Лекция 5
5.1. Объемные гидравлические двигатели
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).
5.1.1. Гидроцилиндры
Гидравлическим цилиндром называется объемный гидродвигатель с возвратно-поступательным движением выходного звена. Гидроцилиндры широко применяются в качестве исполнительных механизмов различных машин. По конструкции и принципу действия гидроцилиндры очень разнообразны (см. рис. 5.1) и классифицируются в соответствии с ГОСТ 17752-81.
По направлению действия рабочей жидкости все гидроцилиндры можно разделить на две группы: одностороннего и двухстороннего действия. На рабочий орган гидроцилиндра одностороннего действия жидкость может оказывать
Рис. 5.1. Классификация гидроцилиндров
давление только с одной стороны. Движение поршня вправо обеспечивается за счет давления жидкости, подводимой в левую полость гидроцилиндра. Обратное перемещение в гидроцилиндрах одностороннего действия обеспечивается другим способом. Наиболее часто это достигается за счет пружины или веса груза при вертикальном движении поршня. Перемещение рабочего органа гидроцилиндра двухстороннего действия в обоих направлениях обеспечивается за счет рабочей жидкости (рис. 5.2 и 5.3). В таких гидроцилиндрах жидкость может подводиться как в левую полость (тогда поршень движется вправо), так и в правую для обеспечения движения влево.
Гидроцилиндры подразделяются также по конструкции рабочего органа. Наибольшее распространение получили цилиндры с рабочим органом в виде поршня или плунжера. Причем поршневые гидроцилиндры могут быть выполнены с односторонним (см. рис. 5.2 и 5.3) или двухсторонним штоком (см. рис. 5.4). Плунжерные гидроцилиндры (рис. 5.5) могут быть только одностороннего действия, с односторонним штоком.
По характеру хода выходного звена гидроцилиндры делятся на одноступенчатые и телескопические (многоступенчатые). Телескопические гидроцилиндры представляют собой несколько вставленных друг в друга поршней (рис. 5.6). В таком гидроцилиндре поршни выдвигаются последовательно друг за другом. Телескопические гидроцилиндры применяются для получения больших перемещений.
Полный КПД гидроцилиндров определяется в первую очередь величиной механического КПД, который для большинства конструкций составляет ηм = 0,85…0,95. Гидравлические потери в цилиндрах практически отсутствуют и гид-
Рис. 5.2. Схема гидроцилиндра двустороннего действия
Рис. 5.3. Поршневой гидроцилиндр двустороннего действия
Рис. 5.4. Схема гидроцилиндра двустороннего действия с двусторонним штоком
Рис. 5.5. Схема плунжерного гидроцилиндра
Рис. 5.6. Схема телескопического гидроцилиндра
равлический КПД равен единице (ηг = 1). Объемные потери в рассматриваемых устройствах могут иметь место в зазоре между поршнем и цилиндром. Однако при уплотнении этого места резиновыми кольцами или манжетами (см. рис. 5.7) они очень малы. Тогда объемный КПД также можно считать равным единице (ηо = 1).
При расчете гидроцилиндров используются две основные формулы. Первая из них связывает силу F на штоке и перепад давлений на гидроцилиндре. Вторая формула связывает расход и скорость поршня.
Для обозначения гидроцилиндров на гидравлических схемах (см. рис. 5.5) используются их предельно упрощенные конструктивные изображения.