Гидравлические моторы и двигатели. Аксиально поршневой насос: принцип работы и устройство

Чтобы решить проблемы народного хозяйства необходимо знать науку, которая именуется гидравликой. В связи с ростом уровня производства в различных отраслях гидромоторы стали применяться в нефтяной, газовой промышленности, авиационном и автомобильном производстве, железнодорожной сфере и строительной отрасли.

В связи с широким развитием гидравлики стало появляться большое разнообразие гидромоторов. По своему производственному строению гидравлический мотор является сложным гидроустройством.

Объектом данного реферата выступает роторный гидродвигатель- гидромотор. Основна цель реферата познакомить с понятием гидромотор, изучить основные характеристики, рассмотреть конструктивные схемы гидромотора и проанализировать фирм производителей.

Задачи:

1. Рассмотреть понятие гидромотора
2. Изучить классификацию гидромотра
3. Рассмотреть основные характеристики гидромотора.
4. Рассмотреть коструктивные схемы и типовые рабочие характеристики
5. Сделать анализ фирм производителей.

Общие свойства и классификация

Для начала, чтобы иметь представление что такое гидравлический мотор рассмотрим, что же такое гидродвигатель.

Гидравлический двигатель - гидромашина, используемая для преобразования гидравлической энергии в механическую. К гидравлическим двигателям относятся гидравлические цилиндры, поворотные гидравлические двигатели, гидравлические турбины и, конечно же, гидравлические моторы.

Гидравлические моторы сообщают выходному звену вращательное движение на неограниченный угол поворота, а поворотные гидравлические двигатели передают выходному звену вращательное движение на ограниченный угол поворота меньший 360°.Гидравлические цилиндры передают выходному звену возвратно-поступательное движение.

Гидравлический мотор - гидродвигатель, который предназначен для сообщения выходному звену вращательного движения на неограниченный угол поворота.

Отсюда можно дать следующее определение:

Гидродвигатель является потребителем энергии гидропривода, соответственно и гидромотор тоже, который по своей сути и есть преобразователь подведенной к нему энергии в механическую работу.

Гидромотор относится к исполнительным двигателям, является элементом гидропривода, который выполняет заданные приводу функции и потребляют в своей работе энергию сжатой рабочей среды.

Гидравлическая система - это очень сложная конструкция, состоящая из множество различных элементов. Но существует основная деталь, без которой работа будет невозможна и конечно это гидравлический мотор. С учётом большого сектора применения данной системы, а также узкой специализации направления, гидромотор имеет разные типы и классификации.

В зависимости от различных условий эксплуатации, может возникнуть необходимость как в обычном, так и шестеренном гидромотре. Поэтому для подробного изучения рассмотрим классификацию гидравлического мотора.

Гидромотор – это двигатель вращательных движений. Мотор делиться по принципу действия на роторно-зубчатый тип, роторно-пластинчатый и роторно-поршневой тип.

Конструктивно они совпадают с соответствующим типом насосов и в большинстве взаимо обратимы. Мотор может работать в режиме насоса, насос – в режиме мотора.

Конструктивно различают следующие типы гидромоторов: шестеренные гидромоторы, героторные гидравлические моторы, пластинчатые гидромоторы, аксиально-поршневые гидравлические моторы с наклонным блоком и наклонным диском, многотактные аксиально-поршневые гидромоторы, радиально поршневые.

К роторно-зубчатым мотором относится шестеренный гидромотор, к которым относиться героторные гидромоторы. Они имеет наибольшию область применения.

К роторно-пластинчатым относятся радиально-пластинчатые и ролико-пластинчатые моторы.

К роторно-поршневым относиться аксиально-поршневые гидромоторы, те в свою очереди делятся на нерегулируемые и регулируруемые.

Особенности гидромотра

Гидромотор - это тот же гидронасос, только работа совершается в обратном направлении. А именно, за счет давления жидкости происходит подача крутящего момента на выходной вал. То есть, гидравлическая энергия жидкости на входе преобразуется в механическую энергию на выходе. Особенность заключается в том, что сила создает давление жидкости внутри конструкции. В отличии от электродвигателя, такой мотор обеспечивает больший крутящий момент и высокую скорость оборотов.

Гидромоторы имеют большое преимущество перед электромоторами, а именно: больший диапазон регулирования числа оборотов выходного вала, меньшие габариты, меньшую массу - при одинаковой передаваемой мощности. Компактный размер и простота установки на огромное разнообразие оборудования, позволяет использовать устройство в авиации, нефтяной промышленности, газовом производстве и народном хозяйстве.

Вся схема управления работой гидромотора происходит посредством гидрораспределителя. Данные гидравлические агрегаты широко используются в спецтехнике, такой как самосвал, погрузчики разных типов и машины для совершения погрузочно-разгрузочных работ на строительных площадках. Помимо всего этого, эти устройства применяют при проведении работ в горно-шахтовой области, в местах, где требуется применение коммунального и текстильного оборудования, на конвейерах и станках для работы с металлом.

Гидромоторы применяются в технике значительно реже электромоторов, однако в ряде случаев они имеют существенные преимущества перед последними. Гидромоторы меньше в среднем в 3 раза по размерам и в 15 раз по массе, чем электромоторы соответствующей мощности. Диапазон регулирования частоты вращения гидромотора существенно шире: например, он может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин и меньше.

Время запуска и разгона гидромотора составляет доли секунды, что для электромоторов большой мощности (несколько киловатт) недостижимо. Для гидромотора не представляют опасности частые включения-выключения, остановки и реверс. Закон движения вала гидромотора может легко изменяться путём использования средств регулирования гидропривода. однако гидромоторы обладают теми же недостатками, которые присущи гидравлическому приводу.

Характеристика и их влияние

Основные характеристики гидромоторов:

1.Частота вращения (число оборотов в минуту):

Только немногие из гидромоторов могут успешно применяться одновременно в диапазоне очень малых частот вращения и при частотах вращения свыше 1000 мин -1 .

В этой связи гидромоторы подразделяются на быстроходные (п = 500… 10000 мин -1) и тихоходные (п = 0,5… 1000 мин -1).

2.Крутящий момент

Крутящий момент, развиваемый гидромотором, зависит от его рабочего объема и перепада давлений в полостях.

Тихоходные гидромоторы уже при небольших частотах вращения развивают большие крутящие моменты.

3.Развиваемая мощность

Мощность, развиваемая гидромотором, зависит от рабочего объема и перепада давлений, она прямо пропорциональна частоте вращения.

Таким образом, быстроходные гидромоторы хорошо подходят для мощных гидроприводов.

Влияние гидромотора

Гидромотор является исполнительным элементом, поэтому от него требуется высокие быстродействие или КПД (при номинальных режимах работы), линейность характеристик в зоне малых скоростей вращения вала или устойчивость работы гидравлического мотора на заданной минимальной скорости.

Системы с пропорциональным управлением имеют большую распространенность среди приводов стабилизации и наведения. Для них характерно то, что скорость, развиваемая гидромотором, в первом приближении пропорциональна сигналу рассогласования между входом и выходом системы и чем ближе объект регулирования к согласованному положению, тем меньше скорость.

Для многих гидромоторов существенной и определяющей нелинейностью при малых скоростях вращения вала является трение в ходовых частях.

Анализ фирм производителей

Учитывая широкий ряд областей применения анализ фирм производителей не учитывая конкретную область применения провести не представляется возможным (огромное количество фирм – производителей).

Могу сказать, только что существет многообразие китайских фирм производителей, такие как Dongguan Blince Machinery & Electronics Co., Ltd., есть украинские, такие как Стройгидравлика ЗАО. Есть белорусские, такие как Хорда-Гидравлика.

В России гидромоторы производят такие как:

Закрытое акционерное общество Гидравлические приводы ПСМ, сокращённое название ЗАО "Гидравлические приводы ПСМ". Предприятие основано в 2008 году. Предприятие специализируется на выпуске гидромоторов 310той серии.

ООО «ППП «ГидроСтанок» производит следующие гидромоторы: аксиально-поршневые, геророторные, шестеренные, радиально-поршневые гидромоторы.

В Омске один из известных производителей гидромоторов - это ОАО «Омскгидропривод». В настоящее время завод есть один из ведущих в РФ по разработке и производству высоко­технологичных узлов гидравлики для сельско-хозяйственной, тракторной отрасли производства, дорожно­-строительной, коммунальной отрасли и других отраслей в машиностроении. Омскгидропривод является производителем гидравлических моторов планетарных среднеоборотных серий МГПК, МГП, МГПЛ, МГПР (производят по лицензии «Данфосс» (Дания) серий: RW, OMS, OMSS, OMSW) - единственный производитель в РФ и странах ближнего зарубежья;

От себя же могу добавить, что учитывая сложность конструкции и дороговизну ремонта выбирать рекомендуется из крупных поставщиков, имеющих широкую сеть сервисных офисов.

Конструктивные схемы и типовые рабочие характеристики

Шестеренные гидравлические моторы

Шестеренные гидравлические моторы конструктивно схожи с шестеренными насосами, отличаются лишь тем, что из зоны подшипников рабочая жидкость отводиться по специальной линии отвода. Это обеспечивает реверсивность мотора. Рабочая жидкость при подаче в шестеренный мотор, действует на шестерни, и тем самым создает крутящий момент на валу.

Шестеренные гидравлические моторы особо часто используються в гидроприводах навесного оборудования мобильной техники, в качестве привода вспомогательных механизмов разных машин, в станочных гидроприводах, именно благодаря простоте конструкции и сравнительно низкой стоимости.
Основные показатели применения: частота вращения до 5000об/мин и давления до 200 bar , коэффициент полезного действия (КПД) не более 0,9.

Где:
∆p – перепад давлений на ГМ,
b – ширина шестерен,
m – модуль зацепления,
z – количество зубьев шестерни

Достоинства : Частоты вращения до 10000 об/мин., простота конструкции, низкая стоимость, а низкий КПД является недостатком данного гидромотора

Героторные гидромоторы

Данные гиравлические моторы это разновидность шестеренного гидромотора, которые широко используются в приводах тихоходных и механизмов, имеющие большие нагрузки из-за своей исключительности, получения высоких крутящих моментов и все это при малых габаритных размерах. Через распределитель рабочая жидкость попадает в рабочие полости, тем самым созавая в этих полостях крутящий момент. Он заставляет зубчатый ротор двигаться планетарно, обкатываясь по роликам. Эти мо­торы имеют высокую энергоемкость, работают при давлениях до 25 МПа, рабочем объем -800 см3, а развиваемый момент доходит до 2000 Н∙м.

Имеют две конструктивние разновидности: героторные и героллерные гидравлические моторы.

Крутящий момент, определяется по специальным диаграммам, которые есть в документации на гидроагрегат.

Достоинства героторных гидромоторов это большие крутящие моменты, простая конструкция, не большие габариты, а к недостатком являеться небольшая частоты вращения, давление до 21МПа

Пластинчатые гидравлические моторы

Данные моторы по конструкции также схожи с насосами этой конструктивной группы, но в отличие от насосов снабжены механизмом прижима рабочих пластин. Гидромоторы этого типа могут быть однократного и двукратного действия. Однократного действия в свою очередь – обычно реверсивные и могут быть регулируемыми, а двукратного действия всегда нерегулируемые и в основном нереверсивные. Моторы данной конструкции широко не расспространенны.

Такие имеют рабочее давление до 20МПа и частоту вращения до 1500 об/мин. , а КПД достигает 0,8.

Крутящий момент определять так:

где:

q – рабочий объем гидромотора,

Достоинства пластинчатых гидромоторов: низкий уровень шума, низкая по сравнению поршневыми моторами стоимость, менее требователен к чистоте рабочей жидкости.

Недостатки : большие нагрузки на подшипники ротора, сложность уплотнения торцов пластин, невысокий КПД, низкая ремонтопригодность

Радиально-поршневые гидромоторы

Данные моторы тоже идентичны по конструкции насосам соответствующего типа. В основном применяются в разных механизмах, где необходим высокий крутящийся момент и делятся на две группы: однократного действия и многократного действия.

Гидравлические моторы однократного действия используются, как привода шнеков для перекачки густых жидкостей или поворотных механизмах, где как раз и требуется высокие крутящие моменты, которые доходят до 32000 Нм при давлении до 35МПа, частоты вращения может достигнуть до 2000 об/мин. Рабочие объемы могут быть равны 8500 см3/об.

Под действием высокого давления камеры воздействуют на кулачек заставляя вал мотора вращатся. На валу есть механизм распределения, он соединяет рабочие камеры в строго заданном порядке с линиями высокого давления и слива. Жидкость идет по каналам в корпусе к камерам от спецраспределителя. По мими этой конструктивной схемы существует мотор с подводом жидкости к рабочим камерам через вал.

Крутящий момент выявляется так:

где:

∆p – перепад давлений на гидромоторе,

q – рабочий объем ГМ,

Гидрывлические моторы многократного действия находят свое применение в гидравлических передачах маршевого хода мобильных машин, в приводах конвейеров, а также в любых нагруженных механизмах. Крутящий момент доводится до 45000 Нм при этом давлении может дойти до 45 МПа, частоты вращения достигает отметки до 300 об/мин. Рабочие объемы - 8000 см3/об.

Отличие от моторов однократного действия: за один оборот вала плунжеру каждой камеры можно сделать несколько рабочих циклов, количество которых определяется рабочим профилем корпуса. А с помощью распределительной системы идет соединение рабочих камер с линиями высокого давления и слива. Также в таких моторах конструктивно можно реализовать систему ступенчатого управления рабочим объемом, для этого подключаются или отключаются рабочие камеры при помощи распределителя, так чтобы отключенные камеры были соединены со сливом.

Если гидравлические моторы данного типа использовать как мотор-колесо в приводах мобильных машин, тогда в них можно реализовать вращение в режиме свободного. Суть такова: 1) в подаче в дренажную линию мотора давления не более 2…5 bar и 2) соединении рабочих камер с линией слива. Плунжера заходят в цилиндры и отделяются от рабочего профиля, при этом обеспечивая свободное вращение.

Плюсы: очень высокие крутящие моменты, есть возможность регулировать рабочий объем и применить режим свободного вращения, а минусы: очень сложная конструкция, высокая пульсация расхода жидкости, высокая стоимость.

Аксиально-поршневые гидравлические моторы с наклонным блоком

Используются в станочных гидравлических приводах, приводах мобильных машин, прессах. Давление доходит до 450 бар, крутящий момент - до 6000 Нм., а частоты вращения - 5000 об/мин.

Бывают обычно реверсивные гидромоторы и обязательно требуют подключения дренажной линии.

Рабочая жидкость из линии высокого давления движется в рабочие камеры сквозь серповидное окно спецраспределителя. Из цилиндров выходят поршни под действием давления и создают крутящий момент. Поршни вытесняют жидкость в линию слива из цилиндров, соединенных с серповидным окном на противоположной половине распределителя.

Конструктивно данный тип мотора имеют постоянный и регулируемый рабочий объем.

Крутящий момент можно определить из зависимости:

Где:

∆p – перепад давлений на ГМ

z – число поршней

dп – диаметр поршня

γ – угол наклона блока цилиндров

q – рабочий объем ГМ.

Плюсы: работает при высоких давлениях, высокий КПД,имеет возможность регулировки рабочего объема, высокие частоты вращения

Минусы : высоченная стоимость агрегата, высокие пульсации расхода, сложная конструкция

Аксиально-поршневые гидравлические моторы с наклонным диском

По конструктивному принципу данный тип мотора повторяют насосы этого типа. Они применяются там же где и предыдущий тип гидравлического мотора при рабочих давлениях до 450 бар, но крутящий момент ниже чем у предыдущего типа, и доходит до 3000Нм. Частоты вращения бывают 5000 об/мин.

Гидравлические моторы этого типа реверсивные, и требуют подключения дренажной линии.

Раб. жидкость из линии высокого давления двигается в рабочие камеры через серповидное окно спецраспределителя, из цилиндров под воздействием рабочего давления выдавливаются поршни и образуется крутящий момент. Из цилиндров, соединенных с окном на противоположной половине спецраспределителя, поршни выталкивают жидкость в слив.

Также гидравлические моторы разделяются на постоянный и регулируемый рабочий объем.

Крутящий момент определяется из зависимости:

Где:

∆p – перепад давлений на гидромоторе

z – число поршней

dп – диаметр поршня

Dц– диаметр расположения цилиндров

γ – угол наклона диска

q – рабочий объем гидромотора.

Достоинства работает при высоких давлениях, имеет возможность регулировки рабочего объема, высокая частота вращения, высокий КПД, а и недостатки такие же как у гидромотра с наклонным блоком

Многотактные аксиально-поршневые гидравлические моторы

- с неподвижным валом – относится к одному из видов роторно-поршневых гидравлических машин. Рабочие камеры этих гидравлических двигателей за 1 оборот вала делают не 1, а несколько рабочих циклов, количество которых определяется профильным диском. Эти гидравлические моторы имеют возможность догнать крутящий момент до 4000 Нм при рабдавлении до 350 бар. Макс. частота вращения не превышает 300 об/мин.

Отличительной особенность состоит в высокой компактности, поэтому чаще всего применяються в гидравлических передачах маршевого хода мобильных машин. Данный мотор имеют вид мотора-колеса и устанавливаются в ступице колеса.

Через систему распределения, расположенную в неподвижном валу, из линии высокого давления жидкость поступает в камеру. Из цилиндра под воздействием давления жидкость плунжера выталкивается и омывая профиль диска, создают крутящий момент.

в аксиально-поршневых гидравлических моторах многократного действия есть возможность реализовать режим свободного вращения, суть которого: 1)подача в дренажную линию мотора происходит под давлением не более 2…5 bar 2) соединение рабочих камер с сливом. Плунжера заходят в цилиндры и отделяються от рабпрофиля, так здесь образуется свободное вращение.

- с неподвижным корпусом. Рабкамеры таких гидравлических моторов совершают несколько рабциклов за 1оборот вала. Профильным диском определяется сколько будет циклов. К таких гидравлических моторов есть способность создавать крутящий момент до 5000 Нм, давление догоняется до 350 бар., а частота вращения при макс. достигает 500 об/мин.

Больше всего такие моторы находят применение в приводах мобильных машин и конвейеров. Эти моторы достаточно компактны, поэтому они так необходимы для создания достаточно высоких крутящих моментов механизмах, где нет возможности устанавливать моторы больших габаритов.

Формула крутящегося момента определяется как:

где:

∆p – перепад давлений на ГМ,

q – рабочий объем ГМ.

Плюсы: работает при давлениях до 350 бар, высокий развиваемый момент, есть возможность в реализации режима свободного вращения, высокий КПД, компактность, а недостатки заключаются в малых частотах вращения, сложности конструкции, высокой стоимости

Испытания

Все гидравлические моторы обязательно подводят под испытания. Основные из них это снятие объемных и механических характеристик а в иных случаях - характеристики по шуму и ресурсу работы.

Для того чтобы определить все параметры, которые характеризуют рабочий режим того или иного типа гидравлического мотора, используют стенды. Стенды специально снащены контрольной и измерительной системами и приборами визуального отсчета величины, которую контролируют, а также используют аппараты самописца или осциллографа для записи всех процессов работы.

От целей и задач производимых испытаний зависит выбор контрольно-измерительной аппаратуры, место ее дислокации, точность и тип приборов - все это определяется программой и различными методами испытаний.

Вывод

Существует множество типов и конструкций гидравлических моторов, причем основная часть типов - имеют аналог в конструкции с гидравлическими насосами.

Гидравлический мотор – это специальное устройство, которое необходимо для того чтобы энергия жидкости была преобразована в мех. энергию, и после этого процесса он еще должен воздействовать на входной вал. А вал действует на работу всей машины и выполняет разные технологические функции. Этот небольшой механизм способен выполнять много преобразований и обладает хорошим эксплуатационным свойством.

Гидромоторы используются повсеместно, а именно, в сельском хозяйстве, нефтяной и газовой промышленности, авиа-летной сфере и во многих других. Гидравлические моторы бывают разнообразны, каждый тип имеет свои достоинства, а также недостатки.

Выбор того или иного гидравлического мотора основывается на их основных харектеристиках и конструкции. В современном мире где идет борьба за улучшение экологической обстановки обращают большое внимание на гидравлические моторы которые оказывают наименьшее влияние на ухудшении экологической обстановки.

Устройство и принцип работы гидропривода

Гидроприводом называется система, в которой передача энергии от источника (обычно насоса) к гидродвигателю (гидромотору или гидроцилиндру) осуществляется посредством капельной жидкости.

Структурно гидропривод состоит из насоса (-ов), контрольно-регулирующей и распределительной аппаратуры, гидродвигателя (-лей), рабочей жидкости, емкости (бака) для ее содержания и средств (фильтров и охладителей), сохраняющих ее качества, а также соединительной и герметизирующей арматуры.

На рис. 2.1. изображена схема изучаемого объемного гидропривода состоящего из насоса 1, предохранительного клапана 2, распределителей 3 и 4, гидравлических двигателей – гидромотора 5 и гидроцилиндра 6, замедлительного устройства 7 опускания груза 8, бака и установленного в сливную гидролинию фильтра 9 сблокированного клапаном 10.

Рис. 2.1 Схема изучаемого гидропривода.

Насос 1 предназначен для преобразования механического энергетического потока, поступающего от первичного энергетического источника 11 (электрического или топливного двигателя) в гидравлический энергетический поток, т.е. в поток рабочей жидкости под давлением, который в зависимости от положений (позиций) затворов распределителей 3, 4 может направляться непосредственно (холостой режим) или через один или оба вместе гидравлические двигатели 5, 6 (рабочий режим) в бак. При этом величина давления на выходе из насоса зависит от совокупности сопротивлений, встречаемых потоком рабочей жидкости на пути от насоса до бака. В тех случаях, когда распределители 3, 4 находятся в позициях «А» (см. рис. 2.1), поток рабочей жидкости от насоса 1 проходит в бак через упомянутые распределители, гидролинии и фильтр 9 (холостой режим). Величина давления на выходе из насоса составляет:

где – величины давлений необходимых для преодоления потоком рабочей жидкости сопротивлений, соответственно, участков гиролиний, распределителей и фильтра.

В тех случаях, когда по команде извне один или оба распределители 3, 4 переводятся в любое положение «Б» или «В», в работу включается (-ются), соответственно, один или оба гидродвигатели. Направление движения гидродвигателей зависит от положения «Б» и «В» их распределителей. Когда в работу включен только один гидродвигатель, например гидромотор 5, рабочее давление на выходе из насоса составит:

где – потери давления на преодоление сопротивления распределителя 3, 4

– потери давления на привод гидромотора 5, зависящие от преодолеваемой нагрузки на его валу.

В том случае, когда в работу одновременно включены гидромотор 5 и гидроцилиндр 6, то их совместная работа возможна только при одинаковых потребных давлениях. Если у одного из них потребное давление ниже, чем у другого, то их совместная работа невозможна, так как поток жидкости в основном будет уходить в сторону меньшего сопротивления и нарушать нормальную работу гидропривода в целом.

Если в гидроприводе потребное давление превышает допустимое, срабатывает предохранительный клапан 2 и отводит через себя поток рабочей жидкости от насоса 1 в бак (режим перегрузки), обеспечивающий этим ограничение давления в гидроприводе и защиту его элементов от разрушения.

Для обеспечения плавности опускаемых грузов (рабочих органов) в гидроприводах используются замедлительные устройства (см. рис. 2.1, поз 7), обычно состоящие из обратного клапана и дросселя. При подъеме груза (рабочего органа) рабочая жидкость в цилиндр поступает через обратный клапан и дроссель. При опускании груза жидкость из полости цилиндра уходит в бак только через дроссель, который оказывает ей сопротивление, величина которого зависит от величины ее потока и этим обеспечивает плавность его опускания. При этом противоположная полость гидроцилиндра заполняется жидкостью подаваемой насосом. В случае избыточного количества подаваемой насосом жидкости ее часть будет отводиться на слив через предохранительный клапан 2.

Для визуального контроля давления в гидроприводе предназначен манометр 12. Для обеспечения очистки рабочей жидкости от твердых загрязнителей (абразивов, продуктов изнашивания), в гидроприводах используют различного конструктивного исполнения фильтры.

Гидромашины

Гидромашинами (гидравлическими машинами) называются механические устройства, предназначенные для преобразования видов энергетических потоков с использованием в качестве энергоносителя капельной жидкости.

Гидромашины подразделяются на насосы и гидродвигатели.

Насосами называют гидромашины, предназначенные для преобразования механического энергетического потока в гидравлический энергетический поток.

Гидродвигателями называют гидромашины, предназначенные для преобразования гидравлического энергетического потока в механический энергетический поток.

Гидродвигатели, выходные звенья которых совершают линейные возвратно-поступательные движения называют гидравлическими цилиндрами (гидроцилиндрами).

Гидродвигатели, выходные звенья которых совершают вращательные движения называют гидравлическими моторами (гидромоторами).

В зависимости от угла поворота выходного звена гидромоторы подразделяют на полно- и неполноповоротные .

Гидромашины, в которых рабочий процесс основан на использовании кинетической энергии жидкости, называют динамическими, а те машины, в которых рабочий процесс основан на использовании потенциальной энергии жидкости называют объемными.

Основной особенностью объемных гидромашин является то, что они содержат по крайней мере одну рабочую камеру, объем которой изменяется в течение рабочего цикла. При этом каждая рабочая камера содержит подвижный элемент, предназначенный для изменения ее объема. Обычно подвижный элемент рабочей камеры называют вытеснителем. В качестве вытеснителей могут быть поршни, плунжеры, зубья шестерен, шарики, ролики, пластины, мембраны и т.д.

В процессе работы объемной гидромашины каждая ее камера поочередно сообщается с линией низкого и высокого давления, т.е. рабочие камеры насоса поочередно сообщаются со всасывающей и нагнетательной линиями, а у двигателей – с выходной линией высокого давления и с линией слива.

Величина развиваемого (реализуемого) насосом давления зависит от сопротивления потребителя (обычно гидродвигателя) и соединительной гидроарматуры.

Величина потребляемого гидродвигателем давления рабочей жидкости зависит от величины реализуемой им нагрузки на выходном звене.

По виду вытеснителей гидромашины подразделяют на поршневые, плунжерные, шариковые, роликовые, зубчатые (шестеренные), пластинчатые, мембранные и т.д., а по числу рабочих камер на одно- и многокамерные.

Гидромашины, у которых рабочие камеры вместе с вытеснителями совершают вращательные движения, называются роторными.

– перепад давления в гидромоторе.

Большинство объемных гидромашин являются обратимыми, т.е. они способны работать как в функции насосов, так и в функции гидромоторов.

В гидроприводах строительных и дорожных машин наиболее широко используются в качестве насосов шестеренные (рис. 2.2) и аксиальные (рис. 2.3) гидромашины, а в качестве гидромоторов аксиальные (рис. 2.3) и радиальные (рис. 2.4).

В связи с тем, что в роторных насосах происходит перемещение рабочих камер с жидкостью из полости всасывания в полость нагнетания, они отличаются от простых поршневых (плунжерных) насосов отсутствием клапанного распределения жидкости, что в свою очередь повышает их быстроходность до 85 с -1 и обеспечивает высокую равномерность подачи и давления. Все роторные гидромашины могут работать лишь на чистых, неагрессивных жидкостях, которые обладают хорошими смазочными свойствами и предназначены для гидроприводов.

Гидравлическими называются машины, которые сообщают механическую энергию рабочей жидкости либо, наоборот, добывают из неё энергию, необходимую для дальнейшей передачи рабочему органу. Они уже достаточно давно используются в различных сферах жизни человека. Если жидкость передает энергию механическим частям, то такие устройства называются гидромоторами. Если же осуществляется обратный процесс, то речь уже идёт о гидравлических насосах. Об их устройстве и нюансах работы расскажем далее.

Характеристики аксиально поршневого насоса

На сегодняшний день гидравлические машины (гидромоторы и гидронасосы) нашли широкое применение. Они используются в различных сферах промышленности, а также в крупных домашних хозяйствах. Так как такие установки способны выдержать большие нагрузки, они эффективно применяются на технических предприятиях, в водоснабжении участков, квартир и домов. Нашли они свое применение также в силовых установках космических кораблей.

Наиболее распространены сегодня объемные и лопастные агрегаты. Рабочим органом в последних является специальное колесо с лопастями. Их взаимодействие с рабочей жидкостью активирует процесс передачи энергии. При этом в лопастном гидронасосе энергия передается от колеса к рабочей жидкости, а в лопастном двигателе наоборот.

Работа объёмных гидроагрегатов осуществляется за счет изменения габаритов рабочих камер. Они, в свою очередь, соединяются с патрубками входа и выхода. Процесс соединения происходит поэтапно, через определенные промежутки времени. К таким устройствам относят поршневые, аксиально-поршневые насосы, шестеренные, винтовые.

Преимущества и недостатки аксиально поршневого насоса

Преимущества аксиально поршневого агрегата:

1. Если сравнивать характеристики и работу аксиально поршневого насоса с другими подобными агрегатами, то они являются довольно компактными (вес установки относительно небольшой), и при этом обладают довольно большой мощностью.
2. Рабочие органы имеют небольшие размеры и обуславливают малый момент инерции.
3. В подобных машинах имеется возможность быстро регулировать частоту вращения.
4. Кроме того, из преимуществ таких агрегатов стоит отметить, что они способны работать при высоком давлении. При этом они функционируют со сравнительно большой частотой вращения и имеют возможность менять рабочий объем.
5. Диапазон вращения в подобных агрегатах составляет от 500 до 4 тысяч оборотов в минуту. Это несомненное их преимущество по сравнению с гидромоторами и устройствами радиально-поршневого типа.
6. Такие машины без особых проблем могут выполнять свои функции при давлении до 35-40 мегапаскалей. Для сравнения радиально-плунжерные устройства имеют максимальное рабочее давление 30-35 мегапаскалей.

Из недостатков следует выделить следующее:

1. Высокая стоимость.
2. Довольно сложная конструкция.
3. Невысокая надежность. Возможны частые поломки при неправильной эксплуатации.
4. Существенная пульсация подачи и расхода.
5. Большая пульсация давления во всей системе.
6. Из-за высокой сложности устранение неисправностей аксиально поршневых насосов может занять продолжительное время.

Устройство аксиально поршневого насоса

Данный агрегат состоит из следующих важных элементов:

1. Поршни или плунжеры. Находятся в составе блока цилиндров.
2. Шатуны.
3. Ведущий (основной) вал.
4. Упорный диск.
5. Распределительный механизм.

Принцип действия аксиально поршневого насоса

Работа агрегата основывается на воздействии вращающегося вала на специальный блок цилиндров. При этом наблюдается поступательное перемещение поршней вдоль оси этого блока. Таким образом совершаются возвратно-поступательные аксиальные движения, благодаря которым агрегат получил своё название. Это также актуально для аксиально поршневого насоса нерегулируемого.

Изучая принцип работы аксиально поршневого насоса, можно увидеть, что при движении поршней в цилиндрах последовательно происходит всасывание и нагнетание. Соединение с напорными и всасывающими линиями осуществляется последовательно через специальные окна в распределительном устройстве. Для избежания возникновения неисправностей, блок цилиндров выполняется так, чтобы он был плотно прижат к распределительному устройству. Для обеспечения надёжности окна этого блока разделяются при помощи специальных уплотняющих перемычек. С целью уменьшения гидроудара в ходе работы агрегата в указанных перемычках специально делаются дроссельные канавки. Благодаря этому удается равномерно повысить величину давления рабочей жидкости в цилиндрах аксиально поршневой насоса. Цена агрегата соответственно высокая.

В качестве рабочих камер в агрегатах этого типа используются цилиндры, размещенные вдоль оси ротора, т.е. аксиально. Вытеснителями в данном случае являются поршни.

Схема аксиально поршневого насоса

По особенностям конструкции все агрегаты можно разделить на две большие группы:

• Устройства, оборудованные наклонным диском.

• Агрегаты, оснащенные наклонным блоком цилиндров.

Первая группа устройств нашла свое применение в приводах агрегатов, работающих, как правило, в средних и тяжелых режимах.

Выпускаемые сегодня аксиально-поршневые насосы собираются по нескольким схемам.

1. В первую очередь стоит рассмотреть вариант с двойным несиловым карданом. Согласно данной схеме достигается равенство углов между осью промежуточного вала и осями ведомого и ведущего вала. Поэтому при работе такого агрегата все его части (ведомый и ведущий вал) функционируют синхронно. В результате чего значительно облегчается работа карданного вала. Ведь он напрямую взаимодействует с диском, посредством которого осуществляется передача крутящего момента.
2. В конструкции гидронасосов с точечным касанием поршней наклонного диска нет карданов и шатунов, что значительно упрощает их устройство. Но для запуска агрегата его поршни требуется предварительно принудительно выдвинуть из цилиндров и прижать к наклонному диску. По указанной схеме производятся гидромашины небольшой мощности. Например, Г15-2. На сегодняшний день именно установки такого типа считаются наиболее популярными.

Hасосы аксиально-поршневые регулируемые (изделия серии H и S)

Агрегаты из этой серии, обустроенные наклонным диском, нередко устанавливаются на объемных водоводах, где в системе кроме наноса имеется гидромотор. Оба работают по закрытой схеме. Кроме того, такой нанос устанавливается в дорожных уплотнителях, комбайнах и автоматических бетоносмесителях. Ими легко управлять, и они имеют небольшие габариты. Поток рабочей жидкости при повороте наклонного диска вращается в противоположные стороны, что обуславливает работу устройства.

Благодаря наличию гидрораспределителя в виде модуля имеется возможность присоединять системы управления (СУ) следующих типов:

1. Электрическая трехпозиционная СУ (ER). Эта система применяется для привода по трехпозиционной системе (это позиции: вкл. – выкл. – вкл).
2. Гидравлическая СУ (HD). Представляет собой своеобразный рычаг управления. Она подает гидравлические сигналы всем механизмам агрегата, благодаря чему наклонный диск удерживается в нужном положении. Данная СУ используется в агрегатах сложной компоновки.
3. Гидромеханическая СУ (МН). Обеспечивает поддержание наклонного диска в необходимом положении, благодаря чему осуществляется работа насоса в заданном режиме.
4. Электрическая СУ (EP). Данная система, изменяя силу тока на нескольких пропорциональных магнитах, позволяет обеспечить плавное изменение рабочего объема агрегата.

Большинство соответствующих видов гидромоторов и ротор­ных насосов имеет одинаковые устройства, вследствие чего эти машины могут классифицироваться по общим признакам: по устройству - поршневые, шиберные, шестеренные, коловратные, винтовые; по возможности изменять рабочий объем - нерегули­руемые и регулируемые; по возможности изменять направление вращения - нереверсивные и реверсивные; по числу циклов, совершаемых в каждой рабочей камере за один оборот вала - однократного и многократного действия. Внутри перечисленных групп существуют общие подгруппы. Так, поршневые моторы делятся на аксиально-поршневые и радиально-поршневые, а ши­берные - на пластинчатые и фигурношиберные 1 .

Многие роторные насосы при бесклапанном распределении жидкости (см. §8.1) можно применять, не изменяя их, как гидро­моторы, что удобно при комплектации гидравлических систем и особенно в том случае, когда одна и та же гидромашина работает как в насосном, так и в двигательном режимах (в качестве насос-мотора).

Для такого универсального использования насосов и гидромоторов суще­ствует, однако, важное ограничение, обусловленное спецификой их действия. В насосе большие нагрузки на контактных поверхностях развиваются лишь после приведения их в действие,

_____________________

1 Полная классификация гидромоторов даётся в приложении к ГОСТ 17752 – 72 «Объёмный гидропривод и пневмопривод».

а у двигателя максимальный крутящий момент и соответствующие давления и силы трения на опорных поверхностях возни­кают уже при пуске.

Для улучшения пусковых свойств гидромотора особенно важно заменять скольжение качением и сохранять смазочный слой на трущихся поверхностях при запуске. В частности, для использования шестеренного на­соса в качестве гидромотора необходимо уменьшить зазоры в подшипниках, обес­печивая этим радиальный зазор между шестернями и корпусом для предотвра­щения их касания при пуске под нагрузкой.

Принцип действия гидромотора любого вида аналогичен прин­ципу действия поворотного гидродвигателя (см. рис. 10.3, а ). Под давлением жидкости на входное звено (поршень, пластину, зуб шестерни, винт или другой подвижной элемент) возникает усилие, тангенциальная составляющая Т которого создает мо­мент относительно оси вращения ротора. Вращающий момент от каждого входного звена зависит от положения последнего, поэтому и суммарный мгновенный момент всех тангенциальных сил пульсирует подобно суммарной подаче жидкости при работе той же машины в режиме насоса.

Выражение среднего значения вращающего момента можно получить в общем виде, пользуясь, например, схемами радиально-поршневого кулачкового гидромотора пятикратного действия (рис. 10.4, а )или аксиально-поршневого гидромотора с наклон­ным блоком (рис. 10.4, б ).

Рис. 10.4. Поршневые гидромоторы

За одну половину цикла в рабочей камере момент тангенциаль­ной силы Т положительный, а за вторую половину - отрицатель­ный. Поэтому так же, как в цилиндре возвратно-поступательного насоса, индикаторную работу в каждой камере гидромотора за один цикл можно представить как произведение среднеиндикаторного давления на рабочий объем камеры . В z камерах мотора i - кратного действия индикаторная работа за один оборот ротора равна или , где q - суммарный рабочий объем гидромотора.

С учётом момента сил трения M T имеем равенство

. (10.3)

Введём понятие гидромеханического к. п. д.:

.

Выражение (10.3) примет следующий вид:

. (10.4)

Фактический расход жидкости в гидромоторе Q превышает геометрический qn вследствие объёмных потерь (перетеканий через зазоры). Объёмный КПД гидромотора

При заданном расходе жидкости частота вращения вала

Полученные формулы показывают, что с увеличением рабочего объема за счет числа камер и кратности действия, во-первых, возрастает крутящий момент при том же давлении и, во-вторых, достигается снижение частоты вращения вала (при постоянном расходе жидкости).