Весна 16 курс 3 ОрТОР / Гидравлика / lektsia__25

4

25. ГИДРОДВИГАТЕЛИ

Гидродвигатель – гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена гидромашины.

По виду движения выходного звена гидродвигатели делятся на гидродвигатели с вращательным движением выходного звена (гидромоторы), с поступательным движением выходного звена (гидроцилиндры) и гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена (поворотные гидродвигатели).

Гидромоторы предназначены для преобразования энергии движущейся жидкости в механическую энергию вращения исполнительного органа различных машин и механизмов.

Основным требованием при выборе гидромотора является обеспечение исполнительным органом машины необходимого крутящего момента и частоты вращения.

Обычно в качестве гидромоторов используются объемные роторные гидромашины. Гидромоторы конструктивно мало отличаются от роторных насосов.

По величине крутящего момента и частоты вращения вала гидромоторы можно разделить на две группы: низкомоментные, высокомоментные.

Низкомоментные гидромоторы характеризуются развитием небольшого крутящего момента и больших частот вращения. Высокомоментные гидромоторы развивают большой крутящий момент при небольших частотах вращения.

Высокомоментные гидромоторы в основном предназначены для использования их в гидроприводах без промежуточного звена (редуктора) с целью уменьшения массы, габаритов, улучшения динамических характеристик объемного гидропривода. Высокомоментные гидромоторы имеют малые значения массы на единицу передаваемого момента.

В качестве низкомоментных гидромоторов в большинстве случаев используют аксиально-поршневые, реже – шестеренные, пластинчатые гидромоторы.

В качестве высокомоментных гидромоторов в основном применяют радиально-поршневые, аксиально-поршневые гидромоторы.

Целесообразность применения в приводах вращательного движе-

ния низкомоментных или высокомоментных гидромоторов определяется в каждом конкретном случае отдельно, исходя из конкретных требований к приводу машины.

Основными параметрами любого гидромотора являются следующие: рабочий объем гидромотора q_м, номинальное давление p_ном, частота вращения вала n _м, расход Q _м, мощность N _м, полный КПД η .

Полезная мощность гидромотора определяется выражением

N_мп = M_м∙ω_м = M_м∙2π∙ n _м,

где N_мп - – полезная мощность гидромотора, Вт; M_м – крутящий момент на валу гидромотора, Н⋅м; ω_м – угловая скорость вращения вала гидромотора, с ^-1;

n _м – частота вращения вала, с ^-1 .

Потребляемая мощность гидромотором определяется по формуле

N _м = ∆p_м Q _м =∆p_м∙ q_м∙ n _м,

где N _м – мощность, потребляемая гидромотором, Вт; ∆p_м – перепад давления на гидромоторе, Па, ∆p_м = p_вх – p_вых , здесь p_вх – давление на входе в гидромотор, p_вых - давление на выходе из гидромотора, для предварительных расчетов можно принять ∆p_м = p_ном; Q _м - теоретический расход жидкости, м 3 /с; q_м - рабочий объем гидромотора, м 3 /об; n _м - – частота вращения вала, с ^-1 (об/с).

Потери мощности в гидромоторе оцениваются КПД:

η == η _м η _г η _{об =} η _гм η _об,

где η – полный КПД гидромотора; η _м – механический КПД; η _г – гидравлический КПД; η _об -– объемный КПД; η _гм –гидромеханический КПД, η _гм=η _м η _г.

Если пренебречь потерями мощности в гидромоторе, то можно определить рабочий объем гидромотора

q_м = M_м∙2π∙∆p_м.

По расчетным значениям рабочего объема гидромотора q_м, номинальному давлению и остальным параметрам выбирается гидромотор.

Каждый конструктивный тип гидромотора (шестеренные, поршневые, пластинчатые) имеет свои достоинства и недостатки.

Шестеренные гидромоторы отличаются простотой и технологичностью конструкции, хорошими массовыми и габаритными показателями, могут работать при высокой (до 2400 об/мин) частоте вращения.

Для работы шестеренных гидромоторов не требуется высокая степень очистки рабочей жидкости. К недостаткам следует отнести невысокий КПД, большие пусковые моменты, небольшой диапазон частоты вращения, связанный с высоким нижним пределом (150…300 об/мин).

Отечественные заводы тракторных гидроагрегатов изготовляют

шестеренные гидромоторы типа ГМШ-32, ГМШ-50 и ГМШ-100.

Поршневые гидромоторы отличаются от других типов возможностью надежного уплотнения рабочей камеры, что позволяет работать при высоком (до 32 МПа и выше) давлении и с высоким КПД.

Высокомоментные радиально-поршневые гидромоторы типа МР развивают значительный крутящий момент и используются для привода поворотной части экскаваторов, кранов, ходовой части, лебедок строительных, дорожных, мелиоративных и коммунальных машин, рабочих органов машин без механического редуктора или с редуктором с небольшим передаточным отношением.

Гидравлические цилиндры (силовые гидроцилиндры) предназначены для преобразования энергии движущейся жидкости в механическую энергию поступательного движения выходного звена.

Основным требованием при выборе гидроцилиндра является обеспечение исполнительным органом машины необходимого усилия F и скорости движения V выходного звена. Выходным звеном может быть как шток, так и корпус (гильза) гидроцилиндра.

В зависимости от конструктивного исполнения гидроцилиндры могут быть поршневые с односторонним или двусторонним штоком и телескопические.

Для привода рабочих органов мобильных машин наиболее широко применяются поршневые гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним выходом штока.

Основными параметрами гидроцилиндров, определяющими их геометрические размеры и внешние характеристики, являются следующие:

номинальное давление p _ном ; диаметр поршня (гильзы) D; диаметр штока d ; ход поршня L .

Из опыта проектирования установлено, что отношение диаметра

штока к диаметру поршня равно ψ = D / d =0,3 ….0.7 /3, 10/.

Диаметры поршня и штока определяют усилие, развиваемое гидроцилиндром при заданном рабочем давлении, и скорость движения выходного звена при заданном расходе рабочей жидкости.

Усилие на штоке гидроцилиндра без учета сил трения и инерции

определяется выражением

F =∆p_ц∙S,

где F – усилие на штоке, Н; ∆p_ц – перепад давления на гидроцилиндре, Па; ∆p_{ц =} p_вх – p_вых, здесь p_вх – давление на входе в гидроцилиндр, p_вых – давление на выходе из гидроцилиндра; S – рабочая (эффективная) площадь поршня, м ² , S = S_п = (для поршневой полости), S = S_шт (для штоковой полости).

Расчетную скорость движения штока без учета утечек рабочей жидкости определяют по формуле

V = Q _ц∙ S,

где V – скорость движения штока, м/с; Q _ц – расход рабочей жидкости, м ³ /с; S – рабочая (эффективная) площадь поршня, м ² .

Полезная мощность гидроцилиндра определяется выражением

N _цп = F∙V,

N _цп – полезная мощность, развиваемая гидроцилиндром, Вт; F – усилие на штоке, Н; V – скорость движения штока, м/с.

Потребляемая мощность гидроцилиндром определяется по формуле

N _ц = ∆p_ц∙ Q _ц,

где ∆p_ц – перепад давления на гидроцилиндре, Па; Q _ц – расход рабочей жидкости, м ³ /с.

Потери мощности в гидроцилиндре оцениваются КПД:

η == η _м η _г η _{об =} η _гм η _об.

Основные параметры поршневых гидроцилиндров регламентируются ГОСТ 6540–68, телескопических гидроцилиндров – ГОСТ 16029–70, общетехнические требования к гидроцилиндрам – ГОСТ16514–79.