Аксиально-поршневые гидромашины нашли широкое применение в гидроприводах, что объясняется рядом их преимуществ: меньшие радиальные размеры, масса, габарит и момент инерции вращающихся масс; возможность работы при большом числе оборотов; удобство монтажа и ремонта.
Аксиально-поршневой насос состоит из блока цилиндров 8 (рис.3.8) с поршнями (плунжерами) 4, шатунов 7, упорного диска 5, распределительного устройства 2 и ведущего вала 6.
Рис.5.29. Принципиальные схемы аксиально-поршневых насосов:
1 и 3 – окна; 2 – распределительное устройство; 4 – поршни; 5 – упорный диск; 6 – ведущий вал; 7 – шатуны; 8 – блок цилиндров; а – с иловым карданом; б – с несиловым карданом; в – с точечным касанием поршней; г – бескарданного типа
Во время работы насоса при вращении вала приходит во вращение и блок цилиндров. При наклонном расположении упорного диска (см. рис.5.29, а, в) или блока цилиндров (см. рис. 5.29, б, г) поршни, кроме вращательного, совершают и возвратно-поступательные аксиальные движения (вдоль оси вращения блока цилиндров). Когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание, а когда вдвигаются - нагнетание. Через окна 1 и 3 в распределительном устройстве 2 цилиндры попеременно соединяются то с всасывающей, то с напорной гидролиниями. Для исключения соединения всасывающей линии с напорной блок цилиндров плотно прижат к распределительному устройству, а между окнами этого устройства есть уплотнительные перемычки, ширина которых b больше диаметра dк отверстия соединительных каналов в блоке цилиндров. Для уменьшения гидравлического удара при переходе цилиндрами уплотнительных перемычек в последних сделаны дроссельные канавки в виде небольших усиков, за счет которых давление жидкости в цилиндрах повышается равномерно.
Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов являются цилиндры, аксиально расположенные относительно оси ротора, а вытеснителями – поршни. По виду передачи движения вытеснителям аксиально-поршневые насосы подразделяются на насосы с наклонным блоком (см. рис. 5.29, б, г) и с наклонным диском (см. рис. 5.29, а, в). Известные конструкции аксиально-поршневых насосов выполнены по четырем различным принципиальным схемам.
Насосы с силовым карданом (см. рис. 5.29, а) приводной вал соединен с наклонным диском силовым карданом, выполненным в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. Поршни соединяются с диском шатунами. При такой схеме крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через кардан и наклонный диск. Начальное прижатие блока цилиндров распределительному устройству обеспечивается пружиной, а во время работы насоса давлением жидкости. Передача крутящего момента блоку цилиндров необходима для преодоления сил трения между торцом блока цилиндров и распределительным устройством.
В насосах с двойным несиловым карданом (см. рис. 5.29, б) углы между осью промежуточного вала и осями ведущего и ведомого валов принимают одинаковыми и равными 1 = 2 = /2. При такой схеме вращение ведущего и ведомого валов будет практически синхронным, а кардан полностью разгруженным, так как крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через диск 5, изготавливаемый заодно с валом 6.
Насосы с точечным касанием поршней наклонного диска (см. рис. 5.29, в) имеют наиболее простую конструкцию, поскольку здесь нет шатунов и карданных валов. Однако для того, чтобы машина работала в режиме насоса, необходимо принудительно выдвижение поршней из цилиндров для прижатия их к опорной поверхности наклонного диска (например, пружинами, помещенными в цилиндрах). По такой схеме чаще всего изготовляют гидромоторы типа Г15-2 (рис.5.30). Эти машины выпускаются небольшой мощности, т.к. в местах контакта поршней с диском создается высокое напряжение, которое ограничивает давление жидкости.
Рис.5.30. Аксиально-поршневой гидромотор типа Г15-2:
1 - вал; 2 - манжета; 3 - крышка; 4, 9 - корпус; 5, 16 - подшипник; 6 - радиально упорный подшипник; 7 - барабан; 8 - поводок; 10 - ротор; 11 - пружины; 12 - дренажное отверстие; 13 - распределительное устройство; 14 - полукольцевые пазы; 15 - отверстие напорное; 17 - поршни; 18 - шпонка; 19 - толкатель
Аксиально-поршневые машины бескарданного типа (см. рис. 5.29, г) блок цилиндров соединяется с ведущим валом через шайбу и шатуны поршней. По сравнению с гидромашинами с карданной связью машины бескарданного типа проще в изготовлении, надежнее в эксплуатации, имеют меньший габарит блока цилиндров. По данной схеме отечественной промышленностью выпускается большинство аксиально-поршневых машин серии 200 и 300 (рис.5.31).
Рис.5.31. Аксиально-поршневой гидромотор типа Г15-2:
1 - вал; 2 - манжета; 3 - крышка; 4, 9 - корпус; 5, 16 - подшипник;
6 - радиально упорный подшипник; 7 - барабан; 8 - поводок; 10 - ротор;
11 - пружины; 12 - дренажное отверстие; 13 - распределительное устройство;
14 - полукольцевые пазы; 15 - отверстие напорное; 17 - поршни; 18 - шпонка; 19 - толкатель
Структура условного обозначения аксиально-поршневых машин серий 200 и 300 приведена на рис.3.11.
Подача (расход) аксиально-поршневой гидромашины зависит от хода поршня, который определяется углом γ наклона диска или блока цилиндров ( γ < 25 ). Если конструкция гидромашины в процессе ее эксплуатации допускает изменение угла γ, то такие машины регулируемые. При изменении угла наклона шайбы или блока цилиндров с + γ до – γ достигается реверсирование направления потока жидкости или вращения ротора гидромашины.
Подачу для машин с бесшатунным приводом определяют по формуле:
а для машин с шатунным приводом
где d – диаметр цилиндра;
D и D – диаметр окружности, на которой расположены центры окружностей цилиндров или закреплены шатуны на диске; D tg γ и D' sin γ – ход поршня при повороте блока цилиндров на 180 ;
z – число поршней (z = 7, 9, 11).
Крутящий момент аксиально-поршневого гидромотора определяют по формуле:
Гидроцилиндры
В качестве исполнительных механизмов (гидродвигателей) применяются силовые цилиндры, служащие для осуществления возвратно-поступательных прямолинейных и поворотных перемещений исполнительных механизмов. Гидроцилиндры подразделяются на поршневые, плунжерные мембранные и сильфонные.
Классификация гидроцилиндров. Гидроцилиндры являются объемными гидромашинами и предназначены для преобразования энергии потока рабочей жидкости механическую энергию выходного звена. Гидроцилиндры работают при высоких давлениях (до 32 МПа), их изготовляют одностороннего и двухстороннего действия, с односторонним и двухсторонним штоком и телескопические.
Таблица 4.1
Классификация гидроцилиндров
Гидроцилиндры прямолинейного действия. Для привода рабочих органов мобильных машин наиболее широко применяют поршневые гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком (рис.5.32).
Основой конструкции является гильза 2, представляющая собой трубу с тщательно обработанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень 6, имеющий резиновые манжетные уплотнения 5, которые предотвращают перетекание жидкости из полостей цилиндра, разделенных поршнем. Усилие от поршня передает шток 3, имеющий полированную поверхность. Для его направления служит грундбукса 8. С двух сторон гильзы укреплены крышки с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости. Уплотнение между штоком и крышкой состоит из двух манжет, одна из которых предотвращает утечки жидкости из цилиндра, а другая служит грязесъемником 1. Проушина 7 служит для подвижного закрепления гидроцилиндра. На нарезанную часть штока крепится проушина или деталь, соединяющая гидроцилиндр с подвижным механизмом.
Рис.5.32. Гидроцилиндр:
1 - грязесъемник; 2 - гильза; 3 - шток; 4 - стопорное кольцо; 5 - манжета;
6 - поршень; 7 - проушина; 8 – грундбукса
У нормализованных цилиндров, применяющихся в строительных машинах, диаметр штока составляет в среднем 0,5 D, ход поршня не превосходит 10D. При большей величине хода и давлениях, превышающих 20 МПа, шток следует проверять на устойчивость от действия продольной силы.
Для уменьшения потерь давления диаметры проходных отверстий в крышках цилиндра для подвода рабочей жидкости назначают из расчета, чтобы скорость жидкости составляла в среднем 5 м/с, но не выше 8 м/с.
Ход поршня ограничивается крышками цилиндра. В некоторых случая она достигает 0,5 м/с. Жесткий удар поршня о крышку в гидроцилиндрах строительных машин предотвращают демпферы (тормозные устройства). Принцип из действия большинства из них основан на запирании небольшого объема жидкости и преобразования энергии движущихся масс в механическую энергию жидкости. Из запертого объема жидкость вытесняется через каналы малого сечения.
На рис. 5.33 представлены типичные схемы демпферных устройств. 
Рис.5.33. Принципиальные схемы демпферов:
а - пружинный демпфер; б - демпфер с ложным штоком;
в - демпфер регулируемый с отверстием; г - гидравлический демпфер
Расчет гидроцилиндров. Основными параметрами поршневого гидроцилиндра являются: диаметры поршня D и штока d, рабочее давление P, и ход поршня S.
Рассмотрим поршневой гидроцилиндр с односторонним штоком (рис.5.34). По основным параметрам можно определить следующие зависимости:
- площадь поршня в поршневой полости 1 и в штоковой полости 2 соответственно
- усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра при его выдвижении и втягивании соответственно
где kтр = 0,9…0,98 - коэффициент, учитывающий потери на трение;
скорости перемещения поршня
Рис.5.34. Основные и расчетные параметры гидроцилиндра
Расчеты на прочность. Прочностными расчетами определяют толщину стенок цилиндра, толщину крышек (головок) цилиндра, диаметр штока, диаметр шпилек или болтов для крепления крышек.
В зависимости от соотношения наружного DН и внутреннего D диаметров цилиндры подразделяют на толстостенные и тонкостенные. Толстостенными называют цилиндры, у которых DН / D > 1,2, а тонкостенными – цилиндры, у которых DН / D 
1,2.
Толщину стенки однослойного толстостенного цилиндра определяют по формуле:
где Pу – условное давление, равное (1,2…1,3)P ;
[σ] – допускаемое напряжение на растяжение, Па (для чугуна 2,5 107, для высокопрочного чугуна 4 107, для стального литья (8…10) 107, для легированной стали (15…18) 107, для бронзы 4,2 10 7);
μ – коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), равный для чугуна 0, для стали 0,29; для алюминиевых сплавов 0,26…0,33; для латуни 0,35.
Толщину стенки тонкостенного цилиндра определяют по формуле:
К определенной по формулам толщине стенки цилиндра прибавляется припуск на обработку материала. Для D = 30…180 мм припуск принимают равным 0,5…1 мм.
Толщину крышки цилиндра определяют по формуле:
где dк - диаметр крышки.
Диаметр штока, работающего на растяжение и сжатие соответственно
где [σр] и [σ с] - допускаемы напряжения на растяжение и сжатие штока;
Штоки, длина которых больше 10 диаметров ("длинные" штоки), работающие на сжатие, рассчитывают на продольный изгиб по формуле Эйлера
где σкр – критическое напряжение при продольном изгибе;
f – площадь поперечного сечения штока;
Диаметр болтов для крепления крышек цилиндров
где n – число болтов.
Поворотные гидродвигатели. Для возвратно-поворотных движений приводимых узлов на угол, меньший 360 , применяют поворотные гидроцилиндры (рис.5.35), которые представляют собой объемный гидродвигатель с возвратно-поворотным движением выходного звена.
Рис. 5.35. Поворотный однолопастной гидроцилиндр:
а - схема; б - общий вид
Поворотный гидроцилиндр состоит из корпуса 1, и поворотного ротора, представляющего собой втулку 2, несущую пластину (лопасть) 3. Кольцевая полость между внутренней поверхностью цилиндра и ротором разделена уплотнительной перемычкой 4 с пружинящим поджимом к ротору уплотнительного элемента 5.
При подводе жидкости под давлением Pр в верхний канал (см. рис.4.7, а) пластина 3 с втулкой 2 будет поворачиваться по часовой стрелке. Угол поворота вала цилиндра с одной рабочей пластиной обычно не превышает 270…280 .
Расчетный крутящий момент М на валу рассматриваемого гидроцилиндра с одной пластиной равен произведению силы R на плечо а приложения этой силы (расстояние от оси вращения до центра давления рабочей площади пластины)
M = Ra
Усилие R определяется произведением действующего на лопасть перепада давлений на рабочую площадь пластины F
R = ΔPF = ( Pр – Pсл ) F
Из рис.4.7, а видно, что рабочая площадь пластины
где b – ширина пластины.
Плечо приложения силы
В соответствии с этим расчетный крутящий момент
Угловая скорость ω вращения вала
Фактические момент MФ и угловая скорость ω будут меньше расчетных в связи с наличием потерь трения и утечек жидкости, характеризуемых механическим 
м и объемным об КПД гидроцилиндра:
Применяются также и многопластинчатые поворотные гидроцилиндры (рис.5.36), которые позволяют увеличить крутящий момент, однако угол поворота при этом уменьшится. Момент и угловая скорость многопластинчатого гидроцилиндра:
где z – число пластин.
Рис. 5.36. Поворотные гидроцилиндры: а - двухлопастной; б – трехлопастной
Для преобразования прямолинейного движения выходного звена гидроцилиндра 1 в поворотное исполнительного механизма 2 применяют речно-шестеренные механизмы (рис.5.37). Без учета сил трения крутящий момент на валу исполнительного механизма равен
а угловая скорость вращения
где DЗ – диаметр делительной окружности шестерни.
Рис.5.37. Речно-шестеренный механизм Рис. 5.38. Условное обозначение
поворотного гидроцилиндра
Объемный гидропривод
Дата: 2019-02-02, просмотров: 317.
