10 Об’ємні гідродвигуни
10.1 Загальні відомості про об’ємні гідродвигуни.
10.2 Гідроциліндри, їх призначення і устрій. Розрахунок гідроциліндрів.
10.3 Гідромотори. Устрій і принцип роботи.
10.4 Поворотні гідродвигуни.
10.1 Загальні відомості про об’ємні гідродвигуни
Залежно від характеру руху вихідної ланки гідродвигуни поділяють на три класи: гідроциліндри, гідромотори і поворотні гідродвигуни.
У гідроциліндрах вихідною ланкою є шток, який виконує зворотно-поступальний рух.
У гідромоторах вихідна ланка – це вал, що обертається.
У поворотних гідродвигунах – вихіднна ланка також вал, але він має обмежений обертальний рух - кут його повороту менший 360˚.
Гідродвигуни можуть бути регульованими і нерегульованими. У першому випадку в системі передбачено пристрій для зміни швидкості вихідного органу; у другому – такий пристрій відсутній.
10.2 Гідроциліндри, їх призначення і устрій. Розрахунок гідроциліндрів
Гідроциліндром називають об’ємний гідродвигун, який забезпечує зворотно-поступальний рух поршня або штока.
Залежно від конструкції робочої камери гідроциліндри поділяють на поршневі, плунжерні і телескопічні. Поршневі гідроциліндри є найбільш розповсюдженими і їх переважно застовують в механізмах подач верстатів (здійснюють переміщення робочого органу або інструменту), будівельних, транспортних і дорожніх машин, приводах роботів, механізмах затиску і фіксації заготовок тощо..
Основні конструктивні схеми гідроциліндрів: одно- і двосторонньої дії; з одно- і двостороннім штоком..
У гідроциліндрах односторонньої дії рух вихідної ланки під дією потоку робочої рідини здійснюється лише в одному напрямку, в гідроциліндрах двосторонньої дії – в обох напрямках. Крім того, гідроциліндри виконують з одностороннім або двостороннім штоком. Переважно застосовують гідроциліндри двосторонньої дії з одностороннім штоком.
Розглянемо принцип дії гідроциліндра з одностороннім штоком двосторонньої дії (рис. 10.1).
Рисунок 10.1– Гідроциліндр з одностороннім штоком: 1 – циліндр (корпус); 2 – поршень; 3 – шток; А – поршнева порожнина; В – штокова порожнина
Гідроциліндр має корпус (циліндр) 1 з двома отворами, з’єднаними та напірною і зливною гідролініями і поршень 2 зі штоком 3.
Основні
технічні
параметри
гідроциліндра:
витрата
,
тиск
,
потужність
,
к.к.д.
,
зусилля на вихідній ланці
,
швидкість руху поршня
,
а також діаметри поршня
,
штока
і хід поршня
.
Витрату гідроциліндра Q (кількість рідини, яка надходить до циліндра) розраховують за формулою
(10.1)
де
-
швидкість поршня;
-
робоча (ефективна площа поршня);
-
об’ємний к.к.д.
Об’ємний к.к.д. визначають з виразу
,
(10.2)
де
-
витоки рідини через ущільнення.
Різниця площ
поршня в поршневій і штоковій порожнинах
(повної
і кільцевої
)
зумовлює різні швидкості руху штока і
сили, які розвиває гідроциліндр під час
ходу вправо і вліво.
Для гідроциліндра двосторонньої дії ефективна площа дорівнює:
при русі вправо
,
(10.3)
при русі вліво
(10.4) Витрата
рідини відповідно
- в поршневій порожнині
(10.5)
- в зливній порожнині
(10.6)
Визначимо зусилля на штоку
гідроциліндра.
1 Прямий хід ( рух праворуч)
Складемо рівняння рівноваги сил, що діють на поршень гідроциліндра
(10.7)
де
–
зусилля на штоці;
,
–
сили від тиску рідини у поршневій і
зливній порожнинах;
–
сила тертя в ущільненнях поршня і штока,
яка зумовлює механічні втрати.
Зусилля F :
(10.8)
З урахуванням
механічного к.к.д.
одержимо :
(10.9)
Примітка.
Механічні
і гідравлічні втрати в гідроциліндрі
розділити дуже важко, тому в механічний
к.к.д
входять і гідравлічні втрати (
).
Зусилля на штоку для ходу праворуч дорівнює :
(10.10)
де
і
-
тиски рідини у поршневій і зливній
порожнинах гідроциліндра.
Для зворотного ходу ( рух ліворуч) зусилля на штоці визначають за формулою
(10.11)
Швидкість руху гідроциліндра :
а) рух праворуч
(10.12)
б)
рух ліворуч
(10.13)
Потужність гідроциліндра.
Вхідна
потужність
визначається параметрами на вході в
циліндр :
(10.14)
де тиск на вході в циліндр; Q – витрата гідроциліндра.
Вихідна потужність менше вхідної на величину втрат в циліндрі :
(10.15)
де
– повний к.к.д. циліндра.
Повний
к.к.д. гідроциліндра включає об’ємний
,
гідравлічний
і механічний
к.к.д. :
(10.16)
Для гідроциліндрів
з гумовими ущільнення можна прийняти
:
З іншої сторони вихідна потужність дорівнює :
(10.17)
де
–
зусилля на штоку (сила, яку розвиває
гідроциліндр),
–
швидкість переміщення поршня.
К.к.д. гідроциліндра – це відношення вихідної Nвих потужності до вхідної Nвх :
(10.18)
Розглянемо гідроциліндр з двостороннім штоком.
