Гидравлическими двигателями называют силовые установки и машины, преобразующие энергию потока или давления жидкости в механическую энергию.
Как видно из определения, гидравлические двигатели выполняют задачу, обратную задаче гидравлических насосов, из чего вытекает принцип обратимости, согласно которому практически любой насос (преобразующий механическую энергию в энергию потока) можно использовать в качестве гидравлического двигателя для выполнения противоположной функции.
Свойство обратимости гидравлических машин в большинстве случаев позволяет эксплуатировать одну и ту же гидравлическую машину, как в режиме насоса, так и в режиме двигателя, то есть создавать насосы и двигатели по общим конструктивным схемам.
Естественно предположить, что гидродвигатели, как и гидронасосы, можно классифицировать на две группы: динамические, отбирающие кинетическую энергию у потока жидкости, и объемные, преобразующие энергию давления потока в механическую энергию.
К первой группе гидравлических двигателей можно отнести различные турбины, т. е. лопастные (центробежные и осевые) насосы, выполняющие обратную функцию (преобразования энергии движения потока в механическую энергию) .
Вторая группа – объемных гидравлических двигателей, принципиально может быть представлена практически всеми видами рассмотренных ранее конструкций гидравлических насосов объемного типа — шестеренные, пластинчатые, роторно-поршневые, диафрагменные, поршневые и т. д. Однако наибольшее практическое применение в машиностроении нашли лишь динамические гидродвигатели-турбины и объемные гидродвигатели, имеющие высокий КПД – аксиальные и радиальные роторные гидравлические двигатели, а также особый тип гидродвигателей – гидроцилиндры.
Принцип действия объемных гидравлических двигателей основан на возникновении неуравновешенной силы на подвижных элементах рабочих камер при воздействии на них жидкости, подводимой под избыточным давлением от источника питания (насоса, аккумулятора, магистрали) .
В процессе работы двигателя герметично отделенные друг от друга камеры попеременно сообщаются с местами подвода, где они увеличивают свой объем и заполняются маслом под давлением, и отвода, где при уменьшении объемов камер происходит вытеснение жидкости в сливную линию.
Подвижные элементы рабочих камер конструктивно могут быть выполнены в виде зуба, шестерни, пластины, плунжера, поршня и т.д.
По характеру движения выходного звена гидравлические двигатели делят на:
- моторы с неограниченным вращательным движением;
- поворотные двигатели с ограниченным (меньше 360°) углом поворота;
- цилиндры с ограниченным возвратно-поступательным прямолинейным движением.
Рабочие характеристики и параметры гидравлических двигателей
Работа разных по конструкции гидравлических двигателей (как и разных гидронасосов) характеризуется различными параметрами и рабочими характеристиками.
Для гидравлических моторов основными являются следующие параметры:
Рабочий объем – суммарное изменение объемов рабочих камер мотора за одни оборот ротора или объем жидкости, при прохождении которого через мотор его ротор совершит один оборот:
где:
Vk – изменение объема рабочей камеры мотора за один рабочий цикл, рассчитанное по ее геометрическим размерам;
z – число рабочих камер;
k – кратность действия, то есть число рабочих циклов, совершаемых за один оборот вала.
Теоретический расход мотора – это расчетный объем жидкости, проходящий через мотор в единицу времени:
где: n – частота вращения вала мотора.
Видео:Студенты российского вуза разработали вечный двигатель #вечныйдвигатель #изобретенияСкачать
Фактический расход жидкости через мотор больше теоретического на величину объемных потерь:
где: ΔQм – утечки масла через зазоры внутри мотора из полостей питания в полости слива и утечки жидкости в окружающую среду.
В отличие от насоса утечки масла в моторе направлены в ту же сторону, что и основной поток.
Рост объемных потерь приводит к уменьшению КПД мотора.
Читайте также: Шлейф мотор зуботехнический это
Частота вращения вала мотора:
Номинальное давление рном (Па) – наибольшее давление рабочей жидкости на входе в мотор, при котором гидравлическая машина должна проработать в течение установленного срока службы с сохранением основных параметров в пределах установленных норм.
Перепад давлений определяется разностью давлений масла на входе и выходе мотора:
Полезная (эффективная) мощность мотора определяется из зависимости:
где:
М – вращающий момент на валу мотора;
ω = 2πn – угловая скорость вала;
n – частота вращения вала мотора.
Вращающий момент на валу мотора определяется по формуле:
Потребляемая гидромотором мощность :
Видео:Работа цилиндра. АнимацияСкачать
где: ηгм – полный КПД гидравлического мотора.
Полный КПД гидравлического мотора :
где: ηо, ηм, ηг – соответственно объемный, механический и гидравлический КПД мотора.
При типовом проектировании привода машины гидравлический мотор выбирают по полезной (эффективной) мощности и номинальной частоте вращения вала, то есть так же, как и электродвигатель.
Поворотные гидравлические двигатели характеризуются следующими основными параметрами:
Рабочий объем на угол поворота (270° и меньше) , м 3 .
Фактический расход масла при максимальной скорости поворота вала определяется по формуле:
где:
z – число пластин;
b – ширина пластины;
R и r – большой и малый радиусы ротора поворотного двигателя;
ω – максимальная угловая скорость поворота вала.
Номинальный вращающий момент на валу :
где: Δp – разность давлений в напорной и сливной камерах двигателя при номинальном давлении питания.
Полный КПД при номинальных параметрах (для стандартных поворотных гидравлических двигателей типа ДПГ полный КПД может достигать 95%) .
Для гидравлических цилиндров основными являются следующие параметры:
- диаметр поршня D ;
- диаметр штока d ;
- величина хода S поршня;
- номинальное давление рном на входе;
- номинальное усилие F на штоке;
- минимальная и максимальная скорость v перемещения.
Видео:Проверка гидроцилиндра на перепускание. Как проверить?Скачать
Рабочие (эффективные) площади поршня:
со стороны бесштоковой полости:
со стороны штоковой полости:
где: D – диаметр поршня; d – диаметр штока.
Номинальное усилие на штоке цилиндра без учета сил трения и инерции:
для цилиндра с односторонним штоком:
для цилиндра с двусторонним штоком:
где р1 и р2 – номинальное давление масла соответственно в напорной и сливной камерах гидроцилиндра.
где:
Qф – фактический расход масла с учетом утечек;
F – площадь поршня со стороны напорной камеры цилиндра.
Тепловое удлинение цилиндра :
где:
ε – коэффициент линейного расширения (для стали ε = 12×10 -6 );
L – длина цилиндра;
Δt – повышение температуры.
Удлинение цилиндра велико ( λ ≈ 1 мм, при L = 2 м, Δt = 40˚) , поэтому рекомендуется одну из его опор выполнять скользящую, а другую закреплять неподвижно.
Особо следует подчеркнуть, что полный КПД гидроцилиндра обычно превышает 95%, то есть больше, чем у любых других известных двигателей.
Гидромоторы
Как уже отмечалось выше, гидравлические машины обладают свойством обратимости. Это позволяет создавать по одним и тем же конструктивным схемам, как объемные насосы, так и гидравлические моторы.
Видео:Как правильно эксплуатировать насос НШ /ТОП-5 ошибок/Скачать
Рассмотрим работу гидравлической машины, схема которой показана на рисунке 1 , в режиме мотора. Предположим, что в рабочие камеры машины, расположенные справа от вертикальной оси, подается жидкость от насоса, а камеры, расположенные слева соединены с баком.
Под действием избыточного давления на пластинах возникают неуравновешенные силы, создающие вращающий момент на валу мотора, направленный против часовой стрелки. Камеры, соединенные с баком, при вращении ротора освобождаются от рабочей жидкости. Если кольцо А установить в корпусе мотора соосно с ротором, то момент на валу мотора станет равным нулю и вращение вала прекратится.
Читайте также: Как вода попадает в мотор
Аналогично можно рассмотреть работу в режиме мотора аксиально-поршневой гидравлической машины.
При подаче масла под давлением через отверстие распределителя, поршни будут со значительным усилием прижаты жидкостью к наклонному диску.
В результате силового взаимодействия каждого из поршней с диском возникнет тангенциальная сила, направленная перпендикулярно оси поршня. Таким образом, на блок и связанный с ним вал гидравлического мотора начнет действовать вращающий момент.
Остальные поршни, рабочие камеры которых в это время соединены с магистралью сброса, будут вытеснять масло через отверстие распределителя на слив в бак.
Существенным недостатком рассмотренной схемы являются значительные изгибающие усилия, воспринимаемые поршнями и вызывающие их преждевременный износ и нарушение герметичности рабочих камер.
Для исключения указанного недостатка используют гидравлические машины этого типа с двойным ротором (рис. 2) .
При подводе жидкости через неподвижный торцовый распределитель 6 в рабочую камеру мотора, поршень 2 перемещается вправо в расточке ротора 1 и, воздействуя на толкатель 4 , создает силу F на наклонном диске 8 .
Вращающий момент, создаваемый тангенциальной силой T , передается через толкатель 4 ротору 3 , жестко связанному с валом 7 мотора, и с помощью пальца 5 ротору 1 , свободно вращающемуся на валу. Таким образом, поршни 2 не воспринимают изгибающего момента от действия силы T .
В гидравлических приводах металлообрабатывающих станков преимущественно применяют нерегулируемые аксиально-поршневые моторы, которые в ряде случаев имеют существенные преимущества перед электромоторами (гидравлические моторы одинаковой с электродвигателями мощности в среднем в шесть раз меньше по габаритам и в четыре-пять раз по массе) .
При наибольшей частоте вращения вала nmax = 50 c -1 наименьшее значение частоты может составлять nmin = 0,5 c -1 , а у моторов специального исполнения – до nmin = 0,05 c -1 и меньше, причем легко обеспечивается бесступенчатое регулирование частоты вращения во всем диапазоне.
Время разгона и торможения вала гидравлического мотора не превышает нескольких сотых долей секунды; возможны режимы частых включений и выключений, реверсов, изменения частоты вращения.
Вращающий момент мотора легко регулируется изменением разности давлений на входе и выходе. При подходе рабочего органа станка к упору, вращение вала мотора прекращается, а развиваемый им вращающий момент остается неизменным. Полный КПД находится в пределах 80. 90%.
Поворотные гидравлические двигатели нашли широкое применение в станках и промышленных роботах для обеспечения возвратно-вращательного (поворотного) движения рабочих органов или вспомогательных устройств. Конструктивные схемы таких двигателей приведены на рисунке 11 .
Поворотный двигатель (рис. 13,а) состоит из корпуса 1 , поворотного ротора, представляющего собой втулку 2 с одной лопастью 3 , неподвижной разделительной перегородки 4 , подпружиненного уплотнения 5 вала и двух крышек. Вал установлен на двух подшипниках, расположенных в крышках.
Двигатель имеет две герметичные рабочие камеры. При подводе масла под давлением в верхнюю полость лопасть вместе с валом поворачивается по часовой стрелке на угол до 270°, одновременно из нижней полости жидкость вытесняется в сливную линию и возвращается в бак.
Многолопастные поворотные двигатели (рис. 13,б и в) позволяют получить на валу больший вращающий момент, чем у двигателя с одной лопастью, однако при этом уменьшаются возможный угол поворота и угловая скорость вала.
Двигатели с одной лопастью работают при номинальном давлении 16 МПа, развивая номинальный вращающий момент до 2000 Нм.
Гидравлические цилиндры
Гидравлические цилиндры, как тип гидравлических двигателей, нашли широкое применение в технике и многих областях промышленности. Простота и надежность, удобство технического обслуживания и эксплуатации послужили причиной использования этих гидромашин в самых различных гидроприводах — силовых, дистанционного управления механизмами и т. п.
Применяются гидроцилиндры и в сельскохозяйственной, автомобильной и дорожной технике.
Читайте также: Мотор омывайки форд фиеста
Видео:нш10 от мотора 6.5Скачать
Цилиндры, применяемые в гидравлических приводах технологического оборудования, различают по направлению действия рабочей жидкости (одностороннего и двустороннего действия) и по конструкции рабочей камеры (поршневые и плунжерные) .
В цилиндрах одностороннего действия движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно только в одном направлении, а возврат в исходное положение происходит под действием внешних сил, например силы пружины или силы тяжести. В последнем случае цилиндр располагают вертикально.
В цилиндрах двустороннего действия движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно в двух взаимно противоположных направлениях.
В цилиндрах одностороннего действия движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно только в одном направлении, а возврат в исходное положение происходит под действием внешних сил, например силы пружины или силы тяжести. В последнем случае цилиндр располагают вертикально.
В цилиндрах двустороннего действия движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно в двух взаимно противоположных направлениях.
В поршневых цилиндрах две рабочие камеры образованы поверхностями корпуса и поршня со штоком (односторонним или двусторонним) .
В плунжерных цилиндрах одна рабочая камера образована поверхностями корпуса и плунжера.
Телескопические цилиндры (одностороннего и двухстороннего действия) имеют рабочую камеру образованную также поверхностями корпуса и плунжера.
Основные типы цилиндров, применяемых в машиностроении, показаны на рисунке 3 .
Корпус поршневого гидроцилиндра двустороннего действия с односторонним штоком (рис. 3,а) жестко закреплен на станине машины, а шток связан с движущимся рабочим органом. Если в цилиндр при прямом (вправо) и обратном (влево) ходе поступает одинаковое количество масла, то при малом диаметре штока площади F1 и F2 и скорости v1 и v2 близки по величине, а при увеличении диаметра штока скорость v2 становится заметно больше v1 .
Равенство скоростей v1 и v2 можно обеспечить за счет дифференциального включения цилиндра, у которого F1 = 2F2 . В этом случае при движении вправо обе полости (камеры) цилиндра соединяют с напорной линией, а при обратном ходе (влево) – штоковая полость продолжает соединяться с напорной линией, а поршневая соединяется со сливной линией.
При двустороннем штоке (рис. 3,б) площади F поршня обычно одинаковы, следовательно, равны и скорости v1 и v2 . Недостатки таких цилиндров – увеличенная длина и необходимость второго уплотнения для штока.
Иногда, из конструктивных соображений, бывает удобнее закрепить шток цилиндра, а его корпус связать с подвижным органом машины (рис. 3,в и 3,г) . В этих случаях масло в цилиндр подводят через отверстия в штоке или через гибкие рукава (шланги) высокого давления.
Для зажимных и фиксирующих механизмов широко применяют цилиндры одностороннего действия (рис. 3,д) . Плунжерный цилиндр (рис. 3,е) способен перемещать вертикально расположенный рабочий орган только вверх; движение вниз происходит под действием силы тяжести.
С помощью нескольких плунжерных цилиндров (рис. 3,ж) можно обеспечить движение рабочего органа машины в обе стороны.
Плунжерные цилиндры проще в изготовлении, так как отпадает необходимость в трудоемкой обработке внутренней поверхности цилиндра, однако имеют меньший ход. Во избежание ударов поршня о крышки рекомендуется использовать цилиндр с ходом несколько большим, чем ход рабочего органа станка.
Следует помнить, что в большинстве случаев гидроцилиндры не допускают радиальную нагрузку на шток.
Видео:Дроссель для регулирования скорости потока. Дроссель с обратным клапаномСкачать
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
🎦 Видео
Простые самостоятельные расчеты в гидравликеСкачать
Как без приборов определить неисправность гидравлики?Скачать
Расчет Гидроцилиндра онлайнСкачать
Гидроцилиндры, виды гидравлических цилиндров ,как работает и как правильно подобратьСкачать
Как работает распределитель? Устройство гидрораспределителяСкачать
Каким образом гидроцилиндр двигает ковш и стрелу экскаватора? Устройство гидравлических цилиндровСкачать
Гидроцилиндр - устройство и принцип работыСкачать
КАК ВЫБРАТЬ ГИДРОЦИЛИНДРСкачать
Шестеренный насос - устройство, принцип работы, применениеСкачать
Аксиально-поршневые регулируемые насосы - устройство и принцип работыСкачать
3 года мучились, никто не мог устранить проблемы с гидравликой!JCB 3CX 2006 на сервоуправление BoschСкачать
Физичка:Вечного двигателя не существует! Даник на последней парте!Скачать
Обучающий материал гидромоторы и гидронасосы RexrothСкачать
Курс автодиагностики, Что такое угол опережения зажигания, Как он разрушает мотор?Скачать
