Радиально-поршневой высокомоментный гидромотор.
При необходимости получения большого крутящего момента применяют высокомоментные гидравлические двигатели (гидромоторы) однократного и многократного действия, причем в моторах многократного действия в каждой рабочей камере совершается за один оборот выходного вала соответственно несколько рабочих циклов. Эти гидромоторы нашли применение в строительных, дорожных и горных машинах и др.
Рассматриваемые гидромашины обладают малыми габаритами и высокими динамическими качествами двигателя, простой автоматизацией управления. Эти моторы отличаются высокой надежностью и длительным сроком службы (6000 ч), что обусловлено небольшими скоростями и малыми динамическими нагрузками. Полный КПД такого гидромотора составляет 90–94%. Крутящий момент при пуске мотора составляет 90–95% от максимального момента, развиваемого им в работе. Для машин четырехкратного действия частота вращения обычно не превышает 400 об/мин.
Принцип действия такого гидромотора тот же, что и моторов одинарного действия. Тангенциальная составляющая Т (рисунок 4.22) усилия P = p·f давления жидкости p на каждый поршень, находящийся в зоне нагнетания площадью f = π·d2/4, приложенной в точке контакта поршня со статором, развивает крутящий момент M1 = T·ρ, где ρ – плечо приложения силы T относительно оси вращения блока цилиндров (допускаем, что точка контакта находится на оси цилиндра).
Рисунок 4.22 – Схема высокомоментного гидромотора двукратного действия
Для увеличения крутящего момента применяют гидромоторы с несколькими (двумя-тремя) рядами цилиндров; общее число цилиндров во всех рядах доводится до 50–60. Для уменьшения пульсации угловой скорости в многорядных гидромоторах ряды поршней смещают один относительно другого.
Роторные аксиально-поршневые гидромашины
Роторная аксиально-поршневая гидромашина - машина, у которой рабочие камеры вращаются относительно оси ротора, а оси поршней или плунжеров параллельны оси вращения или составляют с ней угол меньше 45°.
Эти машины обладают наилучшими весовыми характеристиками, отличаются компактностью, высоким КПД, пригодны для работы при высоких частотах вращения и давлениях, обладают сравнительно малой инерционностью, а также просты по конструкции. Рабочие объемы машин - в пределах от 5 до 1000 см3. Частота вращения насосов общемашиностроительного применения средней мощности равна 1000 - 2000 об/мин. Эти гидромашины применяются в основном при давлениях 20-40 МПа. Насосы и гидромоторы этих типов имеют высокий объемный КПД равный 0,97-0,98. Общий КПД этих насосов до 0,95.
По возможности регулирования аксиально-поршневые гидромашины делятся на регулируемые и нерегулируемые.
Рассмотрим наиболее распространенные типы аксиально-поршневых гидромашин.
Аксиально-поршневые гидромашины с наклонным диском.
Машины с наклонным диском – это аксиально-поршневые гидромашины, у которых ось ведущего звена и ось вращения ротора совпадают, т. е. ведущее звено и ротор расположены на одной оси.
Аксиально-поршневой гидромотор такого типа состоит из корпуса 1 (рисунок 4.23), в расточках которого расположен упорный подшипник 11, опорного диска 7, корпуса 6, вала 12, установленного в подшипниках 8 и 13.
На валу на шпонке расположен барабан 2 с толкателями 10 и пружинами 3, которые прижимают ротор 5 с поршнями 9 к диску 7. Ротор посажен на центрирующий поясок вала 12 и синхронизируется с барабаном 2 поводком 4.
Рисунок 4.23 – Аксиально-поршневая гидромашина с наклонным диском
Рабочая жидкость под давлением поступает по каналам опорного диска в поршневые камеры гидромотора. Усилие, создаваемое давлением рабочей жидкости на поршни, передается через толкатели на упорный подшипник. Тангенциальная составляющая этого усилия приводит барабан (а, следовательно, и вал ротора) во вращение.
Отработанная рабочая жидкость поступает по соответствующим каналам опорного диска в сливную магистраль.
Направление и частота вращения гидромотора меняются путем изменения направления и величины потока жидкости.
Благодаря облегчению подшипников и соосности вала с поршнями, машины с наклонным диском меньше по габаритным размерам и более удобны при встраивании в агрегаты, чем машины с наклонным блоком цилиндров. В малых гидролиниях с наклонным диском, рассчитываемых на использование при небольших частотах вращения и давлении (рн < 20 МПа), применяют поршни, имеющие точечный контакт с наклонным диском.
Аксиально-поршневые гидромашины с наклонным диском наиболее просты в изготовлении, благоприятны по нагруженности подшипников, имеют малые габаритные размеры, легко регулируются, имеют высокий срок службы, однако уступают другим типам роторно-поршневых гидромашин по КПД.
Такие гидромашины применяются в гидросистемах с высоким рабочим давление до 50 МПа, в приводах металлорежущих и деревообрабатывающих станков, термопластавтоматов, автоматических линий и др., в том числе в приводах с ЧПУ, в следящих и шаговых приводах.
Аксиально-поршневые гидромашины с наклонным блоком.
В гидромашинах с наклонным блоком (рисунок 4.24) ось 4 вращения блока цилиндров наклонена к оси вращения вала 1. В ведущий диск 2 вала заделаны сферические головки 12 шатунов 10, закрепленных также при помощи сферических шарниров 9 в поршнях 8.
Рисунок 4.24 – Аксиально-поршневая гидромашина с наклонным блоком цилиндров
При вращении блока цилиндров и вала вокруг своих осей поршни совершают относительно цилиндров возвратно-поступательное движение.
В гидромашине с наклонным блоком цилиндров (рис. 4.24) сила направлена по оси шатуна, опирающегося на шарнир, который отклоняется от оси цилиндра на малый угол и поэтому образует весьма малую боковую составляющую, которая определяет малые силы трения поршня о стенку цилиндра. Поэтому механический КПД у гидромашин с наклонным блоком выше, чем у гидромашин с наклонным диском. Кроме упрощения конструкции в такой гидромашине уменьшается размер ротора, а, следовательно, и момент инерции вращающихся масс. Это улучшает динамику процессов разгона и торможения.
Однако качающий узел гидромашины с наклонным блоком цилиндров (рис. 4.24) имеет и существенный недостаток. Сферические головки 12 шатунов 10 опираются на ведущий диск 2, представляющий собой консольный конец вала 1. Приложенные к диску 2 осевые силы и консольные боковые силы сильно нагружают подшипники 13, что приводит к громоздкому подшипниковому узлу.
Гидромашины с наклонным блоком цилиндров имеют высокий КПД, но регулируемые насосы этого типа велики по габаритным размерам. Поэтому гидромашины с наклонным блоком цилиндров применяют в следящих гидроприводах высокой точности. Применение насосов с наклонным блоком предпочтительнее в открытом гидравлической системе и при высокой частоте вращения.