Об установке гидропривода

Гидропривод - достаточно редко использующийся на маломерных судах тип трансмиссии. Как водится специализированных гидроприводов для маломерных судов у нас не выпускается, да и за рубежом такая передача не получила широкого распрстранения. В основном используются гидромоторы от серийных подъемных кранов, других дорожных машин и авиационной техники.  Для крупных  водоизмещающих катеров, рассчитанных на невысокие скорости (до10-15км/час) такой тип трансмиссии имеет свои преимущества, обеспечивая определенное передаточное число и реверсирование. Принцим работы гидропривода несложен. Усилие с двигателя передается на гидронасос, создающий высокое (несколько сот атмосфер) давление, которое по магистрали передается на гидромотор и приводит во вращение гребной вал. Однако то, что просто снаружи, не всегда просто изнутри.

СХЕМА ГРЕБНОГО ГИДРОПРИВОДА

1. Маслобак -должен обеспечивать минимальную высоту столба масла 0,5м. По авиационным нормам минимальный запас масла - 1мин работы агрегата. При рабочем объеме гидронасоса 54,8куб.см и частоте вращения его вала 1500об/мин, получаем 82000куб.см, т.е. 82л. Это аварийный запас. В станкостроении норма 10мин. По опыту, при объеме менее 100л, сложно обеспечить отсутствие аэрации масла и нормальное охлаждение.  У меня объем бака был 125л. В маслобак устанавливается противопенный поплавок - кусок пенопласта, оклеенного стеклотканью на эпоксидной смоле или сварной, устраняет аэрацию масла от сливной струи, уменьшает окисление. Должен свободно плавать на поверхности и не заклинивать на качке и при перепаде уровня масла. Рабочая жидкость - по нормам масло для гидроприводов МГП -10, МГП-12. На практике, все нормально работало на веретенном, турбинном и трансформаторном маслах (по большой нужде). Главное - отсутствие следов воды и песка.

2. Запорный клапан - только шаровый или пробковый, ни в коем случае не водопроводный вентиль! Должен обеспечивать минимальные гидравлические потери и не зауживать сечение подводящей магистрали.

3. Двигатель - в моем случае 4Ч8,5/11. Необходимо учитывать паспортное ограничение оборотов гидронасоса (для каждой конкретной модели) - в моем случае - 1500об/мин.

4.Гидронасос - аксиально-поршневойтипа 210.20 или 310.20 (отличаются валом - шлицевой или шпоночный). Рабочий объем 54,8куб.см, мощность 20,5 кВт, давление 160атм, максимальные обороты 1500об/мин, номинальные 1420об/мин, производительность 82,2л/мин(максимальная), 78,3л/мин (номинальная). Жестко навешивается на двигатель. На схеме не показана дренажная магистраль - штуцер на корпусе насоса соединяется с баком шлангом (6-10мм). Дренажи гидронасоса и гидромотора объединены (если есть дренаж на золотнике, то и он) и выведены в маслобак одним шлангом (не объединять его со сливной магистралью!).

5. Реверсивный золотник - должен иметь как минимум три положения - прямое, реверс и нейтраль. Нейтралей может быть две - свободный слив (гребной вал проворачивается) и магистрали перекрыты (гребной вал застопорен). Главное условие - диаметр проходного отверстия подводящего штуцера не менее 20мм.

6. Гидромотор - аксиально-поршневой типа 210.25 или 310.25. Рабочий объем 107,4куб.см, мощность 35кВт, давление 160атм, частота вращения 1200об/мин (максимальная), крутящий момент 30кгм. В принципе, может воспринимать упор гребного винта на переднем ходу, по крайней мере, у меня работало. На заднем ходу осевое усилие будет восприниматься разрезным стопорным кольцом в алюминиевом корпусе, что не есть хорошо. Лучше иметь отдельный упорный подшипник. Конструкция гидромашин герметичная, они могут работать в воде, т.е. использоваться в качестве поворотно-откидной колонки (двухмачтовая шхуна "Воля" в Санкт-Петербурге, хозяин Ю.Лунев). Соотношение рабочих объемов гидромотора и гидронасоса дает передаточное отношение установки 1:2.

7. Гребной вал - в данной комплектации был выполнен из стали 12Х18Н9Т диаметром 40мм и длиной 1,5м. На гребной вал был установлен в данной комплектации гребной винт диаметр 650мм, шаг 515мм, четырехлопастной.

8. Водомасляный холодильник - помимо основной функции создает необходимое противодавление на сливе (очень большие, хотя и сложно объяснимые теоретически, грабли). Главное, чтобы проходное сечение было больше 314кв.см - площадь проходного сечения нагнетательного окна гидронасоса (20мм). Подходит стандартный холодильник от 3Д6.

Магистрали высокого давления - рукава высокого давления (160 атм.) с наконечниками на накидных гайках. Главное условие - диаметр проходного отверстия подводящего штуцера не менее 20мм. Не смотреть на обозначение условного прохода!!! Если на рукаве написано ДУ-20, диаметр отверстия в наконечнике 16мм (получается проходное сечение 2кв.см, а это не одно и тоже).

Магистрали низкого давления. Подводящая магистраль (между маслобаком и гидронасосом) - труба, рукав, минимальный рекомендуемый диаметр 36мм (несмотря на то, что входное отверстие насоса 20мм). Крепление на хомутах. Сливная магистраль (между маслобаком и холодильником) - труба или маслостойкий рукав, рекомендуемый из практики диаметр 32мм. Категорически не рекомендую ставить на сливной магистрали какие-либо краны и клапаны. Крепление на хомутах. 
Магистрали охлаждения - определяются патрубками холодильника и необходимой интенсивностью охлаждения.

ВОЗМОЖНЫЕ ГРАБЛИ
(наступать не рекомендуется)

1. Как уже упоминал, нельзя подбирать аппаратуру исходя из указанного условного проходного сечения. Оно характеризует не диаметр прохода, а его площадь, соответственно, при диаметре 20мм - площадь отверстия - 314 кв.мм, а при диаметре 13 мм (у ДУ-20)- 200кв.мм. Как результат, получаем дросселирование потока. Выглядит это так: при повышении оборотов двигателя от холостых до 1100 об/мин, обороты гребного вала растут пропорционально, после этого, от 1100 до 1500 об/мин, обороты гребного вала не растут, а начинается характерное гудение гидравлики. Я нарвался на это использовав реверсивный золотник от крана "Ивановец", там он используется для управления опорами. На нем написано ДУ-20, а резьба приемного штуцера М20х1,5, соответственно, для отверстия под масло остается 13мм.

2. Необходимо создавать небольшое противодавление на сливе, не зажимая при этом проходного сечения. Глюк выражается в том, что дизель работает, масло в баке и насосе есть, а давления в системе нет (при этом гребной вал свободно крутился руками в любом направлении). Как это обосновать теоретически - не знаю, народ с кафедры гидромашин стоял как первоклассники и разводил руками. Сама причина ясна, в масло попал воздух и не желал оттуда выходить. Вылечилось установкой на сливе холодильника с развитой поверхностью теплообмена и множеством узких проходов - глюк исчез и никогда не появлялся (до этого все 3 месяца работало нормально проявилось во время очередной прогулки - заглушил двигатель, высадил гостей, через некоторое время завелся, а хода нет).

3. Магистраль от бака к насосу должна быть по возможности большего диаметра и меньшей длины.

4. Шланги высокого давления только новые - лопнет при давлении 160атм. - мало не будет, борт прорежет запросто, не говоря о человеке.

Павел ЮРЧЕНКО, г.Санкт-Петербург,

Январь, 1999

Заметка, написанная автором на основе 5-летнего опыта эксплуатации собственного катера, показалась нам весьма исчерпывающей. Тем не менее, у каждого уважающего себя "чайника" всегда найдется десяток-другой неразрешенных вопросов. Часть их них мы тут же переправили Павлу Юрченко. Ответы публикуются ниже.

Какова была скорость катера с гидроприводом о котором идет речь, что это был за катер?
Скорость с гидроприводом (насос 210.20, мотор 210.25) и золотником от "Ивановца" была 10 км/ч при 550 об/мин на винте (диаметр 650, шаг 515) и мощности, снимаемой с дизеля, 8 л.с. Снять больше не было возможности из-за малого проходного сечения имевшегося в распоряжении золотника - см. раздел про грабли. Катер деревянный, построенный на Новоладожской судоверфи, с клинкерной обшивкой, 10х3,2 м., осадка в корме - 0,85 м., в носу - 0.25 м., вес в походе - 5 т.

Как выбрать золотник?
Основные требования: резьбовые отверстия под штуцера не менее М30 (диаметр отверстия для прохода масла не менее 20мм.) и три или более положения рукоятки. Есть золотники без фиксации рабочих положений рукоятки (нормально-нейтральные). В принципе и они подойдут, но придется делать что-то типа гребенки для фиксации рукоятки реверса.

Обратимы ли гидромашины, т.е. можно ли использовать гидронасос в качестве гидромотора и наоборот?
Гидромашины абсолютно обратимы (т.е. могут работать и как гидронасос и как гидромотор).

Каким образом можно добиться нужной редукции?
Подбором рабочих объемов используемых гидроагрегатов. К примеру, пара гидронасос 210.20 - гидромотор 210.25, имея соотношение объемов 1:2, даст такую же редукцию, т.е если на гидронасосе будет 1500 об/мин, то на гидромоторе - 750 об/мин.

Какую максимальную мощность может передать гидроагрегат 210.20?
Около 25 кВт.

Как выбрать бывшие в употреблении гидроагрегаты, на что обращать внимание?
На проходные сечения и рабочее давление (см. "Схема гребного гидропривода"). Быстрый тест на степень износа: затыкаешь дырку на насосе (моторе) ладошкой и крутишь вал рукой, если давление (или разрежение) держится около минуты - можно брать.

До какой температуры может нагреваться масло в системе?
У меня оно нагревалось максимум до 35-40 градусов. Нормальная рабочая температура МГП-10 - 60-80 оС.

Играет ли какую-нибудь роль длина сливной магистрали? Сообщается ли маслобак с атмосферой (дырочку делать)?
Длина сливной магистрали особой роли не играет. Маслобак с атмосферой сообщается, дырочку делать, а на ней "гуся", как на топливном баке.

Какой КПД гребной гидрообьемной передачи по сравнению с механическим редуктором?
По паспорту КПД гидромашины 94%, золотника 97%, соответственно
0,94*0,94*0,97=0,86, т.е.86%. КПД реверс-редуктора 96%

С учетом того, что кпд плохо подобранного винта может быть в худшем случае 45%, а идеального 75% (теоретически возможный максимум), гидропривод оправдывает себя при сложностях с организацией валовой линии, т.е. двигатель можно расположить хоть поперек катера, можно делать поворотно-откидную колонку и пр. инженерные изыски.

источник : http://www.boatclub.ru/tailor.htm