3. Базовые характеристики гидродвигателей

В качестве гидродвигателей чаще всего используют гидроцилиндры, гидромоторы и поворотные гидродвигатели.

Гидроцилиндры обеспечивают возвратно-поступательное движение выходного звена (поршня со штоком или корпуса гидроцилиндра). Пример условных изображений гидроцилиндров:

Гидроцилиндр двухстороннего действия поршневой с односторонним штоком	Гидроцилиндр двухстороннего действия поршневой с двухсторонним штоком

Теоретическое усилие F_ТЕОР, Н, на штоке гидроцилиндра с односторонним штоком равно:

при выдвижении штока – F_ТЕОР = P₁S₁ – P₂S₂,

при втягивании штока – F_ТЕОР = P₂S₂ – P₁S₁,

где S₁, S₂ – площади поршня в бесштоковой и штоковой полостях гидроцилиндра, м²;

P₁, P₂ – давление жидкости в бесштоковой и штоковой полостях гидроцилиндра, Па.

Скорость штока равна: при выдвижении – V₁=Q/S₁, при втягивании – V₂=Q/S₂, где Q – расход рабочей жидкости, поступающей в каждую полость, м³/секунду.

Гидромоторы обеспечивают неограниченное вращательное движение выходного вала. Пример условных изображений гидромоторов:

Гидромотор нерегулируемый		Гидромотор регулируемый
с нереверсивным потоком	с реверсивным потоком	с нереверсивным потоком	с реверсивным потоком

Теоретический момент на валу гидромотора М_ТЕОР, Нм, связан с разностью давлений рабочей жидкости на его входе и выходе P, Па, и рабочим объемом q, м³, соотношением:

.

Теоретическая частота вращения n, об/секунду, вала гидромотора с рабочим объемом q, м³, на вход которого поступает расход Q, м³/секунду, равна:

.

Поворотные гидродвигатели обеспечивают ограниченный поворот выходного звена (вала). Пример условного изображения и устройства поворотных гидродвигателей:

Теоретический момент на валу поворотного гидродвигателя М_ТЕОР, Нм, связан с разностью давлений рабочей жидкости на его входе и выходе P и рабочим объемом q, м³, соотношением:

.

Теоретическая угловая скорость поворота вала поворотного гидродвигателя , радиан/секунду, на вход которого поступает расход Q, м³/секунду, равна:

.

4. Пример проектирования простейшего гидропривода

Создадим гидропривод, гидроцилиндр которого должен обеспечивать движение в обе стороны с управляемой скоростью, а также неподвижно останавливаться, даже под нагрузкой, в любом месте. Начнем с того, что к насосу и гидроцилиндру добавим бак с рабочей жидкость и будем постепенно улучшать конструкцию, добавляя устройства, которые:

– ограничивают нагрузку (давление) на насосе (переливной или предохранительный гидроклапан);

– управляют изменением направления потока рабочей жидкости (гидрораспределитель);

– изменяют скорость движения гидроцилиндра (дроссель).

а)	б)	в)
г)	д)	е)

Насос 1 приводится во вращение электродвигателем М, всасывает рабочую жидкость из гидробака 2 и по трубопроводу 3 подает ее в бесштоковую полость гидроцилиндра 5. По схеме на рисунке а, поршень будет стоять неподвижно, поскольку жидкость в штоковой полости не имеет стока (заперта).

Добавляем линию слива, соединяющую штоковую полость гидроцилиндра с гидробаком (рисунок б).

Если поршень упрется в крышку гидроцилиндра, то давление в системе возрастет до опасных пределов. Для предотвращения этой опасности в любом гидроприводе устанавливается предохранительный клапан 4 (рисунок в). В предохранительном клапане усилие пружины прижимает запорный элемент к седлу. С противоположной стороны жидкость давит на запорный элемент. Если давление превышает усилие настройки пружины, запорный элемент поднимается и перепускает жидкость на слив (в бак). Давление уже не возрастает, а вся подача насоса сливается в бак.

Добавляем распределитель 6, обеспечивающий прямое и обратное движение поршня гидроцилиндра, а также его останов в любом положении. Гидрораспределитель имеет три позиции (3 возможных схемы движения жидкости). На гидравлических схемах распределитель всегда показывается в исходном положении.

В позиции «0», как показано на рисунке д, все гидролинии перекрыты и поршень не может сместиться на вправо, ни влево. В позиции «b» (рисунок е) поршень движется вправо (шток выдвигается), а позиции «а» – влево (шток втягивается).

Чтобы изменять скорость перемещения поршня в гидроцилиндре, необходимо изменять величину подаваемого в гидроцилиндр расхода жидкости. Для этого устанавливаем регулируемый дроссель 7 (рисунок е). С помощью дросселя можно изменять проходное сечение трубопровода, через которое жидкость поступает в гидроцилиндр. При уменьшении проходного сечения дросселя давление перед ним повышается. Предохранительный (переливной) клапан 4 приоткрывается, и часть подачи насоса напрямую поступает в бак. В гидроцилиндр поступает только остаток от подачи насоса, и скорость поршня уменьшается.

При выдвижении поршня (рисунок е) давление между насосом и дросселем равно давлению настройки предохранительного клапана, а между дросселем и гидроцилиндром – давлению, соответствующему нагрузке от силы F.