Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

zaharov

.pdf
Скачиваний:
382
Добавлен:
27.03.2015
Размер:
11.66 Mб
Скачать

1.2. Потребители гидравлической энергии (гидродвигатели)

43

 

Рис. 1.26. Схема преобразования поступательного движения в поворотное с помощью кривошипно-

шатунного механизма

Расчетная угловая скорость выходного вала

w

Q

 

Q

,

(1.21)

 

F l

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

где Q – расход жидкости; Fпl – удельная подача (расход) жидко-

πd 2

сти на один радиан поворота вала; F – площадь сечения порш-

п

4

 

ня диаметром d ; l – радиус кривошипа 2. Теоретический крутящий момент

M p Fпl p , (1.22)

где p – перепад давления в цилин-

драх.

Механизм аналогичного назначения представлен также на рис. 1.27.

Для преобразования прямолинейного движения силовых цилиндров в поворотное используют также шестеренные и винтовые механизмы, например, поворотные гидроцилиндры с реечно-шестеренными механизмами (рис. 1.28). Угол поворота вала в схемах с реечно-зубчатой передачей обычно не превышает 360°.

Рис. 1.27. Схема преобразования поступательного движения в поворотное с помощью коромысла

44

Глава 1. НАСОСЫ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

Dш

D n

Рис. 1.28. Схема преобразования поступательного движения в поворотное с помощью реечно-шесте- ренной пары

Поворотные гидродвигатели. Необходимость в механизмах,

приведенных на рис. 1.26–1.28 отпадает, если в приводе применить гидроили пневмодвигатель с неполноповоротным перемещением вала. Двигатель этого типа (рис. 1.29) имеет шибер (лопасть) 1, расположенный в корпусе 2 и жестко закрепленный на валу 4, который непосредственно соединен с управляемым устройством. Электрический датчик 3 позволяет осуществить в приводе обратную связь. С аппаратом управления полости двигателя соединены каналами 5 и 6. Размеры двигателя можно несколько уменьшить, если на его валу закрепить два шибера, которые образуют вместе с выступами внутри корпуса четыре

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

А-А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

3

P1

 

r в

5

r

К

1

P

2

6

4

А

Рис. 1.29. Исполнительный двигатель с неполноповоротным валом

1.2. Потребители гидравлической энергии (гидродвигатели)

45

полости (рис. 1.30). Рабочая среда под давлением должна подаваться в полости так, чтобы силы от действия давления на каждый шибер создавали на валу крутящий момент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rК

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

rВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.30. Исполнительный двигатель с двумя лопастями (шиберами)

Двигатели с одним или двумя шиберами сложнее в изготовлении, чем цилиндры с поступательным перемещением штоков. Кроме того, из-за сложной конфигурации уплотнений, устанавливаемых на валу и шибере, они могут быть недостаточно надежными при длительной эксплуатации. По этим причинам данный тип двигателей применяют не так широко, как цилиндры, даже в тех случаях, когда для поворота какого-либо управляемого устройства приходится использовать дополнительный механизм.

Крутящий момент Мш, создаваемый силами давления, которые приложены к шиберу, можно вычислить по следующим соотношениям:

при одном шибере

Мш Sшrр ( p1 p2 ) ;

(1.23)

при двух шиберах

 

Мш 2Sшrр ( p1 p2 ) ,

(1.24)

где Sш (rk rв )b – рабочая площадь шибера, на которую действует давление; rp 0,5(rk rв ) – расстояние от оси до точки, в которой приложена сила давления.

46

Глава 1. НАСОСЫ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

Для уменьшения и устранения внутренних утечек по торцам ротора и пластин применяют подгонку боковых крышек с малыми зазорами, поджим одной из крышек с гидростатической разгрузкой или радиальные упругие уплотнения из резины или полимерных материалов. Надежное уплотнение торцов ротора – главная трудность при создании таких гидродвигателей. Трение и утечки по торцам являются основными потерями энергии. Для уменьшения трения уплотняющие пластины выполняют, как правило, гидростатически уравновешенными.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Отличия аксиально-поршневых насосов от радиально-поршневых.

2.Назначение механизмов распределения поршневых насосов.

3.Какие параметры рабочей жидкости можно изменить механизмом регулирования?

4.Причины срыва скоростной характеристики насоса.

5.Чем объяснить максимум КПД насоса при определенных значениях рабочего давления?

6.Преимущества шестеренных насосов.

7.Чем регулируют рабочий объем пластинчатого насоса?

8.Функции гидроаккумуляторов.

9.Типы гидроаккумуляторов, их достоинства и недостатки.

10.Отличия гидромоторов от насосов.

11.Как работает гидроцилиндр одностороннего действия?

12.Особенности гидроцилиндров с двусторонним штоком.

13.От чего зависит объемный и механический КПД гидроцилиндра?

14.Возможные варианты преобразования прямолинейного движения в поворотное.

15.Достоинства и недостатки поворотных гидродвигателей.

2 АГРЕГАТЫГИДРОСИСТЕМ

2.1. Гидроаппараты

Гидрораспределители. Гидрораспределитель – это гидроаппарат, предназначенный для изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в результате внешнего управляющего воздействия. По числу внешних гидролиний, подводимых к распределителю, гидрораспределители подразделяются на двухлинейные, трехлинейные и т.п.; в зависимости от числа фиксированных или характерных позиций запорно-регулирующего органа – на двухпозиционные и трехпозиционные.

Гидрораспределители разделяют по типу запорно-регулирующих элементов на золотниковые, крановые и клапанные.

Золотниковые гидрораспределители. Четырехщелевой золот-

никовый распределитель (рис. 2.1) выполняет функции позиционного переключателя и может выполнять регулирующие функции, т.е. плавно и непрерывно изменять скорость и направление движения поршня в гидроцидиндре. Он предназначен для управления движением жидкости по четырем гидролиниям. Распределитель имеет подвижный эле- мент–плунжер 7, расчлененный на запорно-регулирующие звенья 9, 11, 16, и втулку 8 с окнами 10, 12 и 14.

48

Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

А

14

13

12

11

10

9

 

А - А

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

Q

P Q

 

 

 

 

 

8

 

2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Q1

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х0

 

х0

 

 

 

 

 

 

d

х

 

х

 

 

 

 

 

 

х

1 1

х 3

3

4

4

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

5

 

 

6

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Схема четырехщелевого золотникового распределителя

Обычно к среднему окну 12 по линии 13 от питающей установки подводится жидкость Q под давлением P2 . Отверстия 5 и 6 соединены

с гидроцилиндром, а окна 10 и 14 – с отводящей линией 15, присоеди-

ненной к области слива жидкости, давление в которой P1 мало. Для уменьшения утечек q зазор между плунжером 7 и втулкой 8 должен

составлять 3...5 мкм, а размеры звеньев плунжера и окон должны быть такими, чтобы при среднем положении 1, 2, 3, 4 рабочие кромки образовывали перекрытие окон X 0 , т.е. распределитель имел положи-

тельное перекрытие. В среднем положении он способен с точностью до утечек запирать поршень в гидроцилиндре. При смещении плунже-

ра кромки переходят в положение 1,

2, 3, 4. Кромки 2 и 4 образуют

рабочие щели Xb X X0 ,

проходное сечение которых Sb db ,

 

 

 

 

 

где d – диаметр плунжера;

b X 2

2 – полная ширина щели при

 

 

 

b

 

 

среднем радиальном зазоре ;

 

– часть периметра втулки, обра-

 

 

 

 

 

 

зующая щель (рис. 2.1).

 

 

 

 

 

Кромки 1 и 3 образуют

уплотняющие щели протяженностью

XX X0 с проходным сечением X d .

Всоответствии с рис. 2.1 уравнение расходов для отдающей полости 5, из которой в гидродвигатель направляется расход QГ , имеет вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

Q

q

S

2

P

 

S

 

2

P

,

(2.1)

 

 

 

Г

2

2

b b

b2

 

 

 

2

 

 

2.1. Гидроаппараты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49

а для приемной полости 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

Q q

S

2 P

 

 

S

 

2 P ,

(2.2)

 

 

 

 

Г

1

1

 

b b

b1

 

 

 

 

1

 

где q1 и q2

– утечки через уплотняющие щели; μb – коэффициент рас-

хода для рабочей щели золотника.

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку в золотниковых щелях большей частью существует раз-

витый турбулентный поток (Re > 1000), принимают b 0.7...72 const.

Вследствие малой ширины

уплотняющих щелей поток в них

обычно ламинарный, поэтому коэффициент расхода μb , зависящий от

давления, может быть получен из выражения для течения через экс-

центрическую кольцевую щель. При неизношенном золотнике высо-

кого качества изготовления утечки q1 и q2

малы и ими часто пренеб-

регают.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 2.2 изображена характеристика золотникового распредели-

теля. При малых зазорах

(3...5

мкм) утечки q незначительны, по-

этому на рисунке их значение, соизмеримое с точностью построения,

не откладывалось. На характеристике показаны линейные зависимости

QГ Qb f (x)

для нескольких постоянных значений перепада давле-

ния

Pb

на щели. При малых

 

 

 

 

 

 

 

смещениях

X

их

линейность

Q, см 3

 

 

 

 

 

нарушается.

Причиной

этого

180

 

 

Pb =36 МПа

 

является соизмеримость в дан-

 

 

 

 

2

 

160

 

 

 

 

 

ной области величин. Xb

и ,

 

 

 

 

1

 

140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b f (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

т.е. нелинейность

и

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1

 

 

переменность

коэффициентов

100

 

 

 

Pb

=0,3 МПа

 

 

 

 

расхода b

и . Штриховыми

80

 

 

 

 

 

 

линиями

показаны

лучи

60

 

 

 

 

 

 

Qu f (x) ,

 

представляющие

40

 

 

 

 

 

 

собой

характеристики идеаль-

20

 

 

 

 

Qu

 

ного золотникового распреде-

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 см

лителя без перекрытия ( X0 0 )

 

x

 

 

 

 

3

 

 

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 см

и

без

уплотняющего

зазора

Рис. 2.2. Характеристика золотни-

( 0, q 0 ) при b 0,7 .

 

 

 

 

 

кового распределителя

50

Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

 

Линейность связи между расходом Q и смещением Xb является

важнейшим свойством золотникового распределителя как регулирующего устройства.

На рис. 2.3 показаны запорно-регулирующие элементы трех возможных типов: с положительным (t > m), нулевым (t = m) и отрицательным (t < m) перекрытиями.

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

б

в

Рис. 2.3.

Запорно-регулирующие

элементы

сперекрытием:

а– положительным; б – нулевым; в – отрицательным

При положительном перекрытии образуются наиболее протяженные уплотняющие щели X с гильзой. Это уменьшает утечки или при выбранных допустимых утечках позволяет использовать распределители c большими зазорами , что снижает трудоемкость изготовления и уменьшает износ золотника. Распределители со значительными положительными перекрытиями и зазорами 0,01 мм широко используют для позиционного перекрытия гидролиний. Двухпозиционный трехходовой гидрораспределитель такого типа приведен на рис. 2.4. При выключенном электромагните золотник 4 занимает такое положение, при котором магистраль от насоса заперта, а магистраль, идущая от агрегата, соединена со сливом. При включении электромагнита сердечник 1 перемещается, нажимая на золотник 4. Золотник 4, преодолевая силу пружины 6, опускается и соединяет нагнетающую магистраль с агрегатом; при этом сливная магистраль запирается. После выключения крана катушка обесточивается и сила пружины 6 возвращает золотник 4 и сердечник 1 в первоначальное положение; при этом золотник 4 соединяет магистраль, идущую от агрегата, со сливом. Для

2.1. Гидроаппараты

51

регулирования работы гидродвигателей они малопригодны, так как при переходе через нейтральное положение создают ощутимую зону нечувствительности, в которой гидродвигатель практически не реагирует на изменение смещения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

Агрегат

 

Агрегат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

от насоса

 

от насоса

 

 

 

В бак

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.4. Схема гидрораспределителя с позиционным перекрытием

Наиболее благоприятно для систем регулирования нулевое перекрытие, которое допускает отсутствие зоны нечувствительности. По причине технологических ограничений при изготовлении оно неосуществимо. Поэтому, как правило, для регулирующих золотниковых распределителей используют малое положительное перекрытие.

Золотниковые распределители с отрицательным перекрытием применяют сравнительно редко. Управление работой гидродвигателя при помощи такого распределителя возможно, но связано со значительными утечками, а регулировочные характеристики системы при этом нелинейны. Преимуществом негерметичного золотникового распределителя являются большая плавность регулирования, исключающая возможность появления автоколебаний в гидропередаче, а также свободный перепуск жидкости через щели при нейтральном положении золотника и неработающем гидродвигателе.

Золотниковые распределители с серводействием применяются тогда, когда необходимы малые усилия для приведения в действие исполнительных механизмов, поскольку силы трения в золотниках значительны. В этом случае между задающим устройством и распредели-

52

Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

тельным золотником устанавливают усилительное звено, которым служит вспомогательный золотник.

Электромагнит или другое задающее устройство воздействует на вспомогательный золотник 2 (рис. 2.5) малого сечения, который питает полости основного распределительного золотника 3, питающего исполнительный гидравлический двигатель 1.

1

3

2

Рис. 2.5. Золотниковый распределитель

ссерводействием:

1– двигатель; 2 – золотник малого сечения; 3 – распределительный золотник

Основная трудность при изготовлении золотниковых распределителей обусловлена сложностью обработки с высокой точностью и контроля внутренней поверхности гильзы. В этом смысле представляют интерес распределители с плоскими золотниками. В связи с этим в настоящее время наряду с гидрораспределителями с цилиндрическими золотниками в гидроприводах применяют гидрораспределители с плоскими золотниками, которые более технологичны и просты в изготовлении, чем цилиндрические.

На рис. 2.6 показана схема распространенного в самолетных гидросистемах четырехлинейного двухпозиционного распределителя ручного управления.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]