51.Объёмные гидравлические двигатели, гидроцилиндры.

В гидравлических двигателях происходит преобразование энергии потока жидкости в механическую работу. В объемных гидродвигателях это преобразование осуществляется в замкнутых объемах (рабочих камерах),которые попеременно сообщаются с напорной и сливной полостями. Гидродвигатель - это гидромашина, «противоположная» насосу. К нему подводится жидкость под давлением, а на выходе имеет место возвратно-поступательное или вращательное движения выходного звена.

По характеру движения выходного звена во всём многообразии объ­емных гидродвигателей выделяют две большие группы: гидравлические цилиндры (гидроцилиндры) и гидравлические моторы (гидромоторы).

Гидроцилиндры силовые

Силовым гидравлическим цилиндром называется объемный гидродвигатель с возвратно-поступательным движением выходного звена. Такие гидроцилиндры широко применяются в качестве исполнительных механизмов различных машин во всех отраслях техники, особенно в строительных, подъемно-транспортных, дорожных машинах, а также в технологическом оборудовании (металлорежущих станках, кузнечно-прессовых машинах) и на транспорте. По конструкции и принципу действия гидроцилиндры очень разнообразны и классифицируются в соответствии с ГОСТ 17752—81.

По направлению действия рабочей жидкости все гидроцилиндры подразделяют на две группы: одностороннего и двухстороннего действия. На рабочий орган гидроцилиндра одностороннего действия жидкость может оказывать давление только с одной стороны, как в схеме на рисунке 1.22 а. В этих цилиндрах движение поршня в одну сторону обеспечивается за счет жидкости, подводимой в полость, а обратное перемещение - другим способом - за счет пружины или веса груза при вертикальном движении поршня. Перемещение рабочего органа гидроцилиндра двухстороннего действия в обоих направлениях обеспечивается за счет рабочей жидкости (рисунок 1.22 б). В таких гидроцилиндрах жидкость подводится как в левую полость, так и в правую. Причем разность полной S и кольцевой S^/ площадей поршня в этом случае приводит к тому, что при движении поршня слева направо развивается большее усилие, а при обратном ходе – большая скорость перемещения поршня.

Для получения одинаковых сил и скоростей при прямом и обратных ходах применяются гидроцилиндры с двусторонним штоком (см. рисунок 1.22б) с одним внутренним 1 и двумя наружными 2 и 3 уплотнениями. В этом случае конструкция с закрепленным штоком (рисунок 1.23а) в полтора раза короче, чем конструкция с закрепленным цилиндром.

1 – плунжер; 2 – пружина; 3 – основное уплотнение; 3’ – грязезащитное уплотнение; 4 – поршень; 5 – шток; 6 – внутреннее уплотнение; 7 – наружное уплотнение

Рисунок 1.22 – Схема гидроцилиндра: а) одностороннего действия с возвратной пружиной; б) двустороннего действия

Рисунок 1.23– Гидроцилиндр с двусторонним штоком:

а) с закрепленным поршнем; б) с закрепленным цилиндром и золотником управления

Гидроцилиндры подразделяются также по конструкции рабочего органа. Наибольшее распространение получили гидроцилиндры с рабочим органом в виде поршня или плунжера, причем поршневые гидроцилиндры могут быть выполнены с односторонним (см. рисунок 1.22б) или двухсторонним штоком (см. рисунок 1.23), а плунжерные гидроцилиндры могут быть только одностороннего действия и с односторонним штоком (см. рисунок 1.22 а).

По характеру хода выходного звена гидроцилиндры делятся на одноступенчатые и телескопические (многоступенчатые). Одноступенчатые гидроцилиндры показаны на рисунках 1.22, 1.23. Телескопические гидроцилиндры представляют собой несколько вставленных друг в друга поршней.

В таком гидроцилиндре поршни выдвигаются последовательно друг за другом. Причем сначала выдвигается поршень 2 с малой скоростью при меньшем давлении. Затем после полного выдвижения поршня2 начинает перемещаться поршень 3, площадь которого S₂. При этом увеличивается скорость до и давление. Обратный ход осуществляется либо за счет силыF, либо подачей жидкости через линию 4 в полости 6 и 7 через рукав 5. Применяют телескопические гидроцилиндры в тех случаях, когда желаемый ход превышает установочную длину.

По характеру изменения скорости выходного звена гидроцилиндры разделяются на одно- и многоскоростные.

Основными параметрами гидроцилиндров являются:

– диаметр поршня (внутренний диаметр цилиндра) D;

– диаметр штока D_Ш;

Рисунок 1.27 - Схема для расчета перепада

давлений на гидроцилиндре

– ход поршня L_Ш;

– рабочая площадь поршня S;

– усилие, развиваемое поршнем F;

– скорость перемещения поршня .

При расчете гидроцилиндров используются две основные формулы. Рассмотрим их на примере гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком (рисунок 1.27). Первая из них связывает силу F на штоке и перепад давлений на гидроцилиндре Δp = p₁ – p₂. С упрощением она выглядит следующим образом:

, (1.43)

где S — рабочая площадь, на которую действует подводимое давление.

При движении жидкости слева направо на расчетной схеме (см. рисунок 1.27) этой площадью является площадь поршня , а при обратном движении — площадь поршня за вычетом площади штока .

Вторая формула связывает расход и скорость движения поршня:

или. (1.44)

Полный КПД гидроцилиндров, зависит от перепада давлений жидкости, ее текучести, типа уплотнений и определяется в первую очередь механическим КПД, который для большинства конструкций составляет 0,85...0,95. Гидравлические потери в цилиндрах практически отсутствуют, и гидравлический КПД η_г = 1. Объемные потери в рассматриваемых устройствах могут иметь место в зазоре между поршнем и цилиндром. Однако при уплотнении этого места резиновыми кольцами или манжетами они малы. Значение объемного КПД для современных конструкций обычно составляет (η_o = 0,98…0,99).