Объемные гидродвигатели

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

К лабораторной работе

«Конструкции объемного гидропривода»

Лабораторная работа

Конструкции объемного гидропривода

Цель работы:

Изучить устройство, принцип действия, характеристики и назначение углов объемного гидропривода.

Общие сведения об объемном гидроприводе

Объемный гидропривод (или просто гидропривод) относится к классу объемных гидропередач. Это система гидравлических машин, где с помощью жидкости происходит передача энергии от насоса к гидродвигателю для преобразования механической энергии.

Гидропривод представляет собой совокупность объемных гидромашин (насосов и гидродвигателей), гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения с помощью жидкости.

В качестве примера рассмотрим гидропривод, состоящий из следующих элементов (рис.1): роторный насос (пластинчатый) - 1; гидроцилиндр с двусторонним штоком - 2; дроссель - 3; переливной клапан - 4; емкость - 5; трубопроводы - 6.

Принцип работы такого гидропривода ясен из схемы. При постоянном значении силы R, создаваемой нагрузкой, дроссель 3 при перемещениях рукояткой будет создавать в правой полости гидроцилиндра 2 переменное давление в зависимости от длины пазов 1 (сопротивление в нем меняется линейно от 1). В этом случае будет также меняться скорость поршня, так как каждому R будет соответствовать определенное значение V при фиксированном 1. Если изменить 1, то при том же значении R изменится скорость поршня. Подобный гидропривод применяется в грузоподъемных машинах. Дроссель входит в понятие гидроаппаратуры. Гидроаппаратура предназначена для регулирования режимов работы гидропривода. В качестве вспомогательных устройств на рис. 1 мы видим переливной клапан и емкость (4, 5).

В качестве насосов 1 в гидроприводах используются различные роторные насосы (шестеренные, кулачковые, шиберные, поршеньковые и др.).

Объемные гидродвигатели

Объемные гидродвигатели - это исполнительные механизмы в системе гидропривода (см. рис. 1, пов. 2). Объемные гидродвигатели являются гидравлическими механизмами объемного действия, передающими энергию жидкости штоку или валу исполнительного механизма (напр., ковши экскаватора).

К объемным гидродвигателям относятся:

1. Гидромоторы, использующие энергию потока для сообщения выходному валу неограниченного вращательного движения. Закон этого движения зависит от характеристики гидромотора и параметров гидропривода в целом.

2. Гидроцилиндры сообщают выходному валу поступательное движение (рис. 1, пов. 2).

3. Поворотные двигатели сообщают выходному валу ограниченное вращательное движение.

4. Винтовые забойные двигатели применяются в нефтедобыче.

Гидромоторы.

Благодаря свойству обратимости роторных насосов любой из них в принципе может быть использован в качестве гидромотора. Однако есть некоторые отличия, связанные с запуском этих машин. При пуске необходимо, чтобы гидромотор сохранял герметичность и преодолевал большие силы трения при малых скоростях. Поэтому, например, пластинчатый гидромотор имеет в отличие от насоса пружины, которые выталкивают пластины из прорезей ротора и тем обеспечивают пуск гидромотора.

Гидромоторы классифицируют так:

1. По классификации роторных машин (объемному принципу действия): шестеренные, шиберные, радиально-поршневые, аксиально-поршневые. В последнее время наибольшее распространение получают радиально-поршневые гидромоторы.

2. По возможности регулирования рабочего объема: регулируемые и нерегулируемые.

3. По возможности изменять направление вращения: реверсируемые и нереверсируемые.

4. По числу циклов, совершаемых в каждой рабочей камере за один оборот вала: однократного и многократного действия.

5. По числу поршней.

Рассмотрим принципиальную схему нерегулируемого радиально-поршневого гидромотора многократного действия, получившего широкое распространение (угольные, сельскохозяйственные комбайны).

На рис. 2 представлен шестипоршневой гидромотор (он может быть многорядным). Четное число поршней позволяет устранить радиальные силы давления блока цилиндров на подшипники.

1 - цилиндр; 2 - поршни; 3 - ролики с опорами качения; 4 - статор; 5 - блок цилиндров; 6 - входные отверстия подвода жидкости к цилиндрам.

Под действием жидкости на поршень (вдоль стрелки а) вследствие наличия в статоре 4 каналов 7 возникает тангенциальное ускорение Т, создающее в статоре момент относительно оси вращения. Вращающий момент от каждого поршня зависит, как видно из рисунка, от его положения, поэтому суммарный вращающий момент пульсирует, что является источником вибраций, шума. Это существенный недостаток машин.

Нерегулируемые гидромоторы имеют переменные обороты, но постоянный рабочий объем. Подобные моторы могут быть многократного действия. В данном рисунке - пятикратного действия, так как окружность обоймы имеет 5 впадин (к - 5), но поршней 6 (z - 6). Такие гидромоторы являются высокомоментными и тихоходными (частота вращения n - от долей оборота до нескольких десятков в минуту).

На рис. 3 представлен аксиально-поршневой регулируемый гидромотор.

1 - плунжер; 2 - наклонная шайба; 3 - шарнир; 4 - шатуны; 5 - ротор; 6 - впускные и выпускные окна.

Упрощенную схему регулируемого гидромотора с регулируемым эксцентриситетом е можно увидеть на рис. 4.

Ход поршней этого гидромотора регулируются величиной (S - 2e).

На рис. 4: 1 - поршень; 2 -; 3 - распределительное устройство; 4 - направляющая обойма; 5 - подводящий жидкость канал; 6 - отводящий канал.

Обойма 4 может сдвигаться по направляющей 7, что позволяет из эксцентриситет. Схема действия создание усилия Т, создающего момент вращения, преодолевающий момент нагрузки, аналогична схеме для нерегулируемых гидромоторов. Только она кает уже как следствие эксцентриситета, а не профилирования обоймы.

Найдем технические параметры гидромотора.

1. Расход:

В гидромоторе рассматривается идеальный расход Q_u, соответствующий рабочему объему гидромотора V_o.

Q_u = V_o • n,

V_o = V_k • z • k, (1)

где V_k - идеальный объем одной камеры за один цикл;

z - число рабочих камер в гидромоторе (число поршней)

k - кратность действия камер, т.е. число вытесняемых объемов из одной камеры за один оборот ротора гидромотора;

n - число оборотов ротора в единицу времени.

Действительный расход Q гидромотора больше идеального на величину утечек, т.е.

Q = Q + q, (2)

где q - общая величина утечек в гидромоторе (в камерах, торцах ротора и др.)

Объемный КПД:

(3)

Из зависимостей (1) с учетом (3) можно найти число оборотов n гидромотора:

(4)

Как видно, с увеличением числа поршней z и кратности действия k число оборотов уменьшается.

2. Полезная мощность гидромотора:

, (5)

где М - крутящий момент на валу гидромотора (исполнительного механизма), - угловая скорость вращения.

3. Мощность, потребляемая гидромотором:

, (6)

где p - перепад давления в гидромоторе (P = P₁ - P₂, P₁ - давление на входе в гидромотор, P₂ - давление на выходе из гидромотора).

4. КПД:

, (7)

- механический КПД гидромотора. Как видно, η определяется в гидромоторах так же, как и в роторных насосах.

5. Выражение для момента. Из (7) имеем

;

с учетом (6):

с другой стороны, из (5):

,

следовательно,

Используем теперь выражения (1) и (3) для Q:

Подставляя в предыдущее выражение, получим

Окончательно с учетом (1) получим расчетное выражение момента:

(8)

Особо важное значение имеют выражения (4) и (8), так как они определяют обороты и крутящий момент гидромотора. Как видно, с ростом числа камер и кратности действия гидромотора, момент его растет, а обороты падают.

Характеристика гидромотора при P = const представлена на рис. 5:

Уменьшение момента М с увеличением оборотов небольшое из-за некоторого уменьшения механического КПД (8).

Гидроцилиндры.

Гидроцилиндры - объемные гидравлические двигатели, создающие возвратно-поступательное движение поршня за счет воздействия жидкости. Они делятся, в основном, на три вида: с односторонним штоком (рис. 6), с двусторонним штоком (рис. 7) и телескопические (рис. 8).

Гидроцилиндры широко применяются во всех отраслях техники. В строительной технике они применяются в подъемно-транспортных, дорожных машинах.

Гидроцилиндр с односторонним штоком (рис. 6) имеет плунжер 1 (поршень со штоком большего диаметра). Плунжер перемещается силой давления жидкости в правую сторону. Обратный ход осуществляется под воздействием внешней силы F исполнительного механизма или под действием пружины. На рис. 6 показаны: 1- плунжер; 2 - цилиндр; 3 - пружина; 4 - вход (выход) жидкости; 5 - уплотнения.

Гидроцилиндры работают при высоких давлениях (до 30 МПа и более), поэтому имеют штоки большего диаметра. Часто соотношение площади поршня и штока 1:2. Уплотнения 5 - двойные (внутреннее уплотнение препятствует выходу жидкости или смазывающего масла, а наружное - грязезащитное, защищающее полированный шток от грязи).

На рис. 6 представлен гидроцилиндр с односторонним штоком одностороннего действия, который удобен для применения при постоянной или маломеняющейся силе F.

Если сила F резко меняется, то лучше применять гидроцилиндр с односторонним штоком двустороннего действия (рис. 6а).

Более удобными в случае с переменной внешней силой F являются гидромоторы с двусторонним штоком, так как они имеют полную симметрию сил с обеих сторон (рис. 7).

В случае рис 6.а и рис. 7, когда к цилиндру имеется подвод и отвод, управление его осуществляется с помощью золотникового гидрораспределителя.

Если необходимо создать ход больше длины корпуса цилиндра, применяют телескопические цилиндры (см., например, грузоподъемные краны для ремонта зданий).

Выдвижение секций цилиндра, если они питаются через линию 1 от источника постоянного расхода Q (объемный насос), будет проходить с разными скоростями (так как разные S), если преодолеваемая сила F постоянна, при разных давлениях. При выдвижении первым смещается до упора поршень 2 с малой скоростью V = Q/S₁, при меньшем давлении P = F/S₁. После полного выдвижения поршня 2 начинает перемещаться до полного выдвижения поршень 3, площадь которого S₂. При этом скорость увеличивается до V = Q/S₂, а давление возрастает до P = F/S₂. Выдвигание секций происходит либо под действием силы F, либо путем подачи расхода Q через линию 4 в полости 6 и 7 через рукав 5.

Рассмотрим материальный и энергетический баланс в цилиндре.

Расход в гидроцилиндре в одну сторону:

Q = Q_u + q,

где Q - действительный расход в цилиндре; q - утечки через уплотнения цилиндра по поршню и штоку; Q_u - идеальный расход, определяемый диаметром цилиндра и скоростью V.

Q = V • S.

Объемный КПД:

(9)

Механический КПД гидроцилиндра учитывает потери мощности в уплотнениях. Они велики, так как цилиндры работают при больших делениях.

, (10)

Где F - внешняя сила, F_mp - сила трения.

Механический КПД гидроцилиндра находится в пределах 0,8 - 0,85, объемный - 0,98 - 0,99, гидравлический КПД можно принять за единицу.

Подсчитаем, например, внешнюю силу F для гидроцилиндра с односторонним штоком двустороннего действия (рис. 6а).

,

где P` - гидравлическая сила воздействия на обе стороны поршня

отсюда

(11)

Поиск по сайту: