Тема 3: Гидродвигатели

Различают гидродвигатели:

а) с неограниченным ходом – гидромоторы;

б) с ограниченным ходом – гидроцилиндры и гидродвигатели.

§ 3.1 Гидромоторы

3.1.1 Гидромоторы преобразуют энергию потока жидкости в механическую энергию вращательного движения выходного вала. Конструкции ряда гидромоторов схожи с конструкциями насосов.

Для действия гидромоторов в их рабочие органы надо подавать масло от насоса.

Теоретическое и фактическое значения крутящего момента гидромотора (Н м):

теоретическое и фактическое значения подачи масла в гидромотор (л/мин), необходимой для обеспечения частоты вращения его вала n (об/мин или мин^–1):

В формулах: – перепад давления в камерах гидромотора, МПа;

Примечание. Далее вместо может рассматриваться р – рабочее давление – при допущении, что противодавление равно 0 (как это сделано, например, в п. 1.9);

W – рабочий объём гидромотора – сумма изменений объёмов его рабочих камер за один оборот вала, мм³ (в справочниках – см³);

– механический КПД; – коэффициент подачи.

Теоретическое и фактическое значения мощности на валу гидромотора (квт):

где – КПД гидромотора.

Условные обозначения гидромоторов показаны на рис. 2.4.

3.1.2 Рассмотрим принцип действия аксиально-поршневого гидромотора поясняется рис. 2.2 в совокупности с рис. 1.2.

Если масло под давлением р подводится по каналу 2 через окно 15 к цилиндрам, расположенным в передней половине блока (см. рис. 1.2), то поршень каждого из этих цилиндров давит на шайбу с силой .

Такая же сила (Р'=Р) действует на поршень со стороны шайбы. Силу Р' можно разложить на две составляющие: нормальную к плоскости направляющих шайбы N и вертикальную (тангенциальную) Т. Составляющая создаёт крутящий момент на плече , где – мгновенное значение угла расположения оси поршня. Все поршни, работающие в зоне нагнетания, создают суммарный крутящий момент на валу гидромотора.

Аксиально-поршневые гидромоторы весьма компактны, имеют меньший момент инерции, чем радиально-поршневые, более удобны при монтаже и ремонте, что обусловило большое их распространение.

3.1.3  Принцип действия радиально-поршневого гидромотора (рис. 2.3, а также 1.3).

При подводе масла под давлением р под основание поршня на нём развивается сила

Такая же сила (Р') действует на поршень со стороны корпуса, т.е. Р'=Р. Силу Р' можно разложить на две составляющие: N – нормальную и Т – перпендикулярную к Р'.

где – угол, зависящий от величины эксцентриситета е и положения поршня. Сила Т создает на плече крутящий момент. Все поршни, работающие в зоне нагнетания, создают суммарный крутящий момент на валу гидромотора.

§ 3.2 Гидроцилиндры и поворотные гидродвигатели

Эти агрегаты являются гидродвигателями возвратно-поступательного или возвратно-поворотного движения, преобразующими энергию потока жидкости в механическую энергию перемещающегося поршня (корпуса цилиндра) или шибера с валом.

В станках и других технологических машинах широко применяются поршневые гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонними и двухсторонними штоками (рис. 2.5,а,б,в,г). Штоки могут быть подвижными и неподвижными. При неподвижном штоке подвод масла может осуществляться через него или с помощью гибких шлангов.

Рассмотрим схему гидроцилиндра с односторонним штоком (рис. 2.5,а).

На схеме:

р₁ и р₂ – рабочее давление и противодавление;

D и d – диаметры поршня и штока;

F_шт – площадь сечения штока;

F₁ и F₂ = F₁–F_шт – рабочие площади поршня в поршневой и штоковой полостях:

Р = R+S – развиваемая сила, где R – сила технологического сопротивления, а S – сила трения в уплотнениях цилиндра.

p₁∙F₁= p₂∙F₂ + R + S – уравнение равновесия сил на поршне.

Очевидно:

Скорости перемещения поршня вправо и влево, если пренебречь утечками, равны:

При этом: v₁ < v₂.

Соотношения скоростей перемещения поршня вправо и влево зависят от соотношения рабочих площадей поршня:

или

Обычно d = (0,25-0,4)D, при этом v₁/v₂ = 0,94-0,84.

В цилиндрах с двухсторонним штоком v₁=v₂, но осевые размеры таких цилиндров больше.

Кроме цилиндров двухстороннего действия используются также цилиндры одностороннего действия (рис. 2.5,д,е) и поворотные гидродвигатели.

Рассмотрим шиберный поворотный гидродвигатель (рис. 2.5,ж). В нём шибер (или лопасть) с валом совершает возвратно-поворотные движения.

Развиваемые окружная сила на шибере в Н и крутящий момент в Нм:

P = pB(R– r),

где – механический КПД гидродвигателя; В – ширина шибера; В, R, r – в мм; р – в МПа.

Частота качаний в минуту вала гидродвигателя ,

где Q – подача масла в л/мин;

– коэффициент подачи;

W – рабочий объём гидродвигателя в мм³ (или пропускная способность).

где – угол поворота шибера в радианах ( здесь в градусах).

На рис. 2.5,з показан поршневой поворотный гидродвигатель, в котором имеется цилиндр со штоком-рейкой для привода реечного колеса с выходным валом.