Объемные гидравлические двигатели. Гидроцилиндры

 

В гидравлическом двигателе происходит преобразование энергии потока жидкости в механическую работу: подводится жидкость под давлением, а на выходе имеет место возвратно-поступательное или вращательное движение выходного звена. По характеру движения выходногозвена из объемных гидродвигателей выделяют две большие группы: гидравлические цилиндры (гидроцилиндры) и гидравлические моторы (гидромоторы).

Гидравлическим цилиндром называется объемный гидродвигатель с возвратно-поступательным движением выходного звена.

 

По направлению действия рабочей

 

жидкости          все           гидроци-линдры

подразделяют        на       две        группы:

 

одностороннего и двух-стороннего действия.

 

На рабочий орган гид-роцилиндра односто-роннего действия жидкость может оказывать давление только с одной стороны, (схема рис. а, г, д). В этихцилиндрах движение поршня в одну сторону обеспе-чивается за счет жидкости, подводимой в полость, а обратное перемещение — другим способом — за счет пружины (см. рис. а) или веса груза при вертикальном движении поршня (см. рис. д).

 

Перемещение рабочего органа гидроцилиндра двухстороннего действия в обоих направлениях обеспечивается за счет рабочей жидкости (рис. б,в). В таких гидроцилиндрах жидкостьподводится как в левую полость, так и в правую.

 

Гидроцилиндры подразделяются также по конструкции рабочего органа. Наибольшеераспространение получили гидроцилиндры с рабочим органом в виде 1 поршня или 2 плунжера, причем поршневые гидроцилиндры могут быть выполнены с односторонним (см. рис. а, б) или двухсторонним штоком (см. рис. в), а плунжерные гидроцилиндры могут быть только одностороннего действия и с односторонним штоком (см. рис. г).

 

26

По характеру хода выходного звена гидроцилиндры делятся на одноступенчатые ителескопические (многоступенчатые). Одноступенчатые гидроцилиндры-на рис. а—г. Телескопи-ческие гидроцилиндры представляют собой несколько вставленных друг в друга поршней ( на рис. д приведена схема двухступенчатого телескопического гидроцилиндра одностороннего действия). Телескопические гидроцилиндры используются при установочной длине гидроцилиндра менее требуемого хода штока. В таком гидроцилиндре поршни выдвигаются последовательно друг за другом.

 

Полный КПД гидроцилиндров определяется в первую очередь механическим КПД,которыйдля большинства конструкций составляет 0,85...0,95. Гидравлические потери в цилиндрах практи-чески отсутствуют, и гидравлический КПД η_г = 1. Объемные потери в рассматриваемых устройствах могут иметь место в зазоре между поршнем и цилиндром. Однако при уплотненииэтого места резиновыми кольцами или манжетами они малы. Тогда

 

объемный КПД также можно считать равным единице (η₀ = 1).

 

Две основные формулы расчета перепада давлений на гидроцилиндре:на примере гидроцилиндра двухстороннего действия содносторонним штоком.

 

1 связывает силу F на штоке и перепад давлений на гидроцилиндре р = р ₁ - р₂.

F =рSη_м

 

где S — эффективная площадь, на которую действует подводимое давление.

 

При движении жидкости слева направо (см. рис.) этой площадью является площадь поршня (S

= S _п ), а при обратном движении—площадь поршня за вычетом площади штока (S= S _n- S_ш ).

2 формула связывает расход и скорость движения поршня:

 

или

 

Формула записана в двух вариантах, так как расходы до гидроцилиндра и после него различны. Поршень (см. рис.) переместился из начального положения вправо на расстояние l, в левую полость гидроцилиндра поступил объем жидкости W = S _п l, a из правой полости вытеснился меньший объем W’ = (S_п– S_ш)l. Из соотношения объемов W и W’ следует,что расходы до и после гидроцилиндрасвязаны зависимостью

 

Для гидроцилиндра с двухсторонним штоком (см. рис. в) Q=Q'.

 

3. Применение гидроцилиндров.

 

Применяются в качестве исполнительных механизмов различных машин.

 

Гидроцилиндры используются как гидроусилители (бустеры) в системах приводов блокировочных фрикционов и дисковых тормозов, планетарных механизмов поворота, в коробке передач для переключения скоростей переднего хода (сервобустеры), в механизме включения главного фрикциона, в качестве рабочих цилиндров колесных тормозов, в качестве гидроусилителей руля поворота на всех тяжелых грузовиках (КамАЗ, КрАЗ и др.), а также в некоторых моделях легковых автомобилей.

 

Выбор типа и типаразмера силового цилиндра.

Тип гидроцилиндра и номинальное рабочее давление р_ном выбирается исходя из технического задания:назначения; описания условий его эксплуатации; основных технических требований, включающих характер движения выходного звена, максимальное значение преодолеваемой нагрузки, диапазон регулирования скорости, требования к ее стабильности; и т.п.

 

Под номинальным давлением понимают наибольшее давление, при котором устройство должно работать в течение установленного срока службы с сохранением параметров в заданных пределах.

Далее выбирают гидроцилиндр из существующего в каталоге типоразмерного ряда. При этом

 

27

максимальный рабочий перепад давления на гидроцилиндре р_гц на предварительной стадии расчета принимают на 10...20 % меньше выбранного значения р_ноы, учитывая возможные потери давления в гидросистеме.

 

Гидроцилиндр подбирается по необходимому перемещению штока и по эффективной площади поршня S, расчетное значение которой определяют из формулы:

 

где F и η _мц — соответственно максимальная сила на штоке гидроцилиндра и его механический КПД.

 

На основании полученного значения S из каталога выбирается гидроцилиндр, у которого эффективная площадь поршня не меньше расчетной.

 

 

Внеаудиторная самостоятельная работа:

 

Проработка конспектов занятий,

Задание для повторения и самостоятельного изучения материала

 

А.В. Лепёшкин, А.А. Михайлов «Гидравлические и пневматические системы» стр. 140-149, 167-169, 267-268

 

3. ответить на контрольные вопросы

Как называется гидромашина для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена?

На какие классы подразделяются объемные гидродвигатели?