Лабораторная работа исследование аксиально-поршневых гидромоторов

Цель работы: изучить конструкцию, принцип действия аксиально-поршневых нерегулируемых гидромоторов, которые используются в судовых стреловых кранах.

Общие положения

Аксиально-поршневые гидромоторы являются высокооборотными и низкомоментными. Иными словами можно сказать, что аксиально-поршневые моторы не развивают вращающих моментов достаточных для подъема груза и стрелы, поворота крановой металлоконструкции, к тому же частота вращения их выходного вала существенно превышает рабочие, технологические частоты вращения крановых механизмов. С этой целью в приводах, оборудованных аксиально-поршневыми двигателями, предусматриваются редукторы. Напомним, что редуктором называется механизм, выполненный на основании зубчатых или червячных передач и предназначенный для уменьшения угловой скорости и увеличения вращающего момента. В крановых механизмах применяются двух- и трехступенчатые редукторы с неподвижными осями и планетарные редукторы. Последние широко используются в лебедках кранов «LIEBHERR» и «NMF». Аксиально-поршневые моторы делятся на два вида: аксиально-поршневые моторы с наклонным блоком и наклонным диском.

Аксиально-поршневые моторы обладают наилучшими из всех типов гидромашин габаритными и весовыми характеристиками, для них характерна компактность, отличаются высоким к.п.д., простотой и надежностью конструкции, имеют не большую инерционность и высокую приеместость (быстроходность).

Рабочий объем аксиально-поршневого гидромотора (рис. 1) определяется по выражению

см³, (1)

– число поршней мотора;

– площадь поршня гидромотора, , мм²;

d – диаметр поршня мотора, мм;

– ход поршня, мм.

Ход поршня я h определяется, исходя из рис. 1

мм, (2)

где – диаметр размещения головок поршней, мм,

α – угол наклона оси блока цилиндров мотора к оси вала, град.

Частоту вращения вала гидромотора определяется по формуле об/мин,

, (3)

где – расход мотора, в виду неразрывности потока жидкости расход мотора равен подаче насоса л/мин.

– рабочий объем мотора в л (дм³);

– гидравлический к.п.д. привода, принимается .

Рис. 1. Принцип работы регулируемого аксиально-поршневого мотора с наклонным блоком:

1 – приводной вал; 2 – конусный поршень; 3 – наклонный блок; 4 – распределительный диск (α=const); 5 – серповидные пазы; 6 – распределительный диск (α=var)

h – ход поршня; А – площадь поршня; DТ – диаметр размещения головок поршней; α – угол наклона блока.

Конструкция аксиально-поршневого гидромотора. Гидромотор (рис. 2) состоит из следующих основных частей: вала 1, корпуса 15, поршней 13 с шатунами 4, блок цилиндров 7, и крышки 9 распределителя 10 (рис. 3).

Предохранение от утечки рабочей жидкости из гидромашины (рис. 3)осуществляется с помощью манжеты 2 и уплотнительных колец 3, 6, 8, 11 и 15.

Рис. 2. Аксиально-поршневой гидромотор с наклонным блоком:

1-вал; 2 – уплотнение; 3 – сферическая головка; 4 – шатун; 5 – юбка поршня; 6 – шарнир; 7 – блок цилиндров; 8 – шип; 9 – крышка; 10 , 11 – окно; 12 – пружина; 13 – поршень; 14 – диск.

Рис. 3. Конструкция аксиально-поршневого гидромотора: 1 – вал; 2 – манжета; 3, 6, 8, 11 15 – уплотнительные кольца; 4 – радиальный подшипник, 5 – радиально-упорный подшипник; 7 – корпус, 9 – блок цилиндров, 10 – распределитель; 12 – крышка; 13 – поршни; 14 – шатуны.

При работе гидромотора рабочая жидкость нагнетается под давлением p от насоса через отверстия крышки 10 и 11 (рис. 2) и кольцевые пазы распределителя (6 рис. 1) в блок цилиндров. Под действием давления p на поршень начинает действовать сила гидростатического давления, равная

, (4)

где – сила гидростатического давления, Н;

– давление рабочей жидкости в цилиндре, создаваемое насосом, МПа;

– площадь поршня, мм², ,

d – диаметр цилиндра, мм².

Сила направлена вдоль цилиндра (рис.4), ось которого наклонена к оси вала мотора под углом . Через поршень сила предается на шатун и на сферическую головку шатуна 3 (рис. 2), которая размещена в диске 14 (рис. 2). Для удобства расчетов сила давления может быть разложена на две составляющие – окружную (тангенциальную) , которая направлена перпендикулярно радиусу диска и осевую , которая направлена параллельно оси диска:

окружная сила

, (5)

осевая сила

, (6)

где – угол наклона блока, град.

Рис. 4. Принцип работы гидромотора

Именно под действием силы на диск, при подаче масла на поршень, действует вращающий момент, обеспечивающий вращение диска и ведущего вала по действием одного поршня

, (7)

где – плечо силы , м ; ;

 – текущий угол вращения, град.

За цикл работы данного типа гидромотора его поршни развивают среднее значение вращающего момента, которое вычисляется по формуле аналогичной , Н∙м

, (8)

где p – давление (перепад давления между напорной и всасывающей линией мотора) масла, подаваемого через распределительный клапан (золотник) от насоса, МПа;

– рабочий объем гидромотора, см³.

Рабочий объем аксиально-поршневых моторов в десятки раз меньше рабочего объема радиально-поршневых моторов. Небольшой момент и высокая быстроходность аксиально-поршневых гидромашин вызывают необходимость использования в таких приводах редукторов.

На рис. 5 изображена грузовая лебедка судового крана с аксиально-поршневым двигателем. От гидромотора 1 движение передается через вал 3 к зубчатому двухступенчатому редуктору, в состав быстроходной ступени которого входит вал-шестерня 4 и колесо 11, а в тихоходную ступень – вал шестерня 12 и колесо с внутренним зацеплением 13, запрессованному в барабан. Зубчатые колеса и подшипники работают в масле, уровень которого контролируют при помощи пробки 10. Тормоз 5 нормально замкнутый растормаживается при помощи гидроцилиндра 6.

При включении мотора 1 тормоз растормаживается, с этой целью рабочая жидкость поступает каналами 8 из гидросистемы в левую часть гидроцилиндра 6 и перемещает его поршень вправо. Замыкающая пружина тормоза 9 сожмется и освободит диски его тормозные диски, в результате чего тормоз размыкается. При выключении гидромотора рабочая жидкость прекращает свою подачу в тормозной цилиндр 6, давление на поршень прекращается и тормозная пружина снова сжимает тормозные диски. Силу сжатия пружины (а значит и тормозной момент) регулируют винтом 7, который через шайбу действует на пружину 9.

Вращающий момент T, развиваемый мотором (см. формулу 7.14) посредством зубчатого редуктора увеличивается, и тогда момент на барабане 14 (рис. 17.17) станет равным (увеличиться в раз)

, (9)

где – передаточное отношение редуктора, , – передаточное число быстроходной ступени, от шестерни 4 к колесу 11 , – передаточное число тихоходной ступени, от шестерни 12 к колесу 13 .

Рис. 5. Грузовая лебедка с аксиально-поршневым гидромотором:

1 – гидромотор, 2 – клин; 3 – вал; 4, – вал-шестерня быстроходной ступени; 5 – дисковый тормоз; 6 – гидроцилиндр; 7 – регулирующий винт; 8 – канал; 9 – пружина; 10 – пробка; 11 – зубчатое колесо быстроходной ступени; 12 – вал-шестерня тихоходной ступени; 13 – колесо зубчатое тихоходной ступени; 14 – барабан; 15 – корпус.

Частота вращения гидромотора после преобразования движения в редукторе уменьшится в раз, тогда частота вращения тросового барабана равна

. (10)

Рис. 17.18. Кинематическая схема грузовой лебедки, изображенной на рис. 17.16 (обозначения соответствуют рис. 17.16, здесь 16 – втулочная муфта)

Характерные отказы аксиально-поршневых моторов распределяются по частоте их проявления следующим образом:

1. Износ поршней и блока цилиндров, что связано со значительным загрязнением рабочей жидкости;

2. Поломка корпуса;

3. Выход из строя уплотнений;

4. Разрушение и износ подшипников качения;

5. Обрыв шатунов поршней, вследствие чего происходит скачкообразное изменение скорости вращения и вращающего момента, наблюдается движение рывками;

6. Разрушение блока цилиндров.