Объемные гидравлические двигатели

В гидравлическом двигателе происходит преобразование энергии потока жидкости в механическую работу. К нему подводится жидкость под давлением, а на выходе имеет место возвратно-поступательное или вращательное движение выходного звена. По характеру движения выходного звена из объемных гидродвигателей выделяют две большие группы: гидравлические цилиндры (гидроцилиндры) и гидравлические моторы (гидромоторы).

Гидроцилиндры

Гидравлическим цилиндром называется объемный гидродвигатель с возвратно-поступательным движением выходного звена. Гидроцилиндры широко применяются в качестве исполнительных механизмов различных машин. По конструкции и принципу действия гидроцилиндры очень разнообразны и классифицируются в соответствии с ГОСТ 17752 – 81.

По направлению действия рабочей жидкости все гидроцилиндры подразделяют на две группы: одностороннего и двухстороннего действия. На рабочий орган гидроцилиндра одностороннего действия жидкость может оказывать давление только с одной стороны, как в схемах на рис. 12.10, а, г, д. В этих цилиндрах движение

поршня в одну сторону обеспечивается за счет жидкости, подводимой в полость, а обратное перемещение – другим способом – за счет пружины (см. рис. 12.10, а) или веса груза при вертикальном движении поршня (см. рис. 12.10, д). Перемещение рабочего органа гидроцилиндра двухстороннего действия в обоих направлениях обеспечивается за счет рабочей жидкости (рис. 12.10, 6, в). В таких гидроцилиндрах жидкость подводится как в левую полость, так и в правую.

Гидроцилиндры подразделяются также по конструкции рабочего органа. Наибольшее распространение получили гидроцилиндры с рабочим органом в виде поршня или плунжера, причем поршневые гидроцилиндры могут быть выполнены с односторонним (см. рис. 12.10, а, б) или двухсторонним штоком (см. рис. 12.10, в), а плунжерные гидроцилиндры могут быть только одностороннего действия и с односторонним штоком (см. рис. 12.10, г).

По характеру хода выходного звена гидроцилиндры делятся на одноступенчатые и телескопические (многоступенчатые). Одноступенчатые гидроцилиндры показаны на рис. 12.10, а - г. Телескопические гидроцилиндры представляют собой несколько вставленных друг в друга поршней. В качестве примера на рис. 12.10, д приведена схема двухступенчатого телескопического гидроцилиндра одностороннего действия. В таком гидроцилиндре поршни выдвигаются последовательно друг за другом.

Полный КПД гидроцилиндров определяется в первую очередь механическим КПД, который для большинства конструкций составляет 0,85…0,95. Гидравлические потери в цилиндрах практически отсутствуют, и гидравлический КПД η_n = 1. Объемные потери в рассматриваемых устройствах могут иметь место в зазоре между поршнем и цилиндром. Однако при уплотнении этого места резиновыми кольцами или манжетами они малы. Тогда объемный КПД также можно считать равным единице (η_о = 1).

При расчете перепада давлений на гидроцилиндре используются две основные формулы. Рассмотрим их на примере гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком (рис. 12.11).

Первая из них связывает силу F на штоке и перепад давлений на гидроцилиндре Δp = p₁ – p₂. С упрощением она выглядит следующим образом:

где S – эффективная площадь, на которую действует подводимое давление. При движении жидкости слева направо на расчетной схеме (см. рис. 12.11) этой площадью является площадь поршня (S = S_n) а при обратном движении – площадь поршня за вычетом площади штока (S = S_n – S_m) Вторая формула связывает расход и скорость движения поршня:

Формула записана в двух вариантах, так как расходы до гидроцилиндра и после него различны. для пояснения этого представим, что поршень на расчетной схеме (см. рис. 12.11) переместился из начального положения вправо на расстояние l. В таком случае в левую полость гидроцилиндра поступил объем жидкости W= S_nl, а из правой полости вытиснился меньший объем W’=(S_n – S_m). Из соотношения объемов W и W’ следует, что расходы до и после гидроцилиндра связаны зависимостью

для гидроцилиндра с двухсторонним штоком (см. рис. 12.10, в) Q = Q’.

Гидромоторы

Гидромотором называется объемный гидравлический двигатель с вращательным движением выходного звена. Наибольшее распространение получили роторные гидромоторы (шестеренные, пластинчатые и роторно-поршневые). Их конструкции принципиально не отличаются от конструкций одноименных роторных насосов. Поэтому при рассмотрении могут быть использованы схемы на рис. 12.4…12.8. Однако необходимо учитывать, что мощность к гидромотору подводится с потоком жидкости, преобразуется в нем и затем реализуется в виде вращающего момента на его выходном валу.

Наиболее широко используются роторно-поршневые гидромоторы. При этом аксиально-поршневые гидромоторы применяются в случае необходимости получения на выходе высоких частот вращения, а радиально-поршневые — для получения низких частот вращения и больших вращающих моментов.

Основной характеристикой роторных гидромоторов, как и насосов, является их рабочий объем W_o. Эта величина имеет тот же физический смысл и определяется так же, как и у насосов. Следует отметить, что гидромоторы, как и насосы, могут быть с переменным рабочим объемом, т.е. регулируемыми.

Полные КПД роторных гидромоторов определяются произведением объемного и механического КПД, так как гидравлические потери в них малы и гидравлический КПД можно считать равным единице (η_r = 1). Численные значения КПД роторных гидромоторов практически не отличаются от соответствующих КПД однотипных насосов и поэтому могут быть приняты такими же.

При расчете гидромоторов используются две основные формулы. Они несколько отличаются от аналогичных формул для роторных насосов из-за противоположного направления потока мощности. Первая из этих формул связывает момент на валу гидромотора с перепадом давлений Δр = р1 – р2:

а вторая – расход Q жидкости, проходящей через гидромотор, с частотой вращения его вала n:

В заключение следует отметить, что выпускаются также роторные гидромашины, которые могут работать как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора. Такие гидромашины принято называть мотор-насосами.