Гидравлические двигатели

Категория:
Металлорежущие станки


Гидравлические двигатели

Гидравлические двигатели вращательного движения. Гидравлические двигатели, сообщающие вращательное движение выходному валу, подразделяются на два основных вида — гидродвигатели с постоянной пропускной способностью и с переменной пропускной способностью. К числу гидродвигателей вращательного движения могут быть также отнесены гидродвигатели, выходной вал которых может поворачиваться на угол, непревышающий 360°.

Гидродвигатели с постоянной пропускной способностью. С постоянной пропускной способностью выполняются как лопастные, так и поршневые гидродвигатели. Лопастной гидродвигатель имеет конструкцию, аналогичную конструкции лопастного насоса. Масло, поступающее под- давлением, через окно, давит на смежные лопатки. Так как поверхность лопатки больше поверхности лопатки, то возникает крутящий момент, заставляющий вращаться ротор против часовой стрелки. Гидродвигатель, так же как насос, имеет две зоны нагнетания а—b и с—d. Таким образом радиальные давления на вал уравновешиваются. В зоне b—с и d—а отработанное масло уходит через окна, расположенные в передней стенке, и поступает к сливному турбопроводу.

Гидродвигатели такого типа являются реверсивными. При изменении направления потока масла, т. е. при подаче масла под давлением к сливным окнам, ротор начинает вращаться в противоположном направлении.

Число оборотов гидродвигателя может изменяться путем изменения количества масла, подаваемого к гидродвигателю.

Отечественная промышленность выпускает ряд моделей лопастных гидродвигателей с наибольшей эффективной мощностью от 0,6 до 15 кет. Число оборотов двигателя в зависимости от мощности находится в пределах от 300 до 2500 об/мин. Большие значения чисел оборотов относятся к гидродвигателям меньшей мощности.

Аксиально-поршневые гидродвигатели с постоянной пропускной способностью аналогичны по своей конструкции аксиально-поршневым насосам постоянной производительности. Масло, поступающее под давлением под поршень. прижимает головку поршня к наклонному диску. Со стороны диска на головку поршня действует реакция R, отклоненная от нормали п—п к поверхности диска на угол трения ср. Эта реакция может быть разложена на две составляющие Р и Т, из которых первая уравновешивается давлением масла, а вторая создает крутящий момент, заставляющий вращаться ротор.

Конструктивное оформление гидродвигателя, работающего в соответствии с рассмотренной схемой, представлено на рис. 1. Поршни, перемещающиеся в цилиндрах ротора, сообщают движение толкателям, перемещающимся в отверстиях барабана, связанного шпонкой с валом. Таким образом, крутящий, момент передается не ротором, а барабаном. Ротор вращается совместно с барабаном И, так как они связаны поводком. Ротор центрируется узкой кольцевой поверхностью на валу и прижимается пружинами к поверхности крышки, снабженной распределительными окнами для подвода и отвода масла. Такой монтаж ротора обеспечивает ему известную степень свободы, благодаря чему под действием пружин обеспечивается контакт по всей торцовой поверхности ротора с крышкой. В торцовой поверхности крышки имеются кольцевые пазы и радиальные канавки, соединяющие эти пазы, через которые уходит масло, просачивающееся через неплотности стыковых поверхностей, благодаря чему уменьшается действие сил, возникающих вследствие давления масла в неплотностях стыковых поверхностей, стремящихся отжать ротор.

Через канал удаляется масло, просачивающееся в полость подшипника. Утечки поступают в полость корпуса и удаляются через отверстие.

Нагнетаемое масло поступает через отверстие в литой канал крышки, который соединен окнами с торцовой поверхностью крышки, контактирующей с торцовой поверхностью ротора. Через окна и отверстия в торцовой поверхности ротора масло попадает в цилиндры поршней. Каждый из цилиндров, переместившись при повороте ротора на 180°, сообщается с окнами, через которые отводится отработанное масло. Обратный ход поршней происходит под действием наклонного диска, выполненного в форме шарикоподшипника. Отработанное масло отводится через отверстие.

Двигатель является реверсивным и при подаче масла в отверстие направление вращения вала изменяется на противоположное.

Рис. 1. Схема работы аксиально-поршневого гидродвигателя.

Подобные гидродвигатели изготовляются отечественной промышленностью мощностью от 0,6 до 10 кет. Число оборотов гидродвигателя может изменяться путем изменения количества подаваемого масла. Наименьшее число оборотов в зависимости от мощности гидродвигателя равно 16-7-1 об/мин. Большие значения относятся к двигателям меньшей мощности. Диапазон изменения чисел оборотов равен 150-1300; меньшие значения относятся к двигателям меньшей мощности.

Рис. 2. Аксиально-поршневой гидродвигатель.

Следует заметить, что мощность гидродвигателя является функцией давления в системе и числа оборотов гидродвигателя и указанные выше значения соответствуют давлению 50 кГ/см2 и скорости 1000 об/мин.

Гидродвигатели с переменной пропускной способностью. Гидродвигатели этого типа имеют конструкцию, аналогичную конструкции насосов переменной производительности.

Число оборотов гидродвигателя может изменяться как путем изменения количества подаваемого масла, так и путем изменения пропускной способности гидродвигателя.

Гидродвигатели с поворотной лопастью. Вал гидродвигателя с поворотной лопастью может поворачиваться только на угол, не превышающий 360°. Лопасть жестко связана с валом. Внутри цилиндра закреплен П-образный брус в пазу которого может перемещаться пластина, которая под действием пружины прижимается к валу. Таким образом, между лопастью и П-образным брусом образуется замкнутое пространство. При поступлении масла в отверстие на поверхность лопасти действует давление масла, которое заставляет поворачиваться лопасть против часовой стрелки. Из отсека цилиндра, расположенного слева от лопасти, масло вытесняется через отверстие. При изменении направления потока масла лопасть поворачивается в обратном направлении. Угол поворота лопасти ограничен П-образным брусом.

Рис. 3. Гидродвигатель с поворотной лопастью.

Гидродвигатели этого типа, называемые гидродвигателями с качающейся лопастью, находят ограниченное применение в станках.

Поршневые гидродвигатели прямолинейного движения. Конструктивные формы поршневых двигателей прямолинейного движения весьма многообразны. Типичная конструкция поршневого гидродвигателя, используемая при более или менее значительной длине хода, представлена на рис. II. 95. Цилиндр двигателя изготовляется из трубы соответствующих размеров. Для крепления крышек на конце цилиндра проточены канавки, в которые входят разрезные кольца, служащие упором для прижимных фланцев. Через отверстия прижимных фланцев пропускаются болты с помощью которых осуществляется крепление крышки. Между торцом цилиндра и крышкой помещается уплотняющая прокладка. Поршень закрепляется с помощью гайки на конце штока, который проходит через направляющую втулку крышки. Уплотнение, расположенное в крышке, предупреждает утечки масла по штоку. Поршень снабжен уплотняющими поршневыми кольцами.

Если цилиндр является неподвижным, а с подвижным рабочим органом связан шток, как это имеет место в случае, представленном на рис. 4, а, то подвод масла осуществляется через отверстия, имеющиеся в крышках цилиндра. Если с подвижным рабочим органом связан цилиндр, а неподвижным является поршень со штоком, то подвод масла осуществляется через шток, который выполняется при большой длине трубчатым, а при малой — с отверстиями, просверленными в теле штока, или с помощью гибких шлангов.

Рис. 4. Поршневой гидродвигатель для прямолинейного движения.

При малой длине цилиндр может быть выполнен литым с фланцами для крепления крышек, отлитыми заодно с цилиндром.

Представленные на рис. 4, а и б поршневые двигатели имеют односторонний шток, в ряде случаев поршневые двигатели выполняются с двусторонним штоком. Как видно из схем, приведенных на рис. 4, б, при одной и той же длине хода L общая длина Lx при двустороннем штоке значительно больше. Достоинством двустороннего штока является то, что при движении в обоих направлениях двусторонний шток работает на растяжение, а односторонний шток в одном направлении работает на растяжение, а в другом — на продольный изгиб.

Вследствие того, что двусторонний шток приводит к увеличению габаритов он применяется сравнительно редко либо в тех случаях, когда не может быть обеспечена устойчивость штока при работе на продольный

изгиб, либо тогда, когда применение двустороннего штока не приводит к увеличению размера Lu величина которого определяется другими соображениями. Поршневые двигатели с двусторонним штоком применяются в приводах столов кругло- и плоскошлифовальных станков.

В ряде случаев прямолинейное движение, получаемое с помощью поршневого двигателя, преобразуется во вращательное движение. Один из вариантов поршневого двигателя такого типа представлен на рис. 5. В качестве штока используется плунжер, на котором нарезана зубчатая рейка, зацепляющаяся с реечной шестерней. На концах плунжера закреплены поршни. Цилиндр помещается в отверстии обоймы, в которой также смонтированы подшипники реечной шестерни. Крышки прижаты к торцам цилиндра с помощью тяг. При перемещении плунжера реечная шестерня получает вращательное движение. Подобные поршневые двигатели используются в тех случаях, когда реечную шестерню требуется повернуть на сравнительно небольшой угол. Например, преобразуя вращение реечной шестерни с помощью винта в прямолинейное движение можно получить с помощью гидропривода тонкое перемещение при небольшой длине хода.

Весьма важным элементом конструкции поршневых двигателей являются уплотнения подвижных и неподвижных стыков. К числу подвижных стыков относятся стыки поршня и цилиндра и стыки штока и направляющего отверстия, к числу неподвижных стыков — стыки цилиндра и крышек. Уплотнения должны исключать или уменьшать до минимума утечки масла, вместе с тем в уплотнениях подвижных стыков не должно возникать значительных сил трения, снижающих коэффициент полезного действия привода.

Для уплотнения стыка цилиндра с поршнем широко используются поршневые кольца. Разрезанные поршневые кольца помещаются в канавки поршня. В свободном состоянии вырез кольца имеет значительно больший размер, чем в сжатом состоянии при установке в цилиндр вследствие этого упругие силы, возникающие при сжатии кольца, прижимают его к стенкам цилиндра. Между поршневым кольцом и канавкой поршня имеется торцовой и радиальный зазоры. При работе гидродвигателя масло поступает через этот зазор под поршневое кольцо и прижимает его наружную поверхность к поверхности цилиндра, чем обеспечивается необходимое уплотнение. Под давлением масла на поверхности колец возникают силы трения.

Рис. 5. Поршневой гидродвигатель, преобразующий прямолинейное движение во вращательное.

Поршневые кольца изготовляются из чугуна СЧ21-40 и СЧ18-36. В ряде случаев поршневые кольца выполняются разностенными, так что их толщина уменьшается по направлению к вырезу. Для этого отверстие кольца располагается эксцентрично. Следует заметить, что в двигателях внутреннего сгорания поршневые кольца выполняются только с постоянной толщиной стенки. Вырез кольца в сжатом состоянии не превышает 0,15—0,20 мм. Наружная поверхность кольца обрабатывается по шестому-седьмому классам чистоты.

Рис. 6. Уплотнения поршней, штоков и неподвижных стыков.

Для уплотнения поршней находят также применение кольца кругового сечения из маслостойкой резины. Большим достоинством таких уплотнений является их простота, однако срок их службы в 2—3 раза меньше срока службы чугунных поршневых колец. Необходимым условием длительного срока службы (колец из маслостойкой резины является высокое качество отделки сопряженных поверхностей и соблюдение размеров радиусов г в пределах 0,1 мм. При больших значениях радиусов г происходит затягивание резины в зазоры, что приводит к более быстрому разрушению колец. Резиновые кольца обеспечивают несколько лучшую герметизацию, чем чугунные поршневые кольца.

Резиновые кольца применяются для уплотнения поршней в основном при небольшой скорости движения.

В ряде случаев для уплотнения поршней находят применение уголковые и воротниковые манжеты, которые изготовляются из маслостойкой резины. Манжеты устанавливаются с предварительным натягом. В процессе работы уголковая манжета прижимается к поверхности цилиндра давлением масла. В процессе работы на одну из манжет действует давление, возникающее в рабочей полости цилиндра, а на вторую — противодавление.

Воротниковые манжеты помещаются в вырезах поршня и удерживаются кольцами с радиальными отверстиями. Масло, поступающее к воротниковым манжетам, прижимает их к стенкам цилиндра и поршня.

Уголковые и воротниковые манжеты находят преимущественное применение в пневматических цилиндрах.

Для уплотнения штока преимущественно применяются елочные и воротниковые манжеты. Елочные манжеты из маслостойкой резины устанавливаются в отверстии крышки и сжимаются фланцем. При этом манжеты прижимаются к -внутренней поверхности отверстия крышки и к штоку, обеспечивая необходимое уплотнение.

Рис. 7. Крепление цилиндров.

Воротниковые манжеты также устанавливаются в отверстии крышки, закрытом фланцем. Под давлением масла воротниковые манжеты прижимаются к внутренней поверхности отверстия крышки и к поверхности штока.

Уплотнение плунжеров золотников достигается пришлифовыванием, при котором зазоры между плунжером и цилиндром доводятся до величины нескольких микрон.

Для уплотнения неподвижных стыков значительное применение находят резиновые кольца кругового сечения. Резиновые кольца устанавливаются либо в выточке центрирующего уступа крышки, либо в торцовой канавке.

Закрепление цилиндров производится различными методами. Выбор той или иной формы крепления производится в зависимости от общей конструкции узла и размеров цилиндра. Цилиндр типа а прикрепляется болтами, которые ввертываются непосредственно в переднюю крышку цилиндра. Цилиндр типа б снабжен фланцем, в котором по окружности расположен ряд отверстий для крепления цилиндра. Цилиндр типа & прикрепляется болтами, которые пропускаются через отверстия в прямоугольных крышках. Крышки цилиндра типа г снабжены лапами, а крышки цилиндров д — лапами, служащими для крепления цилиндра. Цилиндр типа е подвешивается шарнирно с помощью вилки шток цилиндра также имеет шарнирное соединение. Шарнирная установка цилиндра в ряде случаев обладает известными преимуществами, так как при сборке отпадает необходимость выверки цилиндра, обеспечивающей совпадение оси штока с направлением движения рабочего органа в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Шарнирная установка удобна также и тогда, когда движение передается качающемуся рычагу.

Цилиндры большой длины обычно изготовляются из бесшовных стальных труб, а малой длины как из труб, так и из отливок. Внутренняя поверхность цилиндров должна иметь при использовании поршневых колец седьмой, а при использовании резиновых уплотнений — восьмой или девятый класс чистоты.

Расчет деталей поршневых двигателей ведется в соответствии с общей методикой, изложенной в руководствах по деталям машин.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум