эта не нова, но в последнее время она получает опережающее развитие.

Дросселирующие гидрораспределители (ДГР)

Приведены сведения о дросселирующих гидрораспределителях мод.:

• ✔ SM4-20 фирмы Eaton Vickers
• ✔ 4WS2EM10 фирмы Bosch Rexroth
• ✔ D765 фирмы Moog

Особое внимание уделено высокодинамичным ДГР мод. D1FP фирмы Parker и LSVG-03 Yuken с электродинамическим преобразователем типа «подвижная катушка». Они способны отрабатывать частоты до 250...400 Гц.

Анализируются возможности дальнейшего развития ДГР — повышения их «интеллектуального» уровня.

В качестве примеров приводятся:

1. → ДГР мод. D638 фирмы Moog со встроенными датчиками перемещения золотника и давления
2. → AxisPro фирмы Vickers со встроенным интерфейсом с шиной CanOpen, светодиодными индикаторами состояния, системой самодиагностики и датчиками давления и температуры масла

Рис. 6. ДГР D638 со встроенными датчиками

Быстродействующие однокаскадные ДГР

Быстродействующие однокаскадные ДГР (Dᵤ = 6 и 10 мм) фирмы Bosch Rexroth со встроенным цифровым осевым контроллером (проект IAC-R) и интерфейсом с шинами CanOpen и Profibus-DP способны:

• ★ Управлять расходом и давлением
• ★ Реализовать позиционный контроль
• ★ Осуществлять p/Q-регулирование насосов

Перестройка параметров легко осуществима от ноутбука. Удобно, правда?

Пропорциональные распределители

В справочнике описаны пропорциональные распределители DHZO-T, DKZOR-T прямого действия и DPZO-TES — непрямого действия фирмы Atos (возможно со встроенной электроникой).

Уточнены параметры пропорциональных аппаратов РУП ГСКТБ ГА (г. Гомель, Беларусь).

Пропорциональные предохранительные клапаны непрямого действия мод. PRE фирмы Duplomatic (Dᵤ = 10, 25 или 32 мм, p = 35 МПа, Q = 200, 400 и 500 л/мин) оснащены дополнительным пилотом с ручной настройкой. Это обеспечивает надежную защиту гидросистемы от перегрузки даже при отказе электропитания.

Комплектные электрогидравлические приводы

В новом разделе «Комплектные электрогидравлические приводы» приведены описания приводов:

• ✓ мод. CRV фирмы Atos
• ✓ LESA серии ТТ фирмы Eaton Vickers
• ✓ Новой гидравлической оси с цилиндром CSHH фирмы Bosch Rexroth

Электрогидростатические приводы

Особое внимание уделено новейшему направлению развития — электрогидростатическим приводам. В них замена шариковинтовых передач, применяемых в чисто электрических версиях, на гидроцилиндры позволяет:

1. → Упростить и удешевить конструкцию
2. → Существенно повысить надежность (особенно в высокодинамичных силовых режимах работы)

В приводе CLDP фирмы Voith Turbo на валу серводвигателя установлены два рабочих комплекта шестеренных насосов внутреннего зацепления. Соотношение их рабочих объемов равно соотношению площадей поршня гидроцилиндра. Компенсация объема штока реализуется с помощью аккумулятора, который также выполняет функцию бака.

Реверс движения гидроцилиндра и изменение скорости обеспечиваются путем программного изменения направления и частоты вращения серводвигателя.

Узел подключается к источнику энергии только электропроводами. Насосных установок и трубопроводов не требуется.

Основные параметры: p = 25 МПа, усилие до 196 кН, точность позиционирования 10 мкм.

Рис. 7. Привод CLDP фирмы Voith Turbo

Приводится описание аналогичных устройств фирм Moog, Parker и Bosch Rexroth, а также совершенно автономного электрогидравлического ручного инструмента фирмы Edilgrappa (развиваемое усилие до 210 кН при собственной массе 14,7 кг) с питанием от встроенного в рукоятку аккумулятора.

Цифровые электрогидравлические приводы

«Цифровые электрогидравлические приводы» — новый раздел, посвященный последним работам ЭНИМСа в области полностью цифровых приводов и их компонентов с управлением от задающего шагового электродвигателя (ШД).

Приведены параметры и размеры различных ШД, конструкция и результаты стендовых испытаний:

• ★ Комплектных приводов
• ★ Принципиально новых гидрораспределителей
• ★ Предохранительных и редукционных клапанов
• ★ Двухлинейных регуляторов расхода

В заключение раздела приведено описание новейшей цифровой гидравлики фирмы Bosch Rexroth.

Энергосбережение и снижение шума в гидросистемах

Сокращение энергетических потерь

Важнейшим проблемам энергосбережения посвящен новый раздел «Сокращение энергетических потерь».

Даются рекомендации по выбору механизмов управления насосов, описываются системы частотного регулирования (фирмы Yuken и Bosch Rexroth), насосно-аккумуляторные приводы, некоторые способы рекуперации энергии.

Особое внимание уделено повышению энергоэффективности приводов с четырехкромочными ДГР, в том числе при использовании цилиндров с различными площадями рабочих камер.

Рассмотрены варианты применения ДГР с асимметричными потоками или с раздельным регулированием открытия рабочих кромок — новейшее направление в мировой гидравлике.

В качестве альтернативы возможно также использование приводов, в которых около нейтрального положения ДГР работает в штатном режиме. А по мере увеличения скорости гидродвигателя электронная система обеспечивает опережающее открытие рабочих кромок. Поток рабочей жидкости ограничивается подачей насоса, зависящей от частоты его вращения.

Таким образом, реализуется плавный переход от дроссельного регулирования к объемному.

Дополнительные способы снижения потерь

Остаются по-прежнему актуальными способы снижения потерь мощности за счет:

1. → Повышения КПД гидромашин
2. → Применения дифференциального включения цилиндров
3. → Исключения аппаратов с большими дроссельными потерями (например, редукционных клапанов)
4. → Уменьшения утечек (например, путем использования седельных распределителей)
5. → Оптимизации проходных сечений гидроаппаратов
6. → Снижения потерь давления в соединительных трубопроводах

Радикальным решением здесь является полное исключение трубопроводов в электрогидростатических приводах.

Наконец, важнейшим способом оптимизации является расширение «интеллекта» электронных систем управления.

Снижение шума

Большое внимание в новом издании справочника уделено проблеме снижения шума. Рассмотрены основные способы шумопоглощения в насосах и других компонентах гидросистем.

Типовые схемные решения

Примеры типовых схемных решений дополнены описаниями гидроприводов:

• ✓ Модернизированного давильного станка КЖ 99016 с гидрокопировальными системами
• ✓ Станции высокого давления установки гидроструйной резки, для которой оптимизирована конструкция гидравлического реверсивного механизма

Вспомогательные элементы и приборы контроля

Фильтры и аккумуляторы

В качестве новых компонентов, включенных в главу о вспомогательных элементах гидроприводов, можно отметить:

Фильтры:

• ★ Приемные фильтры FSI фирмы Duplomatic и STR MP-Filtri
• ★ Всасывающие фильтры FST Duplomatic
• ★ Сливные фильтры MPF и напорные FMM050 фирмы MP-Filtri

Аккумуляторы:

• ★ Баллонные модели LA фирмы SAIP
• ★ Мембранные SBO Hydac

Мультипликаторы давления

Впервые в справочнике подробно описаны мультипликаторы давления фирмы miniBOOSTER.

Рис. 8. Мультипликатор давления

Они позволяют многократно (до 25 раз) усиливать давление в гидросистеме, укомплектованной обычным насосом:

• ✓ Давление на входе: 2...20 МПа
• ✓ Давление на выходе: до 80 МПа

Это позволяет, например, создавать исключительно компактные зажимные механизмы.

Теплообменники

В разделе «Теплообменники» приведены расчеты теплового режима гидропривода, описаны:

1. → Воздушные теплообменники фирм SESINO и Emmegi
2. → Водяные теплообменники трубчатого и пластинчатого типов

Последние (мод. РНЕ фирмы KTR) позволяют полностью исключить опасность попадания воды в масло. При размерах 286×116×175 мм они развивают мощность охлаждения до 51 кВт.

Устройства терморегулирования фирм KTR и Emmegi позволяют автоматически изменять расход масла и воды с целью стабилизации температуры на заданном уровне.

Уплотнения

Новым крупным блоком в разделе «Уплотнения» являются уплотнения и направляющие ООО «ЭрДжиСи-трейд», главным образом для гидроцилиндров.

Они разработаны и изготовлены по современным технологиям, рассчитаны на широкий диапазон:

• ★ Давлений: до 80 МПа
• ★ Скоростей: до 10 м/с
• ★ Температур: широкий диапазон

Показана типовая конструкция уплотнительного узла штока.

Соединения трубопроводов

Применяемые в отечественной практике соединения трубопроводов соответствуют техническому уровню 70-х годов прошлого века.

В справочнике описаны новейшие фитинги фирмы Parker Ermeto, отвечающие современным требованиям надежности, фланцевые и быстросъемные соединения, а также рукава высокого давления и оборудование для их производства.

Приборы контроля

Значительно расширен раздел «Приборы». Здесь вы теперь найдете:

Манометры: новые манометры НПО «ЮМАС» и фирмы Wika

Контрольные точки давления: Stauff

Датчики расхода: объемные датчики расхода фирм Stauff и VSE

Датчики уровня и температуры: уровнемеры, реле уровня и температуры NVT фирмы KTR

Датчики силы: EMS70 (1...500 кН)

Моментомеры: DATAFLEX®

Фотоэлектрические преобразователи: ЛИР-158Б производства СКБ ИС

Приборы контроля загрязненности: различные приборы фирм Stauff, Hydac, Parker и Internormen

Гидротестеры:

• ✓ HMG2020 фирмы Hydac
• ✓ SDMKR Stauff
• ✓ Senso Master Plus фирмы Parker

Насосные установки

В разделе «Насосные установки» приводится подробное описание модернизированной системы их изготовления по индивидуальным заказам, предлагаемой фирмой KTR.

Описаны современные средства шумоизоляции насосных агрегатов, рассматриваются общие вопросы проектирования гидроблоков.

Эксплуатация и обслуживание

В разделе эксплуатации приведены описания портативных мобильных маслоочистителей HVP-902 фирмы Pall. Они эффективно удаляют загрязнения, воду и газы из гидравлических масел.

Также описаны аналогичные устройства фирм Stauff и Internormen.

Поиск аналогов и интернет-ресурсы

В разделе поиска аналогов добавлена ссылка на полностью переработанное издание первой книги «Насосы и гидродвигатели 1998-2010 гг.» Международного справочника «Гидрооборудование», вышедшей в свет в 2010 году.

Здесь хочется сказать несколько слов о конкуренции этого издания с Интернетом. Конечно, Интернет — значительно более мощная информационная система. Однако и предлагаемый справочник имеет свои определенные преимущества:

1. → Материал систематизирован по типоразмерам гидравлических компонентов. Поэтому можно быстро определить ведущие фирмы-изготовители и номенклатуру идентичной продукции.
2. → В изданиях 2001 и 2010 годов наряду с новейшими приведены компоненты ранних лет выпуска (начиная с 1970 года). Это необходимо для механиков, заменяющих отработавшее ресурс оборудование новым.
3. → Материал квалифицированно переведен на русский язык со строгим соблюдением принятой в России терминологии.
4. → Материал каталогов отечественных производителей и инофирм единообразно адаптирован для лучшего понимания.

Впрочем, зачем говорить о конкуренции? Лучше взять Интернет в союзники.

С этой целью в 6-м издании справочника «Станочные гидроприводы» приведен путеводитель по Интернету, позволяющий быстро найти исчерпывающую информацию непосредственно от производителей — лидеров мирового рынка гидравлики.

Соответствующие ссылки на сайты в Интернете сделаны и при описании различных компонентов в тексте справочника.

Заключение

Хочется верить, что предлагаемая вашему вниманию книга, являющаяся плодом многолетней работы автора, найдет своего заинтересованного читателя и послужит делу возрождения отечественного машиностроения.

Что имеем в итоге? Справочник, который охватывает весь спектр современного гидрооборудования — от классических насосов до цифровых электрогидравлических приводов. С практическим уклоном, с инженерными размерностями, с полными данными по аналогам.

Разве это не то, что нужно современным инженерам?

Свешников В. К., к.т.н., ЭНИМС

Заказ справочника по телефону (812) 710-62-73