Шестеренные (зубчатые) гидромоторы.
Шестеренные гидромоторы (Рис. 1) конструктивно весьма похожи на шестеренные насосы (см. главу «Насосы»). Различия заключаются в зоне осевого давления и наличии канала для отвода рабочей жидкости, поскольку гидромоторы предназначены для работы в реверсивном режиме.
Рисунок 1 – Шестеренный гидромотор.
Подводимая к гидромотору рабочая жидкость воздействует на шестерни. Возникающий при этом крутящий момент передается через вал гидромотора. Шестеренные гидромоторы часто применяются в гидроприводах навесных агрегатов самоходных машин и транспортных средств, а также в сельско-хозяйственной технике для привода транспортеров, разбрасывателей, вентиляторов, компрессоров.
Основные параметры:
1) Рабочий объем примерно от 1 до 200 см3
2) Максимальное рабочее давление до 300 бар.
3) Диапазон частот вращения 500... 10000 мин-1.
2. Гидромоторы на основе планетарных шестерен с центральным валом.
Гидромоторы с планетарными шестернями (Рис. 2) имеют большую величину рабочего объема при ограниченных габаритных размерах. Это достигается за счет того, что на каждый оборот приводного вала приходится большое число тактов вытеснения.
Рисунок 2 – Гидромотор с планетарными шестернями.
К гидромотору рабочая жидкость подводится через линию А и отводится через линию В. В распределителе (2), запрессованном в корпус (1), предусмотрены два кольцевых канала (13) для подвода и отвода жидкости и 16 продольных желобков распределительной шайбы (10), которая соединена с валом (4) с помощью шлицевого соединения. Таким образом, ротор (6) и распределительная шайба (10) вращаются с одинаковой скоростью.
Радиально расположенные пазы (11) (см. Рис. 3) на распределительной шайбе соединяют распределитель (2) с рабочими камерами, образованными внутренней поверхностью полого колеса (7), наружной поверхностью ротора, внутренними роликами (8) и боковыми поверхностями.
Рисунок 3 - Элементы распределения потока гидромотора с планетарными шестернями.
В распределителе половина из имеющихся 16-ти продольных желобков соединена с напорной линией, а другая половина — с сливной. Все рабочие камеры, которые в определенный момент увеличивают свой объем, соединяются с помощью распределительной шайбы с напорной линией, а все камеры с уменьшающимся объемом соединяются с линией пониженного давления (сливной линией). Давление в рабочих камерах создает крутящий момент на роторе. При этом полое колесо (7) опирается на внешние ролики (9).
Аксиально-поршневые машины
Для конструктивного исполнения аксиально-поршневой машины в качестве насоса или гидромотора имеет значение не только функциональный принцип (например, с наклонным блоком или наклонным диском), но также и система циркуляции: открытая или закрытая.
· Открытая система циркуляции рабочей жидкости
В открытой системе (Рис. 4) всасывающий трубопровод насоса расположен под уровнем рабочей жидкости в резервуаре, причем поверхность рабочей жидкости является открытой по отношению к атмосферному давлению, что обеспечивает хорошую всасывающую способность насоса. Сопротивление всасывающей линии должно быть незначительным для обеспечения требуемой высоты всасывания. Как правило, аксиально-поршневые машины являются самовсасывающими, однако в некоторых случаях требуется небольшое давление подпитки. В открытых системах циркуляции рабочая жидкость подводится к гидродвигателям и сливается из них в резервуар через гидрораспределители.
Рисунок 4 – Открытая система циркуляции рабочей жидкости.
Типичные признаки, отличающие открытые системы циркуляции:
- всасывающие трубопроводы имеют большой диаметр и небольшую длину;
- гидрораспределители, фильтры и охладители имеют условный проход, соответствующий номинальному расходу;
- размер бака, кратный максимальной подаче насоса в литрах;
- насос расположен над резервуаром (возможно также под резервуаром или рядом с ним);
- частота вращения привода ограничена высотой всасывания;
- запирание нагрузки при обратном ходе обеспечивается с помощью гидроаппаратов.
Открытые системы циркуляции являются стандартом для многих областей применения в стационарных и мобильных машинах, в том числе станков, прессов, лебедочных и мобильных приводов.
· Закрытая система циркуляции рабочей жидкости
Закрытой система (Рис. 5) называется в том случае, если рабочая жидкость, сливающаяся из гидродвигателя, поступает напрямую к насосу.
Рисунок 5 – Закрытая система циркуляции рабочей жидкости.
В зависимости от направления действия нагрузки (определяется потребителем) насос с реверсом по потоку нагнетает рабочую жидкость в линию А или в линию В. В результате одна из линий (А или В) становится напорной, а другая (В или А) — сливной.
Защита напорной линии осуществляется с помощью предохранительных клапанов, которые перепускают рабочую жидкость в сливную линию. При этом рабочая жидкость постоянно находится в системе циркуляции. Необходимо лишь компенсировать постоянные утечки в насосе и гидромоторе (в зависимости от их эксплуатационных характеристик). Это осуществляется с помощью вспомогательного насоса, подключенного, как правило, напрямую через фланец к основному насосу. Вспомогательный насос в постоянном режиме подает из небольшого резервуара достаточное количество рабочей жидкости (подпитка) через обратный клапан в сливную линию закрытой системы циркуляции, а избыточный объем возвращается через предохранительный клапан системы подпитки обратно в резервуар. Наличие некоторого подпора в сливной линии позволяет насосу обеспечить высокие эксплуатационные характеристики.
Типичные признаки закрытых систем циркуляции:
- гидрораспределители имеют небольшой диаметр условного прохода (применяются для целей управления);
- фильтры и охладители имеют небольшое проходное сечение и малые габариты;
- размер бака небольшой, но согласованный с рабочим объемом вспомогательного насоса и расходом в системе циркуляции;
- высокая частота вращения привода, допускаемая благодаря наличию подпитки;
- свободное расположение гидропривода (в любом месте);
- полностью реверсируемый привод относительно нулевого положения;
- поддержка нагрузки через гидромотор привода;
- рекуперация энергии торможения.
· Принцип работы аксиально-поршневой машины
Принцип работы машин с наклонным блоком (Рис. 6)
Рисунок 6 - Аксиально-поршневая машина с наклонным блоком.
Функция насоса
При вращении приводного вала ротор приводится во вращение шарнирно расположенными поршнями. Поршни перемещаются в роторе на величину хода, которая определяется углом наклона блока. Рабочая жидкость всасывается поршнями из всасывающей линии (вход) и подается под давлением в напорную линию (выход).
Функция гидромотора
В отличие от функции насоса в данном случае к входу подводится рабочая жидкость под давлением. В результате часть поршней выдвигается из ротора и через шарнир воздействует на фланец приводного вала, создавая крутящий момент, а другая часть принудительно вдвигается в ротор, вытесняя рабочую жидкость в сливную линию.
Рисунок 7 – Принцип работы наклонного блока (конструктивные элементы).
Функция в качестве насоса в открытой системе циркуляции:
При вращении приводного вала (см. Рис. 7) ротор также приводится во вращение через семь шарнирно установленных на приводном фланце поршней. При этом ротор прижимается к сферической поверхности распределительного диска, на которой предусмотрены два серповидных паза. Во время вращения каждый из семи поршней перемещается в отверстиях ротора и осуществляет заданный углом наклона ход. При повороте ротора от нижней до верхней мертвой точки через серповидный паз, соединенный со всасывающей линией, засасывается количество рабочей жидкости, пропорциональное площади поршня и величине его хода. При дальнейшем повороте от верхней до нижней мертвой точки рабочая жидкость вытесняется в напорную линию через второй серповидный паз, соединенный с напорной линией. Поршни, нагруженные гидравлическим давлением, опираются при этом на приводной вал.
Функция в качестве гидромотора:
Функция гидромотора обратна функции насоса. В данном случае рабочая жидкость через серповидный паз распределительного диска подводится в поршневые камеры. Три или четыре поршня находятся в зоне серповидного паза напорной линии, а оставшиеся поршни — в зоне паза сливной линии. При этом поршни, соединенные с напорной линией, развивают усилия, которые, воздействуя на приводной вал, создают крутящий момент.
· Принцип работы машин с наклонным диском (Рис. 8)
Рисунок 8 - Аксиально-поршневая машина с наклонным диском.
Приводной механизм с наклонным диском представляет из себя объемную гидромашину, оси вытесняющих поршней которой параллельны оси приводного вала. Усилие, развиваемое поршнями, воспринимается наклонным диском.
Функция насоса:
При вращении приводного вала (см. Рис. 9) вращается связанный с ним через шлицевое соединение ротор. Возвратно-поступательное движение поршней обеспечивается при их взаимодействии с наклонным диском. Рабочая жидкость подводится из низконапорной линии (вход) и вытесняется поршнями в высоконапорную линию (выход).
Рисунок 9 - Принцип работы наклонного диска (конструктивные элементы).
Функция гидромотора:
В отличие от функции насоса здесь к входу подается рабочая жидкость под давлением. Выдвигающиеся из ротора поршни создают крутящий момент, который через шлицевое соединение передается на приводной вал. При этом поршни, вдвигающиеся в ротор, вытесняют рабочую жидкость в низконапорную линию (выход).