Гидравлический двигатель. Описание

Гидравлический двигатель – это машина, предназначенная для преобразования энергии гидравлического потока в механическую энергию.

По виду движения выходного звена гидродвигатели подразделяют на:

· гидроцилиндры;

· гидромоторы;

· поворотные гидродвигатели.

Основными характеристиками гидродвигателей являются: выходное усилие или крутящий момент, выходная мощность и к.п.д.

Гидроцилиндр – это объемный гидродвигатель с поступательным движением выходного звена.

Гидроцилиндры подразделяют на поршневые, плунжерные телескопические. На рис. 13.1 представлены некоторые схемы гидроцилиндров:

а) – поршневой односторонний;

b) – плунжерный односторонний;

c) – телескопический;

d) – поршневой двухсторонний.

Рис. 13.1

Характеристиками гидроцилиндра являются:

· - скорость движения штока;

· - усилие, развиваемое гидроцилиндром;

· - мощность.

Если для схемы d) обозначить:

· -действительная подача жидкости в гидроцилиндр;

· - внутренний диаметр гидроцилиндра;

· - диаметр штока;

· - давление в нагнетающей полости гидроцилиндра;

· - давление в полости слива гидроцилиндра,

то скорость движения штока определяется по формуле

,

(13.1)

а теоретическое усилие создаваемое на штоке можно найти по формуле

.

(13.2)

Теоретическая мощность гидроцилиндра равна

.

(13.3)

Выходная мощность гидроцилиндра за счет потерь на трение меньше, что определяет коэффициент полезного действия этого гидродвигателя

.

(13.4)

В зависимости от конструкции и качества изготовления к.п.д. гидроцилиндров имеет значение 0,85 … 0,95.

Гидромоторы – это объемные гидродвигатели с неограниченным вращательным движением выходного звена.

Гидромоторы в машиностроении – это, обычно, роторные насосы, использующие свойство обратимости, когда при подводе жидкости под давлением в полость нагнетания его ротор начинает вращаться.

Гидромоторы, как и насосы, подразделяются на регулируемые и нерегулируемые. Если ротор может вращаться только в одну сторону – гидромотор называют нереверсивным, если в обе – реверсивным.

Схема усилий, поясняющая создание вращающего момента на валу гидромотора, показана на рис. 13.2.

Рис. 13.2

В полости нагнетания давление выше, чем в полости слива. Потому усилия и со стороны полости нагнетания больше, нежели со стороны полости слива, что и создает вращающий момент на валу ротора за счет разности усилий (слева и справа от вертикальной плоскости симметрии на рисунке).

За один оборот ротора подаваемая в гидромотор жидкость совершает работу , а работа вращающего момента на валу гидромотора . Если пренебречь потерями, , тогда

,

(13.5)

где

· - рабочий объем гидромотора;

· - давление в нагнетающей полости гидромотора;

· - давление в полости слива гидромотора.

Формула (13.5) не учитывает потери на перетекание жидкости и механические потери на трение. С учетом этих потерь мощность на выходном валу гидромотора можно найти по формуле

,

(13.5)

где

- число оборотов ротора гидромотора в минуту;

-к.п.д. гидромотора.

Если воспользоваться действительной подачей жидкости в гидромотор , то легко получить следующие формулы

(13.5)

Поворотные гидродвигатели – это объемные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена.

Есть две принципиально разные схемы.

Гидродвигатели с преобразованием поступательного движении во вращательное. Наиболее распространены плунжерные поворотные гидродвигатели, в которых движение поршня преобразуется в поворотное движение выходного звена с помощью зубчатой передачи (рис.13. 3). Основой такого гидродвигателя является гидроцилиндр, поэтому методика его расчета аналогична методике расчета поршневых гидроцилиндров.

Если шестерня поворотного двигателя имеет зубьев модуля , а рабочий ход плунжера , угол порота выходного вала равен

.

(13.6)

Крутящий момент на выходном валу легко найдем, используя принцип возможных перемещений

.

(13.7)

Так как , , из ( ) легко находим

.

(13.8)

Угловая скорость вращения ротора и мощность на выходном валу определяются формулами ( ), ( )

; .	(13.9)   (13.10)

Гидродвигатели без преобразования характера движения. К таким двигателям относятся шиберные поворотные гидролвигатели (рис. 13. 4). Угловая скорость и крутящий момент на валу шиберного гидродвигателя без учета потерь определяют по формулам

(13.11)

где

· - ширина рабочей камеры (размер перпендикулярный плоскости рисунка);

· - давление в рабочей камере;

· - расход рабочей жидкости, подводимой к гидродвигателю.

Рис. 13.3

Рис. 13.4

Применение шиберных поворотных гидродвигателей ограничивается трудностью обеспечения надежной герметизации рабочей камеры при высоком давлении.