Гидропневмопривод. Теория и практика

 
ȅȅǸșȇȗȞȏȑ
ǧǩDZȇȗșȢȊȏȔ
 
 
 
 
 
ǪǯǫǷǵǶǴǬǩdzǵǶǷǯǩǵǫ 
 
ǹǬǵǷǯȆ 
ǯǶǷǧDZǹǯDZǧ 
 
 
ǺȞȌȈȔȕȌȖȕȘȕȈȏȌ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
dzȕȘȑȉȇǩȕȒȕȊȋȇ
ªǯȔțȗȇ-ǯȔȍȌȔȌȗȏȦ«
2022


УДК 62-82 
ББК 34.447 
 
С77 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
доктор технических наук, профессор,  
профессор кафедры эксплуатации судовых механических установок  
ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф. Ф. Ушакова»  
Туркин Владимир Антонович; 
доктор технических наук, доцент кафедры технических дисциплин  
ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет  
им. В. Г. Шухова» (Новороссийский филиал)  
Ермоленко Георгий Юрьевич 
 
 
 
Старчик, Ю. Ю. 
С77  
Гидропневмопривод. Теория и практика : учебное пособие / Ю. Ю. Старчик, 
А. В. Картыгин. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. – 196 с. : ил., табл. 
 
 
ISBN 978-5-9729-1020-5 
 
Дана общая характеристика гидропривода. Рассмотрены источники гидравлической 
энергии объемных гидроприводов. Приведена классификация гидроаппаратуры. Изложены особенности пневматического привода, его достоинства и недостатки. 
Для студентов технических вузов, в т. ч. обучающихся по специальностям 
15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов», 23.05.01 «Наземные 
транспортно-технологические средства» и направлений подготовки 23.03.02 «Наземные 
транспортно-технологические комплексы», 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». 
Может быть полезно мастерам и механикам предприятий, занимающихся эксплуатацией 
и ремонтом механического оборудования с гидравлическим приводом. 
 
УДК 62-82 
ББК 34.447 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1020-5 
© Старчик Ю. Ю., Картыгин А. В., 2022 
‹ Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 

 
 
 
ǵǪDzǧǩDzǬǴǯǬ 
 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................... 6 
 
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОПРИВОДА .............................................. 7 
1.1. Структурная схема гидропривода. Преимущества и недостатки 
................. 7 
 
2. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ГИДРОПРИВОДОВ .................................................... 11 
2.1. Назначение ....................................................................................................... 11 
2.2. Требования к рабочим жидкостям 
................................................................. 11 
2.3. Применяемые жидкости ................................................................................. 12 
2.4. Основные физические свойства и показатели рабочих жидкостей ........... 13 
2.5. Восстановление свойств ................................................................................. 22 
2.6. Маркировка рабочих жидкостей 
.................................................................... 23 
2.7. Выбор рабочих жидкостей ............................................................................. 24 
 
3. ИСТОЧНИКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОБЪЕМНЫХ  
ГИДРОПРИВОДОВ 
.................................................................................................... 26 
3.1. Величины, характеризующие рабочий процесс объемных насосов .......... 26 
3.2. Общие и отличительные свойства объемных насосов ................................ 27 
3.3. Графики подач и скоростей поршневого насоса .......................................... 29 
3.4. Индикаторная диаграмма поршневого насоса ............................................. 31 
3.5. Высота всасывания поршневого насоса 
........................................................ 32 
3.6. Возвратно-поступательные насосы ............................................................... 33 
3.7. Особенности конструкций роторных насосов 
.............................................. 36 
3.8. Аксиально-поршневые насосы 
....................................................................... 36 
3.9. Радиально-поршневые насосы ....................................................................... 40 
3.10. Пластинчатые (шиберные, лопастные) насосы .......................................... 43 
3.11. Шестеренные насосы .................................................................................... 45 
3.12. Винтовые насосы ........................................................................................... 49 
 
4. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ....... 51 
4.1. Определение и классификация....................................................................... 51 
4.2. Гидроцилиндры ............................................................................................... 51 
4.3. Поворотные гидродвигатели .......................................................................... 55 
4.4. Гидромоторы 
.................................................................................................... 56 
 
5. КОНДИЦИОНЕРЫ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ 
................................................... 60 
5.1. Общие сведения 
............................................................................................... 60 
5.2. Фильтры 
............................................................................................................ 61 
5.3. Сепараторы 
....................................................................................................... 64 
5.4. Теплообменники .............................................................................................. 67 
5.5. Воздухоотделители ......................................................................................... 68 
3

6. ГИДРОЕМКОСТИ .................................................................................................. 70 
6.1. Гидробаки 
......................................................................................................... 70 
6.2. Гидроаккумуляторы ........................................................................................ 73 
 
7. ГИДРОЛИНИИ И СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА ..................................... 77 
7.1. Общие сведения 
............................................................................................... 77 
7.2. Жесткие трубопроводы 
................................................................................... 77 
7.3. Гибкие трубопроводы ..................................................................................... 82 
 
8. ГИДРОАППАРАТУРА .......................................................................................... 87 
8.1. Общие сведения. Классификация .................................................................. 87 
8.2. Золотники ......................................................................................................... 88 
8.2.1. Золотники с прямолинейным движением плунжера 
.......................... 88 
8.2.2. Золотники с поворотным движением плунжера 
................................. 90 
8.2.3. Золотники с плоским распределительным элементом 
....................... 91 
8.3. Клапаны ............................................................................................................ 92 
8.3.1. Общие сведения ..................................................................................... 92 
8.3.2. Конструктивные типы клапанов .......................................................... 92 
8.3.3. Обратные (невозвратные) клапаны ...................................................... 98 
8.3.4. Предохранительные клапаны ............................................................. 100 
8.3.5. Переливные клапаны ........................................................................... 101 
8.3.6. Гидрозамки ........................................................................................... 102 
8.3.7. Редукционные клапаны ....................................................................... 104 
8.3.8. Клапаны последовательного включения и отключения .................. 106 
8.4. Гидродроссели ............................................................................................... 107 
8.4.1. Гидродроссели, построенные по принципу использования  
сопротивления трения ......................................................................... 107 
8.4.2. Гидродроссели, построенные по принципу использования  
местных сопротивлений ...................................................................... 108 
8.5. Гидрораспределители 
.................................................................................... 111 
8.5.1. Общие сведения ................................................................................... 111 
8.5.2. Золотниковые распределители ........................................................... 114 
8.5.3. Крановые гидрораспределители 
......................................................... 120 
8.5.4. Клапанные гидрораспределители ...................................................... 120 
8.5.5. Устройство со струйной трубкой ....................................................... 122 
8.5.6. Устройства типа сопло-заслонка 
........................................................ 123 
8.6. Гидравлический преобразователь давления  
(мультипликатор давления) .......................................................................... 125 
8.7. Гидравлическое реле выдержки времени ................................................... 126 
8.8. Реле давления 
................................................................................................. 127 
8.9. Другие регулирующие гидравлические аппараты и устройства .............. 128 
8.10. Логические элементы систем управления ................................................ 129 
 
9. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ...................................................... 133 
9.1. Рычажные механизмы управления .............................................................. 133 
4

9.1.1. Механизм управления основного типа с центральной  
рукояткой .............................................................................................. 133 
9.1.2. Механизм управления с одной или двумя боковыми  
рукоятками 
............................................................................................ 134 
9.1.3. Механизм управления с двумя независимыми педалями 
................ 136 
9.2. Блоки питания гидравлического управления ............................................. 136 
9.3. Уплотнительные устройства ........................................................................ 137 
 
10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 
................................................................... 143 
10.1. Пневматический привод ............................................................................. 143 
10.2. Особенности пневматического привода, достоинства и недостатки ..... 144 
10.3. Основные закономерности расчета пневмосистем .................................. 148 
10.4. Подготовка сжатого воздуха ...................................................................... 152 
10.5. Исполнительные пневматические устройства 
.......................................... 156 
 
11. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ГИДРОСИСТЕМ ............................................................ 161 
11.1. Гидросистемы с регулируемым насосом и дросселем ............................ 162 
11.2. Гидросистемы с двухступенчатым усилением 
......................................... 164 
11.3. Гидросистемы непрерывного (колебательного) движения 
..................... 165 
11.4. Электрогидравлические системы с регулируемым насосом .................. 166 
11.5. Гидросистемы с двумя спаренными насосами ......................................... 167 
11.6. Питание одним насосом двух и более гидродвигателей ......................... 168 
 
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ................................................... 171 
Задача 1 
.................................................................................................................. 171 
Задача 2 
.................................................................................................................. 172 
Задача 3 
.................................................................................................................. 173 
Задача 4 
.................................................................................................................. 175 
Задача 5 
.................................................................................................................. 178 
Задача 6 
.................................................................................................................. 180 
Задача 7 
.................................................................................................................. 183 
Задача 8 
.................................................................................................................. 186 
Задача 9 
.................................................................................................................. 188 
Задача 10 
................................................................................................................ 189 
Задача 11 
................................................................................................................ 190 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
......................................................................................................... 192 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..................................................................... 194 
 
 
 
5 

 
 
 
ǩǩǬǫǬǴǯǬ 
 
Гидравлическим приводом называют совокупность машин и гидроаппаратуры, служащих для передачи посредством жидкости механической энергии на расстояние по трубам с одновременным преобразованием одного 
вида движения в другой, осуществлением процесса реверсирования и выполнением функций систем регулирования.  
Из этого определения следует, что гидравлические приводы – это весьма 
сложные комплексы гидравлических машин и аппаратуры. 
По энергетическому признаку гидравлические приводы подразделяются 
на объемные и гидродинамические. 
Принцип действия объемных гидроприводов основан на законе Паскаля. 
Передача энергии в них осуществляется за счет потенциальной энергии давления при относительно малом значении кинетической энергии. 
Вся совокупность машин и гидроаппаратов, входящих в состав объемного гидропривода, может быть условно разделена на две группы: основное 
гидрооборудование и вспомогательное. 
Один из вариантов разделения может быть таким. 
К основному гидрооборудованию относятся: источники гидравлической 
энергии (насосы), исполнительные двигатели (гидроцилиндры, поворотные 
гидродвигатели, гидромоторы), кондиционеры рабочих жидкостей, гидроемкости, гидролинии, гидроаппаратура. Рабочие жидкости в гидроприводах 
также рассматриваются как конструктивные элементы. 
К вспомогательному гидрооборудованию относятся: устройства, предназначенные для подпитки системы рабочей жидкостью; приборы и устройства 
для измерения параметров рабочего процесса гидропривода; гасители гидравлических ударов; различного назначения ограничители; другие устройства и элементы, выполняющие вспомогательные функции. 
Современные системы гидроприводов подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин весьма разнообразны по назначению, конструктивному исполнению, мощности, быстродействию и другим показателям. 
В то же время, входящие в состав систем элементы в большинстве случаев 
унифицированы, что позволяет изучать их устройство и принцип действия 
в обобщенном виде на характерных примерах.  
 
 
 
6

1. ǵǨȀǧȆǼǧǷǧDZǹǬǷǯǸǹǯDZǧǪǯǫǷǵǶǷǯǩǵǫǧ
1.1. ǸșȗȚȑșȚȗȔȇȦȘȜȌȓȇ ȊȏȋȗȕȖȗȏȉȕȋȇ
ǶȗȌȏȓȚȠȌȘșȉȇȏȔȌȋȕȘșȇșȑȏ
Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных 
для приведения в движение исполнительных органов механизмов и машин 
посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена (гидродвигателя). 
Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости. 
Основные элементы объемного гидропривода представлены на рис. 1.1. 
Насос
Гидропередача
Гидродвигатель
Вспомогательное оборудование
Рис. 1.1. Схема объемного гидропривода
Насос преобразует механическую энергию приводящего двигателя в 
энергию потока рабочей жидкости (гидравлическую энергию), гидродвигатель преобразует гидравлическую энергию в механическую возвратнопоступательного действия (гидроцилиндры) или вращательного (гидромоторы).
Гидропередача предназначена для доставки потока рабочей жидкости 
к гидродвигателю. В состав гидропередачи входят гидролинии и устройства 
управления.
Гидролинии (трубы, рукава высокого давления, каналы и соединения) 
предназначены для прохождения рабочей жидкости по ним в процессе работы объемного гидропривода. В зависимости от своего назначения гидролинии, входящие в общую гидросистему, подразделяются на всасывающие, 
напорные, сливные, дренажные и гидролинии управления. 
7

Устройства управления предназначены для управления потоком или 
другими устройствами гидропривода. При этом под управлением потоком 
понимается изменение или поддержание на определенном уровне давления 
и расхода в гидросистеме, а также изменение направления движения потока 
рабочей жидкости.  
К устройствам управления относятся:  
x гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей, реверсирования 
движения их выходных звеньев и т. д.; 
x регуляторы давления (предохранительный, редукционный, переливной и другие клапаны), предназначенные для регулирования 
давления рабочей жидкости в гидросистеме; 
x регуляторы расхода (делители и сумматоры потоков, дроссели и 
регуляторы потока, направляющие клапаны), с помощью которых 
управляют потоком рабочей жидкости; 
x гидравлические усилители, необходимые для управления работой 
насосов, гидродвигателей или других устройств управления посредством рабочей жидкости с одновременным усилением мощности сигнала управления. 
В состав некоторых объемных гидропередач входит гидроаккумулятор 
(гидроемкости, предназначенные для аккумулирования энергии рабочей 
жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего ее использования для приведения в работу гидродвигателя). Кроме того, в состав гидропередач могут входить также гидропреобразователи – объемные гидромашины для преобразования энергии потока рабочей жидкости с одними значениями давления P и расхода Q в энергию другого потока с другими значениями P и Q.  
Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех элементов гидропривода. К ним относятся: кондиционеры рабочей жидкости 
(фильтры, теплообменные аппараты и др.); уплотнители, обеспечивающие 
герметизацию гидросистемы; гидравлические реле давления; гидроемкости 
(гидробаки и гидроаккумуляторы рабочей жидкости) и др.  
Состав вспомогательных устройств устанавливают исходя из назначения гидропривода и условий, в которых он эксплуатируется.  
Широкое распространение гидропривода объясняется тем, что этот 
привод обладает рядом преимуществ перед другими видами приводов машин. Вот основные из них.  
1. Бесступенчатое регулирование скорости движения выходного звена 
гидропередачи и обеспечение малых устойчивых скоростей. Минимальная угловая скорость вращения вала гидромотора может составлять 2…3 об/мин.  
8

2. Небольшие габариты и масса. Время разгона, благодаря меньшему 
моменту инерции вращающихся частей не превышает долей секунды в отличие от электродвигателей, у которых время разгона 
может составлять несколько секунд.  
3. Частое реверсирование движения выходного звена гидропередачи. 
Например, частота реверсирования вала гидромотора может быть 
доведена до 500, а штока поршня гидроцилиндра даже до 1000 реверсов в минуту. В этом отношении гидропривод уступает лишь 
пневматическим инструментам, у которых число реверсов может 
достигать 1500 в минуту.  
4. Большое быстродействие и наибольшая механическая и скоростная жесткость. Механическая жесткость – величина относительного позиционного изменения положения выходного звена под 
воздействием изменяющейся внешней нагрузки. Скоростная жесткость – относительное изменение скорости выходного звена при 
изменении приложенной к нему нагрузки.  
5. Автоматическая защита гидросистем от вредного воздействия перегрузок благодаря наличию предохранительных клапанов.  
6. Хорошие условия смазки трущихся деталей и элементов гидроаппаратов, что обеспечивает их надежность и долговечность. Так, 
например, при правильной эксплуатации насосов и гидромоторов 
срок их службы доведен в настоящее время до 5…10 тыс. ч работы 
под нагрузкой. Гидроаппаратура может не ремонтироваться в течение долгого времени (до 10…15 лет).  
7. Простота преобразования вращательного движения в возвратнопоступательное и возвратно-поворотные без применения какихлибо механических передач, подверженных износу.  
Говоря о преимуществах гидропривода, следует отметить простоту автоматизации работы гидрофицированных механизмов, возможность автоматического изменения их режимов работы по заданной программе.  
Гидроприводу присущи и недостатки, которые ограничивают его применение. Основные из них следующие.  
1. Изменение вязкости применяемых жидкостей от температуры, что 
приводит к изменению рабочих характеристик гидропривода и создает дополнительные трудности при эксплуатации гидроприводов 
(особенно при отрицательных температурах).  
2. Утечки жидкости из гидросистем, которые снижают КПД привода, 
вызывают неравномерность движения выходногозвена гидропередачи, затрудняют достижение устойчивой скорости движения рабочего органа при малых скоростях.  
3. Необходимость изготовления многих элементов гидропривода по 
высокому классу точности для достижения малых зазоров между 
9

подвижными и неподвижными деталями, что усложняет конструкцию и повышает стоимость их изготовления.  
4. Взрыво- и огнеопасность применяемых минеральных рабочих 
жидкостей.  
5. Невозможность передачи энергии на большие расстояния из-за 
больших потерь на преодоление гидравлических сопротивлений и 
резкое снижение при этом КПД гидросистемы.  
Со многими из этих недостатков можно бороться. Например, стабильность вязкости при изменении температуры достигается применением синтетических рабочих жидкостей. Окончательный выбор типа привода устанавливается при проектировании машин по результатам технико-экономических расчетов с учетом условий работы этих машин. Гидропривод, тем не 
менее, имеет преимущества по сравнению с другими типами приводов там, 
где требуется создание значительной мощности, быстродействие, позиционная точность исполнительных механизмов, компактность, малая масса, 
высокая надежность работы и разветвленность привода. 
 
 
 
DZȕȔșȗȕȒȣȔȢȌȉȕȖȗȕȘȢ 
1. Перечислите основные элементы объемного гидропривода. 
2. Дайте развернутую характеристику основных элементов объемного гидропривода. 
3. Преимущества гидропривода. 
4. Недостатки гидропривода. 
 
 
10