Гидромеханические системы стационарных и мобильных технологических машин

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ 
СИСТЕМЫ 
СТАЦИОНАРНЫХ И МОБИЛЬНЫХ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Рекомендовано 
Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению подготовки 15.03.00 «Машиностроение» 
(квалификация (степень) «бакалавр»)
(протокол № 5 от 11.03.2019)
Москва
ИНФРА-М
2023

УДК 62-82(075.8)
ББК 31.56я73
 
Г46
А в т о р с к и й  к о л л е к т и в:
Сидоренко В.С., доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 
«Г
идравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного технического университета;
Полешкин М.С., кандидат технических наук, доцент кафедры «Г
идравлика, 
гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного 
технического университета;
Антоненко В.И., кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Г
идравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного технического университета;
Грищенко В.И., кандидат технических наук, доцент кафедры «Г
идравлика, 
гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного 
технического университета;
Дымочкин Д.Д., кандидат технических наук, доцент кафедры «Г
идравлика, 
гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного 
технического университета;
Килина М.С., кандидат технических наук, доцент кафедры «Г
идравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного технического университета
Р е ц е н з е н т:
Тумаков А.А., кандидат технических наук, доцент, доцент Донского государственного технического университета
 
Г46 
 
Гидромеханические системы стационарных и мобильных технологических машин : учебное пособие / В.С. Сидоренко, М.С. Полешкин, 
В.И. Антоненко [и др.]. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 281 с. — 
(Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/textbook_5caa
ef22362082.95120074.
ISBN 978-5-16-014879-3 (print)
ISBN 978-5-16-107378-0 (online)
В учебном пособии рассматриваются основы построения гидромеханических систем, состав их компонентов, функциональное описание, элементная база, методики 
расчета основных параметров и определение характеристик элементов гидросистем.
Изучение схемотехнических решений технологического оборудования требует 
знаний принципов действия отдельных элементов гидропривода: источников питания, гидродвигателей, регулирующей, направляющей и управляющей аппаратуры, 
вспомогательных устройств. Представленное гидрофицированное мобильное и стационарное технологическое оборудование позволяет на примере реально существующих объектов закрепить знания по синтезу и анализу гидромеханических систем.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Для студентов и преподавателей, а также всех интересующихся вопросами гидротехники.
УДК 62-82(075.8)
ББК 31.56я73
ISBN 978-5-16-014879-3 (print)
ISBN 978-5-16-107378-0 (online)
© Коллектив авторов, 2019

ОГ
ЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..........................................................................................................5
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОПРИВОДА 
.................................8
1.1. Основы теории и функционирования гидропривода ..............................14
1.2. Принципы построения общей структуры гидропривода ........................20
2. МАТЕМАТИЧЕКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕМНОГО 
ГИДРОПРИВОДА ............................................................................................36
2.1. Анализ обобщенной математической модели гидропривода 
.................36
2.2. Решение задачи оптимального управления исполнительными 
движениями гидропривода ................................................................................40
2.3. Общая структура объемного гидропривода мобильных 
и технологических машин .................................................................................46
3. ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА ОБЪЕМНОГО 
ГИДРОПРИВОДА ............................................................................................50
3.1. Объемные гидравлические машины (ОГМ) .............................................50
3.1.1. Шестеренные гидромашины ..............................................................54
3.1.2. Героторные гидромашины 
..................................................................59
3.1.3. Пластинчатые гидромашины 
..............................................................64
3.1.4. Радиально-поршневые гидромашины ...............................................71
3.1.5. Аксиально-поршневые гидромашины 
...............................................80
3.1.6. Гидроцилиндры 
....................................................................................91
3.2. Устройства для регулирования силовых и кинематических 
характеристик гидропривода 
.............................................................................99
3.2.1. Клапаны давления 
...............................................................................99
3.2.2. Дроссели.............................................................................................108
3.2.3. Регуляторы расхода ..........................................................................114
3.2.4. Делители и сумматоры потока ........................................................118
3.3. Устройства гидроавтоматики объемного гидропривода 
.......................124
3.4. Устройства управления направлением движения исполнительных 
механизмов ........................................................................................................128
3.4.1. Клапаны обратные, гидрозамки 
.......................................................128
3.4.2. Гидрораспределители золотникового типа.....................................131
3.4.3. Устройства незолотникового типа...................................................142
3.4.4. Устройства пропорционального регулирования 
............................150
3

3.5. Вспомогательные элементы гидропривода ............................................161
3.5.1. Гидроаппаратура очистки рабочей жидкости ................................161
3.5.2. Теплообменные аппараты 
.................................................................169
3.5.3. Гидроаккумуляторы ..........................................................................176
3.6. Рабочие жидкости 
......................................................................................184
3.7. Трубопроводы и рукава высокого давления ..........................................191
3.8. Уплотнительные устройства ....................................................................198
4. ГИДРОПРИВОДЫ СТАЦИОНАРНЫХ И МОБИЛЬНЫХ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ..............................................................211
4.1. Цикловой гидропривод машин ................................................................215
4.2. Следящий гидропривод ............................................................................223
4.3. Гидростатический привод-трансмиссия .................................................230
4.3.1. Устройство, функционирование и применение ГСТ 
....................230
4.3.2. Общая методика выбора и расчета параметров ГСТ....................237
5. ПРИМЕРЫ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МАШИН ..........247
5.1. Пакетировочный пресс..............................................................................247
5.2. Промышленный робот ..............................................................................251
5.3. Картофелеуборочный комбайн ................................................................256
5.4. Трактор .......................................................................................................263
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ..................................274
4

ВВЕДЕНИЕ
Тенденции развития отечественного машиностроения, оснащение 
народногохозяйства высокопроизводительной техникой требуют глубокого 
изучения 
конструкции,основных 
узлов 
и 
систем 
технологического 
оборудования, овладения навыками быстрогои качественного анализа 
кинематики 
современных 
станков, 
реализуемой 
механизмами 
с 
электрическими, 
механическими, 
гидравлическими 
силовыми 
и 
управляющими связями.
Гидропневмоприводы и средства гидропневмоавтоматики широко 
применяются 
втехнологическом 
оборудовании 
и 
современном 
автоматизированном производстве. Обладая такими преимуществами, как 
простота 
способа 
передачи 
энергии,хорошие 
компоновочные 
и 
массогабаритные 
характеристики, 
высокая 
энергоемкость,высокие 
динамические качества, надежность, безступенчатое регулиование, они 
позволяютпростыми средствами решать задачи комплексной автоматизации, 
охватывающейоборудование, процессы, оснастку, транспортирующие и
технологические машины и оборудование.
Постоянное обновление парка гидрофицированных и технологических 
машин, 
изучаемых 
студентами 
машиностроительных 
специальностей, 
вызываетнеобходимость изучения материала, включающего в себя оснонвы 
построения 
гидромеханичсеких 
систем, 
состав 
их 
компонентов 
и 
функциональное описание, элементную базу,методики расчета основных 
параметров и определение характеристик элементов гидро- ипневмосистем. 
Изучения 
и 
анализ 
схемотехнических 
решений 
технологического 
оборудованиятребует знаний ознакомиться принципом действия отдельных 
элементов 
гидропривода: 
источников 
питания, 
гидродвигателей, 
5
ϰ 
 

регулирующей, 
направляющей 
и 
управляющей 
аппаратуры,
вспомогательных устройств.
Важно выделить и осмыслить основные 
принципы 
построения 
элементовгидропривода, 
их 
функциональное 
назначение, 
символику 
условных 
изображений,правила 
построения 
принципиальных схем, на что и направлено данное учебное пособие.
Представленное гидрофицированного
мобильное и стационарное 
технологическое оборудование, приведены в отдельном разделе пособия, и 
позволяют на примере реально существующих объектов рассмотреть 
особености постороения функционирования гидромеханических систем 
машин. Необходимость постоянного развития практических всех отраслей 
производствасвязанна с повышением производительности и качества 
технологических и транспортных процессов[14] . 
В этих условиях, создание современной мобильной и стационарной 
техники должны отвечать общим тенденциям развития технологических, 
транспортных и информационных машин, обслуживающих многочисленные 
направления
развития 
общественного 
производства, 
основные 
из 
которых[70]: 
x
интенсификация рабочих процессов машин сопровождающихся 
повышением: 
скоростей, 
сил, 
мощности 
исполнительных 
механизмов;
x
«глубокая» автоматизация рабочих и технологических процессов 
мобильных и стационарных машин;
x
модульное построение агрегатов и механизмов машин;
x
безопасность
и 
экологичность
предлагаемых 
проектов, 
мониторинг параметров состояния систем приводов;
x
интеграция нескольких операций в одном исполнительном 
комплексе;
x
минимизация массогабаритных характеристик энергосиловых 
установок систем приводов повышающая эргономичность;
6
ϱ 
 

x
развитие принципов унификации, стандартизации элементной 
базы систем приводов упрощающих их сопровождение в процессе 
эксплуатации (ремонт, замена, сервисное обслуживание).
Вышеназванные тенденции характерны как для технологических 
стационарных, так и мобильных машин, т.к. первые воздействуют на 
материал для изменения его свойств, состояния или формы, а вторые 
изменяют его пространственное расположение. Данные задачи решают 
двигательные и передаточныемеханизмы, устройства управления, контроля, 
блокировки, безопасности и др.
Перспективных направлением развитиятаких машин в последнее время 
является создание комплексов стационарного и мобильноготехнологического
оборудования, осуществляющего полный цикл производственных операций, 
результатом которых является готовый продукт [41]. 
7
ϲ 
 

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОПРИВОДА
Гидравлический 
привод 
представляет 
совокупность 
технических 
устройств, связанных между собой посредством рабочей жидкости и 
осуществляющих 
управление 
преобразованием 
энергии 
потока 
в 
механическую энергию поступательного, вращательного или возвратнопоступательного исполнительного движения механизма или машины [22]. 
В 
зависимости 
от 
вида 
гидропередачи, 
т. 
е. 
устройства, 
транспортирующего 
и 
преобразующего 
энергию, 
различают 
гидростатический (объёмный)и гидродинамический(лопастной) привод.
Объёмный привод позволяет с высокой точностью поддерживать или 
изменять скорость машины при произвольном нагружении, осуществлять 
слежение ² точно воспроизводить заданные режимы вращательного или 
возвратно-поступательного движения, усиливая одновременно управляющее 
воздействие. Наиболее широко объёмный  гидропривод применяется в 
металлообрабатывающем 
оборудовании, 
в 
системах 
управления
летательными аппаратами, судами, тяжёлыми автомобилями, дляпривода 
механизмов мобильных машин, транспортных установок, погрузчиков.
Применение
гидродинамического 
привода
в 
мобильных 
технологических машинах сравнительно редко. 
В приводах этого вида 
частота вращения ведущего вала автоматически меняется с изменением 
нагрузки, что делает их особо пригодными для транспортных установок.
Гидродинамические передачи (гидротрансформаторы) применены, например, 
в трансмиссиях гусеничных тракторов (ДТ-175С, «Волгарь»): автоматически 
работая в режиме постоянной мощности и обладая высокими защитными 
свойствами, они существенно повышают производительность, долговечность 
и надёжность тракторов [51]. 
Обобщенная траектория типового исполнительного движения объекта 
управленияобъёмного гидропривода представлена на рис.1.1. 
8
ϳ 
 

Рис.1.1 Траектория движения типового цикла линейного ГП: xп0  - начальная 
координата; xп1 ,xijп2, xп2- координаты переключения системы управления; “ǻx
- диапазон выбега ВЗ; xп – координата точки позиционирования
В качестве примера, рассмотрим представленный на рис.1.1 типовой 
цикл линейного гидроприводас трапецеидальной траекторией движения:
1. А. Исходное положение с фиксацией выходного звена, скорость и 
перемещение v0=0, xп=0 - структура привода с перекрытым сливом.
2. А-B. участок разгона ВЗ до заданной линейнойскорости vmax и выход 
на рабочий режим с максимальным   - переход к структуре привода c 
минимальным сопротивлением сливной гидролинии;
3. B-С. Рабочий ход ВЗ с заданной скоростью vmax  - структура привода c 
минимальным сопротивлением сливной и напорной гидролиний (передача 
насос-мотор);
4. C-D. Замедление движения до Ȧmin1 системой грубого отсчета ВЗ до 
заданной координаты - трансформация привода в структуру с перекрытием 
сливной магистрали;
5. D-Е. Замедление движения до скорости vmin2
с программной 
корректировкой системы точного отсчета “ǻx - диапазона выбега ВЗ;
9
ϴ 
 

6. E. Останов выходного звена (v0=0) ГП в точке позиционирования -
полным перекрытием сливной магистрали ГМ с фиксацией ВЗ в заданной 
координате xп . 
Таблица 1.1 Параметры и устройства управления гидроприводом СХМ
Функция 
Тип движения ИМ
Параметр 
Устройство 
№ 
пп
управления
Линейный
Ротационный
регулирования
1
Перемещение
L
ij
w
Порционеры,
датчики 
перемещения
2
Положение
¨L
¨ij
¨w
Датчики 
положения
3
Скорость
V
Ȧ
Q
Регулируемые 
ОГМ, дроссели
4
Обобщенная сила 
(момент)
F
M
¨p=p1-p2
Клапаны, 
мультипликатор
ы
x
x
0
5
Направление
ĺ   ĸ
ࣥ
+ Q ; - Q 
Распределители, 
дифференциальные ГЦ
6
Останов 
(позиционирование)
7
Организация 
рабочего цикла
Системы 
управления 
п.п.1-6 
Анализ траектории движения позволяет выделить основные функции 
управления организующие их параметры и технические устройства 
представленные в табл.1.1. 
Качество управления каждой функцией определяется достигаемой 
точностью 
изменения 
или 
поддержанием 
на 
заданном 
уровне 
гидравлических характеристик потока рабочей жидкости. Они реализуются 
внутренними характеристиками соответствующих технических устройств.
Успешно 
решая 
задачи 
организации 
силовых 
исполнительных 
движений, гидравлические устройства и системы выполняют так же функции 
управления технологическими и рабочими процессами, логически
и 
вычислительные операции в системах управления.
На их основе создают системы автоматического управления (САУ), 
регулирования 
(САР), 
контроля 
(САК). 
Исследованиями[49,50] 
10
ϵ