3.2 Гидродвигатели
В технологических машинах применяются, в основном, три типа гидродвигателей: гидродвигатели поступательного действия (линейные гидроцилиндры), гидродвигатели вращательные с ограниченным углом поворота (поворотные гидроцилиндры), гидродвигатели с неограниченным углом поворота (гидромоторы). Преимущественное распространение имеют линейные гидроцилиндры.
3.2.1 Линейные гидроцилиндры
Типовая конструкция линейного гидроцилиндра двухстороннего действия изображена на рис. 3.6. Гильза 1 цилиндра изготовлена из толстостенной трубы. Внутренняя, рабочая поверхность гильзы полирована. С двух сторон гильза закрыта резьбовыми крышками 5 и 8. Крышки снабжены неподвижными уплотнениями 4 в виде резиновых колец круглого сечения. Крышка 5 – глухая, через крышку 8 проходит шток 13. Шток изготовлен, как правило, из нержавеющей стали, поверхность его полирована. На одном конце штока имеется резьбовой хвостовик для крепления объекта перемещения, на другом конце штока крепится поршень 2; иногда поршень изготавливается зацело со штоком. Поршень перемещается внутри гильзы на опорных кольцах 7. Динамическое (подвижное) уплотнение поршня выполнено в виде кольца 10 из политетрафторэтилена и распорного резинового кольца 11.
Такая конструкция обеспечивает относительно малые силы трения и может работать при высоких давлениях масла и больших скоростях перемещения поршня. Аналогичным образом устроено уплотнение штока.
1
2
3
4
5
6
7
6
8
9
10
11
12
13
3
Рис. 3.6. Гидроцилиндр двухстороннего действия:
1 – гильза цилиндра; 2 – поршень; 3 – отверстия для штуцеров подвода и отвода масла; 4 –уплотнения неподвижных соединений; 5 – резьбовая крышка; 6 – пробки для выпуска воздуха; 7 – опорные кольца поршня; 8 – резьбовая крышка штока; 9 – грязезащитное кольцо; 10 – подвижное уплотнение поршня; 11 – распорное кольцо; 12 – уплотнение штока; 13 – шток
В гильзе цилиндра выполнено два резьбовых отверстия 3 для подвода и отвода масла из поршневой и штоковой полостей цилиндра. В эти отверстия вворачиваются штуцеры (переходные детали) трубопроводов. Кроме того, в гильзе имеются отверстия, закрытые пробками 6. Они служат для выпуска воздуха при заполнении гидросети маслом.
При подаче масла в поршневую полость (на рис. 3.6 – левая полость) поршень движется вправо и шток выдвигается. При подаче масла в штоковую, правую полость, поршень движется влево и шток втягивается. Так как площадь поршня, на которую давит масло, в поршневой полости больше чем в штоковой, то сила, развиваемая цилиндром при выдвижении штока, больше, чем при втягивании штока. Такой цилиндр называют дифференциальным цилиндром двухстороннего действия. Если хотят получить одинаковую силу при выдвижении и втягивании штока, его делают с двух сторон поршня.
Сила на штоке цилиндра определяется выражением
(3.2)
где S – активная площадь поршня;
гм – гидромеханический КПД.
В поршневой полости S = Sг, где Sг – площадь поперечного сечения отверстия гильзы. В штоковой полости S = Sг – Sш, где Sш – площадь поперечного сечения штока.
Гидромеханический КПД обусловлен, в основном, трением в цилиндре, которое зависит от качества уплотнений и поверхностей трения. Величина гм находится в пределах от 0,85 до 0,95.
Гидроцилиндр одностороннего действия работает только на выдвижение штока при подаче масла в поршневую полость. Обратный ход осуществляется встроенный в цилиндр пружиной сжатия или внешними силами, например, силой тяжести перемещаемого объекта. Упрощенная схема такого цилиндра изображена на рис. 3.7.
По конструкции цилиндр одностороннего действия отличается от цилиндра двухстороннего действия отсутствием ввода масла в штоковую полость, отсутствием уплотнения штока, наличием встроенной пружины, если нет внешних сил, обеспечивающих обратный ход штока.
1
2
3
4
5
Рис. 3.7. Гидроцилиндр одностороннего действия:
1 – гильза; 2 – поршень; 3 – пружина возврата; 4 – шток; 5 – отверстие для подвода масла
Схемы других гидроцилиндров изображены на рис. 3.8…3.11.
Плунжерный гидроцилиндр (рис. 3.8) не имеет поршня. Его роль выполняет шток 2, который называют плунжером. Это цилиндр одностороннего действия, обратный ход в нем обеспечивается внешними силами. Такие цилиндры могут иметь малый диаметр.
Спаренный (тандем) цилиндр (рис. 3.9) составлен из нескольких цилиндров (двух и более) соединенных последовательно. Поршни всех цилиндров посажены на единый шток 3. Цилиндр может быть двухстороннего или одностороннего действия. При значительных усилиях имеет относительно небольшой диаметр.
|
2 3 1 |
Рис. 3.8. Плунжерный гидроцилиндр:
1 – гильза; 2 – плунжер; 3 – подвод масла
1 2 2 3 |
4 4 |
Рис. 3.9. Тандем-цилиндр:
1 – гильза, 2 – поршни, 3 – шток, 4 – подвод – отвод масла
Т
8
елескопический цилиндр (рис. 3.10) обеспечивает большой ход штока 5, который складывается из хода поршня 4 внутри цилиндра 1 и хода поршня 3 внутри цилиндра 2. Если имеются подводы 7 и 8, цилиндр будет двухстороннего действия, если подвод 8 отсутствует – цилиндр одностороннего действия.
|
4 7 1 2 3 5 6 |
Рис. 3.10. Телескопический цилиндр:
1 – внутренний цилиндр; 2 – внешний цилиндр; 3 и 4 – поршни цилиндров; 5, 6 – штоки цилиндров; 7 – подвод масла в поршневые полости; 8 – подвод масла в штоковые полости
Цилиндр–преобразователь давления (рис. 3.11) обеспечивает разные давления в разных полостях. Если закрыть подвод 6, а по подводу 5 подать масло под давлением p1, то в полости Б создается давление
где S1 и S2 площади поршней 2 и 3.
1
5
6
4
2
3
p1
p2
S2
S1
A
Б
Рис. 3.11. Цилиндр–преобразователь давления:
1 – гильза; 2 – поршень большого диаметра; 3 – поршень малого диаметра; 4 – шток; 5, 6 – подводы масла
Аналогично, подавая масло под давлением p2 в полость Б при закрытом подводе 5, получим в полости А
Если в гидроцилиндре скорость поршня вблизи его крайнего положения имеет значение больше 6 м/с, то для предотвращения жесткого удара в конце хода об крышку применяют демпфирование.
Схема гидроцилиндра с демпфированием в крайних положениях поршня изображена на рис. 3.12.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Рис. 3.12. Цилиндр с демпфированием:
1 – дроссель; 2 – обратный клапан; 3, 5 – запирающие конусы; 4 – поршень; 6 – гильза цилиндра; 7 – шток цилиндра; 8, 9 – линии подвода и слива масла
Левый демпфер включается в конце хода поршня влево, когда выступ конус 3 начинает входить в гнездо в крышке цилиндра. Сначала конус начинает перекрывать слив масла из поршневой полости цилиндра, расход масла из поршневой полости уменьшается, скорость V поршня падает. Затем, когда в гнездо входит цилиндрическая часть, слив масла из гнезда перекрывается полостью, и масло вытекает из поршневой полости через дроссель 1. Регулируя дроссель, регулируют расход масла из поршневой полости и, таким образом, настраивают скорость движения поршня, при которой удар в конце хода незначителен. При обратном движении поршня масло в поршневую полость поступает сначала через обратный клапан 2, а затем и через гнездо в крышке. Аналогичным образом работает правый демпфер в крайнем правом положении поршня.