Гидропривод

 

Принцип устройства аксиально-плунжерной гидромашины с наклонным диском

 

   e) Достоинства

   * способность работать  при высоких давлениях;

   * принципиальная  возможность реализовать регулируемость  рабочего объёма;

   * бо́льшая частота вращения (в сравнении с радиально-плунжерными гидромашинами)

   f) Недостатки

   * сложность конструкции  и связанная с этим низкая  надёжность;

   * высокая стоимость  данного типа гидромашин;

   * большие пульсации  подачи (для насосов) и расхода  (для гидромотора), и как следствие, большие пульсации давления в гидросистеме.

 

9.2.4. Радиально-плунжерная  гидромашина

Радиально-плунжерная гидромашина — один из видов объёмных роторных гидромашин.

Данный вид гидромашин чаще используется в режима гидромотора, чем в режиме насоса. В том числе, широкое распространение получили высокомоментные радиально-плунжерные гидромоторы, в качестве которых используются радиально-плунжерные или радиально-поршневые гидромашины многократного действия. Гидромашина многократного действия — это такая гидромашина, у которой процесс всасывания и нагнетания за один оборот вала гидромашины осуществляется несколько раз. Показанные на рисунках гидромашины являются гидромашинами однократного действия.

По конструктивному исполнению гидромашины выполняют как с поршнями, направленными от центра гидромашины, так и поршнями, направленными к центру гидромашины.

Гидромашины с плунжерами, направленными от центра машины, способны работать при меньших максимальных оборотах чем аксиально-плунжерные из-за бо́льшего момента инерции и возможной неуравновешенности вращающихся частей. Частоты вращения не превышают у большинства радиально-поршневых гидромашин данного типа 1500 об/мин[1], тогда как у аксиально-плунжерных гидромашин этот показатель достигает значения 4000 об/мин[2].

Данный вид гидромашин споссобен работать при давлениях до 35 МПа[3]. Это несколько меньше, чем у аксиально-плунжерных гидромашин (до 40 МПА[2]). Однако, есть данные, что как аксиально-плунжерные гидромашины, так и радиально-плунжерные способны работать при давлениях до 100 МПа [4].

Если радиально-плунжерную гидромашину выполняют регулируемой, то изменение рабочего объёма и параметра регулированияосуществляется путём изменения эксцентриситета детали, которая приводит в движение поршни (кулачка, ротора, кривошипно-шатунного механизма).

 

Одно из возможных конструктивных исполнений гидромашины с поршнями, направленными от центра машины. Внешний вид.

 

Одно из возможных конструктивных исполнений гидромашины с поршнями, направленными от центра машины. Внутреннее устройство.

 

Радиально-плунжерная гидромашина сплунжерами, направленными к центру: piston — плунжер; suction area — всасывающая полость; pressure area — полость высокого давления (нагнетательная полость); reversing from suction to pressure area — переход от всасывающей полости к полости к нагнетательной полости; IDC — нижняя мёртвая точка (НМТ); ODC — верхняя мёртвая точка (ВМТ); е — эксцентриситет; hollow shaft — пустое пространство в центре насоса, разделённое обычно неподвижной перегородкой на полость высокого и низкого давления, которая на рисунке не показана. Прмжим плунжеров к корпусу статора осуществляется пружинами, находящимися под плунжерами (на рисунке не показаны)

9.2.5.  Гидравлический распределитель

a) Гидравлический распределитель (гидрораспределитель) — устройство, предназначенное для управления гидравлическими потоками в гидросистеме с помощью внешнего воздействия (сигнала).

 

Условное графическое  обозначение трёхпозиционного двухлинейного гидрораспределителя с ручным управлением

 

b)  Назначение гидрораспределителей

Гидрораспределитель управляет движением выходного звена гидродвигателя путём перенаправления потоков рабочей жидкости.

 

Простейшая гидросхема

 

Показана простейшая гидросхема. В показанном положении распределителя (Р) жидкость от насоса (Н) к гидроцилиндру(Ц) не поступает, и идёт на слив в гидробак (Б) через предохранительный клапан (КП). Если оператор перемещает ручку гидрораспределителя таким образом, что запорно-регулирующий элемент смещается в положение 1, то рабочая жидкость поступает в поршневую полость гидроцилиндра и поршень движется вправо, а жидкость из штоковой полости гидроцилиндра идёт на слив (направления движения рабочей жидкости через распределитель указаны стрелками). Если оператор возвращает ручку гидрораспределителя в исходное положение, то поршень гидроцилиндра останавливается, и рабочая жидкость опять идёт на слив в бак. Чтобы поршень гидроцилиндра начал движение влево, оператору необходимо переместить ручку распределителя таким образом, чтобы запорно-регулирующий элемент сместился в положение 2.

 

c) Классификация распределителей

Гидрораспределители разделяют по типу запорно-регулирующих элементов на золотниковые, крановые, клапанные, струйные и распределители типа «сопло-заслонка».

Золотниковые распределители получили наибольшее распространение в гидроприводе благодаря простоте их изготовления, компактности и высокой надёжности в работе. Они применяются при весьма высоких значениях давления (до 32 МПа) и значительно бо́льших расходах, чем крановые распределители.

Крановые распределители в гидроприводе нашли самое широкое применение. Конструктивно их запорный элемент выполнен в виде цилиндрической, конической, шаровой пробки или в виде плоского поворотного крана.

Клапанные распределители. Главным недостатком наиболее распространённых золотниковых распределителей являются утечки, которые не позволяют удерживатьгидродвигатель под нагрузкой в неподвижном состоянии, а также невозможность работы при высоких давлениях (свыше 32 МПа). В таких случаях для позиционного переключения предпочтительны клапанные распределители, имеющие увеличенные по сравнению с золотниками размеры и массу, но позволяющие герметически перекрывать гидролинии. Клапанные распределители применяются, в основном, в гидросистемах, в которых необходимо обеспечить хорошую герметичность. Для этого запорный элемент распределителя выполняют, как правило, в виде конического или шарового клапана.

В гидрораспределителе типа «сопло-заслонка» используется принцип построения гидравлических делителей давления.

 

Крановый гидрораспределитель

К достоинствам струйных распределителей  относится низкая чувствительность к загрязнению рабочей жидкости.

 

9.3. Область применения

Аксиально-плунжерные гидромоторы используются в тех случаях, когда необходимо получить высокие скорости вращения вала, а радиально-плунжерные — когда необходимы небольшие скорости вращения при большом создаваемом моменте вращения. Например, поворот башни некоторых автомобильных кранов осуществляют радиально-плунжерные гидромоторы. В станочных гидроприводах широко распространены пластинчатые гидромоторы. Шестерённые гидромоторы используются в несложных гидросистемах с невысокими требованиями к неравномерности вращения вала гидромотора.

 

9.4. Преимущества

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 недостижимо. Для гидромотора не представляют опасности частые включения-выключения, остановки и реверс. Закон движения вала гидромотора может легко изменяться путём использования средств регулирования гидропривода.

 

9.5. Недостатки

Однако гидромоторы обладают теми же недостатками, которые присущи гидроприводу.

 

   10. Гидроцилиндр

Гидроцилиндр (гидравлический цилиндр) — объёмный гидродвигатель возвратно-поступательного движения. Принцип действия гидроцилиндров во многом схож с принципом действия пневмоцилиндров.

 

10.1. Гидроцилиндры одностороннего  действия

Выдвижение штока осуществляется за счёт создания давления в поршневой  полости при подачерабочей жидкости, а возврат в исходное положение — пружиной.

 

Гидроцилиндр одностороннего действия

Усилие, создаваемое гидроцилиндрами  данного типа, при прочих равных условиях меньше усилия, создаваемого гидроцилиндрами двустороннего  действия, за счёт того, что при прямом ходе штока необходимо преодолевать силу упругости пружины.

 

10.2. Гидроцилиндры двустороннего  действия

Как при прямом, так и  при обратном ходе поршня, усилие на штоке гидроцилиндра создаётся  за счёт создания давления, соответственно, в поршневой и штоковой полости.

 

Гидроцилиндр двустороннего  действия

 

Следует иметь в виду, что при прямом ходе поршня усилие на штоке несколько больше, а скорость движения штока меньше, чем при  обратном ходе — за счёт разницы в площади, к которой приложена сила давления рабочей жидкости (эффективной площади поперечного сечения). Такие гидроцилиндры осуществляют, например, подъём-опускание отвала многих бульдозеров.

 

10.3. Телескопические гидроцилиндры

 

Телескопический гидроцилиндр

Такие гидроцилиндры применяются  в том случае, если при небольших  размерах самого гидроцилиндра необходимо обеспечить большой ход штока.

Они осуществляют, например, подъём-опускание кузовов во многих самосвалах.

 

10.4. Область применения

Гидроцилиндры широко применяют  во всех отраслях техники, где используют объёмный гидропривод. Например, в строительно-дорожных, землеройных, подъёмно-транспортных машинах, а также в технологическом оборудовании — металлорежущих станках, кузнечно-прессовых машинах.

Управление движением  поршня и штока гидроцилиндра  осуществляется с помощью гидрораспределителя, либо с помощью средств регулирования гидропривода.

 

   11.  Литература

1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.

2. Гейер В. Г., Дулин В. С., Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод: Учеб для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1991.

3. Юфин А. П. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. — М.: Высшая школа, 1965.

4. Алексеева Т. В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1966. 140 с.

5. Т. М. Башта Гидравлические приводы летательных аппаратов. Издание 4-е, переработанное и дополненное. Изд-во «Машиностроение», Москва 1967 г.

6. Лепешкин А. В., Михайлин  А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.

7. Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. — Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003 г. — 544 с.