Гидравлическая система: принцип работы, неисправности, диагностика и подбор запчастей

Автор материала: Олег Тимошенко

Гидравлическая система передает энергию с помощью рабочей жидкости и позволяет создавать значительное усилие при помощи относительно компактных насосов, клапанов, цилиндров и гидромоторов. Ее работа зависит не только от давления, но и от взаимодействия потока жидкости, нагрузки, гидравлического сопротивления, состояния насоса, клапанов, уплотнений, фильтров и самой рабочей жидкости.

Утечка, шум, рывки, медленное движение механизма, перегрев, пена в баке или потеря усилия не определяют неисправную деталь автоматически. Причиной могут быть насос, загрязненный фильтр, подсос воздуха, внутренний переток в цилиндре, неподходящая жидкость, неисправный клапан, поврежденный шланг или другой элемент системы.

Как работает гидравлическая система

В замкнутой гидравлической системе жидкость передает давление между различными участками контура. Одним из основных физических принципов является закон Паскаля - изменение давления, приложенного к замкнутой жидкости, передается по жидкости.

Если одинаковое давление действует на поршни разной площади, сила на поршне большей площади будет выше.

Этот принцип используется в:

гидравлических домкратах;
тормозных системах;
гидравлических приводах сцепления;
гидроусилителях рулевого управления;
гидроцилиндрах специальной техники;
подъемниках;
прессах;
кранах и погрузчиках.

Насос создает поток, а давление возникает при сопротивлении

Гидравлический насос подает рабочую жидкость в систему. Давление возникает, когда потоку противодействует нагрузка или гидравлическое сопротивление.

Например, когда гидроцилиндр поднимает груз, сопротивление движению приводит к росту давления в контуре.

Поэтому низкое давление не всегда означает, что насос непосредственно «не создает давление». Необходимо проверять:

производительность насоса;
внутренние утечки;
работу клапанов;
состояние цилиндров;
загрязнение фильтров;
уровень и свойства жидкости;
подсос воздуха.

Основные компоненты гидравлической системы

В зависимости от назначения система может включать:

гидравлический насос;
бак;
рабочую жидкость;
фильтры;
распределители;
предохранительные и регулирующие клапаны;
обратные клапаны;
дроссели;
гидроцилиндры;
гидромоторы;
шланги высокого давления;
жесткие трубопроводы;
фитинги;
уплотнения;
систему охлаждения;
датчики;
электрогидравлические блоки управления.

Гидравлический насос

Насос обеспечивает подачу и циркуляцию рабочей жидкости.

В разных системах применяются:

шестеренные насосы;
пластинчатые;
аксиально-поршневые;
радиально-поршневые;
другие специализированные конструкции.

Тип насоса определяется требуемыми расходом, рабочим давлением, способом регулирования и назначением системы.

Признаки возможных проблем с насосом

снижение производительности;
медленная работа исполнительных механизмов;
нестабильное давление;
повышенный шум;
нагрев;
вибрация;
снижение усилия под нагрузкой.

Подобные симптомы могут также возникать из-за забитого фильтра, недостаточного уровня жидкости, воздуха во всасывающей магистрали или неисправности клапанов.

Гидравлическая жидкость

Рабочая жидкость выполняет сразу несколько функций:

передает энергию;
смазывает подвижные детали;
отводит тепло;
защищает поверхности от коррозии;
переносит продукты износа к фильтрам;
обеспечивает необходимые условия работы клапанов и насосов.

В разных системах могут применяться принципиально разные жидкости:

минеральные гидравлические масла;
синтетические гидравлические жидкости;
специальные низкотемпературные составы;
огнестойкие жидкости;
жидкости отдельных систем гидроусилителя;
ATF в конструкциях, где это предусмотрено;
тормозные жидкости;
другие специальные рабочие среды.

Одна гидравлическая жидкость не является универсальной для всех систем.

Почему важна вязкость

Вязкость влияет на гидравлические потери, смазывание, внутренние утечки и работу насоса.

Если жидкость чрезмерно вязкая для конкретных условий:

возрастает сопротивление движению;
система может реагировать медленнее;
увеличивается нагрузка на насос;
ухудшается работа при низкой температуре.

Если вязкость слишком мала:

могут увеличиваться внутренние утечки;
снижается эффективность системы;
может ухудшаться смазывание;
ускоряется износ отдельных пар трения.

Необходимый класс вязкости и температурный диапазон определяются производителем системы.

Температура и работа гидравлики

Свойства рабочей жидкости меняются с температурой. При нагреве ее вязкость обычно уменьшается, при охлаждении - увеличивается.

Чрезмерная температура может:

ускорять старение жидкости;
ухудшать смазывание;
повреждать уплотнения;
влиять на точность работы клапанов;
снижать ресурс насоса.

Можно ли смешивать гидравлические жидкости

Не следует смешивать жидкости только потому, что они имеют похожий цвет или одинаковую вязкость.

Необходимо учитывать:

тип базовой жидкости;
вязкость;
пакет присадок;
совместимость с уплотнениями;
рабочую температуру;
требования производителя системы.

Например, гликолевые тормозные жидкости и минеральные гидравлические масла являются принципиально разными рабочими средами и не должны произвольно заменять друг друга.

Гидроцилиндр

Гидроцилиндр преобразует энергию рабочей жидкости в линейное движение.

Типичная конструкция может включать:

корпус;
поршень;
шток;
уплотнения;
направляющие элементы;
крышки;
штуцеры или другие присоединительные элементы.

Гидроцилиндры применяются для подъема, перемещения, прижатия или позиционирования механизмов.

Почему гидроцилиндр не удерживает нагрузку

Возможные причины:

внутренний переток через поршневое уплотнение;
утечка через клапан;
повреждение рабочей поверхности цилиндра;
повреждение штока;
неисправность распределителя;
наружная негерметичность.

При внутренней утечке внешних следов рабочей жидкости может не быть.

Гидромотор

Гидромотор преобразует энергию потока жидкости во вращательное движение.

Он может использоваться для привода:

колес;
барабанов;
шнеков;
лебедок;
вентиляторов;
других рабочих механизмов.

Его характеристики должны соответствовать расходу, давлению и нагрузке конкретной системы.

Распределители и клапаны

Клапаны управляют направлением, давлением и расходом рабочей жидкости.

Распределительный клапан

Направляет поток в нужную полость цилиндра или другой контур.

Предохранительный клапан

Ограничивает максимальное давление в соответствии с настройкой системы.

Обратный клапан

Позволяет жидкости двигаться в одном направлении и ограничивает обратный поток.

Дроссель или регулятор расхода

Изменяет расход жидкости и может использоваться для регулирования скорости движения исполнительного механизма.

В современных машинах часть клапанов может иметь электрическое или электрогидравлическое управление.

Гидравлические фильтры

Фильтр защищает точные компоненты системы от загрязнений.

В рабочей жидкости могут накапливаться:

металлические частицы;
пыль;
продукты износа;
частицы уплотнений;
продукты старения жидкости;
другие загрязнения.

Даже небольшие твердые частицы способны ускорять износ насоса, клапанов и гидроцилиндров.

Что происходит при загрязненном фильтре

Возможны:

рост сопротивления потоку;
уменьшение подачи жидкости;
снижение производительности системы;
перегрев;
срабатывание байпасного клапана - если он предусмотрен.

Шланги высокого давления

Шланг должен соответствовать условиям конкретного гидравлического контура.

При подборе учитывают:

рабочее давление;
допустимый пиковый режим;
внутренний диаметр;
тип армирования;
радиус изгиба;
температурный диапазон;
тип рабочей жидкости;
фитинги;
условия вибрации и перемещения.

Внешне похожий шланг может иметь совершенно другие допустимые характеристики.

Уплотнения

В гидравлических системах применяются уплотнения различной формы и из разных материалов.

Могут использоваться:

NBR;
FKM;
EPDM;
PTFE;
другие эластомеры и полимеры.

Материалы отличаются стойкостью к:

минеральным маслам;
синтетическим жидкостям;
тормозным жидкостям;
температуре;
химической среде.

Неправильно подобранное уплотнение может разбухать, твердеть, растрескиваться или быстро терять герметичность.

Гидравлика в автомобиле

Гидравлический принцип применяется в разных автомобильных системах.

Тормозная система

Нажатие на педаль создает давление в гидравлическом приводе, которое передается к колесным тормозным механизмам.

Конкретная конструкция может включать:

главный тормозной цилиндр;
гидравлический блок ABS/ESC;
трубопроводы;
гибкие шланги;
суппорты;
колесные цилиндры.

Гидроусилитель рулевого управления

В системах с гидравлическим усилителем насос создает поток, а распределительный механизм направляет жидкость в зависимости от поворота рулевого колеса.

Во многих современных автомобилях применяются также электрические или электрогидравлические усилители.

Гидравлический привод сцепления

Педаль воздействует на главный цилиндр, а давление жидкости передается к рабочему цилиндру или гидравлическому узлу выключения сцепления.

Негерметичность или воздух в контуре могут проявляться:

изменением ощущения педали;
неполным выключением сцепления;
затрудненным переключением передач;
снижением уровня жидкости.

Гидравлика в грузовой и специальной технике

Гидравлические системы могут приводить:

кузова самосвалов;
манипуляторы;
стрелы кранов;
ковши экскаваторов;
гидроборты;
опоры;
отвалы;
подъемные платформы;
рабочие органы сельскохозяйственной техники.

В таких машинах гидравлика является основной рабочей системой, поэтому ее фактические параметры необходимо оценивать по технической документации конкретного оборудования.

Насосы, клапаны, гидроцилиндры и шланги гидравлической системы

Основные неисправности гидравлической системы

Утечка жидкости

Возможные причины:

поврежденные уплотнения;
трещина шланга;
поврежденная трубка;
ослабленное соединение;
коррозия;
поврежденный шток;
негерметичность насоса;
дефект гидроцилиндра.

Постоянное снижение уровня рабочей жидкости требует поиска причины. Регулярная доливка без ремонта не устраняет неисправность.

Воздух в системе

Воздух значительно сильнее сжимается, чем жидкость, поэтому его наличие изменяет работу гидравлического привода.

Возможные симптомы:

рывки;
задержка реакции;
нестабильное движение;
пена в баке;
повышенный шум;
изменение ощущения педали в автомобильных гидроприводах.

Необходимо не только удалить воздух, но и найти причину его попадания в систему.

Загрязнение жидкости

Загрязнения могут повреждать точные поверхности насосов, клапанов и цилиндров.

Возможные последствия:

зависание клапанов;
ускоренный износ;
внутренние утечки;
повреждение уплотнений;
засорение фильтров;
снижение ресурса системы.

Перегрев

Возможные причины:

перегрузка;
неправильная рабочая жидкость;
загрязненный фильтр;
внутренние утечки;
неисправность системы охлаждения;
неправильная работа клапанов.

Потеря давления или усилия

Причинами могут быть:

изношенный насос;
внутренняя утечка в цилиндре;
неисправный предохранительный клапан;
утечка в распределителе;
недостаточный уровень жидкости;
забитый фильтр;
воздух в системе;
неподходящая рабочая жидкость.

Подсос воздуха и шум насоса

Гул, нестабильная подача и пена не всегда означают механическое разрушение насоса.

Необходимо проверить:

уровень рабочей жидкости;
всасывающую магистраль;
герметичность соединений;
состояние фильтров;
вязкость жидкости;
температуру;
условия подачи жидкости к насосу.

Почему гидроцилиндр движется рывками

Возможные причины:

воздух в системе;
нестабильная подача насоса;
зависание распределителя;
загрязнение;
повреждение направляющих;
деформация штока;
неравномерная механическая нагрузка.

Сам симптом не определяет неисправный компонент.

Почему гидравлика стала работать медленно

Необходимо проверить:

производительность насоса;
частоту его вращения;
фильтры;
уровень жидкости;
температуру;
вязкость;
внутренние утечки;
дроссели и регуляторы расхода;
состояние исполнительного механизма.

Как правильно диагностировать гидравлическую систему

Уточнить симптом и режим, в котором он возникает.
Проверить уровень и состояние рабочей жидкости.
Осмотреть систему на наружные утечки.
Проверить шланги, трубопроводы и соединения.
Оценить состояние фильтров.
Проверить наличие пены или признаков попадания воздуха.
Измерить рабочее давление в предусмотренных контрольных точках.
При необходимости проверить производительность системы.
Проверить предохранительные и регулирующие клапаны.
Оценить работу насоса.
Проверить внутренние утечки гидроцилиндров.
Оценить температуру системы.
Сравнить полученные параметры с технической документацией оборудования.

Что показывает манометр

Манометр позволяет определить фактическое давление в конкретной точке системы.

По его показаниям можно оценивать:

работу предохранительного клапана;
падение давления под нагрузкой;
достижение предусмотренного рабочего давления;
поведение системы в разных режимах.

Однако одного измерения давления не всегда достаточно. Для полной оценки насоса и системы могут потребоваться дополнительные измерения производительности.

Проверка внутренних утечек гидроцилиндра

Если поршневое уплотнение пропускает жидкость между полостями, цилиндр может:

не удерживать нагрузку;
медленно опускаться;
терять усилие;
двигаться медленнее.

При этом наружной течи может не быть.

Метод проверки зависит от схемы конкретной системы и должен выполняться по предусмотренной для нее процедуре.

Как оценить состояние рабочей жидкости

При осмотре обращают внимание на:

помутнение;
пену;
необычное потемнение;
запах перегрева;
видимые частицы;
металлический блеск;
наличие воды или эмульсии.

Визуальная оценка не заменяет лабораторный анализ, если для оборудования предусмотрен контроль чистоты, воды или состояния рабочей жидкости.

Обслуживание гидравлической системы

Базовое обслуживание включает:

контроль уровня жидкости;
контроль утечек;
замену жидкости по регламенту;
замену фильтров;
контроль состояния шлангов;
очистку системы охлаждения;
проверку креплений;
контроль температуры;
правильное удаление воздуха после ремонта.

Чистота при ремонте

Гидравлические системы чувствительны к загрязнениям.

Во время ремонта необходимо:

очищать рабочую зону перед разборкой;
закрывать открытые штуцеры;
не оставлять шланги и трубки открытыми;
использовать чистую тару;
не допускать попадания пыли;
устанавливать чистые уплотнения и компоненты;
соблюдать предусмотренную процедуру заполнения системы.

Как правильно подбирать запчасти гидравлической системы

Для подбора недостаточно внешнего сходства детали.

Необходимо учитывать:

производителя и модель оборудования;
OE-номер или каталожный номер;
тип системы;
рабочее давление;
максимально допустимое давление;
производительность или расход;
тип рабочей жидкости;
температурный диапазон;
материалы уплотнений;
размеры;
тип резьбы и соединений;
направление потока или вращения;
конструктивную ревизию.

Гидравлический насос

Необходимо проверять:

тип насоса;
рабочий объем;
направление вращения;
номинальные параметры;
фланец;
вал;
порты;
совместимость с рабочей жидкостью.

Гидроцилиндр

Имеют значение:

диаметр поршня;
диаметр штока;
ход;
монтажная длина;
крепления;
рабочее давление;
тип уплотнений;
расположение портов.

Клапан

Необходимо учитывать:

гидравлическую схему;
допустимый расход;
рабочее давление;
диапазон регулирования;
тип управления;
напряжение катушки - для электромагнитных клапанов;
тип портов.

Фильтр

Для точного подбора важны:

тип фильтра;
тонкость фильтрации;
пропускная способность;
допустимый перепад давления;
тип корпуса;
наличие байпасного клапана;
совместимость с рабочей жидкостью.

Шланг

Подбирается по давлению, диаметру, армированию, температурному диапазону, радиусу изгиба, типу жидкости и фитингам.

Уплотнения

Необходимо точно определить:

материал;
профиль;
размер;
температурный режим;
рабочую жидкость;
давление;
тип движения детали.

Типичные ошибки при ремонте гидравлики

замена насоса только из-за низкого давления без проверки утечек и клапанов;
использование неподходящей рабочей жидкости;
смешивание жидкостей без подтвержденной совместимости;
установка шланга с недостаточным допустимым давлением;
использование неправильного материала уплотнения;
работа с загрязненной системой;
игнорирование воздуха в контуре;
замена фильтра только после полного засорения;
поиск наружной течи при внутреннем перетоке в цилиндре;
регулировка предохранительного клапана без контрольного измерения;
игнорирование перегрева;
подбор компонента только по внешнему виду.

Частые вопросы

Почему насос шумит?

Причиной могут быть низкий уровень жидкости, подсос воздуха во всасывающей магистрали, загрязненный фильтр, неподходящая вязкость или механический износ насоса.

Почему гидравлика работает медленно?

Необходимо проверить производительность насоса, фильтры, температуру и вязкость жидкости, внутренние утечки, клапаны и фактическую нагрузку.

Почему цилиндр самопроизвольно опускается?

Возможен внутренний переток через поршневое уплотнение или клапанный блок. Наружной течи при этом может не быть.

Можно ли определить неисправность насоса только манометром?

Не всегда. Манометр показывает давление, но для оценки производительности насоса могут потребоваться дополнительные измерения.

Можно ли смешивать разные гидравлические масла одинаковой вязкости?

Одинаковый класс вязкости не гарантирует совместимость. Необходимо учитывать основу жидкости, пакет присадок, материалы уплотнений и требования производителя системы.

Почему рабочая жидкость пенится?

Возможны подсос воздуха, неправильный уровень жидкости, проблемы во всасывающей магистрали, неподходящая жидкость или другие нарушения циркуляции.

Можно ли установить любой шланг высокого давления подходящего диаметра?

Нет. Кроме диаметра необходимо учитывать рабочее давление, армирование, температуру, радиус изгиба, совместимость с жидкостью и фитинги.

Почему после замены шланга система работает рывками?

Одной из причин может быть воздух, попавший в контур во время ремонта. Необходимо выполнить предусмотренную производителем процедуру удаления воздуха и проверить герметичность.

Товарная группа TESMA

Гидравлическая система

Вывод

Гидравлическая система передает энергию при помощи рабочей жидкости и позволяет создавать значительные усилия в относительно компактных механизмах. Ее работа зависит от насоса, потока, давления, клапанов, гидроцилиндров, гидромоторов, фильтров, шлангов, уплотнений и свойств рабочей жидкости.

Надежный принцип диагностики - не определять неисправную деталь только по одному симптому или одному показанию манометра. Необходимо последовательно оценить уровень и состояние жидкости, герметичность, фильтрацию, давление, производительность, температуру, работу клапанов и внутренние утечки. Запчасти следует подбирать по точным параметрам конкретной системы, а не только по внешнему сходству.