2.2.4. Гидромоторы

На рис. 2.9 в качестве примера приведен принцип работы шестеренного гидромотора. Шестеренные гидромоторы конструктивно аналогичны насосам и отличаются лишь зоной осевого давления и наличием канала для отвода рабочей жидкости. По принципу действия, как и электрический двигатель, такой гидромотор является обратимой машиной и способен работать как в режиме преобразования гидравлической энергии в механическую, так и наоборот – механической в гидравлическую (в режиме насоса).

Подводимая к гидромотору рабочая жидкость воздействует на его шестерни. Возникающий при этом крутящий момент передается на вал гидромотора.

Шестеренные гидромоторы относятся к быстроходным машинам и применяются в диапазоне частот вращения выше 500 об/мин.

На рис. 2.10 приведена иллюстрация принципа действия многотактных поршневых гидромоторов. При использовании такого конструктивного принципа каждый поршень за один оборот вала выполняет несколько рабочих тактов. Этим достигается высокое значение рабочего объема и, следовательно, – крутящего момента.

Через каналы 1 окна 2 соединены с напорной и сливной линиями. В зависимости от текущего положения жидкость или поступает в рабочие камеры 3, или сливается из них. Поршень 4 опирается через шарик или ролик 5 на профильную поверхность сопряженной детали 6. Усилие F₁, которое преобразуется в крутящий момент, зависит от усилия на поршне, равном , где– площадь поршня, и угла подъемаα профильной поверхности (см. рис. 2.10, б).

Рис. 2.10. Принцип работы многотактного поршневого гидромотора

Гидромоторы, работающие по многотактному поршневому принципу, являются тихоходными машинами с частотой вращения вала от 5 до 300 об/мин.

2.3. Гидроаппараты

Управление движением гидропривода мехатронных устройств осуществляется посредством специальных гидроаппаратов, воздействующих на давление и расход жидкости.

Гидроаппараты, предназначенные для регулирования давления в гидросистеме или ее части называются клапанами. Различают предохранительные клапаны, гидроклапаны последовательности (известные также как переспускные, предварительно-нагружающие или тормозные), редукционные клапаны, обратные клапаны и гидрозамки.

Предохранительные клапаны предназначены для ограничения давления в системе. Принцип работы таких клапанов пояснен рис. 2.10. Входное давление нагружает запорный элемент гидравлической силой . Пока прижимающая сила пружиныF_пр больше этой гидравлической силы запорный элемент прижимается к седлу. Как только гидравлическая сила превысит прижимную силу пружины запорный элемент отойдет от седла и откроет проходное сечение для прохода избытка рабочей жидкости в бак. При этом давление, установленное предварительным натяжением пружины, не будет превышено.

Гидроклапаны последовательности конструктивно подобны предохранительным клапанам, но устанавливаются в линии главного потока гидросистемы и включают или отключают ее дальнейшие участки в зависимости от установленного давления.

Редукционные клапаны (рис. 2.11) используются для изменения давления в последующем участке гидросистемы. В соответствии с назначением редукционные клапаны не позволяют выходному давлению повышаться выше определенного уровня. Выходное давлениер_вых воздействует на торец запорного элемента и создает усилие, которое сравнивается с заранее установленным усилием регулировочной пружины. Если гидравлическая сила превзойдет усилие пружиныF_пр, то запорный элемент начнет перемещаться вверх в направлении закрытия дроссельной щели. В установившейся позиции усилия гидравлической силы и прижимающей силы пружины будут равны. Таким образом, обеспечивается стабилизация выходного давления вне зависимости от величины расхода и входного давления р_вх.

Обратные клапаны и гидрозамки предназначены для запирания потока рабочей жидкости движущегося в одном направлении и свободного пропускания обратного потока. Такие гидроаппараты состоят (см. рис. 2.12) из клапана 1, прижимаемого пружиной 2 к уплотняющему седлу 3. Когда поток рабочей жидкости проходит в заданном (на рис. 2.12 снизу вверх) направлении, клапан под действием давления жидкости отходит от седла. В обратном направлении пружина и давление прижимают клапан к седлу и запирают поток.

Вотличие от простейших обратных клапанов гидрозамки могут принудительно открываться в запираемом направлении.

Для регулирования скорости движения гидравлических двигателей необходимо изменять величину потока (расхода жидкости). Эту функцию выполняю дроссели и регуляторы расхода.

На рис. 2.13, а в качестве примера приведен принцип работы игольчатого дросселя, а на рис. 2.13, б – регулятора расхода.

Величина потока рабочей жидкости в дросселях настраивается с помощью дросселирующих цепей, для которых справедливо уравнение

, (2.20)

где k_р – коэффициент расхода, зависящий от конструкции дросселя, сжатия струи, трения и вязкости жидкости, k_р = 0,6…0,9; А_щ – площадь выходного сечения дросселирующей щели; ρ – плотность жидкости, – перепад давлений на входе и выходе дросселя (регулятора расхода). А потому недостатком дросселя является зависимость потока жидкости в нем от разности давлений на входе и выходе. Этот недостаток исключен в регуляторах расхода, в которых в дополнение к настраиваемому (дозирующему) дросселю1 устанавливается управляющий дроссель (компенсатор давления) 2, действующий одновременно и как элемент сравнения в системе с обратной связью.

Благодаря взаимодействию двух дросселей, разность давлений p_вх - р_вых, определяемая нагрузкой, делится на две части: внутренняя (постоянная) p_вх - р_вн на дозирующем дросселе и внешняя (переменная) p_вн - р_вых. Пренебрегая силами потока и трения можно записать

(2.21)

откуда

, (2.22)

а следовательно в таком регуляторе расхода Q = const и не зависит от разности давлений.

Управление запуском, остановом и изменением потока рабочей жидкости осуществляется специальными гидрораспределителями с ручным или с электромагнитным управлением.