ГІДРОПРИВОД

Електронний підручник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ	ДОДАТКИ
НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ		УКЛАДАЧІ

1. ГІДРАВЛІЧНІ МАШИНИ

Тема 1.3: Об’ємні гідромашини

1. Основні поняття. Об’ємні насоси і гідродвигуни. Принцип дії, загальні властивості, класифікація, застосування у системах гідроприводів.

2. Поршневі насоси. Призначення, будова, принцип дії. Графік подачі, способи вирівнювання подачі. Застосування поршневих насосів.

3. Поршневі насоси, що застосовуються у системах гідроприводу: аксіально-поршневі, радіально-поршневі, ексцентрикові. Їх будова, принцип дії. Визначення основних параметрів.

4. Роторні гідронасоси. Шестеренчасті, пластинкові, гвинтові. Їх будова, принцип дії, визначення робочого об’єму і подачі.

5. Гідродвигуни. Класифікація гідродвигунів. Силові гідроциліндри, їх призначення, будова і принцип дії. Визначення зусилля, що розвиває гідроциліндр та швидкості руху штока.

6. Поворотні гідродвигуни. Призначення, будова і принцип дії. Роторні гідродвигуни (гідромотори). Принцип зворотності роторних гідронасосів і гідродвигунів. Визначення крутного моменту, потужності і частоти обертання роторних гідродвигунів.

7. Ознаки та причини несправностей об’ємних гідромашин. Правила експлуатації та безпечні умови роботи об’ємних гідромашин.

1. Основні поняття. Об’ємні насоси і гідродвигуни. Принцип дії, загальні

властивості, класифікація, застосування у системах гідроприводів.

Насос - гідравлічна машина, в якій механічна енергія, прикладена до вихідного валу, перетвориться в гідравлічну енергію потоку робочої рідини.

Гідродвигун - машина, в якій енергія потоку робочої рідини перетворюється в енергію руху вихідної ланки. Якщо вихідна ланка отримує обертальний рух, то такий гідродвигун називають гідромотором, якщо поступальний, то силовим циліндром.

Гідромашина, яка може працювати в режимі насоса або гідромотора, називається оборотною.

Робочий об'єм гідромашини в насосі - це обсяг рідини витісняється в систему за один оборот валу насоса; в гідромоторі - об'єм рідини, необхідний для отримання одного обороту вала гідромотора. Гідромашини виготовляються з постійним і змінним робочим об'ємом. Відповідно до цього з постійним робочим об'ємом називаються нерегульовані, а з перемінним - регульовані.

Гідролінія (магістраль) - це трубопровід, по якому транспортується робоча рідина. Розрізняють магістралі усмоктувальні, напірні, зливні та дренажні.

Продуктивність насоса (подача) - це відношення обсягу рідини, що подається на часі.

Теоретична продуктивність насоса Q _Т - це розрахунковий обсяг рідини, що витісняється в одиницю часу з його порожнини нагнітання.

Дійсна продуктивність насоса Q _Д зменшується на величину QН через зворотного плину рідини в насосі з порожнини нагнітання в порожнину всмоктування і через витік рідини в зовнішнє середовище. Тому

Q _Д = Q _Т - Q _Н,

а відношення

де η _О.Н. - об'ємний ККД насоса.

Об'ємні втрати і об'ємний ККД гідромотора. При роботі машини в режимі гідромотора в приймальню його порожнину надходить рідина під тиском від насоса. Об'ємні втрати в гідромоторі зводяться в основному до витокам рідини через зазори між сполучаються елементами. Це призводить до того, що підводиться об'єм рідини Q _П перевищує теоретичне значення Q _Т. Тому

де Δ Q _М - величина витоків у гідромоторі (об'ємні втрати).

Потужність і крутний момент на валу гідромотора. Фактична потужність розвивається гідромотором при даному перепаді тисків

N _{M факт} = Δ Pq _M n _M η _M

де q _м - робочий об'єм гідромотора;

n _м - частота обертання гідромотора;

η _м - загальний ККД гідромотора.

Висловивши крутний момент через теоретичну потужність N _Т = Δ Pqn і кутову швидкість ω = 2πn, отримаємо теоретичну величину крутного моменту для гідромашини:

Переваги об'ємного гідроприводу:

1. Висока компактність при невеликих масі і габаритних розмірах гідрообладнання в порівнянні з масою і габаритними розмірами механічних приводних пристроїв тієї ж потужності, що пояснюється відсутністю або застосуванням у меншій кількості таких елементів, як вали, шестеренні і ланцюгові редуктори, муфти, гальма, канати та ін

2. Можливість реалізації великих передавальних чисел. В об'ємному гідроприводі з використанням високомоментних гідромоторів передавальне число може досягати 2000.

3. Невелика інерційність, що забезпечує гарні динамічні властивості приводу. Це дозволяє зменшити тривалість робочого циклу і підвищити продуктивність машини, так як включення і реверсування робочих органів здійснюються за частки секунди.
4. Безступінчасте регулювання швидкості руху, що дозволяє підвищити коефіцієнт використання приводного двигуна, спростити автоматизацію приводу і поліпшити умови роботи машиніста.

5. Зручність і простота управління, які обумовлюють невелику витрату енергії машиністом і створюють умови для автоматизації не тільки окремих операцій, але і всього технологічного процесу, виконуваного машиною.

6. Незалежне розташування складальних одиниць приводу, що дозволяє найбільш доцільно розмістити їх на машині. Насос зазвичай встановлюють у приводного двигуна, гідродвигуни безпосередньо у виконавчих механізмів, елементи управління біля пульта машиніста, виконавчі гідроапарати в найбільш зручному за умовами компонування місці.

7. Надійне запобігання від перевантажень приводного двигуна, системи приводу, металоконструкцій і робочих органів завдяки установці запобіжних і переливних гідроклапанів.

8. Простота взаємного перетворення обертального і поступального рухів у системах насос гідромотор і насос гідроциліндр.
9. Застосування уніфікованих складальних одиниць (насосів, гідромоторів, гідроциліндрів, гідроклапанів, гідророзподільників, фільтрів, з'єднань трубопроводів та ін), що дозволяє знизити собівартість приводу, полегшити його експлуатацію та ремонт, а також спростити і скоротити процес конструювання машин.

2. Поршневі насоси. Призначення, будова, принцип дії. Графік подачі,

способи вирівнювання подачі. Застосування поршневих насосів.

Поршневий насос (плунжерний насос) - один з видів об'ємних гідромашин, в якому витіснювачами є один або кілька поршнів (плунжерів), що здійснюють зворотно-поступальний рух.

На відміну від багатьох інших об'ємних насосів, поршневі насоси не є оборотними, тобто, вони не можуть працювати в якості гідродвигунів через наявність клапанної системи розподілу.

Поршневі насоси не слід плутати з роторно-поршневими, до яких відносяться, наприклад, аксіально-поршневі і радіально-поршневі насоси.

Принцип роботи

Принцип роботи поршневого насоса (рис. 1) полягає в наступному. При русі поршня вправо в робочій камері насоса створюється розрідження, нижній клапан відкритий, а верхній клапан закритий, - відбувається всмоктування рідини. При русі в зворотному напрямку в робочій камері створюється надлишковий тиск, і вже відкритий верхній клапан, а нижній закритий, - відбувається нагнітання рідини.

Рис.1. Конструктивна схема найпростішого поршневого насоса односторонньої дії.

Боротьба з пульсацією

Одним з недоліків поршневих насосів, як і інших об'ємних насосів, є пульсації подачі і тиску. Пульсації можна зменшити, розташувавши кілька поршнів в ряд і з'єднавши їх з одним валом таким чином, щоб цикли їх роботи були зрушені один щодо одного по фазі на рівні кути. Іншим способом боротьби з пульсацією є використання диференціальної схеми включення насоса ( рис. 2 ), при якій нагнітання рідини здійснюється не тільки під час прямого ходу поршня, а й під час зворотного ходу.

Також широко застосовують насоси двосторонньої дії, у яких як поршнева, так і штокова порожнину мають (на відміну від диференціальної схеми включення) свою клапанну систему розподілу. У таких насосів коефіцієнт пульсацій нижче, а ККД вище, ніж у насосів однобічної дії.

Для боротьби з пульсацією також застосовують гідроакумулятори, які в момент найбільшого тиску запасають енергію, а в момент спаду тиску віддають її.

Рис.2. Гідроакумулятор

Застосування

Поршневі насоси використовуються з глибокої давнини. Відомо їх застосування для цілей водопостачання з II століття до нашої ери. В даний час поршневі насоси використовуються в системах водопостачання, в харчовій і хімічній промисловості, в побуті. Діафрагмові насоси використовуються, наприклад, в системах подачі палива в двигунах внутрішнього згоряння.

Графіки подачі різних типів поршневих насосів

Насос одинарної дії

У правильно працюючому насосі рідина безперервно слідує за поршнем. Обсяг рідини, що подається в кожен даний момент Q_мг, дорівнює миттєвої швидкості поршня, помноженої на його площу. Остання - величина постійна, отже, подача рідини насосом змінюється так само, як змінюється швидкість поршня.

Знаючи закон зміни швидкості руху поршня з кривошипним приводом, отримаємо вираз для визначення миттєвого об'єму рідини, що подається:

Q_мг = F · u =  F · r · ω · sinα.

Так як права частина отриманого виразу відрізняється від швидкості u тільки постійним множником F, то зміна подачі наcoca протягом ходу поршня може бути графічно зображено також синусоїдою (рис. 3, а), причому ординати її будуть зображувати миттєві подачі рідини.

Рис.3. Подача рідини поршневими насосами

Насос подвійної дії

За один оборот кривошипа насоса рідина витісняється в напірний трубопровід двічі. Якщо не враховувати обсягу штока в одній з порожнин насоса, то графік подачі рідини буде утворений двома позитивними частинами двох синусоїд (рис. 3, б).

Двоциліндровий насос подвійної дії

Кривошипи двоциліндрових насосів подвійної дії зміщені на 90 ° по відношенню один до одного. Графік подачі насосом рідини буде утворений чотирма синусоїдами (рис. 3, в). Характерно, що нульових значень подачі насоса за повний оборот валу насоса при цьому немає, тобто рідина надходить у нагнітальний трубопровід безперервно.

Трициліндровий насос одинарної дії

Кривошипи насоса розташовані під кутом 120 º один по відношенню до іншого, тому сумарна подача всіх трьох циліндрів характеризуватиметься графіком, отриманим в результаті складання трьох синусоїд, зрушених на 120 º по відношенню один до одного.

Нерівномірна подача

Найважливіший показник, що характеризує насос об'ємної дії, - ступінь нерівномірності його подачі, що відображає відношення максимальної подачі до середньої за один оборот кривошипа. Ступінь нерівномірності m може бути визначена як відношення максимальної ординати графіка Qmaх до висоти прямокутника, рівновеликого за площею до цих графіками Qср (див. рис. 3).

Для одноциліндрового насоса одинарної дії:

тобто максимальна подача перевищує середню в 3,14 рази.

Нерівномірна подача рідини призводить до пульсації її потоку у всмоктуючому і нагнітальному трубопроводах , збільшуючи навантаження на привід насоса.

Нерівномірність подачі насосів подвійної дії і з великим числом циліндрів визначається аналогічним чином . Коефіцієнт нерівномірності подачі рідини для деяких насосів має наступні значення :

Одноциліндровий насос одинарної дії .......................... 3,14

Одноциліндровий насос подвійної дії ............................ 1,57

Двоциліндровий насос подвійної дії .............................. 1,1

Трициліндровий насос одинарної дії ............................. 1,047

П'ятициліндровий насос одинарної дії .......................... 1,021

Поршневі насоси з непарною кількістю циліндрів досконаліші, оскільки забезпечують більш рівномірну подачу рідини. Збільшення числа циліндрів більше трьох нераціонально, оскільки досягається ефект незначний, а конструкція насоса різко ускладнюється.

3. Поршневі насоси, що застосовуються у системах гідроприводу: радіально-поршневі ,

аксіально-поршневі, ексцентрикові. Їх будова, принцип дії. Визначення основних параметрів.

Радіально-поршневі насоси

Радіально-поршневі гідронасоси застосовують при порівняно високих тисках (10 МПа і вище). За принципом дії радіально-поршневі гідромашини діляться на одно-, двох-і багаторазового дії. У машинах однократного дії за один оборот ротора поршні здійснюють одне зворотно-поступальний рух.

Відео. Принцип роботи радіально-поршневого насоса

Схема радіально-поршневого насоса однократного дії наведена на рис.4. Робочими камерами в насосі є радіально розташовані циліндри, а витіснювачами - поршні. Ротор (блок циліндрів) 1 на ковзної посадці встановлений на вісь 2, яка має два канали 3 і 4 (один з'єднаний з гідролінією всмоктування, інший - з напірної гідролінією). Канали мають вікна 5, якими вони можуть з'єднуватися з циліндрами 6. Статор 7 по відношенню до ротора розташовується з ексцентриситетом.

Рис.4. Схема радіально-поршневого насоса однократного дії

Ротор обертається від приводного вала через муфту 8. При обертанні ротора в напрямку, вказаному на рис.4. стрілкою, поршні 9 спочатку висуваються з циліндрів (відбувається всмоктування), а потім всуваються (нагнітання). Відповідно робоча рідина спочатку заповнює циліндри, а потім поршнями витісняється звідти в канал 4 і далі в напірну лінію гідросистеми. Поршні висуваються і притискаються до статора відцентровою силою або примусово (пружиною, тиском робочої рідини чи іншим шляхом).

Подача радіально-поршневого насоса

де d - діаметр циліндра; е - ексцентриситет; z - число поршнів.

У серійних конструкціях радіально-поршневих насосів число поршнів приймається непарних (найчастіше z = 7 або z = 9). Число рядів циліндрів для збільшення подачі може бути збільшено від 2 до 6. Подача радіально-поршневого насоса з кратністю дії i і числом рядів m підраховується за формулою

де h - хід поршнів.

У верстатобудуванні застосовують регульовані радіально-поршневі насоси одноразового дії типу НП, які випускають з максимальною подачею до 400 л / хв і тиском до 200 МПа.

На рис.5 представлений радіально-поршневий насос однократного дії типу НП з чотирма рядами циліндрів, який складається з корпусу 1 і кришки 25, усередині яких розміщені всі робочі елементи насоса: ковзний блок 10 з кришкою 24, обойма 9 з кришкою 3 і реактивним кільцем 6, ротор 8 з радіально розташованими циліндрами, поршні 7, розподільна вісь 11, на якій на ковзної насадці встановлені ротор, приводний вал 20 і муфта. Ковзний блок може переміщатися по напрямних 15, завдяки чому досягаються зміна ексцентриситету, а отже, і подача насоса. Величина ексцентриситету обмежується покажчиком 19. Обойма обертається в двох підшипниках 12, а приводний вал - в підшипниках 14. Розподільна вісь має канали з отворами, через які відбуваються всмоктування і нагнітання. Муфта складається з фланця 2, встановленого на шліцах приводного вала проміжного кільця 5 і чотирьох роликів 4, через які крутний момент віддається від фланця до ротора. Для виключення витоків робочої рідини по валу служить ущільнення 21. Витоку по каналу 17 відводяться в корпус насоса, а з нього через отвір 13 в дренажну гідролінію.

Рис.5. Радіально-поршневий насос однократного дії типу НП

Насос працює таким чином. При обертанні ротора поршні під дією відцентрової сили висуваються з циліндрів і притискаються до реактивних кільцям обойми. При цьому якщо між ротором і обоймою є ексцентриситет, то поршні, крім обертального, будуть здійснювати і зворотно-поступальні (в радіальному напрямку) руху. Зміна ексцентриситету викликає відповідну зміну ходу поршнів і подачі насоса. Разом з ротором в обертання втягується обойма, що обертається в своїх підшипниках. Така конструкція дозволяє зменшити сили тертя і підвищити ККД гідромашини.

Для радіально-поршневих машин, що працюють в режимі гідромотора, крутний момент можна визначити за формулою

де m - число рядів циліндрів;

i - кратність ходу поршнів;

h - величина ходу поршнів.

Аксіально-поршневі насоси

Аксіально-поршневі гідромашини знайшли широке застосування в гідроприводу, що пояснюється низкою їх переваг: менші радіальні розміри, маса, габарит і момент інерції обертових мас; можливість роботи при великому числі оборотів; зручність монтажу і ремонту.

Відео. Аксіально-поршневий насос, будова, принцип роботи

Аксіально-поршневий насос складається з блоку циліндрів 8 (рис.6) з поршнями (плунжерами) 4, шатунів 7, наполегливого диска 5, розподільного пристрою 2 і ведучого вала 6.

Рис.6. Принципові схеми аксіально-поршневих насосів:

1 і 3 - вікна; 2 - розподільний пристрій; 4 - поршні; 5 - диск; 6 - ведучий вал; 7 - шатуни; 8 - блок циліндрів

а - з силовим карданом; б - з несиловим карданом; в - з точковим дотиком поршнів; г - безкарданного типу.

Під час роботи насоса при обертанні вала приходить в обертання і блок циліндрів. При похилому розташуванні упорного диска (див. рис.6, а, в) або блоку циліндрів (див. рис.6, б, г) поршні, крім обертального, здійснюють і зворотно-поступальні аксіальні руху (уздовж осі обертання блоку циліндрів). Коли поршні висуваються з циліндрів, відбувається всмоктування, а коли всуваються - нагнітання. Через вікна 1 і 3 в розподільчому пристрої 2 циліндри поперемінно з'єднуються то із всмоктуючою, то із напірною гідролініями. Для виключення з'єднання всмоктуючої лінії з напірної блок циліндрів щільно притиснутий до розподільного пристрою, а між вікнами цього пристрою є ущільнювальні перемички, ширина яких b більше діаметру d _до отвору сполучних каналів у блоці циліндрів. Для зменшення гідравлічного удару при переході циліндрами ущільнених перемичок в останніх зроблені дросельні канавки у вигляді невеликих вусиків, за рахунок яких тиск рідини в циліндрах підвищується рівномірно.

Робочими камерами аксіально-поршневих насосів є циліндри, аксіально розташовані відносно осі ротора, а витіснювачами - поршні. По виду передачі руху витискувачів аксіально-поршневі насоси підрозділяються на насоси з похилим блоком (див. рис.3.8, б, г) і з похилим диском (див. рис.6, а, в). Відомі конструкції аксіально-поршневих насосів виконані по чотирьох різних принциповими схемами.

Насоси з силовим карданом (див. рис.6, а) привідний вал з'єднаний з похилим диском силовим карданом, виконаним у вигляді універсального шарніра з двома ступенями свободи. Поршні з'єднуються з диском шатунами. При такій схемі крутний момент від приводить двигуна передається блоку циліндрів через кардан і похилий диск. Початкове притиснення блоку циліндрів розподільного пристрою забезпечується пружиною, а під час роботи насоса тиском рідини. Передача крутного моменту блоку циліндрів необхідна для подолання сил тертя між торцем блоку циліндрів і розподільним пристроєм.

У насосах з подвійним несиловим карданом (див. рис.6, б) кути між віссю проміжного валу і осями ведучого і веденого валів беруть однаковими і рівними 1 = 2 = / 2. За такої схеми обертання ведучого і веденого валів буде практично синхронним, а кардан повністю розвантаженим, так як крутний момент від приводить двигуна передається блоку циліндрів через диск 5, що виготовляється заодно з валом 6.

Насоси з точковим дотиком поршнів похилого диска (див. рис.6, в) мають найбільш просту конструкцію, оскільки тут немає шатунів і карданних валів. Однак для того, щоб машина працювала в режимі насоса, необхідно примусово висунення поршнів з циліндрів для притиснення їх до опорної поверхні похилої диска (наприклад, пружинами, поміщеними в циліндрах). За такою схемою найчастіше виготовляють гідромотори типу Г15-2 (рис.7). Ці машини випускаються невеликої потужності, тому що в місцях контакту поршнів з диском створюється висока напруга, яке обмежує тиск рідини.

Рис.7. Аксіально-поршневий гідромотор типу Г15-2:

1 - вал; 2 - манжета; 3 - кришка, 4, 9 - корпус; 5, 16 - підшипник; 6 – радіально-упорний підшипник; 7 - барабан;

8 - повідець; 10 - ротор; 11 - пружини; 12 - дренажний отвір; 13 - розподільний пристрій; 14 - напівкільцеві пази;

15 - отвір напірний; 17 - поршні; 18 - шпонка; 19 – штовхач.

Аксіально-поршневі машини безкарданного типу (див. рис.6, г) блок циліндрів з'єднується з ведучим валом через шайбу і шатуни поршнів. У порівнянні з гідромашинами з карданною зв'язком машини безкарданного типу простіше у виготовленні, надійніші в експлуатації, мають менший габарит блоку циліндрів. За даною схемою вітчизняної промисловістю випускається більшість аксіально-поршневих машин серії 200 і 300 (рис.8).

Рис.8. Аксіально-поршневий гідромотор типу Г15-2:

1 - вал; 2 - манжета; 3 - кришка, 4, 9 - корпус; 5, 16 - підшипник;

6 - радіально завзятий підшипник; 7 - барабан; 8 - повідець; 10 - ротор;

11 - пружини; 12 - дренажний отвір; 13 - розподільний пристрій;

14 - напівкільцеві пази; 15 - отвір напірне; 17 - поршні; 18 - шпонка; 19 – штовхач.

Структура умовного позначення аксіально-поршневих машин серій 200 і 300 наведена на рис.9.

Рис.9. Структура умовного позначення аксіально-поршневих гідромашин серій 200 і 300

Подача (витрата) аксіально-поршневий гідромашини залежить від ходу поршня, який визначається кутом γ нахилу диска або блоку циліндрів (γ <25). Якщо конструкція гідромашини в процесі її експлуатації допускає зміну кута γ, то такі машини регульовані. При зміні кута нахилу шайби або блоку циліндрів з + γ до - γ досягається реверсування напрямку потоку рідини або обертання ротора гідромашини.

Подачу для машин з безшатунного приводом визначають за формулою:

а для машин з шатунним приводом

де d - діаметр циліндра; D і D - діаметр кола, на якій розташовані центри кіл циліндрів або закріплені шатуни на диску; D tg γ і D 'sin γ - хід поршня при повороті блоку циліндрів на 180; z - число поршнів (z = 7, 9, 11).

Крутний момент аксіально-поршневого гідромотора визначають за формулою:

4. Роторні гідронасоси. Шестеренчасті, пластинкові, гвинтові.

Їх будова, принцип дії, визначення робочого об’єму і подачі.

Гідравлічні машини шестеренчастого типу

Рис.10. Шестеренний насос із зовнішнім зачепленням: Drive Gear — ведуча шестерня; Idler Gear — ведене зубчасте колесо; Seal — ущільнення; Drive Shaft — ведучий вал; Pressure Port — вихідний отвір, який сполучений з порожниною нагнітання; Suction Port — всмоктуючий отвір, який поєднується з порожниною всмоктування.

Шестеренні гідромашини виготовляються із зовнішнім і внутрішнім зачепленням (одним з варіантів останнього є героторна гідромашина із спеціальним трохоїдальним зачепленням). Гідромашини з внутрішнім зачепленням компактніші, але через складність виготовлення застосовуються рідко. Іноді для зниження шумності і нерівномірності подачі застосовують шестерні з косими зубами.

Шестеренна гідромашина із зовнішнім зачепленням Шестеренна гідромашина з внутрішнім зачепленням

Принцип роботи шестеренної гідромашини з внутрішнім зачепленням Геороторна гідромашина

Шестеренчасті машини в сучасній техніці знайшли широке застосування. Їх основною перевагою є конструкційна простота, компактність, надійність в роботі і порівняно високий ККД. У цих машинах відсутні робочі органи, піддані дії відцентрової сили, що дозволяє експлуатувати їх при частоті обертання до 20 с ^-1.У машинобудуванні шестеренні гідромашини застосуються в системах з дросельним регулюванням.

Відео. Шестеренчастий насос - будова, принцип роботи

Шестеренчасті насоси. Основна група шестеренних насосів складається з двох прямозубих шестерень зовнішнього зачеплення (рис.3.1, а). Застосовуються також і інші конструктивні схеми, наприклад, насоси з внутрішнім зачепленням (рис.3.1, б), трьох- і більше шестеренчасті насоси (рис.3.1, в).

Рис.11. Схеми шестеренних насосів:

а - із зовнішнім зачепленням; б - з внутрішнім зачепленням; в – тришестеренчасті.

Шестеренний насос із зовнішнім зачепленням (рис.3.1, а) складається з провідної 1 і веденої 2 шестерень, розміщених з невеликим зазором в корпусі 3. При обертанні шестерень рідина, що заповнила робочі камери (міжзубовий простір), переноситься з порожнини всмоктування 4 в порожнину нагнітання 5. З порожнини нагнітання рідина витісняється в напірний трубопровід.

У загальному випадку подача шестерня насоса визначається за формулою

де k - коефіцієнт, для некоррігірованних зубів k = 7, для корегований зубів k = 9,4; D - діаметр початкового кола шестерні; z - число зубів; b - ширина шестерень; n - частота обертів ведучого вала насоса; η _об - об'ємний ККД.

Шестеренний насос в розібраному стані представлений на рис.12. Шестеренний насос складається з корпусу 8, виконаного з алюмінієвого сплаву, усередині якого встановлені підшипниковий блок 2 з ведучою 1 і веденої 3 шестернями і ущільнюючий блок 5, що представляє собою іншу половину підшипника. Для радіального ущільнення шестерень в центральній частині ущільнюючого блоку є дві сегментні поверхні, що охоплюють з встановленим зазором зуби шестерень. Для торцевого ущільнення шестерень служать дві підтискні пластини 7, що встановлюються в спеціальні пази ущільнюючого блоку з обох сторін шестерень. У підтискної пластинах і в лівій частині ущільнюючого блоку є фігурні поглиблення під гумові прокладки 6. Тиском рідини з порожнини нагнітання пластини 7 притискаються до торців шестерень, завдяки чому автоматично компенсується зазор, а витоку залишаються практично однаковими при будь-якому робочому тиску насоса. Ведуча і ведена шестерні виконані заодно з цапфами, що спираються на підшипники ковзання підшипникового і ущільнюючого блоків. Одна з цапф провідної шестерні має шліци для з'єднання з валом приводить двигуна. Насос закривається кришкою 4 з ущільнювальним гумовим кільцем 9. Приводний вал насоса ущільнений гумовою манжетою, закріпленої спеціальними кільцями в корпусі насоса.

Рис.12. Шестеренний насос НШ-К і його складові елементи

Шестеренні насоси з внутрішнім зачепленням складні у виготовленні, але дають більш рівномірну подачу і мають менші розміри. Внутрішня шестерня 1 (див. рис.11, б) має на два-три зуба менше, ніж зовнішня шестерня 2. Між внутрішньою і зовнішньою шестернями мається серпоподібна перемичка 3, що відокремлює порожнину всмоктування від напірної порожнини. При обертанні внутрішньої шестерні рідина, що заповнює робочі камери, переноситься в напірну порожнину і витісняється через вікна в кришках корпусу 4 в напірний трубопровід.

На рис.11, в наведена схема тришестерінчастого насоса. У цьому насосі шестерня 1 ведуча, а шестерні 2 і 3 - ведені, порожнини 4 - усмоктувальні, а порожнини 5 - напірні. Такі насоси вигідно застосовувати в гідроприводу, в яких необхідно мати дві незалежні напірні гідролінії.

Рівномірність подачі рідини шестерня насосом залежить від числа зубів шестерні і кута зачеплення. Чим більше зубів, тим менше нерівномірність подачі, однак при цьому зменшується продуктивність насоса. Для усунення защемлення рідини в зоні контакту зубів шестерень в бічних стінках корпусу насоса виконані розвантажувальні канавки, через які рідина відводиться в одну з порожнин насоса.

Шестерінчасті гідромотори. Робота шестеренних гідромоторів здійснюється наступним чином. Рідина з гідромагістралі (див. рис.11, а) надходить у порожнину 4 гідродвигуна і, впливаючи на зуби шестерень, створює крутний момент, рівний

де η _м - механічний ККД гідромотора.

Конструктивно шестеренчасті гідромотори відрізняються від насосів меншими зазорами в підшипниках, меншими зусиллями підтискання втулок до торців шестерень, розвантаженням підшипників від неврівноважених радіальних зусиль. Пуск гидромоторов рекомендується проводити без навантаження.

Шестерінчасті машини є оборотними, тобто можуть бути використані і як гідромотори та як насоси.

Пластинчасті насоси

Рис.13. Пластинчасті насоси

Пластинчасті насоси й гідромотори так само, як і шестеренні, прості по конструкції, компактні, надійні в експлуатації і порівняно довговічні. У таких машинах робочі камери утворені поверхнями статора, ротора, торцевих розподільних дисків і двома сусідніми витіснювачами. Ці пластини також називають лопатями, лопатками, шиберами.

Відео. Пластинчастий насос – будова і принцип дії

Пластинчасті насоси можуть бути одно-, двох-і багаторазової дії. У насосах однократного дії одному обороту валу відповідає одне всмоктування і одне нагнітання, в насосах дворазового дії - два всмоктування і два нагнітання.

Пластинчастий насос одиничної дії.

Пластинчастий насос подвійної дії.

Рис.14. Пластинчасті насоси одиничної та подвійної дії

Схема насоса одиничної дії наведена на рис.15. Насос складається з ротора 1, встановленого на приводному валу 2, опори якого розміщені в корпусі насоса. У роторі є радіальні або розташовані під кутом до радіусу пази, в які вставлено пластини 3. Статор 4 по відношенню до ротора розташований з ексцентриситетом е. До торців статора і ротора з малим зазором (0,02 ... 0,03 мм) прилягають торцеві розподільні диски 5 з серпоподібними вікнами. Вікно 6 каналами в корпусі насоса пов'язане з гідролінією всмоктування 7, а вікно 8 - з напірної гідролінією 9. Між вікнами маються ущільнювальні перемички 10, що забезпечують герметизацію зон всмоктування і нагнітання. Центральний кут, утворений цими перемичками, більше кута між двома сусідніми пластинами.

При обертанні ротора пластини під дією відцентрової сили, пружин або під тиском рідини, що підводиться під їх торці, висуваються з пазів і притискаються до внутрішньої поверхні статора. Завдяки ексцентриситету обсяг робочих камер спочатку збільшується - відбувається всмоктування, а потім зменшується - відбувається нагнітання. Рідина з лінії всмоктування через вікна розподільних дисків спочатку надходить у робочі камери, а потім через інші вікна витісняється з них в напірну лінію.

При зміні ексцентриситету е змінюється подача насоса. Якщо е = 0 (ротор і статор розташовані співвісно), пластини не здійснюватимуть зворотно-поступальних рухів, обсяг робочих камер не буде змінюватися, і, отже, подача насоса буде дорівнювати нулю. При зміні ексцентриситету змінюється напрямок потоку робочої рідини (лінія 7 стає нагнітальною, а лінія 9 - всмоктуючою). Таким чином, пластинчасті насоси одинарної дії в принципі регульовані і оборотні.

Рис.15. Схема пластинчастого насоса односторонньої дії:
1 - ротор; 2 - приводний вал, 3 - пластини; 4 - статор;
5 - розподільний диск; 6, 8 - вікна; 7 - гідролінія всмоктування; 9 - гідролінія нагнітання




Рис.16. Схема пластинчастого насоса подвійної дії:
1 - ротор; 2 - приводний вал, 3 - пластини; 4 - статор;
5 - розподільний диск; 6, 8 - вікна; 7 - гідролінія всмоктування; 9 - гідролінія нагнітання.

Число пластин z може бути від 2 до 12. Із збільшенням числа пластин подача насоса зменшується, але при цьому збільшується її рівномірність.

У насосах подвійної дії (рис.16) ротор 1 і 2 статор співвісні. Ці насоси мають по дві симетрично розташовані порожнини всмоктування і порожнини нагнітання. Таке розташування зон врівноважує сили, що діють з боку робочої рідини, і розвантажує приводний вал 2, який буде навантажений тільки крутним моментом. Для більшої врівноваженості число пластин 3 в насосах подвійної дії приймається парним. Торцеві розподільні диски 5 мають чотири вікна. Два вікна 6 каналами в корпусі насоса з'єднуються з гідролінією всмоктування 7, інші два 8 - з напірної гідролінією 9. Так само як і в насосах одноразової дії, між вікнами маються ущільнювальні перемички 10. Для герметизації зон всмоктування і нагнітання повинен бути дотримано умову, при якому ε <β.

Профіль внутрішній поверхні статора виконаний з дуг радіусами R ₁ і R ₂ з центром в точці О. Пази для пластин в роторі можуть мати радіальне розташування під кутом 7 ... 15 до радіусу, що зменшує тертя і виключає заклинювання пластин. Насоси з радіальним розташуванням пластин можуть бути реверсивними.

Рис.17. Робочий комплект пластинчастого насоса подвійної дії Г12-2М:
1, 7 - розподільчі диски; 3 - статор; 4 - ротор; 5 - пластини;
6, 8 - вікна напірної порожнини; 2, 12 - вікна всмоктуючої порожнини; 9 - штифт;
10 - внутрішня поверхня статора; 11 – отвір.

Розглянемо ще раз будову та принцип роботи пластинчастого насоса подвійної дії на прикладі насоса Г12-2М. Основними деталями насоса є корпус з кришкою, приводний вал з підшипниками і робочий комплект (рис.17), що складається з розподільних дисків 1 і 7, статора 3, ротора 4 і пластин 5. Диски і статор, зафіксовані в кутовому положенні відносно корпусу штифтом 9, притискаються один до одного пружинами (не показані), а також тиском масла в напірної лінії. При обертанні ротора 4, пов'язаного через шлицевое з'єднання з приводним валом, в напрямку стрілки, пластини 5 відцентровою силою і тиском масла, підведеного в отвори 11, притискаються до внутрішньої поверхні 10 статора 3, що має форму овалу, і, отже, здійснюють зворотно -поступальний рух в пазах ротора.

Під час руху пластин від точки А до точки В і від точки С до точки D обсяги камер, утворених двома сусідніми пластинами, внутрішньою поверхнею статора, зовнішньою поверхнею ротора і торцевими поверхнями дисків 1 і 7, збільшуються, і масло заповнює робочі камери через вікна 2 і 12 диска 1, пов'язані з всмоктуючої лінією. При русі в межах ділянок ВС і D А обсяги камер зменшуються, і масло витісняється в напірну лінію гідросистеми через вікна 6 і 8 диска 7. Оскільки зони нагнітання (НД і DА) і всмоктування (АВ і CD) розташовані діаметрально щодо ротора, на нього не діють радіальні зусилля, що позитивно позначається на довговічності підшипників приводного валу.

Подачу пластинчастого насоса подвійної дії визначають за формулою

де b - ширина ротора; R ₁ і R ₂ - радіуси дуг, що утворюють профіль внутрішньої поверхні статора; t - товщина платин; z - число пластин; α - кут нахилу пластин до радіусу.

Пластинчасті гідромотори можуть бути також одно-, двох- і багаторазової дії. Пластинчасті гідромотори від пластинчастих насосів відрізняються тим, що в їх конструкцію включені пристрої, що забезпечують постійне притискання пластин до статорного кільця.

При підводі до машини рідини на робочу поверхню пластин діє сила, яка створює крутний момент на валу гідромотора, який для гідромоторів однократного дії визначається за формулою:

а для гідромоторів подвійної дії

Гідромотори подвійної дії так само, як і насоси подвійної дії, нерегульовані.

Надійність і термін служби пластинчастих гідромашин залежать від матеріалу пластин і статорного кільця. Щоб уникнути відпустки матеріалу пластин через нагрівання від ренію про статорна кільце пластини виготовляють із сталі з високою температурою відпустки. Статорна кільце цементується і гартується. Ротор виготовляють із загартованої хромової сталі, а торцеві розподільні диски з бронзи.

Гвинтовий насос— об'ємний насос з робочими ланками у вигляді гвинтів, що обертаються в нерухомій обоймі (роторний насос, в якому витискним елементом служить гвинт). Гвинтовий насос — роторно-обертальний насос з переміщенням рідкого середовища уздовж осі обертання робочих органів (різновид шнекової машини).

Рис.18. Гвинтовий насос

Класифікація

Залежно від кількості гвинтів розрізняють одногвинтові, двогвинтові, тригвинтові та багатогвинтові насоси.

Найпоширенішими є тригвинтові насоси з двозахідними гвинтами. Вони складаються з трьох гвинтових роторів, середній з яких є ведучим, а два бокових — веденими, ущільнювачами ведучого гвинта. При обертанні гвинтів їхні нарізки, взаємно замикаючись, відсікають у западинах певну кількість рідини та переміщують її уздовж осі обертання.

Характеристики

Характеризуються високим к.к.д. (0,8 — 0,85) в широкому діапазоні навантажень.

Основні параметри:

Робочий об'єм від 15 до 3500 см³.

Робочий тиск до 20 МПа.

Діапазон частот обертання 1000…3500 хв⁻¹.

Двогвинтові насоси звичайно виготовляють на відносно невеликі витрати рідини при тиску до 1 МПа. В одногвинтовому насосі замкнена камера утворена гвинтом та нерухомою обоймою.

Застосування

У гірничій промисловості знаходять застосування для відкачування забрудненої води, очищення водозбірників, у технологічних схемах водовугільного палива. Гвинтові насоси, які серійно виготовляють на подачу 500–600 м³/год при тиску до 3 МПа, використовують, зокрема, для перекачування високов'язкої нафти, а також на нафтових родовищах в умовах низьких температур.

5. Гідродвигуни. Класифікація гідродвигунів. Силові гідроциліндри, їх призначення, будова

і принцип дії. Визначення зусилля, що розвиває гідроциліндр та швидкості руху штока.

Гідравлі́чний двигун (гідродвигун) — гідравлічна машина, що перетворює механічну енергію рідини на механічну енергію веденої ланки (вала, штока та ін.).

об'ємні гідравлічні двигуни, котрі діють від гідростатичного напору в результаті наповнення рідиною робочих камер і переміщення витискачів (під витискачем розуміється робочий орган, що безпосередньо здійснює роботу в результаті дії на нього тиску рідини, виконаний у вигляді поршня, пластини, зуба шестерні тощо).

Гідроциліндр  - об'ємний гідродвигун зі зворотно-поступальним рухом вихідної ланки. Основним видом гідроциліндра є гідроциліндр поршневого типу. Часто до групи гідроциліндрів відносять, також, плунжерні, мембранні і сильфонні гідро- (пневмо-) двигуни.

Поршневий гідроциліндр двосторонньої дії з одностороннім штоком

Гідроциліндри поршневого типу

Гідроциліндр односторонньої дії	Висунення штока здійснюється за рахунок створення тиску в поршневій порожнині при подачі робочої рідини, а повернення в початкове положення - пружиною або гравітаційною силою. Зусилля, що створюється гідроциліндрами з пружиною, за інших рівних умов менше від зусилля, створюваного гідроциліндрами двосторонньої дії, за рахунок того, що при прямому ході штока необхідно долати зусилля стиснутої пружини.
Гідроциліндр двосторонньої дії	Як при прямому, так і при зворотному ході поршня, зусилля на штоку гідроциліндра створюється за рахунок створення тиску, відповідно, у поршневій або штоковій порожнині. Слід мати на увазі, що при прямому ході поршня зусилля на штоку дещо більше, а швидкість руху штока менша, ніж при зворотному ході - за рахунок різниці в площі, до якої прикладений тиск робочої рідини (ефективна площа). Такі гідроциліндри здійснюють, наприклад, підйом-опускання робочих органів бульдозера.
Телескопічний гідроциліндр	Такі гідроциліндри застосовуються у тому випадку, якщо при невеликих розмірах самого гідроциліндра необхідно забезпечити великий хід штока. Вони здійснюють, наприклад, підйом-опускання кузовів в багатьох самоскидах.

Рис.19. Мембранний пневмоциліндр:

1-диск мембрани; 2-робоча камера; 3-корпус; 4-шток; 5-пружина.

Мембранні пневмоциліндри (рис.19)також належать до пневмодвигунів дискретної дії з лінійним зворотно-поступальним рухом вихідної ланки - штока. У порівнянні з поршневими пневмоциліндрами вони простіші у виготовленні через відсутність точних контактних поверхонь, мають високу герметичність робочої камери, не потребують змащення і якісного очищення стиснутого повітря. Проте їм притаманні недоліки: обмеженість довжини ходу, змінне вихідне зусилля, що залежить від прогину мембрани.

Найпоширеніші мембранні пневмоциліндри односторонньої дії із зворотною пружиною. Використовуються в обладнанні, де вимагаються значні зусилля при відносно малих переміщеннях (затискування, фіксація, перемикання, гальмування тощо).

У мембранному пневмоциліндрі односторонньої дії плоска мембрана 1 защемлена по контуру між корпусом і кришкою 3. Внутрішній діаметр защемлення D називають діаметром заправлення мембрани. Оскільки не все зусилля від тиску повітря у робочій камері передається штоку, так як частина мембрани контактує з корпусом, то його розраховують за ефективною площею F_e, яка є меншою від геометричної. При малих прогинах мембрани

де d - діаметр опорного диска мембрани на штоці.

Класифікація гідроциліндрів

Гідравлічний циліндр - це об'ємний гідродвигун, в основі роботи якого лежать зворотно-поступальні рухи. Гідроциліндри за своєю суттю є об'ємними гідродвигунами, призначеними для перетворення енергії рідини в механічну енергію, що забезпечує поступальний рух. Вихідним може виступати як шток, так і корпус циліндра. Гідроциліндри працюють при високих тисках (до 32 МПа), їх виготовляють односторонньої і двосторонньої дії, з одностороннім і двостороннім штоком і телескопічні.

Гідроциліндри прямолінійної дії

Для приводу робочих органів мобільних машин найбільш широко застосовують поршневі гідроциліндри двосторонньої дії з одностороннім штоком (рис.20).

Основою конструкції є гільза 2, що представляє собою трубу з ретельно обробленою внутрішньою поверхнею. Усередині гільзи переміщається поршень 6, що має гумові манжетні ущільнення 5, які запобігають перетікання рідини з порожнин циліндра, розділених поршнем. Зусилля від поршня передає шток 3, що має поліровану поверхню. Для його напрямку служить грундбукса 8. З двох сторін гільзи укріплені кришки з отворами для підведення і відведення робочої рідини. Ущільнення між штоком і кришкою складається з двох манжет, одна з яких запобігає витоку рідини з циліндра, а інша служить грязезйомник 1. Провушина 7 служить для рухомого закріплення гідроциліндра. На нарізану частину штока кріпиться провушина або деталь, що з'єднує гідроциліндр з рухомим механізмом.

Рис.20. Гідроциліндр:
1 - грязезйомник; 2 - гільза; 3 - шток; 4 - стопорне кільце,

5 - манжета; 6 - поршень; 7 - провушина; 8 - грундбукса.

У нормалізованих циліндрів, що застосовуються в будівельних машинах, діаметр штока складає в середньому 0,5D, хід поршня не перевищує 10D. При більшій величині ходу і тисках, що перевищують 20 МПа, шток слід перевіряти на стійкість від дії поздовжньої сили.

Для зменшення втрат тиску діаметри прохідних отворів в кришках циліндра для підведення робочої рідини призначають з розрахунку, щоб швидкість рідини становила в середньому 5 м / с, але не вище 8 м / с.

Хід поршня обмежується кришками циліндра. У деяких випадку вона досягає 0,5 м / с. Жорсткий удар поршня об кришку в гідроциліндрах будівельних машин запобігають демпфери (гальмівні пристрої). Принцип з дії більшості з них заснований на замиканні невеликого об'єму рідини і перетворення енергії рухомих мас в механічну енергію рідини. Із замкненого обсягу рідина витісняється через канали малого перетину.

На рис.21. представлені типові схеми демпферних пристроїв. Пружинний демпфер (рис.21, а) являє собою пружину 1, встановлену на внутрішній стороні кришки циліндра 2, що гальмує поршень 3 в кінці ходу.

Демпфер з помилковим штоком (рис.21, б) являє собою короткий помилковий шток 1 і виточку 2 в кришці циліндра. Помилковий шток може мати конічну або циліндричну форму. Наприкінці ходу поршня рідина замикається хибним штоком в виточенні кришки циліндра і витісняється звідти через вузьку кільцеву щілину. Якщо помилковий шток виконаний у вигляді конуса, то ця щілина зменшується в міру досягнення поршнем кінця свого ходу. При цьому опір руху рідини зростає, а інерція, прискорення і швидкість руху поршня зменшуються.

Регульований демпфер з отвором (рис.21, в) за принципом дії аналогічний демпфера з помилковим штоком. Конструктивне відмінність полягає в тому, що закривалися в виточенні кришки циліндра рідина витісняється через канал 1 малого перетину, в якому встановлена голка 2 для регулювання прохідного перетину отвору.

Гідравлічний демпфер (рис.21, г) застосовується в тому випадку, коли конструкцією гідроциліндра не може бути передбачено влаштування виточки. У гідравлічному демпфері в кінці ходу поршня стакан 1 впирається в кришку циліндра, а рідина витісняється з порожнини 2 через кільцевий зазор між склянкою 1 і поршнем 3. Пружина 4 повертає стакан у вихідне положення при холостому ході поршня.

Рис.21. Принципові схеми демпферів:
а - пружинний демпфер; б - демпфер з помилковим штоком;
в - демпфер регульований з отвором; г - гідравлічний демпфер.

Відео. Гідроциліндр – будова і принцип роботи

Розрахунок гідроциліндрів

Основними параметрами поршневого гідроциліндра є: діаметри поршня D і штока d, робочий тиск P, і хід поршня S.
Розглянемо поршневий гідроциліндр з одностороннім штоком (рис.22). За основними параметрами можна визначити наступні залежності:

площа поршня в поршневий порожнини 1 і в штоковій порожнини 2 відповідно

зусилля, що розвивається штоком гідроциліндра при його висуванні і втягуванні відповідно

де k _тр = 0,9 ... 0,98 - коефіцієнт, що враховує втрати на тертя;

швидкості переміщення поршня

Рис.22. Основні та розрахункові параметри гідроциліндра

Розрахунки на міцність. Розрахунками міцності визначають товщину стінок циліндра, товщину кришок (головок) циліндра, діаметр штока, діаметр шпильок або болтів для кріплення кришок.

Залежно від співвідношення зовнішнього D _Н і внутрішнього D діаметрів циліндри підрозділяють на товстостінні і тонкостінні. Товстостінними називають циліндри, у яких D _Н / D> 1,2, а тонкостінними - циліндри, у яких D _Н / D 1,2.

Товщину стінки одношарового товстостінного циліндра визначають за формулою:

де P _у - умовний тиск, рівне (1,2 ... 1,3) P; [σ] - допустиме напруження на розтяг, Па; μ - коефіцієнт поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона), рівний для чавуну 0, для сталі 0,29; для алюмінієвих сплавів 0,26 ... 0,33; для латуні 0,35.

Товщину стінки тонкостінного циліндра визначають за формулою:

До визначеної за формулами товщині стінки циліндра додається припуск на обробку матеріалу. Для D = 30 ... 180 мм припуск приймають рівним 0,5 ... 1 мм.

Товщину кришки циліндра визначають за формулою:

де d _к - діаметр кришки.

Діаметр штока, що працює на розтягування і стиснення відповідно

де [σр] і [σ с] - допустимі напруги на розтягування і стиснення штока.

Штоки, довжина яких більше 10 діаметрів ("довгі" штоки), що працюють на стиск, розраховують на поздовжній вигин за формулою Ейлера



де σ _кр - критичне напруження при поздовжньому згині; f - площа поперечного перерізу штока.

Діаметр болтів для кріплення кришок циліндрів

де n - число болтів.

6. Поворотні гідродвигуни. Призначення, будова і принцип дії. Роторні гідродвигуни (гідромотори).

Принцип зворотності роторних гідронасосів і гідродвигунів. Визначення крутного моменту,

потужності і частоти обертання роторних гідродвигунів.

Поворотний гідродвигун — гідравлічна машина, призначена для перетворення гідравлічної енергії в механічну та для надання робочому органу зворотно-повертально-обертального руху на кут, менший за 360°.

Конструкції поворотних гідродвигунів

За конструктивним виконанням бувають:

Шиберні (одно-, дво- або тришиберні) поворотні гідродвигуни.

Поршневі (кривошипно-шатунні, гвинтові та рейко-шестеренні) поворотні двигуни.

Шиберні поворотні гідродвигуни

Шиберний поворотний гідродвигун складається з корпусу (статора) усередині якого може повертатись в підшипниках ротор — вал з шибером. Одношиберний поворотний двигун має кут повороту зазвичай до 270°. Недолік конструкції — опори вала навантажені однобічною силою тиску рідини, що приводить до нерівномірного зношування та та зниження к.к.д. У двошиберному поворотному гідродвигуні сили тиску, що діють на вал, спрямовані діаметрально і урівноважуються, розвантажуючи його опори, але кут повороту значно зменшується (близько 150°) при одночасному збільшенні крутного моменту на валу гідродвигуна.

Рис.23. Двошиберний поворотний гідродвигун: фіолетовим кольором показано

порожнину високого тиску, зелено-голубим — порожнина низького тиску.

Крутний момент (М) на валу шиберного поворотного гідродвигуна та його кутова швидкість (ω) залежить від різниці тисків в напірній і зливній гідролініях, від різниці діаметрів ротора і статора та довжини і числа пластин шибера:

де:

 — довжина пластини шибера,

 — перепад тиску між порожнинами високого і низького тисків,

 — радіус внутрішньої поверхні статора,

 — радіус валу ротора,

 — число пластин,

 — об'ємна витрата рідини, що проходить через гідродвигун.

Поршневі поворотні гідродвигуни

За методом перетворення поступального руху штока гідроциліндра у поворотний рух поршневі поворотні гідродвигуни бувають: кривошипно-шатунні, гвинтові та рейково-шестеренні. Найпоширенішими є поворотні гідродвигуни з рейково-шестеренним механізмом, що використовуються в механізмах ротації промислових роботів, в приводах поворотних столів металорізальних верстатів, а також платформ і конвеєрів підйомно-транспортних механізмів.

Умовна графічна познака поворотного гідродвигуна

Поворотний гідродвигун двосторонньої дії з рейково-шестеренною передачею

Кут повороту вала в приводах рейково-шестеренною передачею звичайно не перевищує 360°. У конструкції поршні двох гідроциліндрів односторонньої дії зв'язані спільним штоком з рейково-зубчастою передачею. Крутний момент (М) та кутова швидкість (ω) рейкової шестерні з діаметром d ділильного кола визначаються за формулами:

При великих швидкостях руху (понад 0,3 м/с, а для точних верстатів 0,12 м/с) в кінці ходу ходу повинні встановлюватися гальмівні пристрої для запобігання ударам по кришках. Серед кривошипно-шатунних конструкцій поворотних гідродвигунів поршневого типу існують поворотні гідродвигуни з паралельно працюючими поршнями (кут повороту до 100°), та конструкція з гідроциліндром двосторонньої дії (кут повороту до 180°). Конструкція поршневого поворотного гідродвигуна реалізується і на основі гвинтової пари, через яку прямолінійний рух поршня перетворюється у поворотний рух за допомогою пари гвинт-гайка.

7. Ознаки та причини несправностей об’ємних гідромашин.

Правила експлуатації та безпечні умови роботи об’ємних гідромашин.

При експлуатації гідроприводу зважаючи на складність конструкції багатьох його елементів, неминуче виникають різного роду несправності, які необхідно вчасно визначати і усувати. У таблиці наводяться основні неполадки в гідросистемах машин, їх причини та способи усунення.

№ п / п	Неполадки	Можливі причини	Спосіб усунення
1	Насос не подає рідину в систему	Неправильний напрямок обертання вала насоса У баку мало робочої рідини Засмітився всмоктуючий трубопровід Підсмоктування повітря у всмоктувальній трубі Поломка насоса Велика в'язкість рідини Засмітився демпфер переливного клапана	Змінити обертання вала Долити рідину до відмітки мастиловказівника Прочистити трубопровід Підтягнути з'єднання Усунути пошкодження або замінити насос Замінити рідину Промити клапан і прочистити демпферний отвір
2	Насос не створює тиску в системі	Насос не подає рідину в систему Великий знос насоса (внутрішні витоку великі) Великі зовнішні витоки по валу через корпус насоса Великі внутрішні витоки в гідросистемі "Завис" золотник запобіжного клапана або не "сів" на сідло переливний клапан Зменшення в'язкості олії внаслідок його нагрівання (зазвичай вище 50 С)	Див пункт 1 Перевірити продуктивність насоса на холостому ходу і під навантаженням. При об'ємному ККД нижче паспортного замінити насос. Замінити ущільнення. Перевірити, чи немає раковин, тріщин і т.д. При їх виявленні замінити насос Замінити ущільнення. Перевірити вузли гідросистеми на герметичність і відремонтувати Розібрати і промити клапан, перевірити стан демпфера, пружини, кульки і його сідла Поліпшити умови охолодження масла
3	Шум і вібрація в системі	Великий опір у всмоктуючому трубопроводі Мала пропускна здатність фільтра або він засмітився Підсмоктування повітря у всмоктувальній трубі Засмітився сапун в баку Вібрація клапана Різка зміна прохідного перетину трубопроводів Нежорстке кріплення трубопроводів	Збільшити прохідний перетин труб Замінити фільтр або промити його Підтягнути з'єднання Прочистити сапун Розібрати і перевірити демпфіруючі канали Збільшити і виправити прохідні перетини трубопроводів Закріпити трубопроводи
4	Нерівномірний рух робочих органів	Наявність повітря в гідросистемі Тиск настроювання запобіжного клапана близько до тиску, необхідного для руху робочих органів Механічне заїдання рухомих частин гідроциліндра Нерівномірна подача масла насосом. Шум і стукіт в насосі внаслідок поломки однієї з лопаток або плунжера	Випустити повітря із системи Налаштувати запобіжний клапан на тиск на 0,5 ... 1,0 МПа більше, ніж тиск, необхідний для руху робочих органів Відремонтувати гідроциліндр Замінити насос
5	Різке зменшення швидкості руху при зростанні навантаження	Великі внутрішні чи зовнішні витоки в елементах гідросистеми Регулятор швидкості заїдає у відкритому положенні Запобіжні і перепускні клапани відрегульовані на низький тиск	Див пункт 2 Розібрати регулятор швидкості, перевірити справність пружини і плавність переміщення золотника. Усунути дефекти, промити і зібрати регулятор. Настроїти запобіжні та перепускні клапани
6	Поступове зменшення швидкості руху робочого органу	Забруднення робочої рідини Засмічення фільтрів, дроселів та інших апаратів системи. Облітерація (заростання) щілин дроселя Зносилися ущільнюючі поверхні гідроагрегатів або знизилася в'язкість робочої рідини	Замінити рідину і промити гідросистему Промити апаратуру Збільшити мінімальне відкриття дроселя або встановити дросель з меншою мінімальною витратою. Замінити зношені гідроагрегати або замінити робочу рідину
7	Підвищений тиск в нагнітальному лінії при холостому ході	Підвищилися втрати тиску в системі через неправильний вибір апаратури, зменшеного прохідного перетину трубопроводів, а також у результаті неякісного монтажу Засмітився канал управління переливним клапаном розподільника Підвищені механічні опору руху робочих органів	Замінити апаратуру, встановити трубопроводи з великим прохідним перетином, виключити зайві вигини, з'єднання і т.п. Прочистити канали розподільника Усунути недоліки конструкції, відремонтувати штоки циліндрів і т.п.
8	Підвищений нагрів масла в системі	Підвищені втрати тиску в трубопроводах і гідроапаратурі. Поганий відвід тепла від бака і трубопроводів Насоси не розвантажується під час пауз Несправність терморегулюючої апаратури	Див пункт 7, а також поліпшити тепловідведення від бака і труб Перевірити роботу розвантажувального пристрою, усунути дефекти Усунути несправність
9	Зворотний клапан пропускає рідину при зміні напрямку потоку	Клапан не прилягає сідла. Дефект робочих крайок клапана або сідла. Зламалася пружина клапана	Розібрати клапан, перевірити стан сідла, конуса клапана і пружини. Усунути дефекти, промити і зібрати клапан
10	Запобіжний клапан не утримує тиску	Засмітився демпфер або сідло клапана. Втрата герметичності в системі дистанційного розвантаження Зносився кульку або сідло Зламалася пружина	Прочистити демпфер, промити потоком рідини Замінити кульку або сідло Замінити пружину.
11	Тиск за редукційним клапаном відсутній	Засмітився демпфер або сідло клапана Зносився кульку або сідло Зламалася пружина	Див пункт 10 Див пункт 10 Див пункт 10
12	Через дренажні отвори йдуть великі витоки	Зносилися ущільнення Зносилися робочі поверхні рухомих розподільних пристроїв	Замінити ущільнення Провести ремонт або заміну
13	Золотники з електрогідравлічним управлінням не перемикаються при включенні електромагніту	Заїдання золотника в корпусі (задир золотника). Заклинювання золотника при брудному маслі або осілої поворотній пружині. Густе масло ускладнює переміщення золотника Якоря електромагнітів не переміщаються на повну величину ходу Розклепаний кінець штовхача Засмітився дренажний отвір в золотнику	Зняти електромагніти, перевірити вручну переміщення золотника, перевірити затягування кріплення корпусу золотника, промити апарат, змінити масло Перевірити напругу в затискачах електромагніту, усунути заїдання якоря при переміщенні Замінити штовхач Розібрати, промити
14	Електромагніти гудуть і перегріваються	Див пункт 13 Занадто сильні поворотні пружини Напруга живлячого струму не відповідає номіналу Розклепаний якір електромагніту	Див пункт 13 Замінити на більш слабкі Відрегулювати напругу електроструму Переклепати якір
15	Обрив і тріщини маслопроводів з порушенням герметизації	Неприпустимі деформації гнучких рукавів Старіння і знос гнучких рукавів Резонансні коливання трубопроводів Значні піки тиску в гідросистемі	Довести конструкцію маслопроводу до ладу Замінити рукав Закріпити труби скобами Поставити перепускні клапани і демпфери. Знизити швидкість робочого органу.
16	Редукційний клапан не знижує тиску або знижує недостатньо	Регулююча пружина стиснута майже до повного прилягання витків. Золотник клапана заїдає. Засмітилася лінія відведення масла після кульки в бак. Осіла регулююча пружина. Засмітився демпферний отвір золотника. Між кулькою і сідлом потрапив бруд або пошкоджена кулька.	Розібрати клапан промити і замінити дефектні деталі
17	Швидкість подачі силового вузла мала і падає при навантаженні (регулювання за допомогою регулятора витрати)	Засмітилася щілина дроселя. Ослабла пружина вбудованого редукційного клапана або застряг золотник Підвищення витоку в насосі і гідроагрегатах Велика в'язкість масла	Розібрати і промити з заміною дефектних деталей Замінити зношені гідроагрегати Замінити масло
18	Потік масла не реверсується золотником	Заїдання золотника в корпусі внаслідок брудного масла, перетискання кріпильних болтів, поломка зворотних пружин, відсутність тиску управління Збився штовхач електромагніту золотника управління.	Розібрати і промити золотник. Послабити кріпильні болти. Підвищити тиск управління Замінити дефектні деталі
19	Масло і піна викидаються через заливну горловину маслобака або кришку вбудованого зливного фільтра	Надлишок масла в баку. Підсмоктування повітря в гідросистему Засмітився фільтр або пошкоджені ущільнення кришки фільтра	Злити частину масла Підтягнути з'єднання всмоктуючої лінії Промити фільтр і замінити ущільнення

Експлуатацію, технічне обслуговування і дрібний ремонт гідроприводів повинен виконувати персонал, який обслуговує машини. У своїй роботі обслуговуючий персонал повинен керуватись відповідними інструкціями заводів-виготовлювачів машин і гідро пристроїв. Для того щоб експлуатація і технічне обслуговування були кваліфіковані, необхідно знати будову і принцип дії гідро пристроїв та гідроприводу в цілому, уміти читати принципові гідравлічні схеми, аналізувати роботу гідроприводу і окремих його функціональних ділянок, уміти підготувати гідропривод до роботи, виявляти і усувати його несправності.

Надійність роботи гідроприводу значною мірою залежить від грамотної і кваліфікованої наладки і не менш кваліфікованої експлуатації його гідропристроїв.

Залежно від тривалості роботи під навантаженням, температури, забрудненості повітря та динамічних навантажень режими експлуатації гідроприводу поділяють на три види: легкий, середній і важкий.

Основною причиною відмов гідроприводів є забруднення робочої рідини. Так при моторесурсі насосів 9000 мотогодин і гідро розподільників 6000 мотогодин в реальних умовах роботи техніки, він зменшується втричі і більше. На відмови гідропристроїв припадає 30 – 40% причин, що зумовлюється забрудненням.

Забруднення робочої рідини відбувається під час її виробництва (2 – 4%), транспортування (14%), зберігання (20%) і заправлення (40%), що в цілому сягає 0,06 – 0,07% за масою. Слід пам’ятати, що у період експлуатації забруднення р.р. продовжує зростати. Тому через кожні 100 – 250 годин роботи необхідне очищення р.р. чи її регенерація або повна її заміна. В процесі експлуатації змінюється хімічний склад р.р., а головне властивості, що призводить до підвищення зношення робочих поверхонь деталей гідропристроїв, виходу з ладу ущільнень, зниженню ККД гідроприводу.

Перед запуском гідроприводу необхідно:

1. Перевірити наявність оливи в баці і при необхідності долити її.

2. Перевірити ступінь забрудненості фільтрів і при необхідності промити або замінити їх. Приблизні строки промивання фільтрів такі: сітчастих – 200 – 300 мотогодин; магістральних – 200 мотогодин; пластинчастих – не менше двох разів на рік.

3. Перевіряють правильність монтажу рукавів і відповідність їх стану технічним умовам, при наявності дефектів усувають їх.

4. Ретельно перевіряють надійність кріплень всіх гідропристроїв.

Запитання для самоконтролю

1. Які гідропристрої належать до гідромашин?

2. Типи насосів, що застосовують у гідроприводах?

З. Що розуміють під поняттями теоретична продуктивність насоса?

4. Принцип роботи аксіально-поршневого насоса.

5. Принцип роботи радіально-поршневого насоса.

6. Назвіть основні деталі гідроциліндра.

7. Що називається поворотним гідродвигуном?

Попередня тема

На початок

Наступна тема