Аксиально-поршневые гидромашины нашли широкое применение в гидроприводах, что объясняется рядом их преимуществ: меньшие радиальные размеры, масса, габарит и момент инерции вращающихся масс; возможность работы при большом числе оборотов; удобство монтажа и ремонта.
Аксиально-поршневой насос состоит из блока цилиндров 8 (рис.3.8) с поршнями (плунжерами) 4, шатунов 7, упорного диска 5, распределительного устройства 2 и ведущего вала 6.
Рис.3.8. Принципиальные схемы аксиально-поршневых насосов:
1 и 3 - окна; 2 - распределительное устройство; 4 - поршни;
5 - упорный диск; 6 - ведущий вал; 7 - шатуны; 8 - блок цилиндров
а - с иловым карданом; б - с несиловым карданом;
в - с точечным касанием поршней; г - бескарданного типа
Во время работы насоса при вращении вала приходит во вращение и блок цилиндров. При наклонном расположении упорного диска (см. рис.3.8, а, в) или блока цилиндров (см. рис.3.8, б, г) поршни, кроме вращательного, совершают и возвратно-поступательные аксиальные движения (вдоль оси вращения блока цилиндров). Когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание, а когда вдвигаются - нагнетание. Через окна 1 и 3 в распределительном устройстве 2 цилиндры попеременно соединяются то с всасывающей, то с напорной гидролиниями. Для исключения соединения всасывающей линии с напорной блок цилиндров плотно прижат к распределительному устройству, а между окнами этого устройства есть уплотнительные перемычки, ширина которых b больше диаметра d к отверстия соединительных каналов в блоке цилиндров. Для уменьшения гидравлического удара при переходе цилиндрами уплотнительных перемычек в последних сделаны дроссельные канавки в виде небольших усиков, за счет которых давление жидкости в цилиндрах повышается равномерно.
Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов являются цилиндры, аксиально расположенные относительно оси ротора, а вытеснителями - поршни. По виду передачи движения вытеснителям аксиально-поршневые насосы подразделяются на насосы с наклонным блоком (см. рис.3.8, б, г) и с наклонным диском (см. рис.3.8, а, в). Известные конструкции аксиально-поршневых насосов выполнены по четырем различным принципиальным схемам.
Насосы с силовым карданом (см. рис.3.8, а) приводной вал соединен с наклонным диском силовым карданом, выполненным в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. Поршни соединяются с диском шатунами. При такой схеме крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через кардан и наклонный диск. Начальное прижатие блока цилиндров распределительному устройству обеспечивается пружиной, а во время работы насоса давлением жидкости. Передача крутящего момента блоку цилиндров необходима для преодоления сил трения между торцом блока цилиндров и распределительным устройством.
В насосах с двойным несиловым карданом (см. рис.3.8, б) углы между осью промежуточного вала и осями ведущего и ведомого валов принимают одинаковыми и равными 1 = 2 = /2. При такой схеме вращение ведущего и ведомого валов будет практически синхронным, а кардан полностью разгруженным, так как крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через диск 5, изготавливаемый заодно с валом 6.
Насосы с точечным касанием поршней наклонного диска (см. рис.3.8, в) имеют наиболее простую конструкцию, поскольку здесь нет шатунов и карданных валов. Однако для того, чтобы машина работала в режиме насоса, необходимо принудительно выдвижение поршней из цилиндров для прижатия их к опорной поверхности наклонного диска (например, пружинами, помещенными в цилиндрах). По такой схеме чаще всего изготовляют гидромоторы типа Г15-2 (рис.3.9). Эти машины выпускаются небольшой мощности, т.к. в местах контакта поршней с диском создается высокое напряжение, которое ограничивает давление жидкости.
Аксиально-поршневые машины бескарданного типа (см. рис.3.8, г) блок цилиндров соединяется с ведущим валом через шайбу и шатуны поршней. По сравнению с гидромашинами с карданной связью машины бескарданного типа проще в изготовлении, надежнее в эксплуатации, имеют меньший габарит блока цилиндров. По данной схеме отечественной промышленностью выпускается большинство аксиально-поршневых машин серии 200 и 300 (рис.3.10).
Рис.3.9. Аксиально-поршневой гидромотор типа Г15-2:
1 - вал; 2 - манжета; 3 - крышка; 4, 9 - корпус; 5, 16 - подшипник;
6 - радиально упорный подшипник; 7 - барабан; 8 - поводок; 10 - ротор;
11 - пружины; 12 - дренажное отверстие; 13 - распределительное устройство;
14 - полукольцевые пазы; 15 - отверстие напорное; 17 - поршни; 18 - шпонка; 19 - толкатель
Структура условного обозначения аксиально-поршневых машин серий 200 и 300 приведена на рис.3.11.
Подача (расход) аксиально-поршневой гидромашины зависит от хода поршня, который определяется углом γ наклона диска или блока цилиндров (γ < 25). Если конструкция гидромашины в процессе ее эксплуатации допускает изменение угла γ, то такие машины регулируемые. При изменении угла наклона шайбы или блока цилиндров с + γ до - γ достигается реверсирование направления потока жидкости или вращения ротора гидромашины.
Рис.3.11. Структура условного обозначения
аксиально-поршневых гидромашин серий 200 и 300
Подачу для машин с бесшатунным приводом определяют по формуле:
а для машин с шатунным приводом
где d - диаметр цилиндра; D и D - диаметр окружности, на которой расположены центры окружностей цилиндров или закреплены шатуны на диске; D tg γ и D" sin γ - ход поршня при повороте блока цилиндров на 180 ; z - число поршней (z = 7, 9, 11).
Крутящий момент аксиально-поршневого гидромотора определяют по формуле:
ЧТО ТАКОЕ ГИДРОМОТОР(ГИДРОНАСОС)?
Вот уже много лет гидравлические устройства активно применяются в самых разнообразных сферах человеческой деятельности. Гидромоторы и гидронасосы можно встретить, практически, повсюду, где требуется мощное силовое воздействие в узлах и механизмах.
Гидромотор - это устройство, предназначенное для преобразования энергии жидкости в механическую энергию, с последующим воздействием на рабочий орган. Обычно, в качестве такого органа выступает выходной вал, который получает преобразованную энергию. Далее вращательные движения вала способствуют работе всей машины, а также выполнению определенных технологических функций.
Гидравлика позволяет решить проблемы во многих отраслях народного хозяйства. Поскольку, деятельность человека очень широка, гидромоторы нашли своё применение в газовой и нефтяной отрасли, авиации и космической индустрии, автомобильном транспорте и автокранах, строительной технике и коммунальных машинах, а также в железнодорожной отрасли и лесопромышленности.
Эти, казалось бы, небольшие механизмы позволяют выполнять множество необходимых преобразований и обладают высоким эксплуатационным потенциалом.
Широкий спектр применения гидравлики способствует появлению большого количества моделей гидромоторов, служащих человеку в самых различных механизмах. Гидромотор считается одним из самых сложных гидравлических устройств. Поэтому необходимо понимать, что безотказная работа этого узла определяет общее качество работы каждой машины, в которой он используется. Следует иметь ввиду, что ремонт и техническое обслуживание гидромашин требует специальных условий, которых нельзя добиться в обычных мастерских. Персонал при ремонте и обслуживании подобных устройств должен отличаться высоким профессионализмом и иметь соответствующую квалификацию.
При выпуске гидравлического оборудования новых моделей стараются соблюдать условие совместимости с более старыми моделями, чтобы обеспечить хорошую взаимозаменяемость.
Существует множество видов гидромоторов, которые используются в различных машинах. Они могут применяться, как в открытых, так и в закрытых системах. Конструктивно, каждый такой узел имеет те или иные преимущества и недостатки, поэтому он находит применение в своей отрасли, именно там, где эти факторы являются доминирующими. Основными параметрами любого гидронасоса являются рабочий объем V, номинальное давление Р ном и номинальная частота вращения n ном, а производными - производительность (подача) Q ном, потребляемая мощность N ном, а также полный КПД h. В гидроприводах самоходных машин применяются роторно - вращательные и роторно - поступательные насосы, которые по виду рабочих органов разделяют на:
- поршневые;
- шестеренные;
- шиберные (пластинчатые).
По углу между осями блока и поршня различают:
- аксиально-поршневые;
- радиальные.
По механизму передачи движения аксиально-поршневые гидронасосы классифицируют на следующие типы:
- с наклонным блоком;
- с наклонным диском (шайбой).
В свою очередь радиально-поршневые гидронасосы подразделяют на:
- кулачковые;
- кривошипные.
Гидронасосы могут быть выполнены с нерегулируемым и регулируемым рабочим объемом и предназначены для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидромотора (насоса-мотора) с реверсивным и нереверсивным направлениями потока.
Сравнительная оценка основных параметров гидромашин различных типов показывает, что каждый тип имеет определенные конструктивные особенности, которые определяют область их использования, целесообразную с технической и экономической точек зрения.
Шестеренные гидронасосы широко используются в мобильных машинах небольшой мощности при низком и среднем давлении в гидросистеме. Они менее требовательны к чистоте рабочей жидкости и имеют меньшую стоимость по сравнению со стоимостью гидронасосов других типов, но характеризуются более низким ресурсом по сравнению с аксиально-поршневыми насосами.
Применение аксиально-поршневых гидронасосов наиболее целесообразно при среднем и высоком давлении в гидросистемах мобильных машин и цикличном характере изменения внешней нагрузки. Дополнительные устройства обеспечивают реверсирование потока и изменение подачи.
Роторные гидромоторы классифицируют по конструкции рабочей камеры на:
- шестеренные;
- коловратные;
- винтовые;
- шиберные (пластинчатые);
- поршневые,
- обладающие обратимостью.
По числу рабочих циклов в каждой камере за один оборот выходного вала гидромоторы разделяют на:
- однократного действия (одноходовые);
- многократного действия (многоходовые).
Аксиально-поршневые насосы имеют более высокий полный КПД, по сравнению с КПД шестеренных и пластинчатых насосов. Объемный КПД аксиально-поршневых насосов начинает заметно снижаться только при вязкости рабочей жидкости менее 10 мм 2/с, для пластинчатых насосов этот предел вязкости составляет 50-80/с, а для шестеренных - 80 мм 2/с.
При выборе предпочтительной модели из наиболее распространенных конструкций аксиально-поршневых насосов следует учитывать, что при прочих равных условиях гидронасосы с шатунной кинематикой имеют следующие преимущества:
- возможность работы в насосоном и моторном режимах в открытой и в замкнутой гидросистемах;
- высокую всасывающую способность, обеспечивающую удовлетворительное заполнение рабочего объема при широком диапозоне изменения вязкости рабочей жидкости, что особенно важно для гидроприводов самоходных машин, эксплуатируемых на открытом воздухе при широком диапозоне изменения температуры;
- относительно меньшую чувствительность к чистоте рабочей жидкости (могут надежно работать при тонкости фильтрации до 40 мкм);
- возможность встраивания регуляторов давления и расхода, а также вспомогательного насоса для питания сис темы управления и подпитки.
В аксиально-поршневых гидронасосах с наклонным блоком цилиндров использована унифицированная конструкция качающих узлов, различающихся только габаритными размерами.
В гидроприводах самоходных машин наиболее часто применяют реверсивные по направлению вращения аксиально-поршневые и радиально-поршневые гидромоторы с нерегулируемым и реже с регулируемым рабочим объемом.
В отечественных самоходных машинах с гидроприводом применяются в основном аксиально-поршневые гидромоторы с регулируемым рабочим объемом, обеспечивающие бесступенчатое изменение частоты вращения исполнительных механизмов с минимальными потерями энергии.
Гидромоторы, используемые при большой частоте вращения, условно называют средне- или высокооборотными (низкомоментными). Гидромоторы, предназначенные для создания большого крутящего момента при малой угловой скорости, принято условно называть высокомоментными.
В объемах гидроприводах самоходных машин наиболее широко применяются шестеренные, аксиально-поршневые, радиально-поршневые и реже пластинчатые гидромоторы. Тип и исполнение гидромоторов выбирают по основным параметрам с учетом назначения и условий их эксплуатации.
Профессионалы утверждают, что при эксплуатации гидромотора необходимо регулярно следить за наличием посторонних шумов в устройстве, уровнем и температурой рабочей жидкости в узле, давлением и герметичностью. Все эти факторы определяют исправность работы любого узла, использующего гидравлику.
Регулярный контроль гидромотора позволит избежать поломок и простоя всей
машины.
Обратите внимание, что жидкость, используемая в гидромоторах, должна соответствовать спецификации и стандартам устройства. Если не соблюдать эти условия, то возможен отказ оборудования.
В принципе, при правильном обслуживании и применении, гидромоторы служат достаточно долго и отличаются высокой надежностью работы.
| < Précédent |
|---|
Гидравлическими двигателями называют силовые установки и машины, преобразующие энергию потока или давления жидкости в механическую энергию.
Как видно из определения, гидравлические двигатели выполняют задачу, обратную задаче гидравлических насосов, из чего вытекает принцип обратимости, согласно которому практически любой насос (преобразующий механическую энергию в энергию потока)
можно использовать в качестве гидравлического двигателя для выполнения противоположной функции.
Свойство обратимости гидравлических машин в большинстве случаев позволяет эксплуатировать одну и ту же гидравлическую машину, как в режиме насоса, так и в режиме двигателя, то есть создавать насосы и двигатели по общим конструктивным схемам.
Естественно предположить, что гидродвигатели, как и гидронасосы, можно классифицировать на две группы: динамические, отбирающие кинетическую энергию у потока жидкости, и объемные, преобразующие энергию давления потока в механическую энергию.
К первой группе гидравлических двигателей можно отнести различные турбины, т. е. лопастные (центробежные и осевые)
насосы, выполняющие обратную функцию (преобразования энергии движения потока в механическую энергию)
.
Вторая группа – объемных гидравлических двигателей, принципиально может быть представлена практически всеми видами рассмотренных ранее конструкций гидравлических насосов объемного типа - шестеренные, пластинчатые, роторно-поршневые, диафрагменные, поршневые и т. д. Однако наибольшее практическое применение в машиностроении нашли лишь динамические гидродвигатели-турбины и объемные гидродвигатели, имеющие высокий КПД – аксиальные и радиальные роторные гидравлические двигатели, а также особый тип гидродвигателей – гидроцилиндры.
Принцип действия объемных гидравлических двигателей основан на возникновении неуравновешенной силы на подвижных элементах рабочих камер при воздействии на них жидкости, подводимой под избыточным давлением от источника питания (насоса, аккумулятора, магистрали)
.
В процессе работы двигателя герметично отделенные друг от друга камеры попеременно сообщаются с местами подвода, где они увеличивают свой объем и заполняются маслом под давлением, и отвода, где при уменьшении объемов камер происходит вытеснение жидкости в сливную линию.
Подвижные элементы рабочих камер конструктивно могут быть выполнены в виде зуба, шестерни, пластины, плунжера, поршня и т.д.
По характеру движения выходного звена гидравлические двигатели делят на:
- моторы с неограниченным вращательным движением;
- поворотные двигатели с ограниченным (меньше 360°) углом поворота;
- цилиндры с ограниченным возвратно-поступательным прямолинейным движением.
Рабочие характеристики и параметры гидравлических двигателей
Работа разных по конструкции гидравлических двигателей (как и разных гидронасосов)
характеризуется различными параметрами и рабочими характеристиками.
Для гидравлических моторов основными являются следующие параметры:
Рабочий объем – суммарное изменение объемов рабочих камер мотора за одни оборот ротора или объем жидкости, при прохождении которого через мотор его ротор совершит один оборот:
V о = V k zk , м 3
где:
V k
– изменение объема рабочей камеры мотора за один рабочий цикл, рассчитанное по ее геометрическим размерам;
z
– число рабочих камер;
k
– кратность действия, то есть число рабочих циклов, совершаемых за один оборот вала.
Теоретический расход мотора – это расчетный объем жидкости, проходящий через мотор в единицу времени:
Q m = V о n , м 3 /с
где: n – частота вращения вала мотора.
Фактический расход жидкости через мотор больше теоретического на величину объемных потерь:
Q ф = Q m + ΔQ м , м 3 /с
где: ΔQ м – утечки масла через зазоры внутри мотора из полостей питания в полости слива и утечки жидкости в окружающую среду.
В отличие от насоса утечки масла в моторе направлены в ту же сторону, что и основной поток.
Объемный КПД мотора :
η о = Q m /Q ф = Q m /(Q m + ΔQ м) .
Рост объемных потерь приводит к уменьшению КПД мотора.
Частота вращения вала мотора:
n = Q m /V о = Q ф η о /V о , с -1
Номинальное давление рном (Па) – наибольшее давление рабочей жидкости на входе в мотор, при котором гидравлическая машина должна проработать в течение установленного срока службы с сохранением основных параметров в пределах установленных норм.
Перепад давлений определяется разностью давлений масла на входе и выходе мотора:
Δp = р вх - р вых , Па
Полезная (эффективная) мощность мотора определяется из зависимости:
N n = Mω = 2πMn , Вт
где:
М
– вращающий момент на валу мотора;
ω = 2πn
– угловая скорость вала;
n
– частота вращения вала мотора.
Вращающий момент на валу мотора определяется по формуле:
M = N n /ω = Q m Δp/2πn = V о Δp/2π , Нм
Потребляемая гидромотором мощность :
N м = Q ф Δp = N n /η гм , Вт
где: η гм – полный КПД гидравлического мотора.
Полный КПД гидравлического мотора :
η гм = N n /N м или η гм = η о η м η г ,
где: η о, η м, η г – соответственно объемный, механический и гидравлический КПД мотора.
При типовом проектировании привода машины гидравлический мотор выбирают по полезной (эффективной) мощности и номинальной частоте вращения вала, то есть так же, как и электродвигатель.
Поворотные гидравлические двигатели характеризуются следующими основными параметрами:
Рабочий объем на угол поворота (270° и меньше) , м 3 .
Фактический расход масла при максимальной скорости поворота вала определяется по формуле:
Q ф = zbω(R 2 – r 2)/2 , м 3 /с
где:
z
– число пластин;
b
– ширина пластины;
R
и r
– большой и малый радиусы ротора поворотного двигателя;
ω
– максимальная угловая скорость поворота вала.
Номинальный вращающий момент на валу :
М ном = zbΔp(R 2 – r 2)/2 , Нм
где: Δp – разность давлений в напорной и сливной камерах двигателя при номинальном давлении питания.
Полный КПД при номинальных параметрах (для стандартных поворотных гидравлических двигателей типа ДПГ полный КПД может достигать 95%) .
Для гидравлических цилиндров основными являются следующие параметры:
- диаметр поршня D ;
- диаметр штока d ;
- величина хода S поршня;
- номинальное давление рном на входе;
- номинальное усилие F на штоке;
- минимальная и максимальная скорость v перемещения.
Рабочие (эффективные) площади поршня:
со стороны бесштоковой полости:
F 1 = πD 2 /4 , м 2 ,
со стороны штоковой полости:
F 2 = π(D 2 – d 2)/4 , м 2 ,
где: D – диаметр поршня; d – диаметр штока.
Номинальное усилие на штоке цилиндра без учета сил трения и инерции:
для цилиндра с односторонним штоком:
R = p 1 F 1 – p 2 F 2 , Н ,
для цилиндра с двусторонним штоком:
R = (p 1 – p 2)F 2 , Н ,
где р 1 и р 2 – номинальное давление масла соответственно в напорной и сливной камерах гидроцилиндра.
Скорость движения поршня :
v = Q ф /F , м/с ,
где:
Q ф
– фактический расход масла с учетом утечек;
F
– площадь поршня со стороны напорной камеры цилиндра.
Мощность цилиндра :
N = Rv , Вт
Тепловое удлинение цилиндра :
λ = εLΔt , м ,
где:
ε
– коэффициент линейного расширения (для стали ε = 12×10 -6);
L
– длина цилиндра;
Δt
– повышение температуры.
Удлинение цилиндра велико (λ
≈ 1 мм, при L
= 2 м, Δt
= 40˚)
, поэтому рекомендуется одну из его опор выполнять скользящую, а другую закреплять неподвижно.
Особо следует подчеркнуть, что полный КПД
гидроцилиндра обычно превышает 95%
, то есть больше, чем у любых других известных двигателей.
Гидромоторы
Как уже отмечалось выше, гидравлические машины обладают свойством обратимости. Это позволяет создавать по одним и тем же конструктивным схемам, как объемные насосы, так и гидравлические моторы.
Рассмотрим работу гидравлической машины, схема которой показана на рисунке 1
, в режиме мотора. Предположим, что в рабочие камеры машины, расположенные справа от вертикальной оси, подается жидкость от насоса, а камеры, расположенные слева соединены с баком.
Под действием избыточного давления на пластинах возникают неуравновешенные силы, создающие вращающий момент на валу мотора, направленный против часовой стрелки. Камеры, соединенные с баком, при вращении ротора освобождаются от рабочей жидкости. Если кольцо А
установить в корпусе мотора соосно с ротором, то момент на валу мотора станет равным нулю и вращение вала прекратится.
Аналогично можно рассмотреть работу в режиме мотора аксиально-поршневой гидравлической машины.
При подаче масла под давлением через отверстие распределителя, поршни будут со значительным усилием прижаты жидкостью к наклонному диску.
В результате силового взаимодействия каждого из поршней с диском возникнет тангенциальная сила, направленная перпендикулярно оси поршня. Таким образом, на блок и связанный с ним вал гидравлического мотора начнет действовать вращающий момент.
Остальные поршни, рабочие камеры которых в это время соединены с магистралью сброса, будут вытеснять масло через отверстие распределителя на слив в бак.
Существенным недостатком рассмотренной схемы являются значительные изгибающие усилия, воспринимаемые поршнями и вызывающие их преждевременный износ и нарушение герметичности рабочих камер.
Для исключения указанного недостатка используют гидравлические машины этого типа с двойным ротором (рис. 2)
.
При подводе жидкости через неподвижный торцовый распределитель 6
в рабочую камеру мотора, поршень 2
перемещается вправо в расточке ротора 1
и, воздействуя на толкатель 4
, создает силу F
на наклонном диске 8
.
Вращающий момент, создаваемый тангенциальной силой T
, передается через толкатель 4
ротору 3
, жестко связанному с валом 7
мотора, и с помощью пальца 5
ротору 1
, свободно вращающемуся на валу. Таким образом, поршни 2
не воспринимают изгибающего момента от действия силы T
.
В гидравлических приводах металлообрабатывающих станков преимущественно применяют нерегулируемые аксиально-поршневые моторы, которые в ряде случаев имеют существенные преимущества перед электромоторами (гидравлические моторы одинаковой с электродвигателями мощности в среднем в шесть раз меньше по габаритам и в четыре-пять раз по массе) .
При наибольшей частоте вращения вала n max
= 50 c -1
наименьшее значение частоты может составлять n min
= 0,5 c -1
, а у моторов специального исполнения – до n min
= 0,05 c -1
и меньше, причем легко обеспечивается бесступенчатое регулирование частоты вращения во всем диапазоне.
Время разгона и торможения вала гидравлического мотора не превышает нескольких сотых долей секунды; возможны режимы частых включений и выключений, реверсов, изменения частоты вращения.
Вращающий момент мотора легко регулируется изменением разности давлений на входе и выходе. При подходе рабочего органа станка к упору, вращение вала мотора прекращается, а развиваемый им вращающий момент остается неизменным. Полный КПД
находится в пределах 80...90%
.
Поворотные гидравлические двигатели нашли широкое применение в станках и промышленных роботах для обеспечения возвратно-вращательного (поворотного) движения рабочих органов или вспомогательных устройств. Конструктивные схемы таких двигателей приведены на рисунке 11 .
Поворотный двигатель (рис. 13,а)
состоит из корпуса 1
, поворотного ротора, представляющего собой втулку 2
с одной лопастью 3
, неподвижной разделительной перегородки 4
, подпружиненного уплотнения 5
вала и двух крышек. Вал установлен на двух подшипниках, расположенных в крышках.
Двигатель имеет две герметичные рабочие камеры.
При подводе масла под давлением в верхнюю полость лопасть вместе с валом поворачивается по часовой стрелке на угол до 270°
, одновременно из нижней полости жидкость вытесняется в сливную линию и возвращается в бак.
Многолопастные поворотные двигатели (рис. 13,б и в)
позволяют получить на валу больший вращающий момент, чем у двигателя с одной лопастью, однако при этом уменьшаются возможный угол поворота и угловая скорость вала.
Двигатели с одной лопастью работают при номинальном давлении 16 МПа
, развивая номинальный вращающий момент до 2000 Нм
.
Гидравлические цилиндры
Гидравлические цилиндры, как тип гидравлических двигателей, нашли широкое применение в технике и многих областях промышленности. Простота и надежность, удобство технического обслуживания и эксплуатации послужили причиной использования этих гидромашин в самых различных гидроприводах - силовых, дистанционного управления механизмами и т. п.
Применяются гидроцилиндры и в сельскохозяйственной, автомобильной и дорожной технике.
Цилиндры, применяемые в гидравлических приводах технологического оборудования, различают по направлению действия рабочей жидкости (одностороннего и двустороннего действия) и по конструкции рабочей камеры (поршневые и плунжерные) .
В цилиндрах одностороннего действия движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно только в одном направлении, а возврат в исходное положение происходит под действием внешних сил, например силы пружины или силы тяжести. В последнем случае цилиндр располагают вертикально.
В цилиндрах двустороннего действия движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно в двух взаимно противоположных направлениях.
В поршневых цилиндрах две рабочие камеры образованы поверхностями корпуса и поршня со штоком (односторонним или двусторонним) .
В плунжерных цилиндрах одна рабочая камера образована поверхностями корпуса и плунжера.
Телескопические цилиндры (одностороннего и двухстороннего действия)
имеют рабочую камеру образованную также поверхностями корпуса и плунжера.
Основные типы цилиндров, применяемых в машиностроении, показаны на рисунке 3
.
Корпус поршневого гидроцилиндра двустороннего действия с односторонним штоком (рис. 3,а) жестко закреплен на станине машины, а шток связан с движущимся рабочим органом. Если в цилиндр при прямом (вправо) и обратном (влево) ходе поступает одинаковое количество масла, то при малом диаметре штока площади F 1 и F 2 и скорости v 1 и v 2 близки по величине, а при увеличении диаметра штока скорость v 2 становится заметно больше v 1 .
Равенство скоростей v 1
и v 2
можно обеспечить за счет дифференциального включения цилиндра, у которого F 1 = 2F 2
. В этом случае при движении вправо обе полости (камеры)
цилиндра соединяют с напорной линией, а при обратном ходе (влево)
– штоковая полость продолжает соединяться с напорной линией, а поршневая соединяется со сливной линией.
При двустороннем штоке (рис. 3,б)
площади F
поршня обычно одинаковы, следовательно, равны и скорости v1
и v2
. Недостатки таких цилиндров – увеличенная длина и необходимость второго уплотнения для штока.
Иногда, из конструктивных соображений, бывает удобнее закрепить шток цилиндра, а его корпус связать с подвижным органом машины (рис. 3,в и 3,г) . В этих случаях масло в цилиндр подводят через отверстия в штоке или через гибкие рукава (шланги) высокого давления.
Для зажимных и фиксирующих механизмов широко применяют цилиндры одностороннего действия (рис. 3,д)
. Плунжерный цилиндр (рис. 3,е)
способен перемещать вертикально расположенный рабочий орган только вверх; движение вниз происходит под действием силы тяжести.
С помощью нескольких плунжерных цилиндров (рис. 3,ж)
можно обеспечить движение рабочего органа машины в обе стороны.
Плунжерные цилиндры проще в изготовлении, так как отпадает необходимость в трудоемкой обработке внутренней поверхности цилиндра, однако имеют меньший ход.
Во избежание ударов поршня о крышки рекомендуется использовать цилиндр с ходом несколько большим, чем ход рабочего органа станка.
Следует помнить, что в большинстве случаев гидроцилиндры не допускают радиальную нагрузку на шток.
Один из основных элементов гидросистемы — это насос гидравлический. Имеется множество типов этих устройств. Принцип их работы заключен в вытеснении при повороте вала рабочей жидкости. Применение насоса шестеренного возможно для привода некоторых элементов установки гидравлической при подключении одновременно их к одному насосу. Эти делители используются в машинах:
- промышленных;
- сельскохозяйственных;
- строительных.
Также вместе с насосами приводными могут применяться нередко гидравлические ручные насосы. Они нужны для дублирования насосных основных установок во время возникновения аварийной ситуации. Во время применения насоса ручного имеется возможность при аварийной остановке перемещать рабочий орган. Также применяют ручные насосы и в тех случаях, когда требуется получить повышенное давление на небольшой временной промежуток, при этом затратив совсем немного энергии.
Гидромотор — это один из видов двигателя гидравлического, где энергия гидравлическая преобразуется в энергию механическую. Гидромотор дает возможность валу сообщать вращательные движения. Гидромотору на вход передается рабочая жидкость, а с вала выходного подается крутящий момент. Ходом вала управлять можно поворотом органа рабочего оборудования.
Имеется несколько типов гидромоторов, Цены на гидромоторы различных видов так же могут отличаться. Наиболее распространены такие как:
- аксиально-поршневые;
- шестерённые;
- геролерные;
- радиально-поршневые;
- героторные;
- пластинчатые.
Сфера применения каждого типа гидромотора напрямую зависит от требующихся характеристик работы устройств гидравлических. К примеру, аксиально-поршневые используют, когда необходимо чтобы вал имел большую скорость вращения, а радиально-поршневые, напротив — если требуется небольшая скорость вращения. Основным примером употребления гидромоторов радиально-поршневых являются приводы катков дорожных. В простых системах гидравлики с низкой степенью давления используются гидромоторы шестеренные. В системах гидравлики станков, как правило, используют гидромоторы пластинчатые.
В наше время приобрести гидромотор различного типа, не составляет ни какого труда. Следует лишь понимать, для каких целей он будет применяться и что от него нужно. В промышленном оборудовании и технике обычно применяют электродвигатели. Гидромоторы же используют тогда, когда их применение имеет преимущества. К примеру, гидромотор по массе и габаритам значительно меньше, нежели электродвигатели с такой же мощностью. Как и всякое устройство с коммутацией электрической, электромотор критичен к интенсивному включению и отключению. Для гидромоторов такие действия ни какой опасности не представляют.
Большинство соответствующих видов гидромоторов и роторных насосов имеет одинаковые устройства, вследствие чего эти машины могут классифицироваться по общим признакам: по устройству - поршневые, шиберные, шестеренные, коловратные, винтовые; по возможности изменять рабочий объем - нерегулируемые и регулируемые; по возможности изменять направление вращения - нереверсивные и реверсивные; по числу циклов, совершаемых в каждой рабочей камере за один оборот вала - однократного и многократного действия. Внутри перечисленных групп существуют общие подгруппы. Так, поршневые моторы делятся на аксиально-поршневые и радиально-поршневые, а шиберные - на пластинчатые и фигурношиберные 1 .
Многие роторные насосы при бесклапанном распределении жидкости (см. §8.1) можно применять, не изменяя их, как гидромоторы, что удобно при комплектации гидравлических систем и особенно в том случае, когда одна и та же гидромашина работает как в насосном, так и в двигательном режимах (в качестве насос-мотора).
Для такого универсального использования насосов и гидромоторов существует, однако, важное ограничение, обусловленное спецификой их действия. В насосе большие нагрузки на контактных поверхностях развиваются лишь после приведения их в действие,
_____________________
1 Полная классификация гидромоторов даётся в приложении к ГОСТ 17752 – 72 «Объёмный гидропривод и пневмопривод».
а у двигателя максимальный крутящий момент и соответствующие давления и силы трения на опорных поверхностях возникают уже при пуске.
Для улучшения пусковых свойств гидромотора особенно важно заменять скольжение качением и сохранять смазочный слой на трущихся поверхностях при запуске. В частности, для использования шестеренного насоса в качестве гидромотора необходимо уменьшить зазоры в подшипниках, обеспечивая этим радиальный зазор между шестернями и корпусом для предотвращения их касания при пуске под нагрузкой.
Принцип действия гидромотора любого вида аналогичен принципу действия поворотного гидродвигателя (см. рис. 10.3, а ). Под давлением жидкости на входное звено (поршень, пластину, зуб шестерни, винт или другой подвижной элемент) возникает усилие, тангенциальная составляющая Т которого создает момент относительно оси вращения ротора. Вращающий момент от каждого входного звена зависит от положения последнего, поэтому и суммарный мгновенный момент всех тангенциальных сил пульсирует подобно суммарной подаче жидкости при работе той же машины в режиме насоса.
Выражение среднего значения вращающего момента можно получить в общем виде, пользуясь, например, схемами радиально-поршневого кулачкового гидромотора пятикратного действия (рис. 10.4, а )или аксиально-поршневого гидромотора с наклонным блоком (рис. 10.4, б ).
Рис. 10.4. Поршневые гидромоторы
За одну половину цикла в рабочей камере момент тангенциальной силы Т положительный, а за вторую половину - отрицательный. Поэтому так же, как в цилиндре возвратно-поступательного насоса, индикаторную работу в каждой камере гидромотора за один цикл можно представить как произведение среднеиндикаторного давления на рабочий объем камеры . В z камерах мотора i - кратного действия индикаторная работа за один оборот ротора равна или , где q - суммарный рабочий объем гидромотора.
С учётом момента сил трения M T имеем равенство
. (10.3)
Введём понятие гидромеханического к. п. д.:
.
Выражение (10.3) примет следующий вид:
. (10.4)
Фактический расход жидкости в гидромоторе Q превышает геометрический qn вследствие объёмных потерь (перетеканий через зазоры). Объёмный КПД гидромотора
При заданном расходе жидкости частота вращения вала
Полученные формулы показывают, что с увеличением рабочего объема за счет числа камер и кратности действия, во-первых, возрастает крутящий момент при том же давлении и, во-вторых, достигается снижение частоты вращения вала (при постоянном расходе жидкости).
