2.4 Объёмные гидравлические и пневматические машины

Основные параметры гидро- и пневмомашин. Поршневые гидромашины с кривошипно-шатунным механизмом, как основная кинематическая и расчётная схема радиально и аксиально-поршневых гидромашин. Основные расчётные зависимости поршневых гидромашин. Шестерённые и пластинчатые гидромашины. Гидро - и пневмоцилиндры. Классификация. Методы расчёта основных параметров гидро- и пневмоцилиндров. Статические характеристики объёмных гидромашин.

Литература : [ 1 ], 186 - 212, 216 - 221, 237 - 249; [ 2 ], 111 -142 ,245 -267; [3 ], 230 – 269, [4] 54 -67, 78 - 86.

Методические указания

Гидравлические машины служат для преобразования механической энергии в гидравлическую (насосы) или гидравлическую - в механическую (гидродвигатели).

Существуют две основные группы гидравлических машин: объёмные и динамические. Такое разграничение гидромашин произведено по признакам ( свойствам ) : герметичности

( первые - герметичные, вторые - проточные); по виду характеристик ( первые - имеют жёсткую характеристику, вторые - пологую ); по характеру подачи (первые - имеют порционную подачу, вторые - равномерную ). Напор, создаваемый объёмными насосами, не зависит от подачи, а у лопастных - напор и подача взаимосвязаны.

Отличительным признаком объёмных гидромашин является наличие одной или нескольких рабочих камер, объёмы которых при работе гидромашины периодически изменяются. При увеличении объёма камер они заполняются рабочей жидкостью, а при уменьшении их объёма - жидкость вытесняется в отводящую магистраль.

Основными параметрами гидромашин являются : подача ( расход ), напор, мощность, крутящий момент (усилие), частота вращения ( скорость перемещения выходного звена ), коэффициенты полезного действия (к.п.д.)

Для объёмных гидромашин существенным является такой параметр, как рабочий объём, объём рабочей жидкости , проходящий через гидромашину за один оборот.

Подача объёмного насоса пропорциональна его размерам и скорости движения вытеснителей жидкости. Напор объёмных насосов почти не связан ни с подачей, ни со скоростью движения вытеснителей жидкости. Необходимое давление в системе определяется внешней нагрузкой и гидравлическим сопротивлением системы. Чем выше напор, создаваемый объёмными машинами, тем больше утечки жидкости через уплотнения, тем ниже объёмный коэффициент полезного действия ( ).

При изучении объёмных гидромашин роторно-поршневого действия необходимо уяснить, что их схемы и расчётные зависимости аналогичны гидромашине с кривошипно-шатунным механизмом. Возвратно - поступательное движение вытеснителя осуществляется при помощи кривошипно-шатунного механизма и элементов, аналогичных ему. Поэтому скорость вытеснителя и соответственно подача или расход получаются неравномерными: ход нагнетания чередуется с ходом всасывания, причём скорость вытеснителя по длине его пути непрерывно меняется. Более равномерную подачу жидкости (в отличии от одноцилиндровых поршневых насосов ) можно получить применением многоцилиндровых роторно - поршневых машин, объединённых в общий блок. Вытеснение жидкости в таких машинах или вращение выходного вала гидродвигателя производится последовательно каждым вытеснителем.

Цилиндры таких гидромашин могут быть расположены радиально или аксиально (параллельно оси вращения) по отношению к оси блока радиально-поршневые и аксиально-поршневые гидромашины. Эти гидромашины нашли широкое применение в объёмных гидроприводах, т. к обладают такими свойствами, как обратимость, большая равномерность подачи или скорости вращения выходного вала, высокооборотность, возможность регулирования.

Под объёмным гидродвигателем понимают гидромашину, предназначенную для преобразования энергии потока рабочей жидкости в энергию движения выходного звена гидропривода. Рабочий процесс этой гидромашины аналогичен рабочему процессу в объёмных гидронасосах.

Объёмные гидродвигатели разделяют на гидродвигатели с ограниченным ходом (с возвратно - поступательным или возвратно - поворотным движением) и с неограниченным ходом (вращающиеся). Первые - называют гидроцилиндрами, а вторые - гидромоторами.

Применяемые гидроцилиндры по направлению действия рабочей жидкости подразделяются на цилиндры одностороннего и двустороннего действия, а по конструкции рабочей камеры - на поршневые (с односторонним или двусторонним штоком ) плунжерные и телескопические.

Основными параметрами гидроцилиндров являются : геометрические - диаметры цилиндра и штока, рабочие площади поршня в поршневой и штоковой камерах, ход поршня; динамические - развиваемоё цилиндром усилие при движении поршня, скорость движения поршня, количество рабочей жидкости, поступающей или сливающейся из цилиндра давление рабочей жидкости в поршневой или штоковой полостях. Основные параметры гидроцилиндров регламентируются государственными стандартами. В процессе работы оборудования шток гидроцилиндра должен преодолевать внешние нагрузки, силы трения и веса, а в динамических режимах - инерционные нагрузки. При определении скорости движения поршня или развиваемого усилия, следует учитывать коэффициенты полезного действия гидроцилиндра (объёмный и механический).

Заметного различия в конструкциях объёмного насоса и гидромотора нет, иногда они могут быть совершенно одинаковыми (большинство объёмных гидромашин - обратимы, т. е. могут выполнять функции, как насоса, так и гидромотора). В настоящее время гидромоторы применяются в технике меньше, чем электромоторы, однако надо иметь ввиду, что гидромоторы имеют целый ряд преимуществ перед электромоторами. Гидромоторы, например, в среднем в 3 раза меньше по размерам и в 15 раз меньше по массе, чем аналогичные по мощности электромоторы. Диапазон регулирования частоты вращения вала гидромотора на много шире, чем у электромотора, причём плавное регулирование частоты вращения осуществляется у гидромотора значительно проще. Основные параметры гидромоторов аналогичны объёмным насосам.

К основным статическим характеристикам гидромашин относятся : расходная -зависимость расхода от числа оборотов для насосов и зависимость скорости выходного звена от расхода для гидродвигателей. Последнюю - чаще называют скоростной; напорная - зависимость напора от расхода для насосов и зависимость скорости выходного звена от нагрузки или перепада давления для гидромоторов. Чаще её называют механической