Основы объемного гидропривода и его управления

ОСНОВЫ 

ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА 

И ЕГО УПРАВЛЕНИЯ

С.И. КОРНЮШЕНКО

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Допущено 
Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия для студентов учреждений 
среднего профессионального образования, обучающихся 
по направлению 15.02.03 «Техническая эксплуатация 
гидравлических машин, гидроприводов и гидропневмоавтоматики»

УДК 62-522.2(075.32)
ББК 34.447я723
 
К67

Корнюшенко С.И.
Основы объемного гидропривода и его управления : учебное пособие / С.И. Корнюшенко. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 338 с. — 
(Cреднее профессиональное образование).
ISBN 978-5-16-011527-6 (print)
ISBN 978-5-16-103830-7 (online)
Вводный курс в раздел объемного гидропривода машиностроительной гидравлики акцентирует внимание на фундаментальных принципах работы гидрокомпонентов, их назначении и регулировании. Описаны базовые принципы 
объемного гидропривода, используемого в мобильной и промышленной технике, раскрыты принципиальные схемы гидропередач, приведены условные 
графические символы гидрокомпонентов и их связей в соответствии с международным стандартом ISO 1219-1:2012, рассмотрены открытые и закрытые гидросхемы, объяснены законы управления потоком и давлением рабочей жидкости, раскрыты принципы работы и устройств важнейших гидрокомпонентов, 
показана негативная роль загрязнений рабочей жидкости и отмечены некоторые ее свойства, описаны основы электротехники, использующейся в гидравлических системах.
Предназначено для студентов средних профессиональных и непрофильных 
высших учебных заведений различных инженерных специальностей. Также 
будет полезно для персонала, занятого эксплуатацией и обслуживанием гидравлических систем, применяемых в мобильной технике и промышленном оборудовании, и специалистов, которым требуются знания и профессиональные 
навыки в организационной и технической работе.

Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, опубликованных 
в данной книге, допускаются только после письменного разрешения автора и со ссылкой 
на источник информации. Несоблюдение данного условия преследуется по закону.

УДК 62-522.2(075.32)
ББК 34.447я723

К67

ISBN 978-5-16-011527-6 (print)
ISBN 978-5-16-103830-7 (online)
© Корнюшенко С.И., 2016

Данная книга доступна в цветном исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium.com

ПРЕДИСЛОВИЕ

Гидравлические приводы используются в многообразных устройствах различных отраслей промышленности. Трудно назвать области 
экономики, где бы прямо или косвенно не применялись гидравлические машины, оборудование, гидроинструмент. Эффективность 
эксплуатации гидравлической техники зависит от уровня профессиональной подготовки руководителей производственных единиц, 
операторов, управляющих машинами или оборудованием, специалистов по техническому обслуживанию и ремонту.
Многие инженерные специальности, изучающие разнообразную 
технику, требуют знаний базовых основ гидропривода, устройства 
и работы гидрокомпонентов, принципов управления гидросистем. 
Современные методы профессионального обучения предполагают 
ясное изложение сложного технического материала, который должен 
быть легко усвоен широким кругом пользователей с различным 
уровнем технической эрудиции.
Важное место занимает раздел данного учебного пособия, раскрывающий основы управления гидросистем. Показаны главные 
принципы дроссельного и объемного регулирования потока рабочей 
жидкости, величина которого определяет скорость исполнительных 
механизмов гидравлических машин и оборудования. Описаны делители потока, приоритетные клапаны, регуляторы мощности, давления, расхода, LS-системы, позволяющие поддерживать заданные 
параметры вне зависимости от изменения внешней нагрузки на рабочие органы гидравлической техники.
Долговечность гидропривода и безотказность его работы во 
многом зависят от прогноза появления неисправностей и своевременного устранения их причин. Поэтому значительный объем материала данного издания посвящен надежности и диагностированию 
гидросистем. Изложены ключевые понятия этих категорий, раскрыты принципы устройства диагностических приборов, описаны 
методики нахождения неисправностей простейшими методами.
В данном издании автор на основе личного опыта и рекомендаций известных источников информации, широко использовав 
наглядные графические схемы и фотографии реальных современных 
гидрокомпонентов, изложил в простой и доступной форме основы 
объемного гидропривода, его управления и диагностирования.
Изучение настоящей книги дает следующие результаты:
 
• знание фундаментальных принципов, на которых работают все 
гидравлические системы;

 
• способность различать графические символы компонентов гидравлики и понимать работу гидросхем;
 
• знание функций и работы ключевых гидрокомпонентов;
 
• понимание необходимости постоянной борьбы с загрязнениями 
рабочей жидкости;
 
• понимание процессов дроссельного и объемного (машинного) 
регулирования потока рабочей жидкости;
 
• понимание процессов работы регуляторов насосов;
 
• знание основных принципиальных систем управления для любых 
гидросистем;
 
• понимание важности безопасного проведения работ при эксплуатации гидросистем и их техническом обслуживании;
 
• знание основных показателей надежности машин и гидросистем;
 
• понимание процессов диагностирования гидросистем, знание 
устройств измерительных приборов и путей нахождения неисправностей простейшими методами.
В данном учебном пособии автор намеренно повторяет ключевые 
понятия, схемы, графики. Это сделано для лучшего усвоения излагаемого материала, чтобы не отвлекать внимание читателя, возвращая его к предыдущим разделам.

Глава 1 
ОСНОВЫ ГИДРОПРИВОДА

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ ГИДРОПРИВОДА

Любая машина или производственное оборудование работает от 
какого-либо источника энергии, который генерирует начальное движение. В гидроприводах мобильных машин, показанных на рис. 1.1.1, 
начальное движение осуществляет двигатель внутреннего сгорания 
(дизель). У него частота вращения вала регулируемая.

У дизельного двигателя 
регулируемая частота  
вращения вала

Рис. 1.1.1. Мобильная гидравлическая техника
В стационарных гидравлических установках (рис. 1.1.2), в том 
числе в станках, прессах и другом промышленном оборудовании, 
начальное движение осуществляет электрический мотор. У него 
частота вращения вала постоянная.
Примечание. В некоторых современных гидроприводах с приводом от 
электромотора используется частотное регулирование вращения вала. 
Оно осуществляется с помощью соответствующего электрооборудования.

У электромотора постоянная частота вращения вала

Рис. 1.1.2. Гидравлическая насосная станция

Гидропривод передает мощность от первичного двигателя к рабочим органам. Его задача — обеспечить движение исполнительного 
механизма, а если при этом встречается сопротивление — преодолеть 
его.
Передача энергии гидроприводом осуществляется за счет движения потока рабочей жидкости. Движение жидкости происходит 
в результате попеременного вытеснения из насоса ее определенного 
объема в единицу времени и перемещения этого объема по трубопроводам в гидродвигатель. Гидроприводы, работающие по такому 
принципу, называются объемными. Энергия, поступающая от первичного двигателя в гидропривод, и передаваемые усилия должны быть 
использованы максимально эффективно с минимальными потерями.

Примечание. В автоматических коробках передач различной техники 
используется гидротрансформатор. Такие устройства называют гидродинамическими трансмиссиями. Гидротрансформатор содержит лопастные 
колеса: насосное, турбинное и неподвижный реактор. Передача гидравлической энергии от насосного колеса турбинному осуществляется за 
счет высокого скоростного напора рабочей жидкости.

Все гидроприводы машин и оборудования работают в соответствии с известным законами гидравлики. Основные принципы работы объемных гидроприводов и их управления будут раскрываться 
в ходе изучения изложенного материала. Для лучшего запоминания 
некоторые коренные положения повторяются.

1.2. ИСТОЧНИК ДВИЖЕНИЯ ПОТОКА РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Стартовой точкой в работе любой гидросистемы является первоначальное движение, которое осуществляется первичным двигателем. В мобильной технике в основном используются двигатели 
внутреннего сгорания. Частота вращения выходного вала у них переменная, т.е. может регулироваться.
В гидросистемах станков, прессов и стационарного оборудования 
(в основном это промышленная гидравлика) в качестве первичного 
двигателя используется электрический мотор. Частота вращения его 
вала, как правило, постоянная. Как было упомянуто выше, в некотором передовом промышленном гидрооборудовании используется 
частотный метод регулирования вала электродвигателя.
Частота вращения вала. Частота вращения вала насоса или гидромотора (n) — это количество его оборотов в единицу времени:

 
n
t
rpm
=
=
=
=
=
=
1
1
60
обороты
ед. времени
с
обороты
минута
об
мин
.

В механике и объемном гидроприводе принято измерять частоту 
вращения вала в единицах обороты в минуту (об/мин, rpm).

Следует различать частоту вращения и угловую скорость вала.
Угловая скорость ω — это величина изменения угла j поворота 
вращающегося тела (вала) в единицу времени t:

 
ω
j
=
=
=
=
=
=
=
=
=
угол поворота
время
радиан
секунда
рад
с
с
с
t
rad
s
s

1
1
1
s-1.

Мы помним, что основной единицей измерения плоских углов 
в современной математике и физике является радиан. Этот термин 
происходит от лат. radius — луч, радиус. Русское обозначение — рад, 
международное — rad. Радиан — центральный угол, длина дуги которого равна радиусу окружности, 1 рад = 57,2958°. Таким образом, 
величина полного оборота вала равняется 2π радиан (360°).
За единицу времени при определении угловой скорости принята 
секунда (с, s).
Частота вращения вала и его угловая скорость связаны зависимостью

 
ω
π
= 2 n.

С учетом размерности измерения времени

 
n
rpm
=
=
=
= 



 =[
]
ω
π
ω
π
ω
π
2
60 2
30
об
мин
.

Мощность гидропривода. Выходная мощность (энергия) первичного двигателя имеет две составляющие:
 
• скоростную — частота вращения вала;
 
• силовую — крутящий момент вала.
Произведение этих величин определяет мощность первичного 
двигателя. Первичный двигатель приводит во вращение насос, который преобразовывает механическую энергию в гидравлическую. 
Насос приводит в движение поток рабочей жидкости. Он всасывает 
ее из гидробака и нагнетает в гидросистему.
Мощность насоса, а следовательно, и гидропривода также определяется произведением двух составляющих:
 
• скоростной — расход рабочей жидкости;
 
• силовой — давление рабочей жидкости.
Любой насос характеризуется двумя основными параметрами:
1) рабочим объемом;
2) величиной развиваемого давления.
Рабочий объем v (volume — объем) — это количество гидравлической жидкости, которое вырабатывает насос при одном обороте 
вала, измеряется в сантиметрах кубических на оборот (см3/об) или 
просто сантиметрах кубических (см3). В квадратных скобках указывается размерность величин, входящих в формулу:

v =
=
см
об
см

3
3.

Еще одним очень важным скоростным параметром гидросистемы 
является расход рабочей жидкости.
Расход Q  (quantity — количество) — это количество рабочей жидкости, выработанное насосом за единицу времени. Расход является 
конкретной величиной потока рабочей жидкости:

 
Расход = Рабочий объем × Частота вращения вала.

Расход насоса определяется умножением величины его рабочего 
объема на частоту вращения вала и делением на 1000 (так как 1 см3 = 
= 1/1000 л = 1/1000 дм3). В этом случае мы получим расход в размерности литр в минуту или, более правильно, дециметр кубический 
в минуту:

 
Q
v n
=
⋅
= (
)⋅(
)
=
=













1000
1000

3
3
см
об
об мин
л
мин
дм
мин

/
/
,

где Q  — расход рабочей жидкости; v  — рабочий объем насоса; n  — 
частота вращения вала насоса.
Однако это теоретическое значение. В действительности величина расхода будет несколько меньше. Причина этого — присутствие 
внутренних утечек: небольшая часть рабочей жидкости под действием давления из нагнетающей полости насоса перетекает в дренажную.Внутренние утечки неизбежны из-за наличия зазоров между 
движущимися элементами качающего узла насоса.
С одной стороны, они играют положительную роль, осуществляя 
смазку трущихся деталей и отводя тепло от них, но чрезмерные 
утечки негативно влияют на общую работу гидросистемы, снижая ее 
эффективность. Схема измерения реального расхода насоса представлена на рис. 1.2.1.
Давление р (pressure) — это 
сила F (force), действующая на 
эффективную площадь S (square). 
Символ давления обозначается 
строчной буквой р, чтобы не путать его с мощностью P (power).

p
F
S
=
=
Сила
Площадь
.
Рис. 1.2.1. Схема измерения  
расхода насоса 

Давление создается в результате действия на исполнительный гидромеханизм внешней нагрузки. Насос нагнетает рабочую жидкость 
в гидросистему, преодолевая возникшее давление (сопротивление). 
Если на гидродвигатель не будет действовать внешняя нагрузка, то 
и давление в гидросистеме не будет создаваться. Это положение иллюстрируется на рис. 1.2.2 и 1.2.3.

Рис. 1.2.2. Без нагрузки насос не развивает давления

Рис. 1.2.3. Насос развивает давление в зависимости от величины нагрузки

Давление измеряется в мегапаскалях, килограммах сил, действующих на квадратный сантиметр, или в барах, что допускает 
Международная система измерений СИ.

Примечание. Русское обозначение — бар, международное — bar (от 
греч. βάρος — тяжесть).

 
p =
=
=
≈
=
≈
1
1
9 8
10
9 8
10
2
2
МПа
МРа
кгс

см

кгс

см
бар
бар
,
,
.

Однако более правильная международная единица измерения 
давления — мегапаскаль (МПа). В международной практике эта единица обозначается MPa.

 
1 МПа = 1000000 Па (паскаль), 1
1
2
2
Па
Н

м

н
тон

метр
=
=
.
ью

Мощность Р (power), N — это физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа. Мощность показывает, какая работа совершается 
за единицу времени. Например, если один человек перенес груз 
весом 20 кг на расстояние 10 м за 10 с, а второй сделал это за 5 с, то 
второй человек развил мощность в два раза большую, хотя оба выполнили одинаковую работу.
В общем случае мощность — это скорость изменения, преобразования, передачи или потребления энергии какой-либо системой. 
Мощность обычно обозначается прописной буквой Р, однако в объемном гидроприводе вместо нее часто используется условный 
символ N с тем, чтобы не спутать с давлением, которое обозначается 
строчной буквой p.

 
N
A
t
W
=
=
=
=
=
=
=
работа
время
Джоул
секунда
Дж
с
Ватт
Вт
ь
.

Гидравлическая мощность определяется выражением

 
N
Q p
=
⋅
=

 ×[
]

=[
]
60
60

3
дм
мин
МПа
кВт
/
.

В Международной системе (СИ) единица мощности называется 
ватт (Вт, W). В объемном гидроприводе часто используется его 
кратная производная — киловатт (кВт, kW), 1 кВт = 1000 Вт.
В ранее применявшихся системах измерений размерность мощности в ваттах определялась эквивалентно кг ⋅ м2/с2 (килограмм 
массы на метр в квадрате делить на секунду в квадрате), т.е.:

 
Вт
кг м

с

=
⋅
.

2

2

Один ватт равен мощности силы, совершающей работу в один 
джоуль за одну секунду, или когда груз массой 100 г поднимают на 
высоту 1 м за 1 секунду.

Примечание. Шотландский изобретатель и ученый Джеймс Уатт (James 
Watt, 1736–1819) усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, построив универсальный паровой двигатель двойного действия. Именно 
с этой паровой машины началась промышленная революция сначала 
в Англии, а затем в континентальной Европе и во всем мире.
Сам Дж. Уатт пользовался другой единицей мощности — лошадиной 
силой (л.с.), которую он ввел с целью возможности сравнения работоспособности паровой машины и лошади: 1 л.с. = 735 Вт.
Считается, что в среднем мощность человека при спокойной ходьбе 
равна приблизительно 0,1 л.с., т.е. 70–90 Вт. При беге, прыжках человек 
может развивать во много раз большую мощность.