3.8.Гідромотори

Гідромотори - це гідромашини, які призначені для перетворення енергії стиснутої рідини в обертовий рух.

Гідромотори за конструкцією аналогічні гідронасосам.

У порівнянні з електродвигунами мають такі переваги:

• у 6 разів менші за об’ємом за однакової потужності;

• в 4...5 разів менші за масою;

• просте регулювання швидкості обертання, в окремих випадках від 2500 хв^-1. до 1 хв^-1 з забезпеченням високої стабільності;

• час розгону та гальмування не перевищує сотих частин секунди тощо.

Рис. 3.32. Залежність частоти (n) обертання вала гідромотора від витрат робочої рідини (QМ) та перепаду тисків (Δр)

Обертовий момент M_M (Н·м) та частота (n) (хв^-1) обертання вала гідромотора визначаються за виразами

; , (3.82)

де Δр – перепад тисків на гідромоторі, мПа; q – об’єм робочої камери, м³.

Потужність (кВт) гідромотора

, (3.83)

де η_M - коефіцієнт корисної дії гідромотора.

Згідно наведеним залежностям частота обертання вала гідромотора визначається витратами робочої рідини з урахуванням об’ємних втрат у моторі (рис.3.32), які зростають зі збільшенням різниці тисків.

Гідромотори можуть бути регульовані та нерегульовані, тобто з регульованою та нерегульованою частотою обертання валу.

3.9. Поворотні двигуни

Поворотний двигун – це гідромашина призначена для здійснення повороту виконавчого органу в межах одного оберту. Переважно поворотниками здійснюють поворот до 270 ⁰ .

Шиберний поворотний двигун складається з корпуса 3 (рис. 33,а), у якому розташовані вал 1 з прикріпленим шибером 2. У разі дії на шибер робочої рідини вал 1 здійснює поворот з обертовим моментом Т (Н·м) та кутовою швидкістю ω ( )

, . (3.84)

де Δр - перепад тисків на шибері, МПа; b – ширина шиберу, м; R – внутрішній радіус корпуса, м; r – радіус вала, м; Q – витрати робочої рідини, л/хв.

Обертовий момент поворотних двигунів може становити 160-2000 Н·м, швидкість повороту до 180⁰/с ^-1.

Рис. 33. Поворотні двигуни: шиберний (а), однорейковий (б), дворейковий (в)

Рейкові (поршневі) поворотні двигуни виготовляють одно- або дворейковими (рис. 33,б,в). У корпусі два поршні 1 з’єднані між собою рейкою, через яку передається обертовий момент на зубчасте колесо 2. Обертовий момент визначається за виразом

, ,

де D_Д – діаметр ділильного кола зубчастого колеса, м.

Поворотні двигуни використовуються для здійснення повороту виконавчих органів на певний кут у поворотних столах металорізальних верстатів, промислових роботів, механізмів зміни інструментів, завантажувальних пристроях тощо.

3.10.Способи регулювання швидкості руху вихідної ланки гідродвигунів

Одним з визначальних параметрів роботи гідродвигуна є швидкість переміщення його вихідної ланки. Швидкість може бути фіксованою при прямому та зворотному ходах, регульованою при прямому та зворотному ходах, змінною і регульованою на протязі прямого ходу і тому подібне.

Враховуючи, що швидкість поршня циліндра визначається , а частота обертання вала гідромотора - , то очевидно, що складно і недоцільно виконувати регульованими конструктивні параметри S ( активна площа поршня) і q (геометричний робочий об’єм гідромотора), більш ефективно використовувати регулювання витрат робочої рідини.

Об’ємне регулювання швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна полягає у використанні у гідроприводі насоса 1 з регульованою продуктивністю (рис.3.34). Регулюванням продуктивності гідронасоса забезпечують регулювання швидкості переміщення поршня циліндра 2 або частоти обертання вала гідромотора. Для запобігання недопустимого підвищення тиску у гідросистемі встановлюють запобіжний клапан 3, а клапан 4 використовують для забезпечення плавності ходу поршня та неможливості попадання повітря у гідросистему. Підпірний клапан налагоджується на тиск відкривання 0,3…0,8 МПа.

Рис.3.34 Гідравлічна схема гідроприводу з об’ємним регулювання швидкості руху вихідної ланки гідроприводу

Баланс витрат робочої рідини складе

; (3.86)

де Q_Н – продуктивність насоса, м³/с

υ – швидкість поршня циліндра,м/с;

S₁ – площа поршня циліндра, м²;

Q_вт – втрати робочої рідини на шляху від гідронасоса до гідродвигуна, враховуючи об’ємні втрати у самому двигуні, м³/с.

Тоді швидкість переміщення поршня

, (3.87)

і зміна швидкості, м²/с,

; (3.88)

де υ_Т - теоретична швидкість поршня без урахуванням втрат.

Таким чином, стабільність швидкості переміщення поршня циліндра при об’ємному регулювання залежить від об’ємних втрат робочої рідини. Втрати робочої рідини визначаються тиском у гідросистемі і не залежать від величини витрат.

Ступінчасте регулювання швидкості виконавчого органу забезпечується встановленням у гідроприводі двох гідронасосів постійної продуктивності.

Рис. 3.35 Ступінчасте регулювання швидкості виконавчого органу з допомогою двох гідронасосів постійної продуктивності та клапану тиску	Рис. 3.36 Ступінчасте регулювання швидкості виконавчого органу з допомогою двох гідронасосів постійної продуктивності та розподільника

Часто гідропривід повинен здійснювати швидке підведення, наприклад інструменту, та зі значно меншою швидкістю – виконання власне технологічної операції (наприклад різання). У таких випадках у гідроприводі встановлюють два гідронасоса (рис. 3.35 ) різної продуктивності 1- низької і 2 – високої продуктивності. При здійснені прямого ходу одночасно працюють два насоса, що забезпечує швидке підведення різця до заготовки, при врізанні різця і початку процесу різання миттєво зростає навантаження на шток циліндра, і відповідно, тиск на виході гідронасоса 1, клапан 3 відкривається і робоча рідина, яка подається гідронасосом 2 більшої продуктивності , потрапляє до гідробаку. Швидкість переміщення поршня циліндра зменшується до величини робочої подачі.

На рис. 3.36 наведена принципова схема гідроприводу з двома гідронасосами різної продуктивності (1 і 2), гідроциліндр 8 керується розподільником 7, клапан 3 запобігає недопустимому перевищенню тиску у гідросистемі. За даною схемою швидкість переміщення поршня циліндра може мати три швидкості, які визначаються продуктивністю першого - 1, другого - 2 або обох гідронасосів разом. Керує швидкістю переміщення поршня циліндра, і відповідно, витратами робочої рідини розподільник 4.

Дросельне регулювання швидкості руху виконавчих органів автоматизованого обладнання полягає у використанні дроселів для регулювання витрат робочої рідини. При цьому використовується гідронасос постійної продуктивності, яка гарантовано перевищує максимальні витрати робочої рідини при максимальній швидкості переміщення поршня циліндра. Надлишок рідини постійно через запобіжний клапан, який у даному випадку виконує функцію переливного клапана, потрапляє до гідробаку.

Використовують дросельне регулювання швидкості переміщення поршня циліндра на вході, на виході та паралельне дросельне регулювання.

Рис. 3.37 Принципові схеми гідроприводу з дросельним регулюванням швидкості вихідної ланки гідродвигуна на вході (а), виході (б) та паралельне дросельне регулювання (в).

При дросельному регулюванні швидкості виконавчого органу на вході (рис.3.37,а) дросель 1 встановлюють у напірній гідролінії між гіднонасосом та гідроциліндром, підпірний клапан 2 призначений для забезпечення стабільності швидкості при незначній її звеличені.

Дросель 1 (рис. 3.37,б ) встановлюється у зливній магістралі при регулюванні швидкості на виході.

При паралельному дросельному регулюванні дросель 1 (рис.3.37,в) встановлюється між гідронасосом та зливною гідролінією. При незначній швидкості її стабільність забезпечують підпірним клапаном 2.

Дросельне регулювання швидкості найбільш розповсюджене регулювання завдяки простоті надійності та низькій вартості, але має суттєвий недолік – залежність витрат робочої рідини через дросель від різниці тиску на ньому.

Швидкість переміщення поршня циліндра визначається відповідно (3.68)

= ; (3.89)

Вхідний тиск рівний тиску на виході гідронасоса , а вихідний – визначається з виразу (3.75), як тиск у гідроциліндрі

. (3.89)

Тоді

. (3.90)

Розгляд одержаного рівняння вказує, що нестабільність швидкості переміщення поршня циліндра визначається коливаннями корисного зусилля (навантаження).

Рис. 3.38. Залежність відносної швидкості від відносного навантаження за об’ємного регулювання (1), дросельного послідовного (2) та паралельного (3) встановлення дроселя.

Дросельне регулювання швидкості незважаючи на незначний коефіцієнт корисної дії (не перевищує 0.7) одержало широке застосування у верстатному гідроприводі потужності до 10 кВт.

Для підвищення стабільності швидкості при дросельному регулювання використовують регулятори витрат (див. розділ 3.6.6).

На рис. 3.38 наведені залежності відносної швидкості транспортування від відносного навантаження , де υ і р біжуче значення швидкості та тиску, υ_max і p_max – максимальне значення швидкості та тиску.

Найбільшу стабільність забезпечує об’ємне регулювання (1, рис.3.38), при цьому досягається найвищий ККД приводу. Значно нижча стабільність за послідовного (2) та паралельного (3) підключення дроселя.

У потужних гідроприводах тривалими робочими ходами обґрунтовано використовувати об’ємний гідропривід, який більш економічний за значних витрат робочої рідини.

Дросельне регулювання швидкості економічно вигідне за незначної потужності гідроприводу з короткочасними робочими ходами.