Поршневые гидродвигатели поступательного движения

Поршневым гидродвигателем поступательного движения (гидравлическим цилиндром) называют объёмный гидродвигатель с ограниченным возвратно-поступательным движением выходного звена.

Гидроцилиндры используют для создания определенного усилия при осуществлении прямолинейных возвратно-поступательных движений.

Основные параметры гидроцилиндров регламентирует ГОСТ 6540-68 «Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Ряды основных параметров».

По принципу действия все гидроцилиндры разделяют на две группы: гидроцилиндры одностороннего действия и гидроцилиндры двустороннего действия. Кроме того, в зависимости от конструктивного исполнения рабочего органа различают плунжерные, поршневые и телескопические гидравлические цилиндры [4, 10, 13].

Гидроцилиндры одностороннего действия.

Благодаря простоте конструкции и высокой надежности наиболее широкое применение в гидравлических приводах получили поршневые гидроцилиндры.

Поршневые гидроцилиндры с пружинным возвратом в исходное положение применяют в тех случаях, когда отсутствуют внешние силы для возврата выходного звена в исходное положение. В зависимости от конструктивного исполнения, подобные гидроцилиндры работают на выдвижение или на втягивание штока. Возвратные пружины могут быть установлены как внутри гидроцилиндра, так и снаружи. Поскольку использование возвратных пружин в таких конструкциях, приводит к ограничению величин рабочих ходов, такие гидроцилиндры преимущественно применяют в различного рода зажимных механизмах.

Наличие в конструкции пружин усложняет конструкцию гидроцилиндра и делает его менее надёжным по сравнению с плунжерным гидроцилиндром.

Перемещение поршня 7 (рис. 7 [13]) осуществляется за счёт повышения давления в напорной магистрали, таким образом шток 1 перемещается, сдавливая пружину 4, возвращается поршень в исходное положение с помощью пружины 4.

Гидроцилиндры предназначены для подъёма и перемещения грузов или объектов во время проведения ремонтных, строительных, монтажных или аварийно-восстановительных работ.

 

1 – шток; 2 – штуцер; 3 – гильза; 4 – пружина; 5 – цилиндр; 6 – кольцо;

7 – поршень; 8 – стакан; 9 – регулировочная гайка.

Рис. 7. Гидроцилиндр одностороннего действия с пружинным возвратом штока

Преимущества поршневых гидроцилиндров заключаются в простоте изготовления, наличии устройства возврата поршня в исходное положение при отсутствии внешней силы для возврата.

Недостатки поршневых гидроцилиндров. Они обладают только односторонним действием, развивают небольшие усилия и имеют малый ход штока.

Плунжерные гидроцилиндры по принципу действия относят к цилиндрам одностороннего действия и используют, когда действие нагрузки обеспечивает гарантированный возврат выходного звена в исходное положение, например, в гидравлических подъемниках и домкратах, в подъемных платформах, прессах с нижним расположением поршня и т.п.

При подаче рабочего давления в полость гидроцилиндра плунжер начинает выдвигаться. Обратное движение возможно под действием силы веса самого плунжера (при вертикальном монтаже) или под воздействием приложенной внешней нагрузки.

Плунжерные цилиндры очень просты в изготовлении, так как отпадает необходимость в трудоёмкой обработке внутренней поверхности цилиндра.

У плунжерных гидроцилиндров рабочая камера образована рабочими поверхностями корпуса и плунжера.

Преимущества. Плунжерные гидроцилиндры имеют самую простую компоновку поршня и штока (плунжера) - является одной общей деталью; только одно место уплотнения подвижной детали; низкое усилие страгивания и давление холостого хода. Они не нуждаются в высокой чистоте обработки внутренней полости цилиндра и при производстве имеют низкие издержки.

Недостатки. Плунжерные гидроцилиндры обладают только односторонним действием, и поэтому необходимо дополнительно иметь узел возвращения плунжера в его исходное положение. Кроме того они имеют малый ход и неустойчивость плунжера вследствие наличия только одной опоры плунжера в цилиндре. Работа силового плунжерного гидроцилиндра сопровождается значительными колебаниями уровня жидкости в баке.

Для обеспечения больших рабочих ходов при сохранении небольших продольных габаритов во втянутом положении применяют телескопические гидроцилиндры. Отличительной особенностью таких конструкций является то, что в корпусе одного цилиндра расположен не один поршень, а несколько (от 2 до 6), вставленных друг в друга. Таким образом, длина цилиндра в сжатом состоянии лишь немного больше длины одной из секций.

Обычно длина телескопического гидроцилиндра в сжатом состоянии находится между половиной и четвертью длины рабочего хода.

При подаче рабочей жидкости на вход цилиндра поршни выдвигаются последовательно. Поскольку давление в цилиндре определяется величиной нагрузки и эффективной площадью поршней, первым начнет выдвигаться поршень, имеющий максимальную площадь. Вместе с ним переместятся и вставленные в него поршни. При достижении первым поршнем ограничителя хода, давление в цилиндре возрастет и выдвижение начнет второй поршень. Процесс будет продолжаться до выдвижения последнего, самого малого по площади поршня.

Нарастание давления в цилиндре по мере выдвижения поршней происходит вследствие того, что при неизменной нагрузке эффективная площадь поршней уменьшается. При постоянной подаче рабочей жидкости процесс выдвижения поршней сопровождается увеличением скорости движения каждого последующего поршня. Возврат поршней в исходное положение осуществляется в обратной последовательности.

Телескопические цилиндры применяют в гидравлических подъемниках, качающихся площадках, грузовых автомобилях (самосвалах) и т.д.

Преимущества: большой рабочий ход при малых продольных габаритах.

Недостатки: развиваемые усилия ограничены рабочей площадью наименьшего поршня, сложны в изготовлении – дорогостоящие.

Гидроцилиндры двустороннего действия.

Гидроцилиндры двустороннего действия применяют в случаях, когда требуется совершать полезную работу, как при прямом, так и при обратном ходе выходного звена, например при транспортировке, установке, механической обработке, подъеме-опускании и других технологических операциях. Выдвижение и втягивание штока в них осуществляются путем попеременной подачи жидкости под давлением в одну из рабочих полостей (поршневую или штоковую), в то время как другая соединена со сливной гидролинией. Очевидно, что перемещение штока в любом направлении является рабочим и может осуществляться под нагрузкой.

Для гидроцилиндров двустороннего действия с односторонним штоком, или как их принято называть — несимметричных гидроцилиндров, важным параметром является отношение площадей поршня, со стороны поршневой полости и штоковой — , ():

Отношение развиваемых цилиндром сил при выдвижении и втягивании прямо пропорционально отношению площадей, а отношение скоростей выходного звена обратно пропорционально этому соотношению.

Преимущества: двухстороннее действие, возможность достижения хода значительной величины при расположении в горизонтальной плоскости, возможность развития значительных тяговых сил и усилий.

Недостатки: необходимость обработки всех деталей с исключительно высокой точностью, уплотнения подвижных деталей необходимо создать в двух местах.

У гидроцилиндров, с двусторонним штоком (рис. 8) одинакового диаметра слева и справа от поршня, скорость поршня будет одинаковой при движении в обе стороны. Недостатками гидроцилиндра данного типа являются увеличенные габариты, так как шток расположен по обе стороны гидроцилиндра и необходимость второго уплотнения для штока.

 

 

Рис.8. Схемы гидроцилиндров с двусторонним штоком [13]

 

В схемах рис. 8 а и 8 б поршень неподвижен, а гидроцилиндр жестко скреплен с подвижной частью рабочего органа. В этих случаях рабочая жидкость в цилиндр может подводиться как гибкими рукавами, так и через полые штоки, однако требуются специальные отверстия для выпуска воздуха из верхних частей рабочих полостей (при нормальной работе заглушаются пробками).

Конструкция с закрепленным штоком (см. рис. 8а и 8б)вполтора раза короче, чем конструкция с закрепленным цилиндром (рис. 8в).

В ряде механических систем, например, металлообрабатывающих станках, гидроцилиндры используются для приведения в движение тяжелых узлов и механизмов, причем зачастую эти перемещения совершаются с большими ускорениями. При этом в конце рабочего хода, когда поршень упирается в крышки цилиндра, появляется опасность возникновения критических напряжений, приводящих к деформации крышек и корпуса цилиндра. Для гашения скорости и амортизации удара движущихся масс в конце хода в гидроцилиндрах используют специальные устройства — демпферы.

В демпферах кинетическая энергия движущихся масс поглощается, т.е. необратимо преобразуется в другие виды энергии и, прежде всего, в тепловую с последующим ее рассеиванием в окружающую среду. Потеря кинетической энергии в демпферах обусловлена потерями давления на преодоление гидравлических сопротивлений.

В зависимости от назначения гидропривода демпфирование в гидроцилиндре может осуществляться в обоих конечных положениях поршня.

Гидроцилиндры с демпфированием в конце хода рекомендуется применять в тех случаях, когда скорость движения выходного звена превышает 0,1 м/с.

Недостатком является непропорциональность дросселей и торможение осуществляется только в конце хода. Наличие тормозных устройств ведёт к усложнению конструкции гидроцилиндра и как следствие к увеличению его стоимости.

 

1.2 Технические требования к конструкциям объёмных гидромашин и агрегатов

Разрабатываемые конструкции гидромашин (насосов и гидромоторов) и агрегатов, их узлы и детали должны отвечать следующим требованиям [4-9, 12-14]:

а). выходные параметры гидромашин и агрегатов должны соответствовать заданию;

б). гидромашины (гидроагрегаты) должны представлять собой законченную герметизированную конструкцию, исключающую попадание загрязнений из окружающей среды и вытекание рабочей жидкости из корпуса машины;

в). гидромашины (гидроагрегаты) могут содержать дополнительные узлы и детали (подпиточный насос, клапаны, штуцера и т.п.), необходимые для обеспечения их работы в составе гидропривода;

г). компоновка гидромашин (гидроагрегатов) должна быть рациональной, обеспечивающей наименьшие габариты и наибольшие удобства сборки, регулировки, обслуживания и ремонта;

д). для всех трущихся пар должны быть обеспечены условия постоянной смазки, а материал деталей этих пар должен выбираться из условий минимального и стабильного трения;

е). материал деталей и термическая обработка его должны обеспечивать высокую работоспособность узлов и деталей, малую массу и габариты при их низкой стоимости;

ж). конструкции гидромашин (гидроагрегатов) должны быть технологичными, т.е. иметь рациональные формы и конфигурации деталей и узлов, позволяющие уменьшить время их обработки и сборки;

з). допуски, посадки и класс чистоты поверхностей должны быть обоснованны;

и). в конструкциях гидромашин (гидроагрегатов) должны максимально использоваться стандартные размеры, детали, уплотнения, крепеж и т.д.;

к). конструкции гидромашин (гидроагрегатов) должны обеспечивать выполнение требований техники безопасности как в процессе изготовления и сборки, так и при эксплуатации, т.е. не должно быть острых режущих кромок, выступающих частей на вращающихся деталях и т.п.

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомится с классификациями объёмных гидромашин и агрегатов.

2. Изучить особенности конструкций и работы объёмных гидромашин.

3. Изучить технические требования, предъявляемые к конструкциям объёмных гидромашин и агрегатов при их проектировании.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

· описания конструкций и принципов работы объёмных гидромашин;

· конструктивные схемы объёмных гидромашин;

· технические требования, предъявляемые к конструкциям объёмных гидромашин и агрегатов при их проектировании;

· заключение о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Описать конструктивные особенности объёмных гидромашин.

2. Описать принцип действия объёмных гидромашин.

3. Привести классификацию аксиально-порщневых гидромашин.

4. Описать конструкции торцевых распределительных узлов аксиально-порщневых гидромашин.

5. Описать достоинства и недостатки объёмных гидромашин.

6. Привести технические требования, предъявляемые к объёмных гидромашинам и агрегатам при их проектировании.

 

Лабораторная работа № 4.

Конструкции и технические требования к