3. Объемные гидромашины

3.1. Насосы

В качестве насосов в гидроприводе ПТМ используются преимущественно высокооборотные гидромашины: пластинчатые, шестеренные и аксиально-поршневые. Их конструкция и схема действия в данном учебном пособии не рассматриваются, т.к. эти вопросы подробно изложены ранее 5. Среди перечисленных машин наименьшей удельной массой (0,14...7 кг/квт) отличаются пластинчатые, средней (0,2... 14 кг/квт)- шестеренные, наибольшей (0,4...20 кг/квт) - аксиально-поршневые. Однако, последние имеют более высокий КПД. Шестеренные гидромашины широко используют в мобильных машинах небольшой мощности при низком и среднем давлении в гидросистеме. Они достаточно надежны в эксплуатации, менее требовательны к чистоте рабочей жидкости и имеют меньшую стоимость по сравнению со стоимостью гидромашин других типов.

3.2. Гидромоторы

Перечисленные в п.3.1. гидромашины являются обратимыми, т.е. могут быть использованы и в качестве низкомоментных (высокооборотных) гидромоторов. В частности, применение аксиально-поршневых гидромоторов наиболее целесообразно при среднем и высоком давлении в гидросистеме и циклическом характере изменения внешней нагрузки.

Для привода исполнительных механизмов вращательного движения при малой частоте вращения широко применяются радиально-поршневые высокомоментные гидромоторы (ВМГ).

Основное преимущество ВМГ заключается в способности развивать большой крутящий момент (до 30 кн.м.) без применения дополнительных механических редукторов или при использовании имеющегося в машине редуктора с небольшим передаточным числом. Это позволяет во многих случаях исключить промежуточные редукторы и низкомоментные аксиально-поршневые гидромоторы вместе с другими традиционно применяемыми элементами конструкций (муфтами, тормозами).

Основным параметром, определяющим передаваемый статический крутящий момент М_ст гидромотора, является его рабочий объем q , величина которого может быть найдена из зависимости

(3.1)

где р_нагр- давление нагрузки;

к_зн- коэффициент запаса по нагрузке, зависящий от способа регулирования гидропривода и характера нагрузки.

3.3. Гидродвигатели прямолинейного движения

К гидродвигателям прямолинейного движения относятся силовые гидроцилиндры, схемы которых представлены на рис. 3.1, а также телескопические гидроцилиндры.

а) б) в)

Рис 3.1

Гидроцилиндры с односторонним штоком (рис.3.1а) и с двухсторонним штоком (рис.3.1б) являются гидроцилиндрами двухстороннего действия. Для надежной работы этих гидроцилиндров необходимо обеспечить минимальные протечки рабочей жидкости между поверхностями корпуса цилиндра 1 и поршня 2, а также между поверхностями корпуса цилиндра и штока 3. Это достигается обработкой указанных поверхностей с высокой степенью точности, а также устройством специальных уплотнений 4 и 5. Плунжерные гидроцилиндры (рис. 3.1в) являются гидроцилиндрами одностороннего действия. Здесь движение плунжера 6 вниз осуществляется за счет собственного веса (или других сил). Плунжерный гидроцилиндр отличается простотой изготовления по сравнению с другими схемами, так как отпадает необходимость в точной обработке внутренней поверхности корпуса. Во всех рассмотренных гидроцилиндрах движущейся частью может быть как шток, так и корпус.

Основными параметрами гидроцилиндра, характеризующими его работу, являются движущее усилие Р и скорость поршня V.

Для гидроцилиндра с односторонним штоком при подаче рабочей жидкости в поршневую полость статическое движущее усилие определяется следующим образом

Р_ст=р_нагрF_р-р_прF_пр , (3.2)

где р_НАГР, р_ПР - давление соответственно в рабочей (поршневой) полости, и в полости противодавления (штоковой ); соответственно площадь поршня и эффективная площадь камеры противодавления (D,d- диаметры соответственно поршня и штока).

Из зависимости 3.2 может быть получена формула для расчета диаметра силового гидроцилиндра с односторонним штоком

, (3.3)

где . Скорость поршня в таком гидроцилиндре при подаче жидкости в поршневую полость определяется зависимостью

(3.4)

При подаче расхода питания Q_пит в штоковую полость скорость поршня увеличивается, а движущее усилие уменьшается.

Если необходимо иметь одинаковое усилие и скорость при движении поршня в обоих направлениях, используют гидроцилиндр с двухсторонним штоком.

В этом случае

V=Q_пит/F , (3.5)

Р_ст=(р_нагр-р_пр)F , (3.6)

где ,откуда

. (3.7)

Для плунжерного гидроцилиндра

,

,

где d_n-диаметр плунжера.

В подъемно-транспортных машинах часто возникает необходимость иметь большой рабочий ход штока гидроцилиндра, однако пространство для размещения протяженного корпуса цилиндра, как правило, ограничено. В этом случае находят применение телескопические гидроцилиндры, которые представляют собой силовые цилиндры с несколькими рабочими камерами, образованными корпусом и поршнем, расположенными соосно. Ход выходного звена телескопического гидроцилиндра равен сумме ходов всех поршней.

На рис.3.2 представлена схема двухцилиндрового гидродвигателя (число поршней может доходить до шести).

Рис 3.2

Гидроцилиндр состоит из большого цилиндра 1, помещенного в него штока-цилиндра 2 и выходного штока 3, перемещающегося в штоке-цилиндре 2. При подаче жидкости в рабочую полость (а) большого цилиндра 1 она одновременно через отверстие 4 попадает в полость (б) штока-цилиндра 2. При этом сначала поршень 2 будет перемещаться вхолостую до тех пор, пока не соприкоснется с поршнем 3 (шток 3 в этот отрезок времени неподвижен).

После упора поршни 2 и 3 перемещаются совместно. При этом движущее усилие

,

а скорость выходного штока 3

,

где D₁, D₂- внутренние диаметры цилиндров 1 и 2.

После того, как шток-цилиндр 2 упрется в верхнюю крышку цилиндра 1, выходной шток 3 будет двигаться только под действием силы

.

В соответствии с этим произойдет и скачкообразное изменение скорости штока

.

Для обратного движения выходного штока жидкость подается одновременно в штоковые полости (в) и (г). При этом в первой части пути, когда поршень 3 находится в контакте с верхней крышкой цилиндра 2, движущее усилие и скорость штока составляют соответственно

, ,

где D₃- внешний диаметр цилиндра 2.

После того как поршень 2 закончит свой ход, усилие и скорость выходного штока скачкообразно изменятся и составят соответственно

;

Принцип и последовательность движения сохранятся и при числе цилиндров большем двух. И в этом случае движение будет происходить последовательно, начиная с поршня большего сечения.