2.2.1. Классификация гидравлических двигателей

В гидравлических системах промышленных мехатронных модулей применяют различные типы гидравлических двигателей, классификация которых приведена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Классификация гидравлических двигателей

по принципу действия

2.2.2. Гидроцилиндры

В настоящее время гидроцилиндры являются наиболее распространенными агрегатами для преобразования гидравлической энергии в механическую поступательного движения. По принципу действия гидроцилиндры бывают одностороннего (рис. 2.7, а, б) и двухстороннего (рис. 2.7, в, г) действия.

Гидроцилиндры одностороннего действия могут передавать усилие только в одном направлении. При подводе рабочего давления (см. рис. 2.7, а) через отверстие х сила F₁, действующая на поршень, будет направлена в сторону выдвижения. Если эта сила окажется больше силы сопротивления F_нагр, то поршень придет в движение. Возврат в исходное положение обеспечивается либо пружиной, либо в случае ее отсутствия под воздействием внешней силы. Изменение направления силы может быть достигнуто за счет подвода рабочего давления через линию y (см. рис. 2.7, б). В этом случае за счет давления жидкости F₂ будет происходить втягивание поршня, а его возврат будет осуществляться пружиной и/или внешней силой.

Гидроцилиндры двухстороннего действия имеют две рабочих поверхности одинакового или различного размера, могут иметь односторонний (рис. 2.7,в) или двухсторонний шток (рис. 2.7, г). Рабочее давление подводится через два независимых трубопровода x и y. Такие гидроцилиндры способны формировать усилия в обоих направлениях.

Усилия, развиваемые штоком гидроцилиндра при его выдвижении F₁ и втягивании F₂, могут быть определены по зависимости (2.1) как

, . (2.8)

Рассмотренные принципы действия гидроцилиндров реализованы в различных конструктивных исполнениях гидроприводов мехатронных устройств, определяемых, прежде всего, целями их применения.

2.2.3. Поворотные гидроцилиндры

Независимо от типа конструкции поворотные гидроцилиндры осуществляют движение выходного вала за счет подвода рабочей жидкости под давлением.

Принцип действия простейшего поворотного двигателя с одной лопастью приведен на рис. 2.8. Поворотный гидроцилиндр состоит из корпуса 1 и поворотного ротора, представляющего собой втулку 2, несущую пластину (лопасть) 3. Кольцевая полость между внутренней поверхностью цилиндра и ротором разделена уплотнительной перемычкой 4 с пружинящим поджимом к ротору уплотнительного элемента 5.

Вращающий момент возникает при нагружении поворотных лопастей давлением рабочей жидкости. Величина момента постоянна на всем угле поворота и может быть определена как произведение силы F на плечо а приложения этой силы (см. рис. 2.8)

. (2.9)

Сила F определяется перепадом давления и рабочей площадью пластины

. (2.10)

Согласно рис. 2.9 рабочая площадь пластины может быть определена как

, (2.11)

где b – высота пластины (на рис. 2.8 не показана). Плечом является расстояние от оси вращения до центра давления рабочей площади пластины

. (2.12)

Следовательно, согласно выражениям (2.9)-(2.12), а также с учетом к.п.д. крутящий момент может быть рассчитан по зависимости

. (2.13)

Для поворотного гидроцилиндра выражение для потока (2.5) может быть переписано в виде

. (2.14)

Откуда с учетом к.п.д. угловая скорость вращения вала ω будет пропорциональна потоку жидкости Q и обратно пропорциональна плечу и рабочей площади пластины

. (2.15)