 |
Объемные гидродвигатели и гидроаппаратура
|
|
|
|
Объемные гидродвигатели
Объемным гидродвигателем называется объемная гидромашина для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена (вала, штока). В зависимости от характера движения выходного звена гидродвигатели подразделяются на три класса:
а) гидроцилиндры – объемные гидродвигатели с поступательным движением выходного звена;
б) поворотные гидродвигатели - объемные гидродвигатели с углом поворота меньше 360°;
в) гидромоторы - объемные гидродвигатели с вращательным движением выходного звена.
1 Гидроцилиндры. Гидроцилиндры являются простейшими гидродвигателями, которые применяются в качестве исполнительных механизмов гидроприводов различных машин и механизмов с поступательным движением выходного звена.
В гидроцилиндрах одностороннего действия движение выходного звена под действием потока рабочей жидкости осуществляется только в одном направлении, в гидроцилиндрах двустороннего действия – в обоих направлениях. Кроме этого, гидроцилиндры выполняются с односторонним или двусторонним штоком. Преимущественно применяют гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком. Схема такого гидроцилиндра показана на рис. 7.1.
Расход гидроцилиндра определяется из соотношения
, (7.1)
где Sэ – эффективная площадь поршня гидродвигателя;
Vn – скорость движения поршня; 
- объемный к. п. д.
Рисунок 7.1 – Схема гидроцилиндра с односторонним штоком двустороннего действия
Площадь Sэ зависит от направления движения поршня. При движении поршня вправо Sэ пр = pD2/4, при движении влево – Sэ лев = p(D2 – d2)/4. При изменении площади соответственно изменяются расход и скорость движения жидкости при ходе влево или вправо.
|
|
|
Усилие на штоке F определяется из уравнения равновесия поршня и для хода вправо будет равно:
F = (F1-F1)∙ 
(7.2)
или
∙ , (7.3)
где р1 и р2 – давления жидкости в рабочей и сливной полостях гидроцилиндра; D – диаметр поршня; d – диаметр штока; - механический к. п. д. гидроцилиндра, учитывающий потерю энергии в гидроцилиндре на преодоление сил трения при движении поршня и штока ( = 0,85-0,95).
Выходная (полезная) мощность гидроцилиндра Nвых определяется из соотношения
Nвых = F× Vn, (7.4)
где F – усилие на штоке; Vn – скорость передвижения поршня.
Входная мощность N определяется параметрами на входе в цилиндр:
Nвх = PQ, (7.5)
где р – давление на входе в цилиндр; Q – расход гидроцилиндра. К. п. д. цилиндра – это отношение выходной мощности к входной
, (7.6)
2 Поворотные гидродвигатели. По конструкции поворотные гидродвигатели бывают поршневые, лопастные и мембранные. Наиболее распространены поршневые поворотные гилродвигатели (рис. 7.2).
| Для обеспечения поворотного движения рабочую жидкость подают в рабочие камеры гидродвигателя. Поворотное движение осуществляется за счет применения реечно-зубчатой передачи. Угол поворота вала рабочей машины ограничивается ходом поршня двигателя. |
| Рисунок 7.2 – Поршневой поворотный гидродвигатель |
3 Гидромоторы. Это объемные гидродвигатели вращательного движения. В машиностроении в качестве гидромоторов используют объемные роторные гидромашины. Благодаря свойству обратимости роторных насосов, любой из них может быть использован в качестве гидромотора. Гидромоторы, как и насосы, классифицируют на шестеренные, винтовые, пластинчатые и поршневые.
В зависимости от возможности регулирования рабочего объема гидромоторы делятся на регулируемые и нерегулируемые. Если выходное звено гидромотора может вращаться в обе стороны, то он называется реверсивным. Условное обозначение реверсивного регулируемого гидромотора показано на рис. 7.3.
|
|
|
| Гидромотор, как и роторный насос, харак-теризуется рабочим объе-мом V0, который зависит от его вида. Расход гидромотора определяется по формуле |
| Рисунок 7.3 – Условное обозначение гидромотора |
(7.7)
где n – частота вращения вала гидромотора; 
объемный к. п. д.
Перепад давления на гидромоторе определяется разностью между давлением на входе и на выходе, т. е.
Dр = р1-р2. (7.8)
Полезная мощность гидромотора равна
Nn = М×w, (7.9)
где М – крутящий момент на валу гидромотора; w - угловая скорость вала, w = pn/30.
Мощность, потребляемая гидромотором:
N =DpQ. (7.10)
Отношение Nп/N определяет общий к. п. д. гидромотора
. (7.11)
Гидроаппаратура
Гидроаппаратом называется устройство, предназначенное для изменения параметров потока рабочей жидкости (давления, расхода, направления движения) или для поддержания их заданного значения. Основным элементом всех гидроаппаратов является запорно-регулирующий орган – подвижный элемент, при перемещении которого частично или полностью перекрывается проходное сечение гидроаппарата. В зависимости от конструкции запорно-регулирующие элементы бывают золотниковые, клапанные, крановые.
Если гидроаппарат изменяет параметры потока рабочей жидкости, то он является регулирующим.
Гидроаппараты можно разделить на три основных типа:
а) гидрораспределители; б) гидроклапаны; в) гидродроссели.
Рассмотрим кратко каждый тип гидроаппарата.
1 Гидрораспределители. Гидрораспределитель – это гидроаппарат, предназначенный для изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях. В зависимости от числа внешних гидролиний, подводимых к распределителю, гидрораспределители бывают двухлинейные, трехлинейные и т. д.; в зависимости от числа позиций запорно-регулирующего органа - двухпозиционные, трехпозиционные
| и т. д. Условное обозначение 4-линейного 3- позиционного распреде-лителя с электрическим управлением показано на рис.7.4. |
| Рисунок 7.4 – Условное обозначение распределителя |
|
|
|
Наиболее распространенным является золотниковый распределитель.
Потери давления Dрр в гидрораспределителе определяют по формуле
(7.12)
где Qном и рном – номинальная подача и потери напора на номинальной подаче (паспортные данные);
Qф - фактическая подача жидкости в гидроаппарате.
2 Гидроклапаны. Гидроклапаном называется гидроаппарат, в котором степень открытия проходного сечения изменяется под воздействием напора проходящей через него жидкости. Гидроклапаны бывают регулирующие и направляющие. К регулирующим относятся клапаны давления, предназначенные для регулирования давления в потоке рабочей жидкости. Из них наиболее широко применяются напорные и редукционные клапаны.
Напорные гидроклапаны делятся на предохранительные, которые предохраняют систему от давления, превышающего допустимое, и переливные, предназначенные для поддержания заданного уровня давления путём непрерывного слива рабочей жидкости во время работы.
Основные элементы шарикового напорного клапана показаны на рис. 7.5.
| Принцип действия всех напорных клапанов одинаков и основан на уравновешивании силы давления рабочей жидкости, действующей на клапан, усилием пружины (рис. 7.6). |
| Рисунок 7.5 – Схема предохра-нительного клапана |
| Сила давления пружины Fпр уравновешивается силой давления жидкости Fдавл, действующей на запорный элемент. При условии Fпр = Fдавл – клапан закрыт. Сила давления Fдавл определяется из условия: |
| Рисунок 7.6 – Принцип действия напорного клапана |
Fдавл = р × 
, (7.13)
где р- давление жидкости в системе; dy – диаметр седла клапана (условного прохода жидкости).
Когда давление жидкости в системе превысит заданное, то Fпр< Fдавл, запорно-регулирующий орган клапана смещается и открывает проход рабочей жидкости на слив.
Редукционные клапаны предназначены для поддерживания в отводимом потоке стабильного давления р2, более низкого, чем давление р1 в подводимом потоке. Их применяют при питании от одного насоса нескольких потребителей, требующих разных давлений.
|
|
|
Направляющие (обратные) клапаны пропускают жидкость только в одном заданном направлении.
2 Гидравлические дроссели. Гидродроссель – это регулирующий гидроаппарат, представляющий собой специальное местное сопротивление, предназначенное для изменения давления в потоке рабочей жидкости. Основное назначение его – установить связь между пропускаемым расходом и перепадом давления до и после дросселя. Дроссели разделяют на регулируемые и нерегулируемые. Регулируемые дроссели (условное обозначение показано на рис 7.7) широко применяют в гидроприводе для регулирования скорости движения выходного звена гидродвигателя.
| 
|
| Рисунок 7.7 – Условное обозна-чение регулируемого дросселя | Рисунок 7.8 – Схема игольча-того дросселя |
В системах гидроавтоматики распространены игольчатые, щелевые и винтовые дроссели. Схема игольчатого дросселя показана на рис. 7.8. Изменение площади проходного сечения дросселя достигается за счет осевого перемещения иглы.
Расход жидкости через дроссель любой конструкции определяется по формуле
Qдр = 
S др 
, (7.14)
где – коэффициент расхода дросселя, для игольчатых дросселей μ = 0,75 – 0,8; S др – площадь проходного сечения дросселя; △р = р1– р2 - перепад давления на дросселе; ρ – плотность жидкости.
|
|
|
