Об'ємні гідравлічні машини. Основні поняття і технічні характеристики гідравлічних машин.

Лекція №13.

Тема: Гідродвигуни.

План заняття.

1. Об'ємні гідравлічні машини. Основні поняття і технічні характеристики гідравлічних машин.

2. Гідроциліндри.

3. Поворотні гідромашини (гідродвигуни).

4. Роторні гідромашини.

5. Гідротурбіни. Принцип дії гідротурбін і їх класифікація.

Гідроциліндри.

Гідроциліндри - це об'ємний гідродвигун зі зворотно-поступальним рухом вихідної ланки. У різних галузях техніки використовуються найрізноманітніші як за конструкцією, так і за функціональним призначенням типи гідроциліндрів. Конструктивні схеми гідроциліндрів представлені на рис. 3.8, а технічні характеристики деяких типів гідроциліндрів - у додатку 7.

 

 

Гідроциліндр, в якому рух вихідної ланки під дією робочої рідини можна забезпечити тільки в одному напрямку, називається гідроциліндром однобічної дії (рис. 3.8, а). Рух вихідної ланки при цьому в протилежному напрямку може відбуватися під дією пружини, сили ваги чи іншим способом. Якщо ж рух вихідної ланки можливий у двох протилежних напрямках, то такий гідроциліндр називається гідроциліндром двосторонньої дії (рис. 3.8, б).

У залежності від конструкції робочої ланки гідроциліндри бувають: поршневі (рис. 3.8, а, б), плунжерні (рис. 3.8, в), мембранні (рис. 3.8, г), сильфонні (рис. 3.8, д). Під робочою ланкою гідродвигуна, взагалі і гідроциліндра зокрема розуміється деталь чи група деталей, що беруть участь в утворенні робочої камери і приводять у рух вихідну ланку.

Наведені конструктивні схеми гідроциліндрів дозволяють забезпечити повний хід вихідної ланки рівним ходу робочої ланки, і тому їх прийнято називати одноступінчастими гідроциліндрами. А гідроциліндри, в яких повний хід вихідної ланки дорівнює сумі ходів усіх робочих ланок, називаються телескопічними (рис. 3.8, е).

У залежності від числа поршнів чи плунжерів телескопічні гідроциліндри можуть бути двоступінчастими, триступінчастими і т. д.

При цьому ступінь з найменшим діаметром поршня чи плунжера називається першим ступенем, наступний - другим ступенем і т. д.

Розрізняють гідроциліндри з одностороннім і двостороннім штоком, розуміючи під першим поршневий гідроциліндр зі штоком з однієї сторони і.під другим - гідроциліндр зі штоком, розташованим по обидві сторони поршня (рис. 3.8, є). Нерідко доцільно з'єднувати з рухомою частиною машини не шток, а корпус циліндра. Рідину в циліндр у цьому випадку підводять через гнучкі трубопроводи (шланги) або через канали в штоку.

При експлуатації гідроциліндрів, особливо з великими інерційними навантаженнями на вихідній ланці, з метою запобігання виникненню ударних навантажень використовують гідроциліндри з гальмуванням, у конструкції яких передбачаються пристрої, що демпфірують, цим самим забезпечуючи плавне сповільнення руху поршня.

Найбільш розповсюджені конструктивні схеми таких демпферів показані на рис. 3.9. У конструкції (рис. 3.9, а) демпфірування досягається за рахунок видавлювання рідини стовщенням штока через кільцевий зазор, що утворюється між цим стовщенням і циліндричним розточенням, виконаним у кришці гідроциліндра. У конструкції (рис.3.9, б), в якій демпфірування досягається послідовним вимиканням випускних отворів, що з'єднують порожнину гідроциліндра з лінією зливу, активною гальмовою поверхнею служить уся площа поршня (чи площа поршняза винятком площі штока).

У конструкції, показаній на рис. 3.9, в, демпфірування здійснюється включенням наприкінці ходу поздовжньої дроселюючої щілини, а в конструкції на рис. 3.9, г - вимиканням дросельного клапана.

У гідросистемах тракторів і сільськогосподарських машин застосовують гідроциліндри як поршневі, так і плунжерні. Плунжерні гідроциліндри у свою чергу поділяються на одноступінчасті і багатоступінчасті (телескопічні). У начіпних системах тракторів, а також у машинах, в яких у процесі роботи необхідно регулювати хід штока, використовують в основному уніфіковані поршневі гідроциліндри типу Ц з робочим тиском 10, 16 і 20 МПа.

 

 

 

У гідросистемах сільськогосподарських машин застосовуються в основному нормалізовані поршневі гідроциліндри, розраховані для роботи на мінеральних маслах у діапазоні температур робочої рідини від -10 до +70 °С. Максимальний тиск для цих гідро циліндрів 16 МПа, швидкість поршня -до 0,5 м/с.

Плунжерні гідроциліндри застосовуються для здійснення зворотно-поступального руху робочих органів, коли зворотний хід цих органів відбувається за рахунок власної маси чи за рахунок дії пружинних та інших пристроїв. Зокрема, плунжерні гідроциліндри застосовуються для підйому жниварки зернозбирального комбайна, в автонавантажувачах, в автомобілях-самоскидах і т. ін. Вони працюють на мінеральних маслах при найбільшому робочому тиску до 10 МПа зі швидкістю переміщення плунжера до 0,3 м/с.

Телескопічні гідроциліндри застосовують у сільськогосподарських машинах, де потрібний значний хід штока при мінімальних розмірах корпуса гідроциліндра; зворотний хід у них здійснюється за рахунок маси робочих органів (наприклад, кузови самоскидних візків автомобілів). Телескопічні гідроциліндри розраховані для роботипри номінальному тиску в гідросистемі до 10 МПа.

У сільськогосподарських машинах гідродвигуни поступального руху (гідроциліндри) використовують в основному або для переміщення і фіксації відносно один одного різних вузлів, або для приведення робочих органів машини в періодичний зворотно-поступальний рух. На сільськогосподарських машинах, крім гідроциліндрів, знаходять застосування і гідродвигуни зворотно-поступального руху (ДЗП), що застосовуються для приведення в дію ріжучих апаратів косарок, жниварок, пристосувань для підрізування виноградної лози та інших механізмів.

Прийнято вважати, що з підвищенням тиску і відповідно зі зменшенням розмірів гідроциліндрів поліпшуються їхні економічні показники. Однак з підвищенням тиску збільшується товщина стінок циліндра і трубопроводів, зростає необхідність підвищення точності виготовлення, ускладнюється конструкція ущільнювальних пристроїв для рухливих і нерухливих з'єднань, виникає необхідність у застосуванні більш дорогих насосів і апаратури. Тому з підвищенням тиску з'являється ряд суперечливих вимог, що впливають на економічну ефективність.

Загальні витрати з підвищенням тиску знижуються лише додеякої межі, а потім починають зростати.

Можна констатувати, що оптимальний робочий тиск - це тиск 25...30 МПа, при якому одержується найбільший економічний ефект.

У сільськогосподарському машинобудуванні освоєне виробництво гідроциліндрів на робочий тиск 16...20 МПа. Тому питання підвищення робочого тиску в гідроприводах тракторного і сільськогосподарського машинобудування залишається відкритим.

Основні параметри поршневих гідроциліндрів - це рушійне зусилля на штоку Р і швидкість поршня V.

Рушійне зусилля Р на штоку, спрощене без урахування сил тертя, протитиску в неробочій порожнині і сил інерції, визначається за формулою Р = р F.

При цьому для поршневого гідроциліндра двосторонньої дії (рис. 3.8, б) при подачі рідини в поршневу порожнину площа F розраховується за формулою F =π D ² /4, при подачі в штокову порожнину і для гідроциліндра з двостороннім штоком (рис. 3.8, е), за умови рівності діаметрів правого і лівого штоків,     F =π(D ² - d )/4, де D і d = d ₁ = d ₂ - діаметри відповідно поршня і штока, м.

Для плунжерного гідроциліндра (рис. 3.8, в) робоча площа F = πd ² /4 - це площа перерізу штока.

Розрахункову швидкість поршня (без урахування витоків рідини) визначають за формулою

V = Q / F.                  (3.29)

З наведеної формули випливає, що при однаковій подачі рідини в обидві порожнини гідроциліндра з однобічним штоком швидкість штока при надходженні рідини в штокову порожнину буде більше швидкості при подачі в поршневу порожнину у відношенні D²/D²-d².

Отже, при використанні поршневих гідроциліндрів двосторонньої дії можливим шляхом вибору розмірів D і d можуть стати великі зусилля при ході штока в одному напрямку (при подачі рідини в поршневу порожнину циліндра) і великі швидкості при зворотному ході (при подачі рідини в штокову порожнину). Швидкість поршня цього гідроциліндра при подачі рідини в поршневу V _п і штокову V _шт порожнини визначається так:

V _п=   V _шт= .  (3.30)

Таким чином, при відповідному підборі діаметрів штока і поршня можна одержувати різні рушійні зусилля і швидкості поршня.

Наприклад, при d = D /  швидкість поршня (рис. 3.8, а) при русі в праву сторону буде у два рази більшою, а рушійне зусилля у два рази меншим.

У випадку, коли різниця швидкостей і рушійних зусиль небажані, гідроциліндри включають за допомогою золотника за диференціальною схемою, при якій штокова порожнина з'єднана з живильною лінією.

На практиці у процесі експлуатації в результаті тертя рухливих з'єднань у гідроциліндрі виникають сили тертя R _тер і сили інерції R _ін, частин, що рухаються, при перехідних режимах, викликаних прискоренням і уповільненням.

Крім того, у ряді випадків при розрахунках рушійного зусилля не можна зневажати протидіючою силою К, викликаною тиском у зливальній магістралі.

З урахуванням цього ефективна рушійна сила на штоку гідроциліндра визначиться за формулою

Р_ф=Р-(R _тер + R _ін +К).    (3.31)

Сила тертя R _тер у загальному вигляді визначається за формулою

R _тер= μ(R _н + G),       (3.32)

де μ — коефіцієнт тертя; G - вага рухливих частин циліндра й механізму навішення; R _н - нормальна сила поршня на корпус циліндра і штока на опорну поверхню передньої кришки, Н.

Сила інерції частин, що рухаються:

R _ін= - Ma,                   (3.33)

де М - маса частин, що рухаються (включаючи рідину), кг; а -прискорення частин, що рухаються (включаючи рідину), м²/с.

Цей вид навантаження особливо важливе значення має для гідроциліндрів навантажувачів і екскаваторів, де число реверсів у хвилину досягає 10, а маса рухливих частин - декількох тонн.

При рівномірному русі сила інерції R _ін = 0, відповідно до чого

Р_ф=Р-(R _тер +К).                  (3.34)

У плунжерному гідроциліндрі об'єм рідини, що витісняється, дорівнює нулю, і тому при рівномірному русі Р_ф=Р- R _тер.             

Найважливіша функціональна характеристика гідроциліндра — це його загальний ККД: η= η_мех η_о. У цьому випадку η _г=1.

Механічний ККД η_мех силового гідроциліндра в залежності від різних факторів коливається від 0,81 до 0,97, у кожному конкретному випадку визначається силою тертя. Сила тертя залежить головним чином від конструкції циліндра, відхилень форми і взаємного положення поверхонь як самого гідроциліндра, так і деталей механізму навіски, в яку він вставляється. Крім того, сила тертя також залежить від якості поверхні матеріалів, що сполучаються, і ущільнень поршня і штока. Причому сила тертя нерідко досягає великих значень. Наприклад, для гідроциліндрамеханізму ковша екскаватора сила тертя досягає 1900Н.

У загальному випадку

η_мех =Р_ф/ Р             (3.35)

де Р_ф і Р - відповідно фактичне й розрахункове рушійне зусилля. На практиці розрахунок загального ККД гідроциліндра вираховується за результатами даних, отриманих при стендових випробуваннях.

У циліндрах, поршні яких ущільнені гумовими чи шкіряними манжетами або гумовими кільцями, виток рідини практично відсутній, тому об'ємний ККД η_о також близький до 1.

Вітчизняною промисловістю виробляються гідроциліндри в трьох виконаннях, що позначаються цифрами 2, 3,4 (табл. 3.1).

 

Таблиця 3.1. Характеристика поршневих гідро циліндрів

Виконання	Характеристика
	Номінальний тиск, МПа	Внутрішній діаметр гідро циліндра, мм
2	14, 20, 25	55, 75, 90, 100, 110
3	14, 20, 25	50, 60, 63, 80, 100, 110
4	14, 20, 25	63, 80 і 100

Приклад умовної позначки гідроциліндра: Ц-80-200-4; цифра 80 позначає діаметр поршня, 200 - хід поршня, а 4 - виконання.

Роторні гідромашини.

Під роторними ГМ розуміють об'ємні насоси і гідромотори, в яких рухливі робочі елементи, що утворюють робочі камери, роблять обертальний рух чи обертальний у сполученні зі зворотно-поступальним рухом. Роторні ГМ знайшли широке застосування в гідроприводах, тому що мають малу питому масу й об'єм, який приходиться на одиницю потужності, високий ККД, можливість регулювання й реверса подачі. Вони швидкохідні (п = 1500...5000 хв^-1), не мають клапанів і, як правило, обертові, тобто можуть працювати як у режимі насоса, так і в режимі гідромотора. Робоча рідина – мінеральні масла. За характером руху робочих органів роторні ГМ поділяють на роторно-поступальні й роторно-обертальні.

Роторно-поступальні ГМ бувають двох типів: роторно-поршневі й роторно-пластинчасті.

Роторно-поршневі ГМ розрізняють за напрямком руху поршня: аксіальні з похилим циліндровим блоком чи з похилим диском; радіальні - роторно-плунжерні.

Аксіальні роторно-поршневі (плунжерні) ГМ з похилим нерухомим чи поворотним диском знайшли широке застосування на мобільних сільськогосподарських машинах. На рис. 3.13, а наведений аксіальний роторно-поршневий (плунжерний) регульований насос з похилим диском, а на рис. 3.13, б - його умовне графічне зображення.

 

Блок циліндрів 3 установлений на валу 4 і підтиснутий пружинами 2 і 11 до розподільчого диска 1. У циліндрах блоку розміщені поршні 5, що через башмаки 7 спираються на опорне кільце 9 похилого диска 10. Башмаки у свою чергу притиснуті до опорного кільця 9 пружинами 2 і 11 через втулку 6 зі сферичною зовнішньою поверхнею і сепаратор 8. Поворот похилого диска 10 на кут β здійснюється через тягу 12 переміщенням поршня 13 механізму керування. При підведенні рідини в порожнини А і Б циліндра механізм керування змінює кут нахилу шайби (похилого диска) у межах кута ± β (рис.3.13). З кінематичної схеми (рис. 3.14) видно принцип роботи роторно-поршневої гідромашини з похилим поворотним диском.

При обертанні вала 3 плунжери 1 роблять зворотно-поступальний рух у циліндрах ротора. При цьому гідромашина працює в режимі насоса: плунжер 1 рухається вправо, відбувається усмоктування р_ус рідини в порожнину циліндра, а коли він рухається вліво, то рідина виштовхується з нього - р _наг.

 

Величина ходу l плунжера 1 залежить від кута нахилу β опорного поворотного диска 4. Коли поверхня похилого диска 4 перпендикулярна осі вала 3 (β=0), плунжери 7 зворотно-поступального руху в циліндрах не роблять (l = 0). За один оберт вала З кожен плунжер робить один хід l (рис. 3.14) вправо, усмоктуючи з порожнини об'єм рідини Δ Q =  і один хід вліво, виштовхуючи цей об'єм у нагнітальну порожнину. Теоретична подача насоса за один оберт вала, що має в роторі z плунжерів, буде дорівнювати

q _т = .              (3.43)

Дійсна подача насоса Q, що має частоту обертання п приводного вала 3, може бути знайдена з рівняння

Q = q _т n η ₀.               (3.44)

Якщо в порожнину нагнітання насоса р _наг подати тиск від іншого насоса, то на плунжері виникає зусилля від цього тиску, що розкладається на дві складові в точці дотику головки плунжера з поверхнею опорної шайби 4. Під дією окружної складової цього зусилля ротор гідромашини починає обертатися, і гідромашина працює в режимі гідромотора. При цьому з вала 3 можна знімати механічну енергію.

При зміні напрямку обертання вала 3 з п на п' чи зміні кута нахилу шайби з +β на -β (рис. 3.14) змінюється напрямок руху потоку рідини р_ус на р'_ус і р _наг на р' _наг.

У будівельній техніці, дорожніх машинах та інших машинах широко застосовують аксіальні роторно-поршневі ГМ з похилим нерухомим чи поворотним циліндровим блоком. Наприклад, конструкція аксіально-поршневого гідромотора типу ПМ з похилим нерухомим блоком циліндрів і кесиловим карданом представлена на рис. 3.15.

В отворі корпуса 1 на підшипниках 2 установлений вал 3, що через кардан з'єднаний з циліндровим ротором 5, встановленим у корпусі 4 на осі 7 з підшипником 6 і притиснутим пружиною 8 до розподільчого диска 11 з двома дугоподібними каналами (рис. 3.16, вид В-В). У циліндрах ротора розміщені поршні 12, що завальцьовані на малі сферичні головки шатунів. Великі сферичні головки завальцьовані у фланці 13 вала 3, що має шліцьовий кінець для з'єднання з валом навантаження. Штифт 10 охороняє розподільчий диск 11 від провертання відносно кришки 9, в якій розташовані канали для підведення і відведення робочої рідини. Витрати рідини між поверхнями торця ротора і диска 11 накопичуються всередині корпусів 1 і 4 і звідти відводяться на злив. Герметизація гідромотора здійснюється за допомогою ущільнювальних кілець і манжети 14. Зі схеми (рис. 3.16) видно принцип роботи аксіально-поршневої гідромашини з похилим блоком (β= const) у режимі гідромотора.

Робочий цикл гідромотора складається з процесу нагнітання робочої рідини р _наг У робочі камери А, через отвори Ж (переріз Б-Б), розташовані над відповідним дугоподібним вікном Е чи К (переріз В-В), і витиснення рідини з камер на злив р _зл.

 

Наприклад, нагнітання р _наг робочої рідини Q відбувається в робочих камерах А, що в цей момент з'єднані з нагнітальним дугоподібним вікном Е розподільчого диска 1. Сила тиску, що діє на поршні 2 по осі циліндрів ротора 3, через шатуни 4 передається на фланець 6 вала 7 під кутом β. Розкладання вертикальних складових діючих у площині фланця 6 сил дає радіальні і тангенціальні сили від кожного з поршнів, з'єднаних з порожниною нагнітального вікна Е. Радіальні складові сприймаються підшипниками вала, а тангенціальні сили створюють момент М_кр щодо осі вала, що придає валу мотора обертання з частотою

n _м= .                   (3.45)

Крутильний момент на валу гідромотора визначають за формулою

М_кр=Δ p _м η _тм q _тм/2π Нм,         (3.46)

де Δр _м =р _тм -р_зл - перепад тиску на гідромоторі. Па; η _тм – ККД гідромотора.

Величину q _тм (м³/об) можна знайти за рівнянням (3.43), в яке підставляються значення параметрів, позначених на рис. 3.16. Обертання вала 7 за допомогою несилового кардана 5 передається блоку циліндрів 3, у результаті чого відбувається з'єднання наступних робочих камер з порожниною нагнітання Е. Одночасно відбувається процес витиснення в робочих камерах А '_і, що в цей момент з'єднані з дугоподібним вікном К, і рідина під тиском р_зл йде на злив. Під час роботи блок циліндрів 3 притиснутий до розподільчого диска 1 гідравлічними силами. Якщо змінити напрямок потоку рідини й нагнітати її в робочі камери А '_і, через дугоподібне вікно К під тиском р _наг, то напрямок обертання циліндрового блока 3 і вала 7 гідромотора зміниться на протилежний.

З аналізу рівнянь (3.43) і (3.44) видно, що змінити частоту обертання вала гідромотора можна за рахунок зміни величини витрати, що підводиться до гідромотора, чи зміною q _тм, а величину моменту М_кр на його валу - за рахунок зміни перепаду тиску Δ р _м або q _тм. З рівняння (3.43) видно, що величину q _тм можна змінити за рахунок зміни величини кута нахилу циліндрового блоку в межах β = 10...30°. Зі збільшенням кута нахилу β при q _м = const частота обертання вала мотора зменшується, а крутильний момент М_кр відповідно зростає.

Сучасна промисловість виготовляє роторно-поршневі насоси, що мають такі параметри: n _ном= 950...3500 хв^-1, номінальний тиск  р _ном = 15...40 МПа, теоретична подача за один оберт вала (робочий об'єм) q _т = (5...500)·10^-6м³/об, об'ємний ККД  η₀ = 0,97, повний ККД насоса η_н = 0,82...0,93, гідромеханічний ККД можна знайти: η _гмех.= .

 

 

 

Радіально-поршневі гідромашини знайшли широке застосування у верстатах і пресах.

На рис. 3.17 наведена конструктивна схема радіально-поршневого насоса однократної дії типу НПМ. Принцип роботи насоса полягає в наступному.

Поршні 6, обертаючись разом із блоком циліндрів 4, беруть участь одночасно у зворотно-поступальному русі в радіальному напрямку, тому що вони спираються на кільцеву направляючу поверхню 5 статора З, розміщену з ексцентриситетом е щодо осі 0 обертової частини гідромашини (ротора).

Кінематична схема для одного поршня машини показана на рис. 3.18. З її розгляду видно, що такий механізм представляє інверсію кривошипно-шатунного механізму. Кривошип ОО' = е закріплений, а шатун ОС, обертаючись навколо центра О', сковзає кінцем С по промені ОС осі циліндра, що обертається навколо центра О. Хід поршня за половину оберту ротора визначений ексцентриситетом:

h = 2(OO ') = 2 е.

Поточне значення переміщення поршнів підкоряється залежності

х = R со sβ - e со s α - r, оскільки R = r +е, a x =е(1 - со s α) – R (1 -со s β). Крім того, R >> е. При цьому соs β ≈1. Тоді величина переміщення поршня приблизно буде дорівнювати х ≈ е(1 -со s а).

На рис. 3.17 показана радіально-поршнева регульована гідромашина з точечним контактом "метал по металу" між сферичними головками поршнів 6 і ведучими кільцями 5 статора. Контактні навантаження в цій парі обмежують максимальний тиск до р _{н max}= 16 МПа.

Зміна подачі на ходу здійснюється зміною ексцентриситету e ≤ e _max. Для цього корпус 2, усередині якого на підшипниках 1 розташований обертовий статор 3 з кільцями 5, виконаний ковзним у направляючих 19. Перехід центра статора О' через центр ротора О приводить до зміни напрямку подачі насоса чи до зміни напрямку обертання в режимі гідромотора. Завдяки вільному обертанню статора зменшується тертя при повільному ковзанні головок поршнів по кільцях 5. Конічна форма кілець 5 змушує поршні при цьому обертатися, що також знижує тертя і, отже, зменшує знос при їхньому ковзанні в циліндрах.

Розподіл рідини виконується цапфою 12 із прорізами 15 і 8 та перемичками 18, на якій обертається ротор, що центрується підшипниками 9.

 

 

 

При обертанні кожен циліндр половину оберту з'єднаний вікном 7 із прорізом 15, а іншу половину — з прорізом 8. Осьові отвори 14 і 10 з'єднують прорізи з підвідною 11 і відвідною 13 магістралями.

Щоб уникнути прогину цапфи 12 під дією односторонніх сил тиску, а також щоб уникнути розкриття зазору між цапфою і блоком циліндрів 4, застосовують гідростатичне розвантаження цапфи. Поршні висуваються з циліндрів під дією відцентрових сил і тиску рідини. Для зменшення навантаження в місці контакту поршнів 6 і кілець 5 площу поршнів прагнуть зробити меншою, а їхнє число - якомога більшим. Одночасно це сприяє вирівнюванню подачі й зменшенню радіальних габаритних розмірів завдяки зменшенню ходу h при заданому значенні q _т. Питому теоретичну подачу q _т (за один оберт вала) можна обчислити за формулою (2.43). Дійсну продуктивність насоса Q, що має частоту обертання п приводного вала 5, можна знайти за формулою (3.44) після підстановки значення q _т= .

Q = q _т n η₀= ,       (3.47)

де l =2е - повний хід поршня; е - ексцентриситет; z – число поршнів (плунжерів); сі - діаметр поршня (плунжера).

З рівняння (3.47) випливає, що продуктивністьнасоса можна регулювати не тільки за рахунок зміни частоти обертання вала, але й за рахунок зміни величини ексцентриситету е. Якщо статор 1, встановлений у корпусі насоса на направляючих (рис. 3.17, 3.18), перемістити вліво так, щоб вертикальні осі статора й ротора насоса збіглися (е = 0), то продуктивність стане рівною нулю (Q = 0). При можливості зсуву статора в обидва боки від осі ротора з'являється можливість реверса напрямку потоку робочої рідини.

 

 

 

 

Гідромотори високомоментні радіально-поршневі МР використовуються для обертання механізмів будівельних, дорожніх, вантажопідйомних та інших машин. Перевагою таких гідромоторів є одержання великих крутильних моментів (М_кр = 200...3000 Нм) при малій частоті обертання вала (п = 0,016...2,16 с^-1), що дає можливість безпосереднього з'єднання вала гідромотора з робочим органом машини (колесом, лебідкою, ходовим гвинтом і т. ін.) без застосування редукторів чи коробки зміни передач. Завод "Будгідравліка", м. Одеса, виготовляє 7 типорозмірів таких гідромашин: МР-45, МР-700, МР-1100, МР-1800, МР-2800, МР-4500 і МР-7000, що забезпечує одержання мінімальної частоти обертання вала гідромотора n _min= 0,016...0,026с^-1 і номінальною частотою обертання від п_ном = 0,5 с^-1 (МР-7000) до п _ном == 2,16 с^-1 (МР-450) при відповідних значеннях q _т = 7000 см³/об і                  q _т = 450см³/об. Ці гідромотори можуть працювати при р _ном=21 МПа і р _max=25МПа.

 

Гідротурбіни.

Лекція №14.

Тема: Гідропривід.

План заняття.

1. Загальні відомості.

2. Об'ємний гідропривод.

3. Гідравлічні агрегати і пристрої. Гідророзподільники. Гідроклапани тиску. Дроселі і синхронізатори. Гідроакумулятори. Гідродинамічні передачі, гідродинамічні муфти. Гідротрансформатори.

4. Застосування гідродинамічних передач на мобільній сільськогосподарській техніці.

Загальні відомості.

Однією з основних умов збільшення продуктивності сільськогосподарських машин є поліпшення техніко-економічних показників приводів, підвищення їхньої надійності і довговічності.

Приводом називають агрегат або декілька агрегатів, призначених для надання руху машинам і механізмам.

Привод складається з двигуна, передачі, механізмів керування і допоміжних пристроїв. У залежності від основного виду передачі розрізняють механічний, гідравлічний і пневматичний приводи. Передачею називають пристрій для перетворення енергії двигуна в рух робочого органа машини. Застосовуючи ту саму передачу, наприклад гідродинамічну, з різними двигунами (наприклад двигуном внутрішнього згоряння чи електродвигуном), одержимо різні властивості привода. Тому характеристика привода в цілому складається зі взаємодії характеристик двигуна і передачі. Це знаходить висвітлення й у назвах приводів: дизель-електричний, електрогідравлічний та ін.

Передачі, що перетворюють механічну енергію двигуна, розділяються на механічні, гідравлічні, електричні і пневматичні в залежності від виду тіла, що бере участь у перетворенні енергії. Так, у механічних передачах рух передається і перетворюється за допомогою взаємодії твердих тіл. У гідравлічних передачах (гідропередачах) робочим тілом, що передає енергію, є рідина, у пневматичних – повітря (газ).

Кожна передача має вхідну (ведучу) і вихідну (ведену) ланки. У передачі обертального руху вхідною і вихідною ланками будуть обертові вали. У передачі поступального руху вхідною ланкою може бути вал, наприклад, насоса, а вихідною ланкою - поршень у гідроциліндрі. Однак вхідною ланкою може бути і поршень, що поступово переміщується, наприклад поршень головного гальмового циліндра в безнасосній системі керування гальмами.

Гідропневмоприводи поділяються на гідростатичні (об'ємної дії) і гідродинамічні. У першому тиск створюється насосом і передається на виконавчий орган (гідроциліндр чи гідромотор) через робочу рідину як через проміжне тіло.

У другому робоча рідина обертається за допомогою відцентрового колеса (ведуча ланка). Кінетична енергія рідини, яка обертається, реалізується на турбіні (ведена ланка). Ведуча і ведена ланки розташовуються при цьому в спільному корпусі. Основною особливістю гідродинамічної передачі є відсутність жорсткого зв'язку між ведучою і веденою ланками.

Перевага гідростатичної передачі в порівнянні з гідродинамічною полягає в можливості реалізації великих передаточних чисел при одночасному перетворенні обертального руху на поступальний і навпаки. Другою важливою перевагою гідростатичної передачі є легкість відділення ведучого органа від веденого. Завдяки цим властивостям гідростатичний привод цілком заміняє складну механічну трансмісію з усіма її вузлами і деталями.

Об'ємний гідропривод.

Гідророзподільники.

Гідравлічним направляючим розподільником називають гідроагрегат, що виконує пуск, зупинку й зміну напрямку потоку робочої рідини у двох чи більше гідролініях у залежності від наявності зовнішнього направляючого впливу.                                

Основними конструктивними елементами направляючого розподільника будь-якої конструкції є корпус 1 і запірний елемент 2 (рис. 3.34).                                                    

Розподільники розділяють за конструкцією запірного елемента 2 на золотникові, кранові і клапанні; за числом зовнішніх ліній – на дволінійні, трилінійні, чотирилінійні (рис. 3.34, лінії Р, А, В, Т) і т. ін.; за видом керування - на розподільники з ручним, механічним, електричним, гідравлічним та іншими видами керування; за числом фіксованих чи характерних позицій запірного елемента - на двопозиційні, трипозиційні і т. ін.; за кількістю запірних елементів - на одноступінчасті, двоступінчасті і т. ін.

 

 

Умовні графічні позначення розподільників будують з позначень окремих елементів і їх комбінацій: позицій рухливого запірного елемента, ліній зв'язків, проходів і елементів керування.

У розподільниках дискретної дії робочу (характерну) позицію рухомого запірного елемента зображують квадратом (прямокутником), який викреслюють суцільними основними лініями зі вказівками зовнішніх ліній (Р, А, В, Т). Число позицій зображують відповідним числом квадратів, наприклад, трипозиційний (рис. 3.34).

 

 

Проміжні (перехідні) положення рухомого елемента зображують штриховими лініями, проведеними між робочими положеннями, - наприклад проміжне положення (нейтраль) між двома робочими позиціями (рис. 3.35, а). Розподільники безупинної дії зображують аналогічно розподільникам дискретної дії з додаванням двох паралельних ліній, що позначають нескінченну кількість проміжних робочих положень, наприклад, розподільника безупинної дії з двома характерними позиціями (рис. 3.35, б). Розподільники в принципових схемах зображують у вихідній позиції, до якої підводять лінії зв'язку. Проходи (канали) зображують лініями зі стрілками, що показують напрямок потоків робочого середовища в кожній позиції. Місця з'єднань проходів виділяють крапками (рис. 3.35, е), а закритий прохід зображують тупиковою лінією з поперечною рискою (рис. 3.35,в). Найчастіше зустрічаються варіанти проходів на квадраті вихідної позиції, представлені на рис. 3.35, в, г, д, е, і, к. Щоб представити принцип роботи розподільника в будь-якій робочій позиції, необхідно подумки в умовній позначці розподільника відповідний квадрат позначення накласти на квадрат вхідної позиції, залишаючи лінії зв'язку в колишньому положенні. Тоді істинні напрямки потоку робочої рідини вкажуть проходи робочої позиції. Види керування розподільниками вказують відповідними знаками, які зазвичай виконують у менших розмірах, ніж зображення основного рухомого запірного елемента. У скорочених записах розподільники позначають дробом, у чисельнику якого вказують число ліній (ходів), а в знаменнику - число характерних позицій. Наприклад, умовне зображення (рис. 3.34) позначає "Розподільник 4/3" (чотирилінійний, трипозиційний) з ручним керуванням.                                                    

У гідроприводах сільськогосподарських машин і тракторів знайшли широке застосування гідророзподільники золотникового типу.

Їхня перевага в порівнянні з гідророзподільниками кранового типу полягає в тому, що золотник розвантажений від тиску рідини, потік рідини можна по черзі подавати до декількох споживачів, і в тому, що гідророзподільники цього типу малочутливі до забруднення робочої рідини.

Промисловістю освоєний випуск таких конструкцій клапанно-золотникових гідророзподільників моноблочного типу: Р-80-2-1-44, іР-80-2-2-44, Р-80-2-1-222, Р-80-2-1-22, Р-80-2-1-444, Р-80-2-2-444, Р-80-2-3-444, Р-160-2-1-222-20, Р-160-2-1-111-Ю, Р-160-2-1-222-30 і Р-160-2-1-111-20.                                                 

Структура умовної позначки гідророзподільників: Р - розподільник: 80 - номінальний потік, л/хв; 2 - виконання за тиском; 1 - виконання за конструкцією; 4 - тип і кількість золотників чи робочих секцій у порядку від переливного клапана.

Гідророзподільники типу Р-80 випускаються у двох виконаннях за тиском: з номінальним тиском 14 і 16 МПа з настроювальним запобіжним клапаном відповідно на тиск 17,5 і 20 МПа.

Устрій і принцип роботи гідророзподільника типу Р-80 показані на рис. 3.36.

У корпусі 4 розміщені два чи три золотники 3, які керують незалежно один від одного двома чи трьома гідродвигунами, і клапанний пристрій, що забезпечує розвантаження гідросистеми й обмеження тиску робочої рідини.

У корпусі гідророзподільника передбачені отвори для приєднання гідроліній, що йдуть від насоса до гідродвигунів і бака гідросистеми.

Застосовані в гідророзподільнику золотники можуть встановлюватися в залежності від типу в такі позиції: золотники типу 1, 2 і 3 - "Підйом", "Нейтральна", "Опускання примусове" і "Плаваюча"; золотник типу 4 - у ті ж позиції, крім "Плаваючої".

При установці всіх золотників у позицію "Нейтральна" гідролінії, що ведуть до гідродвигунів, перекриваються, а вся робоча рідина, що нагнітається в гідророзподільник, проходить через переливний клапан 12 на злив у бак гідросистеми.

При установці золотника в позицію "Плаваюча" забезпечується можливість вільного переміщення робочого органа гідродвигуна під дією зовнішніх сил (наприклад сили ваги).

 

 

 

1 - пружина; 2 - механізм автоповернення; 3 - золотник; 4 - корпус; 5 - кришка; 6, 8 і 18 - болти; 7,11 і 15-кільця; 9-упор: 10-направляюча; 12 -клапан переливний: 13-клапан стрижневий; 14 і 22 - прокладки; 16 - важіль; 17 - пильник; 19 - пластина пильника; 20 - пластина кілець: 21 - вкладиш; 23 - клапан запобіжний: 24 - гвинт регулювальний: 25 - ковпачок; 26 і 29 - гайки: 27 - фланець; 28 - кришка нижня: (І - "нейтральна" позиція золотника; II - від насоса; III - злив у бак; IV - з циліндра; V -у циліндр