Гидравлические двигатели

Описание

Библиотеки начинающего
конструктора

Игнатьев Н П

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
ДВИГАТЕЛИ (Демоверсия)

ДЕМОВЕРСИЯ является сокращенным вариантом статьи (книги) позволяющим получить общее представление о содержащимся в ней материале, прежде всего, в части наличия примеров конструктивного исполнения рассматриваемых технических решений

Справочно – методическое пособие

СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………………………..3
1 Насосы…………………………………………………………………………………..4
1.1 Радиально – поршнеые насосы…………………………………………………….4
1.2 Аксиально – поршневые насосы…………………………………………………..8
1.3 Пластинчатые насосы……………………………………………………………..13
1.4 Шестеренчатые насосы……………………………………………………………16
1.5 Героторные насосы………………………………………………………………..19
1.6 Рекомендации по применению насосов………………………………………..21
2 Гидроцилиндры……………………………………………………………………….28
2.1 Область применения гидроцилиндров………………………………………….28
2.2 Основные типы гидроцилиндров…………………………………………………30
2.3 Гидроцилиндры двустороннего и одностороннего действия………………32
2.4 Гидроцилиндры с торможением…………………………………………………35
2.5 Гидроцилиндры с несколькими ступенями скорости движения……………41
2.6 Гидроцилиндры развивающие увеличенное усилие………………………….45
2.7 Многопозиционные гидроцилиндры…………………………………………….53
2.8 Телескопические гидроцилиндры………………………………………………59
2.9 Гидроцилиндры со сложным движением штока………………………………63
2.10 Уплотнения гидроцилиндров……………………………………………………67
2.11 Соединения гидроцилиндров с трубопроводами……………………………69
2.12 Расчеты гидроцилиндров………………………………………………………..72
2.13 Конструкция типовых деталей гидропривода………………………………..79
2.14 Сборка гидроцилиндров…………………………………………………………89
2.15 Рекомендации по проектированию гидроцилиндров……………………….93
3 Неполноповоротные гнидродвигатели……………………………………………95
3.1 Основные типы неполноповоротных гидродвигателей……………………….95
3.2 Область применения неполноповоротных гидродвигателей………………..97
3.3 Лопастные неполноповоротные гидродвигатели…………………………….103
3.4 Неполноповоротные гидродвигатели с зубчато – реечной передачей……113
3.5 Неполноповоротные гидродвигатели на основе гидроцилиндров со
встроенной винтовой парой…………………………………………………………..124
3.6 Расчеты неполноповоротных гидродвигателей………………………………128
3.7 Рекомендации по проектированию неполноповоротных
гидродвигателей…………………………………………………………………………142
4 Гидромоторы…………………………………………………………………………144
4.1 Основные типы гидромоторов……………………………………………………144
4.2 Примеры использования гидромоторов в качестве привода машин
и оборудования…………………………………………………………………………..153
4.3 Расчеты и выбор гидромотора…………………………………………………..163
5 Гидравлические мультипликаторы………………………………………………..166
Литература………………………………………………………………………………177

ВВДЕНИЕ

Существует три вида гидравлических двигателей:
− первый вид это насосы,
− второй вид это гидроцилиндры, неполноповоротные гидродвигатели и        гидромоторы,
− третий вид это гидравлические мультипликаторы.
Насосы предназначены для преобразования механической энергии (энергии вращающегося вала) в энергию жидкости (масла) подаваемого под давлением в гидродвига-ли второго и третьего вида. Гидроцилиндры, неполноповоротные гидродвигатели и гидромоторы предназначены для преобразования гидравлической энергии поступающего в них масла в механическую энергию выдвигающегося штока, или вращающегося вала. Гидравлические мультипликаторы предназначены для преобразования, поступающего в них масла низкого давления получаемого от насоса в масло высокого давления, которое подается в гидродвигатели второго типа.
В машиностроении применяются различные гидравлические машины, как первого, так второго и третьего видов, при этом, область их применения определяется их основными преимуществами и недостатками. Например, возможностью создания больших давле-ний и расходов, или простотой конструкции для насосов, а также получением нужного вида движения – поступательного для штока гидроцилиндра, вращательного для вала гидромотора и качательного для вала неполноповоротного гидродвигателя. Гидравлические машины второго вида (гидромоторы и неполноповоротные гидродвигатели), по сравнению с наиболее часто используемыми в качестве привода различных механизмов электрическими асинхронными двигателями, позволяют получить пониженную скорость вращения вала без введения в привод понижающих механических передач или редуктора, путем регулирования пока поступающего в их рабочие полости масла. А гидроцилиндры позволяют получить поступательное перемещение выходного звена (ползуна, каретки) без использования передаточного механизма, который необходим для преобразования вращательного движения выходного вала понижающего редуктора в поступательное движение, при использовании электрического двигателя. Гидравлические мультипликаторы в отличии от остальных видов гидравлических двигателей не имеют ведущего вала, как насосы и не имеют ведомого вала, или штока, как гидравлические двигатели второго вида, а по аналогии с понижающим редуктором электромеханического привода являются элементом гидравлического привода располагаемым между насосом и гидродвигателем второго вида, позволяющим увеличить рабочее давление.
В данной работе использованы соответствующие разделы учебного пособия «Основы проектирования. Часть 2. Проектирование механизмов и систем» ранее написанного автором, при этом во всех разделах добавлено большое количество примеров конструктивного исполнения всех видов гидравлических машин и даются рекомендации по применению насосов и гидромоторов, а также рекомендации проектированию гидроцилиндров и неполноповоротных гидродвигателей и гидравлических мультипликаторов

1 Насосы

            Насос, является гидродвигателем преобразующим механическую энергию сообщаемую ему электродвигателем в энергию потока масла подаваемого в гидросистему, под определенным давлением и с определенным расходом (объемом в единицу времени). В машиностроении в гидроприводах машин и оборудования используются следующие виды серийно выпускаемых насосов: радиально – поршневые , аксиально – поршневые, пластинчатые, шестеренчатые и героторные. Основные параметры (давление и расход) этих насосов, а также их присоединительные и габаритные размеры приводятся в проспектах и каталогах заводов изготовителей и поставщиков.

Радиально – поршневые насосы

    Радиально-поршневые насосы типа НР выпускаются трех типов: нерегулируемые (см. Рис. 1а), регулируемые (см. Рис. 1б) и секционные (см. Рис. 1в).

Рис 1 Общий вид основных типов радиально – поршневых насосов типа НР

             Нерегулируемые радиально – поршневые насосы 50НР4 – 50НР500 обеспечивают подачу масла с расходом Q = 5,5 – 432 л/мин и номинальном давлением p = 50 МПа, насосы типа НР2/710 – НР2/1250 – обеспечивают подачу масла с расходом Q = 632 – 1110 л/мин и номинальном давлением p = 32 МПа. Регулируемые радиально – поршневые на-сосы типа 50НРР125 – 50НРР500 обеспечивают подачу масла с расходом Q = 0 – 159 и 0 – 432 л/мин и номинальное давлением p = 50 МПа
В данном разделе полной версии статьи приведено описание конструкции и работы радиально – поршневого насоса НР с регулируемой и нерегулируемой производительно-стью (см. таб.).

Аксиально-поршневые насосы

Аксиально-поршневые насосы выпускаются двух типов, регулируемые и нерегулируемые. На Рис 6а показан общий вид нерегулируемого аксиально – поршневого насоса с наклонным диском, на Рис 6б – общий вид нерегулируемого аксиально – поршневого насоса с наклонным блоком, на Рис 6в – общий вид регулируемого аксиально – поршневого насоса.

На Рис 6 Общий вид основных типов аксиально – поршневых насосов

           Нерегулируемые аксиально – поршневые насосы типа НПА обеспечивают подачу масла с расходом Q = 4,7 – 40,8 л/мин и давлением p = 32 МПа, типа МГ обеспечивают подачу масла с расходом Q = 27 – 237 л/мин и давлением p = 16 – 32 МПа, а насосы серии 310 выпускаются 7 типоразмеров по расходу и обеспечивают подачу масла с расходом Q = 26 – 228 л/мин и давлением p = 20 – 40 МПа
Регулируемые аксиально – поршневые насосы серии 313 выпускаются 7 типоразмеров по расходу и обеспечивают регулируемую подачу масла в следующем интервале: 0 – 26; 0 – 51; 0 – 80; 0 – 114; 0 – 128; 0 – 182; 0 – 228 л/мин при давлении 20 – 40 МПа. Эти насосы могут иметь следующие виды управления:
− гидравлическое,
− механическое,
− электронно дискретное,
− электронно пропорциональное,
− прямое управление.
В данном разделе полной версии статьи приведено описание конструкции и работы аксиально – поршневых насосов с регулируемой и нерегулируемой производительностью (см. таб.)

           Радиально и аксиально – поршневые насосы применяются для привода исполнительных механизмов машин и оборудования работающего с большими нагрузками и как правило, с изменяющимися в течении цикла скоростями, в частности гидроприводы протяжных станков и кузнечно – прессового оборудования. На базе аксиально-поршневых насосов с регулируемой производительностью созданы насосные установки для гидромеханических приводов с программируемым перемещением для станков с ПУ. Секционные радиально – поршневые насосы, укомплектованные двухпоточным пластинчатым насосом применяются в различных видах гидравлических прессов со сложным и длительным циклом работы, предусматривающем продолжительные остановки и выдержку под давлением выполняемую главным гидроцилиндром. Эти насосы изготавливаются как на лапах, так и фланцевого исполнения и могут устанавливаться, как на верхней поверхности бака, так и в виде насосного агрегата (в комплекте с электродвигателем) погружаемого в бак в вертикальном и в горизонтальном положении.

Пластинчатые насосы

Пластинчатые насосы выпускаются двух типов, регулируемые и нерегулируемые. На Рис 10а показан общий вид нерегулируемого однопоточного пластинчатого насоса, на Рис 10б – общий вид нерегулируемого двухпоточного пластинчатого насоса, на Рис 10в – общий вид регулируемого пластинчатого насоса.

Рис 10 Общий вид основных типов пластинчатых насосов

           Они применяются в металлорежущих станках и кузнечно – прессовом оборудовании работающем в условиях средних скоростей и нагрузок. Это автоматизированные токарные и фрезерные станки, электроэрозионные станки и резьбонакатные автоматы. Двухпоточные пластинчатые насосы позволяют создавать более экономичные системы гидропривода в оборудовании, содержащем помимо исполнительного механизма, еще и вспомогательные, например средства автоматизации, которые работают с различными скоростями перемещения исполнительных органов, а также в оборудовании, в котором исполнительный механизм имеет различную скорость прямого и обратного хода, например в поперечно – строгальных станках. Регулируемые пластинчатые насосы применяются в шлифовальных станках.

В данном разделе полной версии статьи приведено описание конструкции и работы пластинчатых насосов с регулируемой и нерегулируемой производительностью (см. таб.)

Шестеренчатые насосы

Шестеренчатые насосы применяются в качестве привода вспомогательных механизмов, которые работают в условиях средних скоростей и небольших нагрузок, чаще всего к таким механизмам предъявляются не высокие требования. Это приводы различных шторок, неответственных транспортирующих механизмов, механизмов включения и блокировки, а также приводы зажимных механизмов механизированных и автоматизированных приспособлении и оснастки, например, для выполнения сборочных операций, связанных с запрессовкой деталей небольшого диаметра, а также механизмы для смены и зажима инструментальных блоков и штампов в станках и прессах с ПУ и обрабатывающих центрах. Кроме того, насосы данного типа широко применяются в системах жидкой смазки и охлаждения для подачи под давлением масла, обеспечивающего смазку трущихся поверхностей оборудования и подачи масла в рабочую зону для охлаждения интенсивно нагруженного инструмента. Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением НШ4 – НШ 250 обеспечивают подачу масла с расходом Q = 8,6 – 335,1 л/мин и давлением p = 16 – 20 МПа. Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением IGP3 – IGP3 обеспечивают подачу масла с расходом Q = 5,4 – 377,5 л/мин и давлением p = 33 – 21 МПа
Шестеренчатые насосы с внешним зацеплением выпускаются как односекционные так и многосекционные. На Рис 13а показан общий вид односекционного, на Рис 13б – двухсекционного на Рис 13в – трехсекционного шестеренчатого насоса внешнего зацепления

Рис 13 Общий вид односекционного, двухсекционного и трехсекционного шестеренчатых насосов внешнего зацепления

            Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением по сравнению с рассмотренными ранее шестеренчатыми насосами внешнего зацепления имеют меньшие габаритные размеры, обладают меньшей пульсацией подачи масла и существенно меньшим шумом. Это обусловлено тем, что во внутреннем зубчатом зацеплении по сравнению с внешним одновременно в контакте находится большее количество зубьев, что уменьшает скорость изменения объема масла в междузубьевых впадинах зацепляющихся колес.

В данном разделе полной версии статьи приведено описание конструкции и работы шестеренчатых насосов с наружным и внутренним зайцеплением (см. таб)

Героторные насосы

             Героторные насосы, также как и шестеренчатые насосы внутреннего зацепления относятся к роторно – зубчатому виду гидронасосов, но отличаются от них тем, что ведущая шестерня совершает планетарное движение и является ротором насоса, а ведомое зубчатое колесо неподвижно закреплено в корпусе, и таким образом выполняет функцию статора, поэтому героторный насос фактически являются планетарно – зубчатыми насосом. В отличии от шестеренчатого насоса с внутренним зацеплением в героторном отсутствует разделитель, что позволяет уменьшить его габаритные размеры. В зубчатых колесах героторного насоса применяется циклоидное зацепление, что повышает контактную прочность и износостойкость зубчатой пары, за счет того, что зацепление вогнутых зубьев ведущей шестерни и выпуклых зубьев неподвижного зубчатого колеса позволяет получить увеличенную длину линии зацепления.

Рис 17 Схема работы героторного насоса

          Конструкция героторного насоса предусматривает, что ведущая шестерня – ротор 1 имеет на один зуб меньше, чем неподвижное зубчатое колесо – статор 2 (см. Рис. 17), в результате чего в пространстве между статором 2 и ротором 1 насоса образуются рабочие камеры. При вращении ротора 1 по часовой стрелке объем рабочих камер А увеличивается, что приводит к возникновению в них разряжения и позволяет всасывать масло из бака, а объем рабочих камерах Б при вращении ротора в том же направлении уменьшается, что приводит к вытеснению масла под давлением в напорную магистраль гидросистемы.

               В данном разделе полной версии статьи приведен общий вид, а также описание конструкции и работы героторного насоса. (см. Рис. 18)

Рис 18 Общий вид и конструкция героторного насоса

Рекомендации по использованию насосов в составе гидропривода

          В данном разделе полной версии статьи даются рекомендации по установке насосов в составе насосного агрегата, обеспечивающие его эффективную и надежную работу в течении срока службы (см. таб)

 

2. Гидроцилиндры

2.1 Область применения гидроцилиндров

              Гидроцилиндр является объемным гидродвигателем, преобразующим энергию потока масла подаваемого под давлением в поступательное движение его выходного звена – штока. Он являются наиболее востребованным и часто применяемым типом гидродвигателя, поскольку позволяет обеспечить привод широкого спектра механизмов машин, оборудования и оснастки с самой разнообразной кинематикой движения. При этом гидроцилиндр позволяет реализовать практически любой цикл (непрерывный или с наличием остановок) и режим работы, обеспечивая различную величину скорости, перемещения и развиваемого усилия выходным звеном приводимого механизма. Независимо от области применения все варианты использования гидроцилиндров можно разделить на два вида:
–  гидравлический привод, в котором шток гидроцилиндра непосредственно связан с поступательно перемещающимся выходным звеном приводимого механизма (ползуном, кареткой),
–  гидравлический привод, в котором шток гидроцилиндра шарнирно соединен с ведущим звеном приводимого механизма (кривошипом, кулисой, коромыслом), совершающим вращательное, качательное или сложное движение

Рис 1 Общий вид вертикального и горизонтального гидравлических прессов

        Примером первого варианта использования гидроцилиндров могут служить различного рода гидравлические пресса. На Рис 1а показан общий вид двухстоечного гидравлического пресса, в котором исполнительный механизм содержит, установленный на верхней траверсе станины гидроцилиндр, шток которого закреплен на ползуне, выполненным в виде горизонтальной плиты с вертикальными цилиндрическими направляющими. На Рис 1б показан общий вид горизонтального пресса усилием 100 т. предназначенного для сборки и разборки прессовых соединений.

Рис 2 Традиционная конструкция
схвата манипулятора с гидравлическим приводом

 

Примером второго варианта использования гидроцилиндров могут служить различные механизмы зажима схватов автоматических манипуляторов и промышленных роботов с приводом от гидроцилиндра. На Рис 2 показана традиционная конструкция зажимного механизма схвата автоматического манипулятора с гидравлическим приводом. Он содержит гидроцилиндр 1, нижняя крышка которого закреплена на кронштейне с проушинами 5, в которых выполнены отверстия для установки осей 6 рычажного механизма, а шток гидроцилиндра соединен с траверсой 2, на которой шарнирно установлены ползушки 3, контактирующие с открытыми пазами ведущих двуплечих рычагов 4, шарнирно соединенных осями 6 с кронштейнами 9, оснащенными сменными прижимными губками 8. Кроме того, кронштейны 9, посредствам осей 6 и тяг 7 шарнирно соединены с проушинами 5, и при этом образуют вместе с ведущими двуплечими рычагами 4 механизм параллелограмма.
При подаче масла под давлением в штоковую полость гидроцилиндра 1, его шток втягивается, и, перемещая при этом траверсу 2, заставляет ведущие двуплечие рычаги 4 поворачиваться, благодаря наличию шарнирного соединения тяг 7 с проушинами 5 и кронштейнами 9 и образования, таким образом, вместе с ведущими двуплечими рычагами 4 и кронштейнами 9 механизма параллелограмма, обеспечивает параллельное сведение прижимных губок 8 и зажим детали подлежащей транспортированию. Для разжима схвата и освобождения перенесенной им детали, масло снова подается в поршневую полость гидроцилиндра 1 и детали рычажного механизма зажима (рычаги 4 и тяги 7) перемещаются в обратном направлении, разводя прижимные губки.

Рис. 3. Конструкция схвата манипулятора с гидравлическим приводом        обеспечивающая увеличенное разведение его губок

           На Рис 3 показана конструкция рычажного зажимного механизма схвата манипулятора с гидравлическим приводом обеспечивающая увеличенное разведение его губок. Он содержит шарнирно установленный на стенках фланца руки манипулятора 3 приводной гидроцилиндр 1, шток которого посредством оси 4 шарнирно соединен с ведущей губкой 5 схвата, также шарнирно установленной на фланце руки манипулятора 3 посредством оси 6 и соединенной с помощью осей 7 и 9 и тяги 8 с ведомой губкой 10 схвата.
Работает схват манипулятора следующим образом. При подаче масла под давлением в штоковую полость гидроцилиндра 1 губки 5 и 10 находятся в исходном разведенном положении, как показано на Рис. 3. Значительное расстояние между губками находящимися в разведенном положении обеспечивается благодаря большому соотношению их ведущих и ведомых плеч. При подаче масла в поршневую полость гидроцилиндра 1 его шток выдвигается и поворачивает против часовой стрелки ведущую губку 5 схвата, которая, будучи шарнирно соединенной посредством тяги 8 с ведомой губкой 10 , поворачивает последнюю по часовой стрелке, что приводит к сведению обоих губок и зажиму переносимой манипулятором детали.

2.2 Основные типы гидроцилиндров

              Тип гидроцилиндра определяет его конструктивные особенности и соответственно специфику проектирования. Тип цилиндра определяется наличием поршня и штока(ов), количеством рабочих полостей в которые подводится масло, способом подвода масла. Основные типы гидроцилиндров показаны на Рис 4

Рис. 4 Основные типы гидроцилиндров

              Подавляющая часть гидроцилиндров применяемых в машиностроении делятся на два типа: одностороннего действия и двухстороннего действия. Гидроцилиндры двухстороннего действия содержат поршень(и) и шток(и), которые образуют в корпусе гидроцилиндра две рабочие полости, поршневую и штоковую (см. Рис 4а, б, г, д). Данный тип гидроцилиндров может иметь один (см. Рис. 4а), или два штока (см. Рис. 4г, д), а также неподвижно закрепленный (см. Рис. 4а, д), или подвижный корпус (см. Рис. 4б, г), что соответственно определяет подвод масла в его рабочие полости, или через корпус гидроцилиндра, или через его шток. Гидроцилиндры одностороннего действия делятся на гидроцилиндры с пружинным возвратом и плунжерные гидроцилиндры. Гидроцилиндр с пружинным возвратом (см. Рис 4в) отличается от поршневого гидроцилиндра двухстороннего действия (см. Рис 4а) тем, что в одной из его рабочих полостей (чаще в штоковой), соединенной с атмосферой, установлена пружина возврата. Плунжерный гидроцилиндр (см. Рис. 4е) отличается от гидроцилиндров рассмотренных ранее тем, что вместо поршня со штоком он имеет плунжер образующий только поршневую рабочую полость.

Рис 5 Способы крепления корпуса
гидроцилиндра

            Кинематика работы приводимого гидроцилиндром механизма определяет конструктивное исполнение его крепления на станине или раме машины. На Рис 5 показаны наиболее часто встречающиеся способы крепления корпуса гидроцилиндра:
− крепление корпуса гидроцилиндра на лапах (Рис 5а),
− шарнирное крепление на задней крышке корпусе гидроцилиндра (Рис 5б),
− шарнирное крепление на передней крышке корпуса гидроцилиндра (Рис 5в),
− шарнирное крепление на промежуточной цапфе корпуса гидроцилиндра (Рис 5г),
− крепление передней крышки корпуса гидроцилиндра на плите (Рис. 5д),
− крепление задней крышки корпуса гидроцилиндра на плите (Рис. 5е).

           В большинстве случаев применение показанных на Рис 4 гидроцилиндров различых типоразмеров, в зависимости от потребного усилия и величины хода, наиболее пред-почтительно, но зачастую, разработчику из – за наличия специфических требований и ограничений, накладываемых задачей на проектирование, необходимо создавать конструкцию гидроцилиндра с определенными конструктивными особенностями.
При этом возникает необходимость в решении следующих задач:
–  торможение штока в конце хода,
–  изменение скорости движения штока в процессе его перемещения,
–  изменение усилия создаваемого гидроцилиндром в процессе его работы,
–  увеличение количества положений штока гидроцилиндра,
–  получение хода штока большего длины гидроцилиндра,
–  сложное движение штока гидроцилиндра (выдвижение с параллельным
вращением).

Рис. 6 Конструктивные схемы специальных гидроцилиндров

        Для достижения торможения гидроцилиндра в конце хода в его конструкцию встраиваются дополнительные устройства. Изменение скорости движения штока гидроцилиндра в процессе его перемещения достигается изменением расхода потока масла по-даваемого в его рабочую полость или сливаемого из него . Пример конструктивной схемы разноскоростного гидроцилиндра двухстороннего действия показан на Рис 6б. Этот гидроцилиндр дополнительно оснащен неподвижно закрепленной трубой, установленной со стороны поршневой полости и входящей во внутреннюю полость штока гидроцилиндра. Для ускоренного перемещения штока гидроцилиндра влево масло от насоса под давлением подается через отверстие в трубе во внутреннюю полость штока и одновременно под небольшим давлением, например из наполнительного бака масло поступает поршневую полость, при этом масло из штоковой полости гидроцилиндра идет на слив. Для замедленного перемещения штока гидроцилиндра масло от насоса под дав-лением подается одновременно в поршневую полость гидроцилиндра и во внутреннюю полость штока. Для возврата штока в исходное правое положение масло под давлением от насоса подается в штоковую полость гидроцилиндра, а из поршневой полости и внутренней полости штока идет на слив. Изменение усилия создаваемого гидроцилиндром обеспечивается при использовании тандемных гидроцилиндров, или гидроцилиндров со встроенным мультипликатором. Для получения увеличенного количества положений штока гидроцилиндра могут использоваться дискретные гидроцилиндры, конструктивная схема которого показана на Рис 6в, в состав которого входит несколько последовательно установленных в корпусе поршней со штоками с кратной величиной хода. Для получения хода штока гидроцилиндра больше его длины используются телескопические гидроцилиндры (см. Рис 6а), увеличенный ход в которых обеспечивается за счет наличия в их конструкции несколько соосно расположенных один внутри другого поршней различного диаметра, выполненных за одно с соответствующими штоками. Для получения сложного движения штока гидроцилиндра (выдвижение с параллельным вращением) в поршень встраивается лопастной неполноповоротный гидродвигатель, ротор которого выполнен за одно целое со штоком, а на корпусе гидроцилиндра закреплены две неподвижные лопасти, при этом в образовавшиеся четыре рабочие полости гидродвигателя через шток подводится масло под давлением и осуществляется его слив, в тоже время в рабочие полости гидроцилиндра масло под давлением поступает через отверстия в корпусе. (см. Рис. 6г)

2.3 Гидроцилиндры двухстороннего и одностороннего действия

              На Рис. 7 показана типовая конструкция поршневого гидроцилиндра двухстороннего действия, который состоит их корпуса 1, передней буксы 13, поршня 2, штока 3, гайки 4 и стопорной шайбы 5, а также поршневых направляющих колец 6, комплекта уплотнений поршня 7, уплотнения соединения штока с поршнем 8, штоковых направляющих колец 9, уплотнения 10 места соединения корпуса 1 гидроцидиндра с передней буксой 13, комплекта уплотнений штока 11 и грязесъемника 12.

Рис 7 Типовая конструкция поршневого гидроцилиндра двустороннего действия

         На Рис 8 показана конструкция гидроцилиндра двустороннего действия с закрепленным штоком и подвижным корпусом. Основное отличие его конструкции от гидроцилиндра рассмотренного ранее состоит в том, что его корпус имеет возможность поступательно перемещаться, а шток, который крепится на корпусной детали посредствам организованного на его выступающем конце фланца, выполнен с двумя отверстиями для подвода масла, одно из которых расположено по оси штока и соединено с поршневой полостью, а второе выполнено эксцентрично и соединено со штоковой полостью.

Рис 8 Конструкция гидроцилиндра двустороннего действия с закрепленным штоком и подвижным корпусом.

В данном разделе полной версии книги содержится 7 примеров
конструкции гидроцилиндров одностороннего и
двустороннего действия (см. Рис. в таб.)

2.4 Гидроцилиндры с торможением

Высокоскоростные механизмы тяжело нагруженных машин и оборудования в процессе работы испытывают значительные инерционные нагрузки, в ряде случаев соизмеримые с технологическими усилиями. Поэтому гидроцилиндры, приводящие такие механизмы, должны обеспечивать плавное торможение в конце хода, и в тоже время, быстрый возврат в исходное положение.
Торможение гидроцилиндра может быть достигнуто двумя способами:
− изменением расхода масла подаваемого в его соответствующую рабочую полость, что достигается установкой регулятора потока с механическим управлением в магистраль, по которой подается масло в рабочую полость гидроцилиндра,
− установкой в гидроцилиндре демпферных устройств, которые гидравлическим способом обеспечивают торможение поршня и соответственно связанного с ним штока приводящего в движение механизм.

Рис 15 Основные способы торможения поршня гидроцилиндра

       Применяются следующие способы торможения поршня:
− торможение при помощи дросселя встроенного в крышку гидроцилиндра (см. Рис. 15а)
− торможение за счет плавного изменения величины кольцевого зазора между выступающей конусной частью штока и отверстием в крышке гидроцилиндра (см. Рис. 15а),
− торможение за счет последовательного перекрытия радиальных дроссельных
отверстий, выполненных в выступающей части штока (см. Рис. 15в),
− торможение за счет постепенного перекрытия продольных дросселирующих      канавок выполненных на выступающей части штока (см. Рис. 15в),
− торможение при помощи плунжера с конусной поверхностью, или               продольными дросселирующими канавками,встроенного в крышку (см. Рис. 15б), Чаще всего демпфер встраивается в крышку 3 гидроцилиндра и обеспечивает торможение поршня 1 за счет плавного перекрытия основного сливного канала 4 – 7 выступающей конической частью 2 штока и последующего слива потока масла из рабочей полости гидроцилиндра через дроссель 8 (см. Рис. 15а). При этом ускоренный возврат поршня в исходное положение осуществляется при подаче масла под давлением в поршневую полость гидроцилиндра через канал 7. обратный клапан 10 и канал 9.
Второй, наиболее часто применяемый тип демпфера (см. Рис. 15б), содержит расположенный в центральном отверстии крышки 4 гидроцилиндра плунжер 5, поджатый пружиной 7 к упорной шайбе 8 и имеющий с левого торца толкатель 6, выступающий на величину тормозного пути поршня 1 за левый торец крышки 4, при этом в последней выполнен канал 9 соединяющий через камеру 11 поршневую полость гидроцилиндра с маслоподводящим отверстием 10. В конце хода поршня 1 выступ 3 штока 2 воздействует на толкатель 6 плунжера 5, и преодолевая усилие пружины 7 перемешает его вправо уменьшая при этом проходное сечение камеры 11 и соответственно поток масла сливающегося через отверстие 10.

            В данном разделе полной версии книги содержится 6 примеров конструкции гидроцилиндров с торможением (см. Рис. в таб.)

2.5 Гидроцилиндры с несколькими ступенями скорости движения.

             Цикл работы многих механизмов предусматривает наличие ускоренного холостого хода ведущего звена, затем рабочий ход с пониженной скоростью и обычно с увеличенным усилием, и быстрый возврат механизма в исходное положение. Поэтому достаточно востребованы гидроцилиндры, конструкция которых обеспечивает их автоматическую работу в этих трех режимах. Необходимо отметить, что наиболее часто применяемым способом увеличения скорости перемещения поршня гидроцилиндра без изменения потока масла поступающего от гидростанции является его дифференциальное подключение, которое предусматривает, что масло из штоковой полости гидроцилиндра не сливается в бак, а дополнительным потоком поступает в его поршневую полость соединенную в данный момент с напорной магистралью гидропривода. Рассмотрим несколько примеров конструкций таких гидроцилиндров.

Рис 22 Конструкция гидроцилиндра, позволяющая иметь две скорости
перемещения

На Рис 22 показана конструкция гидроцилиндра, позволяющая иметь две скорости перемещения и развивать два различных по величине усилия без использования дополнительной гидроаппаратуры управления. Он состоит из корпуса 1, в котором установлен полый поршень 4 со штоком 5 и крышек с подводящими каналами 15 и 16, которые образуют поршневую полость 2 и штоковую 3. В расточке 6 поршня 4 соединенной с атмосферой, установлен ступенчатый золотник 7, поджатый пружиной 8 к стопорному стержню 14, а в кольцевой проточке 9 поршня 4, которая сообщается с каналами 10 и 11 находятся клапаны 12 и 13. Для получения увеличенной скорости перемещения поршня 4 со штоком 5 масло подается в обе рабочие полости гидроцилиндра 2 и 3, при этом за счет разности эффективных площадей поршня 4 давление в полости 3 будет больше, что приведет к смещению клапанов 12 и 13 вверх до упора в стержень 14, а золотник 7 под действием давления в полости 2, преодолевая усилие пружины 8, смещается вниз и тем самым открывая проточку 9, соединяет полости 2 и 3 между собой, и гидроцилиндр начинает работать в дифференциальном режиме. Для обеспечения движения поршня 4 со штоком 5 с пониженной скоростью и увеличенным усилием масло подается в полость 2 и сливается из полости 3, при этом золотник 7 и клапаны 12 и 13 перемещаются в крайнее нижнее положение, полости гидроцилиндра разобщаются и его дифференциальный режим работы прекращается. Для возврата поршня 4 со штоком 5 в исходное положение масло подается в полость 3 и сливается из полости 2, при этом проточка 9 перекрыта и полости 2 и 3 разобщены.

В данном разделе полной версии книги содержится 5 примеров конструкции гидроцилиндров с несколькими ступенями
скорости движения (см. Рис. в таб.)

2.6 Гидроцилиндры развивающие увеличенное усилие

           В ряде случаем в механизме приводимым гидроцилиндром в течении цикла его работы необходимо развивать различные по величине усилия, или обеспечить создание увеличенного усилия без увеличения диаметра поршня гидроцилиндра. Рассмотрим конструкции таких гидроцилиндров.

Рис 29 Конструкция гидроцилиндра с плавающим поршнем, позволяющая изменять усилие на штоке в функции пути.

          На Рис 29 показана конструкция гидроцилиндра с плавающим поршнем, позволяющая изменять усилие на штоке в функции пути. Он содержит сборный корпус 1 состоящий из гильзы и двух крышек с размещенными в нем поршнями 2 и 3, установленными на полом штоке 4, расположенный между ними плавающий поршень 5, в центральное отверстие 6 которого проходит шток 4, а в отверстии штока 4 установлена ступенчатая цилиндрическая вставка 17 с центральным каналом 15 и наклонным 14, при этом, поршни 2 и 3 образуют внутри корпуса 1 рабочие полости – поршневую 7 и штоковую 8. В крышках сборного корпуса 1 выполнены отверстия 9 и 10 для подвода масла. Центральная перемычка плавающего поршня 5 вместе с поршнями 2 и 3 образует камеру 11, которая посредствам каналов 13 и 14 во вставке 17 и каналов 18 и 19 в штоке 4 соединена со сливом, и камеру 12, которая посредствам каналов 16 и 15 соединена с поршневой полостью 7.
Работает гидроцилиндр следующим образом. При подаче масла через отверстие 9 в поршневую полость 7, оно через канал 15 попадает в камеру 12, в результате чего поршни 2 и 3 вместе со штоком 4 перемещаются вправо, при этом усилие, возникающее на штоке пропорционально сумме эффективных площадей этих поршней. Одновременно масло находящийся в камере 11, через канал 13, 14, 18 и 19 идет на слив. Перемещение штока 4 будет происходить до тех пор, пока поршень 2 не упрется в центральную перемычку плавающего поршня 5. После этого вместе с поршнями 2 и 3 начинает двигаться вправо плавающий поршень 5, при этом усилие на штоке 4 уменьшается пропорционально сумме площадей поршня 2 и 5. Дальнейшее движение штока 4 вправо происходит до упора в правую крышку корпуса 1 гидроцилиндра. При подаче масла через отверстие 10 в      штоковую полость 8 гидроцилиндра и его сливу через отверстие 9 из поршневой полости шток 4 вместе с поршнями 2, 3 и 5 перемещается влево и занимает исходное положение.

В данном разделе полной версии книги содержится 5 примеров конструкции гидроцилиндров развивающих увеличенное усилие (см. в таб.)

2.7 Многопозиционные гидроцилиндры

        В машинах, технологическом оборудовании и транспортирующих устройствах (автоматических манипуляторах), механизмы которых приводятся гидроприводом, зачастую возникает необходимость иметь несколько (три и более) промежуточных положений штока гидроцилиндра, что накладывает на его конструкцию требования, сводящиеся к введению дополнительных конструктивных элементов, что в ряде случаев приводит к существенному изменению его конструкции в целом.

Рис 33 Трехпозиционный гидроцилиндр

На Рис 33 показана конструкция трехпозиционного гидроцилиндра. Он содержит корпус 1, в котором с образованием торца 2 выполнены две полости 3 и 4 различного диаметра, при этом в полости 4 установлен поршень 5 со штоком 6, а в полости 7 поршня 5 установлен плунжер 8, с возможностью взаимодействия своим буртом с торцем 9 поршня 5 и торцем 2 корпуса 1. Шток 6 выполнен с центральным отверстием 10, которое постоянно разгружает полость 7 поршня 5 от давления. Поршень 5, шток 6 и плунжер 8 имеют соответственно уплотнения 11 – 13. Корпус 1 закрыт крышками 14 и 15. Подвод масла в полости 3 и 4 гидроцилиндра осуществляется посредствам отверстий 16 и 17. Уплотняемая площадь F1плунжера 8 больше площади F2 поршня 5 со стороны расточки 4, а площадь F2 поршня 5 больше площади F3 поршня 5 со стороны полости 3.

      Работает трехпозиционный гидроцилиндр следующим образом. В нейтральном положении полости 3 и 4 соединены через отверстия 16 и 17, напорной магистралью и поршень 5 удерживается от движения влево силой равной R1 = р(F1 + F3 – F2), а от движения вправо – силой равной R2 = р(F2 – F3), где р давление масла подаваемого в гидроцилиндр. При соединении полости 3 через отверстие 16 со сливом шток 6, поршень 5 и плунжер 8 перемещаются влево под действием силы действующей со стороны полости 4, величина которой равна R3 = рF2. Следующее положение штока 6 обеспечивается при соединении со сливом полости 4 через отверстие 17. При этом плунжер 8 остается на месте, а поршень 5 и шток 6 перемещаются вправо под действием силы, величина которой равна R4 = рF3

В данном разделе полной версии книги содержится 6 примеров конструкции многопозиционных гидроцилиндров (см. Рис. в таб.)

2.8 Телескопические гидроцилиндры

          В подъемных механизмах машин, имеющих гидравлический привод, таких как самосвалы, краны, подъемники, манипуляторы, возникает необходимость иметь длину хода штока гидроцилиндра больше чем длина его корпуса. В этом случае используются так называемые телескопические гидроцилиндры. Рассмотрим примеры их конструкции.

Рис 39 Конструкция телескопического гидроцилиндра.

На Рис 39 показана конструкция телескопического гидроцилиндра. Он состоит из трех тех телескопических секций, которые включфают корпус 1 с подводящими каналами 11 и 12, стаканы 2, 3, поршнь 14 со штоком 15, при этом стаканы выполнены с буртами 4 – 8 и 17 – 19, а корпус 1 с уступом 13, а в правом торце стакана 3 выполнено отверстие 16 для подвода масла в штоковую полость гидроцилиндра первой секции, образованного стаканом 3 поршнем 14 и штоком 15. Стаканы 2, 3 и шток 15 образуют в гидроцилиндре поршневую полость 9 и штоковую 10 третьей секции.

           Работает телескопический гидроцилиндр следующим образом. При подаче масла через канал 11 в поршневую полость 9 гидроцилиндра стаканы 2, 3 и поршень 14 со штоком 15 перемещаются вправо, при этом перемещение стакана 2 ограничивается его буртом 4 и выступом 13 корпуса 1, перемещение стакана 3 – его буртом 7 и буртом 6 стакана 2, перемещение поршня 14 ограничивается уступом 18 стакана 3. При подаче масла через канал 12 в штоковую полость 10 гидроцилиндра стаканы 2, 3 и поршень 14 со штоком 15 перемещаются влево, при этом перемещение стакана 2 ограничивается его буртом 5 и буртом 13 корпуса 1, перемещение стакана 3 ограничивается его буртом 8 и буртом 19 стакана 2, перемещение поршня 14 ограничивается упором17 стакана 2.

В данном разделе полной версии книги содержится 4 примера конструкции телескопических гидроцилиндров (см. Рис. в таб.)

2.9 Гидроцилиндры со сложным движением штока

             Различные агрегаты машин и оборудования, приводимые в движение гидроприводом, помимо поступательного движения требуют параллельно или последовательно производить дополнительный поворот, и даже вращение штока гидроцилиндра. Такое сложное движение штока приводного гидроцилиндра достаточно часто используется в механизме поступательного перемещения руки манипулятора, который доложен параллельно обеспечивать поворот схвата вокруг продольной оси.

Рис 43 Конструкция гидроцилиндра, оснащенного вращающимся валом расположенным внутри штока

            На Рис 43 показана конструкция гидроцилиндра, полый шток которого снабжен валом совершающим вместе со штоком поступательное перемещение и дополнительное вращение. Он содержит корпус 1 с крышкой 2, которая крепится на базовой плите 3 посредствам винтов 4, а также поршень 5, соединенный винтами 7 с полым штоком 6, в центральном отверстии которого на подшипниках 10 и 11 установлен полый вал 8 с фигурным пазом 9, зафиксированный в осевом направлении стопорным кольцом 12, а в отверстии полого вала 8 расположена штанга 13, выступающий конец которой жестко соединен с корпусом 1 посредствам штифта 14, при этом на противоположном конце штанги 13 закреплен палец 15 контактирующий с боковой поверхностью винтового паза 9.
Работает гидроцилиндр следующим образом. При поступлении масла под давлением в поршневую полость гидроцилиндра поршень 5 со штоком перемещаются влево. В начале хода палец 5 контактирует с прямолинейным участком паза 9, поэтому вал 8 поступательно перемещается вместе со штоком 6. Затем при взаимодействии пальца 15 с винтовым участком паза 9 вал 8 вместе с поступательным движением осуществляет поворот, величина которого определяется формой и длиной винтового участка паза 9 (до 360 град. и более). В конце хода поршня 5 винтовой паз 9 имеет второй прямолинейный участок, в результате чего вал 8 снова перемешается вместе со штоком 6 только поступательно. При подаче масла в штоковую полость гидроцилиндра, шток 6 и вал 8 совершают движение в обратной последовательности.

2.10 Уплотнения гидроцилиндра

            Важным элементом, обеспечивающим надежную работу гидроцилиндра является уплотнение поршня и штока. В настоящее время наметилась устойчивая тенденция замены резиновых уплотнений гидроцилиндров на уплотнения из пластмасс с улучшенными антифрикционными свойствами и комбинированные уплотнения из пластмасс и резинового эспандера, который улучшает контакт с трущейся поверхностью, за счет увеличения их эластичности.

         В таких уплотнениях функция скольжения поршня и штока относительно корпуса гидроцилиндра и функция непосредственно уплотнения разделены между элементами комплекта уплотнения, который и для уплотнения поршня и для уплотнения штока гидроцилиндра состоит из двух направляющих колец и одного или двух, в зависимости от давления в цилиндре, уплотнительных колец. Комплекты уплотнений такого типа производит фирма RGC, которые изготавливаются по ТУ2539 – 001 – 18258615 – 01 и предназначены для использования в гидроцилиндрах диаметром 25 – 250 мм, работающих с давлением до 50 МПа, скоростью перемещения до 10,0 м/сек и температурой масла от – 55 до + 200град.

В данном разделе полной версии книги приведены рекомендации по применению уплотнений типа RGC (см.Рис. в таб.)

2.11 Соединения гидроцилиндра с трубопроводами и
рукавами высокого давления

               Еще одним важным элементом, обеспечивающим надежную работу гидроцилиндра является соединение маслоподводящего трубопровода с гидроцилиндром, для чего используются так называемые концевые соединения. Тип концевого соединения выбирается в зависимости от расположения и степени подвижности соединяемых отводов на гидропанели и на гидроцилиндре. Общие технические требования к соединениям трубопроводов определяются ГОСТ 15763 – 2005. Конструкция наиболее часто применяемых стандартных концевых соединений приведены в таб. 1.

                                                                                                        Таблица 1

             Для соединения маслоподводящей магистрали с подвижным корпусом гидроцилин-дра используются рукава высокого давления (РВД), которые состоят из резинового рукава 1 с оплеткой(ми) опрессованного с двух сторон концевыми соединениями, каждое из которых состоит из муфты 2 соединяющей рукав с ниппелем (фитингом) 3 и накидной гайки 4, соединяющих рукав с гидроцилиндром (см. Рис. 51ж). Основные параметры и размеры резиновых рукавов для РВД определены ГОСТ 6286 – 2017 и ГОСТ 25452 – 2017. На Рис. 51 показаны наиболее часто применяемые концевые соединения (фитинги) для РВД.

Рис. 51. Наиболее часто применяемые фитинги для РВД.

           На Рис. 51а показан фитинг, состоящий из ниппеля с внутренним конусом и накидной гайки, на Рис. 51б – фитинг состоящий из шарового ниппеля и накидной гайки, на Рис. 51в – фитинг, выполненный в виде ниппеля для фланцевого соединения, на Рис. 51г – фитинг, выполненный в виде штуцера поворотного соединения, на Рис. 51д – фитинг, выполненный в виде штуцера с наружным конусом, на Рис. 51е – фитинг, выполненный в виде штуцера с внутренним конусом.

2.12 Расчеты гидроцилиндров

               Содержание и объем расчетов выполняемых при проектировании гидроцилиндра зависит от его конструктивных особенностей. Если гидроцилиндр одностороннего или двухстороннего действия имеет традиционную конструкцию, и приводит в действие тихоходные механизмы то обычно выполняется расчет его основных геометрических размеров (диаметр поршня, диаметр штока, величина хода), которые потом округляются до величин установленных ГОСТ 6540 – 68. После этого конструктор на основе имеющегося опыта проектирования выбирает тип покупного гидроцилиндра с рассчитанными параметрами, который в максимальной степени соответствует требованиям задачи на проектирование.
Если гидроцилиндр имеет оригинальную конструкцию, что исключает использова-ние покупного образца и предусматривает его проектирование в полном объеме, то со-держание и объем выполняемых при этом расчетов значительно расширяется. В общем случае при проектировании гидроцилиндра имеющего оригинальную конструкцию выполняются следующие виды расчетов:
–  расчет основных параметров гидроцилиндра (диаметр поршня, диаметр штока, величина хода),
–  расчет потребной производительности насоса подающего масло в рабочие полос-ти гидроцилиндра, и диаметра маслоподводящих трубопроводов,
–  прочностной расчет элементов конструкции гидроцилиндра (корпуса, штока, крепежных деталей),
–  расчет тормозного устройства при его наличии в гидроцилиндре.

В данном разделе полной версии книги приведены формулы для
выполнения вышеперечисленных расчетов гидроцилиндров

2.13 Конструкция типовых деталей гидроцилиндра

         Основными деталями гидроцилиндра являются следующие: корпус 1, поршень 2, шток 3, направляющая втулка 4, крышки нижняя 5 и верхняя 6 и гайки 7 и 8 (см. Рис. 55). Корпус гидроцилиндра является корпусной деталью трубчатой формы, в отверстии которой располагаются поршень, шток и направляющая втулка, а с торцев устанавливаются крышки герметизирующие рабочие полости гидроцилиндра.

Рис 55 Тяжело нагруженный гидроцилиндр двухстороннего действия

           При давлении масла в гидроцилиндре до 16МПа его корпус изготавливается из горячедеформируемых стальных труб по ГОСТ8734 – 78 и холоднодеформируемых стальных труб по ГОСТ 8732 – 75. Такой корпус обычно состоит из гильзы с приваренной к одному из торцев задней крышкой гидроцилиндра, которая в данном случае является его дном (см. Рис. 8, 11 – 14), а другой торец гильзы обязательно содержит элементы крепления, в том числе:
–  приваренный фланец со сквозными отверстиями для крепления посредствам болтов передней крышки гидроцилиндра
(см. Рис. 8),
–  приваренный фланец с резьбовыми отверстиями для фиксации осевого положения направляющей втулки гидроцилиндра (см. Рис. 9, 12),
–  с наружной или внутренней резьбой для установки гайки (крышки) для фиксации осевого положения направляющей втулки гидрпоцилиндра ( см. Рис. 13, 14).              При давлении масла более 16МПа корпус гидроцилиндра обычно изготавливается из по-ковки. В этом случае корпус гидроцилиндра представляет собою полый толстостенный цилиндр с точно обработанными торцами на которых выполнены резьбовые отверстия для крепления торцевых крышек, или внутренняя резьба для фиксирующих крышки гаек (см. Рис. 55). В качестве материала для изготовления корпуса используются следующие стали: сталь 35, 45, 20Х, 40Х, 30ХГСА и др. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка корпуса подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240 – 280 ед.Рис. 56. Чертеж корпуса гидроцилиндра с указанием требований по точности

Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его корпусу (см. Рис. 56) предъявляются следующие требования по точности:
–  допуск на отверстие корпуса под установку поршня D,
–  допуск на угол α конусного отверстие под установку направляющей втулки,
–  допуск на резьбу под установку стопорной гайки М,
–  допуск на длину корпуса L,
–  допуск на расстояние от правого торца корпуса до упорного бурта h,
–  погрешность формы отверстия D,
–  биение торцев корпуса
–  биение конусной поверхности отверстие под установку направляющей втулки,
–  торцевое биение бурта в отверстии корпуса под установку нижней крышки,
–  шераховатость поверхностей.
Центральное отверстие корпуса D под установку поршня выполняется по посадке Н7. Резьба М под установку стопорной гайки, обычно выполняется метрической с мелким шагом с полем допуска по 6H. Длина корпуса L и расстояние h выполняются по посадке h12. Угол конуса α отверстия под установку направляющей втулки устанавливается в пределах 10 – 15 град и выполняется по 7 – 8 квалитету ГОСТ 25307 – 82 . Прямолинейность отверстия D устанавливается равной 0,03/500мм, а некруглость – равна половине поля допуска отверстия (H7/2). Биение торцев корпуса относительно отверстия D устанавливается по 8 – 9 степени ГОСТ 34643 – 81. Торцевое биение бурта в отверстии корпуса под установку нижней крышки устанавливается по 7 – 8 степени ГОСТ 34643 – 81 Биение конусной поверхности отверстие под установку направляющей втулки устанавливается равной половине поля допуска отверстия (H7/2). Шераховатость перечисленных поверхностей корпуса гидроцилиндра указана на чертеже.

В данном разделе полной версии книги приводятся рекомендации по проектированию основных деталей гидроцилиндра (см. Рис. в таб.)

2.15 Сборка гидроцилиндров.

            Сборка гидроцилиндра имеющего традиционную конструкцию (см. Рис 7) состоит из следующих операций:
–  установка в переднюю крышку уплотнительтных и направляющихколец колец, а ткже грязесъемника,
–  установка в поршень уплотнительтных и направляющихколец колец,
–  установка передней крышки на шток гидроцилиндра и его сборка с поршнем,
–  сборка комплекта состоящего из поршня, штока на котором установлена передняя крышка с корпусом гидроци линдра,
–  крепление передней крышки с корпусом гидроцилиндра путем затяжка соединяющих их болтов, или установка и затяжка гаек на шпильках.

Рис 66 Конструкция оправки для установки уплотнительного резинового кольца в наружную канавку поршня

          На Рис 66 показана конструкция оснастки для установки уплотнительного резинового кольца по ГОСТ 9833 – 73 в наружную канавку поршня гидроцилиндра. Она состоит из конической оправки 4 и цанговой насадки 5. При установке кольца 3 в наружную канавку поршня 1, которая выполняется после его сборки со штоком 2, коническая оправка 4 устанавливается на торец поршня 1, а кольцо 3, подлежащее установке в наружную канавку поршня, располагается на краю цанговой насадки 5, после чего последняя одевается на конусную оправку 4 и перемещается вдоль нее по направлению к поршню 1. В результате этого цанговая наставка 5 скользит по конусной оправе 4 и разводит свои лепестки, которые заставляют расположенное на их наружной поверхности резиновое кольцо 3 увеличиваться в диаметре. В конце хода цанговой наставки 5 кольцо 3 сначала переходит на наружную поверхность поршня 4, а затем заходит в его наружную канавку. После чего цанговая насадка 5 смещается назад и сходит с конусной оправки 4, а затем оправка и насадка снимаются с поршня 1, в канавке которого остается установленное кольцо 3.

Рис.67 Конструкция оснастки для установки уплотнительного резинового кольца во внутреннюю канавку базовой детали

На Рис 67а показана конструкция оснастки для установки уплотнительного резинового кольца во внутреннюю канавку базовой детали 2, которая представляет собою щип-цы 3 имеющие три цилиндрических стержня 4, расположенные на их торцевой поверхно-сти, при этом центральный стержень является соединительной осью для рукояток щипцов. Перед установкой кольца 1 во внутреннюю канавку крышки 2, оно деформируется, как показано на Рис 65в, при этом значительно уменьшая свой наружный размер (форма кольца перед установкой в канавку показана на Рис 67б), что позволяет свободно ввести его в отверстие крышки 2 . После введения кольца в отверстие базовой детали его часть с большим радиусом вводится в канавку, а затем рукоятки щипцов поворачиваются в обратную сторону разводя при этом стержни 4, а освободившееся при этом кольцо входит в канавку.

2.16 Рекомендации по проектированию гидроцилиндров.

Гидроцилиндр является одним из основных элементов гидропривода, поэтому от правильного расчета и последующего выбора его параметров и конструктивного исполнения его элементов, а в ряде случаев, оснащения его дополнительными устройствами, зависит стабильность и долговечность работы приводимого им механизма и машины в целом. В общем случае исходными данными для проектирования гидроцилиндра являются следующие:
–  усилие, которое необходимо создать гидроцилиндром для привода механизма,
–  перемещение ведущего звена приводимого механизма, которое должен обеспе-чить гидроцилиндр,
–  скорость ведущего звена приводимого механизма, которую должен обеспечить гидроцилиндр,
–  траектория движения ведущего звена приводимого механизма,
–  режим работы механизма (изменение скорости и усилия в процессе работы, на-личие остановок),
–  инерционность приводимого механизма (приведенная масса и момент инерции),
–  установленное при проектировании гидроагрегата давление и расход масла подаваемого в гидроцилиндр,
–  допустимые варианты расположения гидроцилиндра относительно ведущего     звена приводимого механизма и возможные варианты его крепления на станине или раме машины

    В данном разделе полной версии книги приводится поэтапная методика проектирования гидроцилиндров.

3 Неполноповоротные гидродвигатели

3.1 Основные типы неполнопоротных гидродвигателей

              Неполноповоротный гидродвигатель является объемным двигателем преобразую-щим энергию потока масла подаваемого под давлением во вращательное движение ведомого звена (вала) на фиксированный угол. Данный тип гидродвигателей используется для привода различных транспортных устройств (поворотных столов, шаговых транспортеров, промышленных роботов), работа которых сводится к периодическому повороту на угол до 260 град. Основные конструктивные схемы неполноповоротных гидродвигателей показаны на Рис 1.

Рис. 1. Конструктивные схемы основных типов
неполноповоротных гидродвигателей

На Рис 1а показан неполноповоротный гидродвигатель лопастного типа (НГЛ), состоящий из корпуса, ротора с лопастью и разделительного сегмента который вместе с лопастью разделяет внутреннюю полость корпуса на две рабочие камеры. При подаче масла под давлением в левую камеру вал с лопастью вращается против часовой стрелки, а при подаче в правую возвращается в исходное положение. Основным преимуществом НГЛ по сравнению с остальными типами неполноповоротных гидродвигателей является компактность конструкции, позволяющая встраивать его в ограниченное пространство различных машин и технологического оборудования, устанавливая непосредственно на ведущем валу приводимого механизма. Основным недостатком лопастного неполноповоротного гидродвигателя является ограниченный угол поворота для увеличения которого необходимо встраивать в привод повышающую передачу, что снижает передаваемый крутящий момент, а также ограничение давления масла из-за сложности уплотнения поворотной лопасти и резделительного сектора, имеющих прямоугольную форму. На Рис 1б, в показана конструкция двух типов неполноповоротных гидродвигателей со встроенной зубчато – реечной передачей (НГсВП). У этих гидродвигателей поворот выходного вала осуществляется за счет преобразования поступательного движения поршней во вращательное посредствам зубчато – реечную передачи. Такая конструкция позволяет получить угол поворота 360 град и боле, в зависимости от величины хода гидроцилиндра, при использовании традиционных уплотнений поршня и штока, что позволяет использовать высокое давление масла. На 1б показана конструкция НГсЗП содержащая два поршня соединенных общим штоком, выполненным за одно с зубчатой рейкой, которая постоянно находится в зацеплении с зубчатым колесом. На Рис 1в показана конструкция НГсЗП содержащая две штоково – поршневые группы, обе зубчатые рейки которых постоянно находится в зацеплении с зубчатым колесом, что позволяет создать на выходном валу гидродвигателя увеличенный крутящий момент. Но из-за значительных габаритов такая конструкция НГсЗП имеет определенные ограничения при компоновке в составе привода конкретного механизма. При использовании неполноповоротных гидродвигателей, показанных на Рис 1а – 1в в качестве шагового привода, например поворотных столов или транспортеров их выходной вал соединяется с ведущим валом механизма через обгонную муфту, наличие которой позволяет осуществлять его поворот только при одном направлении вращения. На Рис 1г показан неполноповоротный гидродвигатель, выполненный на основе гидроцилиндра со встроенной винтовой парой (НГсВП). Он состоит из расположенного в корпусе приводного гидроцилиндра, на штоке которого выполнена ходовая резьба, находящаяся в постоянном контакте с ответной гайкой, закрепленной посредствам шлицевого соединения в отверстии выходного вала гидродвигателя , который установлен в его корпусе на радиально – упорных подшипниках. Этот тип неполноповоротного гидродвигателя при малых габаритных размерах позволяет развивать большой крутящий момент при малой скорости вращения выходного вала. Основными недостатками НГсВП является низкий КПД, вызванный наличием винтовой пары и сложность его конструкции.

Рис. 2 Общий вид серийно выпускаемых
неполноповоротных гидродвигателей

            На Рис 2 показан общий серийно изготавливаемых неполноповоротных гидродвигателей. На Рис 2а показан лопастной неполноповоротный гидродвигатель, на Рис 2б двухпоршневой неполноповоротный гидродвигателт со встроенной зубчато – реечной передачей, на Рис 2в четырехпоршневой неполноповоротный гидродвигатель со встроенной зубчато – реечной передачей, на Рис 2г неполноповоротный гидродвигатель выполненный на основе гидроцилиндра со встроенной винтовой передачей.

3.2 Область применеия неполноповолротных гидродвигателей

        Неполноповоротные гидродвигатели в настоящее время широко используются в различных областях машиностроения в качестве привода поворотных механизмов в том числе:
–  в трубогибочных станках для привода поворотной балки,
–  в зажимных приспособлениях для привода поворота ходового винта,
–  в автоматических манипуляторах для привода поворота его различных механиз-мов,
–  в поворотных столах и шаговых транспортерах,
–  в качестве привода механизмов автоматического управления клапанами газовых турбин,
–  в приводе вспомогательных судовых механизмов.
Причина такого широкого использования неполноповоротных гидродвигателей являются преимущества, которыми они обладают по сравнению остальными типами электромеханического и гидравлического привода заключающиеся в следующем:
–  минимальном количестве и массе подвижных деталей, что существенно улучшает динамику работы приводимого механизма,
–  возможности создавать привод механизма с простой кинематикой, из – за отсут-ствия передаточных механизмов
–  возможность создания больших крутящих моментов,
–  возможность изменения скорости поворота выходного вала.
Рассмотрим несколько примеров использования неполноповоротных гидродвигателей в машиностроении.

Рис 3 Конструкция револьверной головки с приводом поворота от неполноповоротного гидродвигателя лопастного типа.

        На Рис 3 показана конструкция револьверной головки с приводом поворота от неполноповоротного гидродвигателя лопастного типа. Она со стоит из основания 1, на правом торце которого закреплен диск 3 с торцевым зубом, находящейся в зацеплении с аналогичным диском 4, закрепленном на торце корпуса 2 револьверной головки, при этом, во внутренней полости образованной основанием 1 и корпусом 2 расположен гидроцилиндр, содержащий корпус 9, крышки 5, 7, 8, и поршень 6, выполненный за одно с двусторонним штоком, который скреплен с крышками 5 и 7 и образует две рабочие полости гидроцилиндра 10 и 11. Конструкция гидроцилиндра такова, что его поршень 8 посредствам двухстороннего штока, будучи соединен с левого торца с крышкой 5 и основанием 1 неподвижен в осевом направлении, а корпус 9 гидроцилиндра, будучи соединен посредствам крышки 8 с корпусом 2, имеет возможность вместе с последнем перемещаться в осевом направлении. В центральном отверстии поршня 6, закрытого с обоих сторон крышками 5 и 7, расположен неполноповоротный гидродвигатель лопастного типа (НГЛ), содержащий ротор состоящий из вала 12 соединенного посредствам шпоночного соединения со втулкой 14, на которой посредствам болтов 16 и штифтов 17 закреплена лопасть 15, имеющая возможность поворачиваться внутри отверстия в поршне 6 на фиксированный угол, а также ограничительный сектор 20 закрепленный в отверстии поршня 8 посредствам болтов 18 и штифтов 19. Поверхность отверстия поршня 8, наружная поверхность втулки 14 и боковые поверхности лопасти 15 и разделительного сектора 20 образуют в НГЛ две рабочие полости 38 и 39. Поворот корпуса 2 револьверной головки из одного фиксированного положения в другое равен углу поворота лопасти 15. На правом конце вала 12 на шпонке установлена шестерня 21, зафиксированная в осевом направлении ограничительной шайбой 21 и гайкой 23, имеющая возможность зацепляться с зубчатым колесом 24 внутреннего зацепления, имеющим одинаковое с шестерней число зубьев, при этом, на левом конце вала 12 закреплен торцевой кулачок 25, воздействующий посредствам толкателей 26, 27 на конечные выключатели 28, 29. Угол поворота лопасти 15 равен целому числу шагов шестерни 21 (зубчатого колеса 24): α = (πmzα)/Rд ;
Где:
α, угол поворота лопасти,
m, модуль зацепления зубчатых колес,
zα, число зубьев зубчатых колес соответствующее углу поворота лопасти,
Rд, радиус делительной окружности зубчатых колес.
В отверстиях основания 1 расположены подпружиненные толкатели 31 и 32, при этом первый имеет коническую поверхность в месте контакта со вторым, а правый конец толкателя 31 под действием пружины имеет возможность контактировать с левым торцем корпуса 9 гидроцилиндра, а толкатель 32 своим верхнем концом имеет возможность воздейсьтвовать на конечный выключатель 33. Подвод масла в рабочие полости гидроцилиндра осуществляется через систему каналов 34, 35, а подвод масла в рабочие полости НГЛ производится через систему каналов 36, 37.
Поворот револьверной головки производится следующим образом. Перед поворотом корпуса 2 револьверной головки, выполняется его расфиксация с основанием 1. Для этого масло под давление по системе каналов 34 подается в рабочую полость 11 гидроцилиндра, а из его рабочей полости 10 идет на слив через систему каналов 35, что приводит к тому что корпус 9 гидроцилиндра вместе с корпусом 2 револьверной головки смещается вправо и зубчатые венцы шестерни 21 и зубчатого колеса 24 входят в зацепление, а торцевые зубья дисков 3 и 4 разъединяются. При этом толкатель 31 под действием пружины перемещается вправо, а толкатель 32 под действием пружины опускается вниз, что приводит к србатыванию конечного включателя 33, который дает команду на включение НГЛ в результате чего масло под давлением через систему каналов 36 поступает в рабочую полость 38, а из рабочей полости 39 идет на слив. Поскольку шестерня 21, жестко связанная с валом 12, и зубчатое колесо 24, закрепленное на корпусе 2 револьверной головки, находятся в зацеплении, то вместе с валом 12 вращается и корпус 2, при этом его поворот на одну позицию соответствует повороту лопасти 15 до упора в разделительный сектор 20. По окончании поворота торцевой кулачок воздействует на толкатель 25, который включает конечный выключатель 28 и последний дает команду на подачу масла через систему каналов 35 в рабочую полость 10 и слив масла по системе каналов 34 из рабочей полости 11, что приводит к перемещению поршня 2 вместе с корпусом 9 гидроцилиндра и корпусом 2 револьверной головки влево. В конце хода корпуса 2 диски 3и 4 зацепляются посредствам торцевых зубьев, а шестерня 21 выходит из зацепления с шестерней 24, и таким образом, угловое положение корпуса 2 револьверной головки точно фиксируется. В конце хода корпус 9 гидроцилиндра нажимает на толкатель 31, который, преодолевая усилие пружины, своей конусной поверхностью перемещает вверх толкатель 32 и последний при этом включает конечный выключатель 33, который подает команду на включение НГЛ. В результате чего масло под давлением через систему каналов 37 поступает в рабочую полость 39, а из рабочей полости 38 идет на слив. Поскольку шестерня 21 свободна вал 15 с втулкой 14 и лопастью 20 совершает холостой поворот в обратном направлении и занимает исходное положение. В конце поворота торцевой кулачок воздействует на толкатель 25, который включает конечный выключатель 28 и последний дает сигнал в систему управления станком об окончании цикла поворота револьверной головки.

Рис 4 Конструкция гидравлического привода делительного стола выполненного на основе неполноповоротного гидродвигателя лопастного типа

              На Рис 4 показана конструкция гидравлического привода делительного стола выполненного на основе неполноповоротного гидродвигателя лопастного типа (НГЛ). Он состоит из корпуса 1, в рабочей полости которого, образованной его центральным отверстием, закрытым с торцев крышкой 4 и основанием 5 расположены сектор 2 и лопасть 3, а крышка 4 и основание 5 оснащены гидроцилиндрами сцепления, верхний из которых содержит стакан 6, поршень 10, поводок 8 и гидромуфту с дисками сцепления 12, а нижний – стакан 7, поршень 11, поводок 9 и гидромуфту с дисками сцепления 13. Сектор 2 выполнена за одно целое с входным валом 20, а лопасть 3 жестко соединен с выходным валом 21, на конце которого установлена шестерня 19. Подвод масло от гидросистемы осуществляется через систему отверстия а и б, в которых установлены обратные клапаны 14 – 17. В секторе 2 выполнен угловой паз 18, определяющий угол поворота выходного вала 21. Сектор 2 и лопасть 3 разделяют внутреннюю полость гидроповоротника на две рабочие камера Б и В, при этом, рабочая камера Б соединена каналами в секторе 2, основании 5, корпусе 1, крышке 4 и стакане 6 с входным отверстием а, рабочая камера В – каналами в лопасти 3, валу 21, основании 5 с входным отверстием б.
Делительный стол работает следующим образом. В отверстие а из гидросистемы подается под давлением масло, которое попадая в рабочую полость стакана 6 верхнего гидроцилиндра, перемещает вниз его поршень 10, который при этом сжимает диски сцепления 12, и таким образом, заневоливает лопасть 3 относительно корпуса 1. Одновременно масло из отверстия а по каналам в стакане 6, крышке 4, корпусе 1, через клапан 15 в основании 5 поступает в полость Б и поворачивает сектор 2 до упора плоскости паза 18 в лопасть 3. После этого, давление масла в гидросистеме растет, в результате чего, срабатывает реле давления (на Рис 4 не показано), которое дает команду на соединение отверстия а со сливом и подвод масла к отверстию б. При этом, масло из отверстия б через отверстия в стакане 7 поступает в рабочую полость нижнего гидроцилиндра и перемещает вверх поршень 11, который сжимает диски сцепления 13 и заневоливает сектор 2 относительно основания 5, жестко связанного с корпусом 1 гидроповоротника. Одновременно масло из отверстия б поступает по каналам в основании 5, клапан 16 и каналы в лопасть 3 в полость В. В результате этого, происходит поворот лопасти 3 вместе с выходным валом 21 до упора в торец паза 18 сектора 2. Слив масла из полости Б происходит через клапан 14, а из полости В через клапан 17. Величина угла поворота выходного вала 21 определяется величиной углового паза 18 в секторе 2.

Рис 5 Тиски с гидравлическим приводом выполненным в виде неполноповоротного гидродвигателя лопастного типа

           На Рис 5 показана конструкция тисков с гидравлическим приводом, выполненным в виде неполноповоротного гидродвигателя лопастного типа. Эти тиски состоят их корпуса 1, закрепленного на основании 2 посредствам болтов 3 и гаек 4, в котором размещаются гидравлический механизм зажима и механизм регулировки, связанные между собою винтом 5. Механизм зажима представляет собою неполноповоротный лопастной гидродвигатель состоящий из стакана 6, крышки 7, ротора 9 с лопастью 10 и с гайкой 11 установленной на подшипниках 8, осевой зазор в которых регулируется прокладками, установленными под крышку 15, а также сегментный разделитель 12, неподвижно закрепленный в стакане 6 посредствам штифтов 13 и болтов 14. Механизм регулировки предназначенный для настойки требуемого расстояния между зажимными губками неподвижной 22 и подвижной 23 в зависимости от размера зажимаемой детали. Он содержит корпус 16 с закрепленными посредствам болтов 24 направляющими планками 17, которые входят в продольные пазы корпуса 1, валика 19 установленного на подшипниках скольжения 18 в поперечной расточке корпуса 16 с закрепленным на нем червяком 20, зацепляющимся с червячным колесом 21, установленным на винте 5 посредствам резьбы выполненной в его отверстии.

       После выполнения настройки между подвижной и неподвижной губками тисков устанавливается заготовка и осуществляется ее зажим. Для этого включается подача масла под давлением, которое поступает в одну из рабочих полостей неполноповоротного лопастного гидродвигателя, и сливается из его противоположной рабочей полости, что приводит к повороту лопасти 10, а последняя, поворачиваясь, своей гайкой 11 взаимодействует с резьбой винта 5 и сообщает ему, поступательное движение. Вместе с винтом 5 поступательно перемещается по направлению к зажимаемой заготовке корпус 16 с подвижной губкой 23, которая осуществляет зажим. Для разжима тисков масло под давлением подается в противоположную рабочую полость неполноповоротного гидродвигателя, а из другой его рабочей полости идет на слив, что приводит к повороту лопасти 10 вместе с ротором 9 в обратную сторону, который посредствам гайки 11 перемещает винт 5 в месте с корпусом 16 и подвижной губкой 23 в сторону от заготовки, освобождая последнюю.

Рис 6 Конструкция поворотно – делительного стола с приводом от неполноповоротного гидродвигателя со встроенной зубчато – реечной передачей.

         На Рис 6 показана конструкция поворотно – делительного стола с приводом от неполноповоротного гидродвигателя со встроенной зубчато – реечной передачей. Он содержит массивный угольник 1 в центральном отверстии которого на подшипниках 4 установлен вал 3 с закрепленной на нем планшайбой 2, при этом на левой нерабочей плоскости угольника 1 закреплен неполноповоротный гидродвигатель 7 со встроенной зубчатой передачей. Последний состоит из корпуса 8, в горизонтальной расточке которого установлены две гильзы 9, с размещенными в них поршнями 10, соединенными между собою штоком рейкой 11, зацепляющейся с зубчатым колесом 13, при этом, последнее через звездочку обгонной муфты 12 соединена с валом 3. Для точной фиксации положения планшайбы 2 в ней выполнены отверстия в которых установлены втулки 16 с коническим отверстием, а в угольнике закреплен фиксирующий гидроцилиндр 17 с коническим хвостовиком выполненным на его штоке, который имеет возможность контактировать с ответными коническим отверстиями втулок 16.
Поворот планшайбы осуществляется следующим образом. Масло под давление по-дается в правую рабочую полость гидродвигателя, а из левой идет на слив, в результате оба поршня 10 и шток – рейка 11 перемещаются влево, и поворачивает зубчатое колесо 13 против часовой стрелки, а последнее, при таком направлении вращения, заклинивает ро-лики обгонной муфты 12 и передает вращение ее звездочке, которая поворачивается вме-сте с валом 3 и планшайбой 2. После поворота планшайбы 2 на требуемый угол обе по-лости гидродвигателя соединяются между собой, что позволяет планшайбе иметь некото-рую свободу в угловом положении. После этого включается гидроцилиндр фиксации 17 и его шток своим конусным хвостовиком входит в конусное отверстие соответствующей втулки 16 фиксируя планшайбу 2, которая, имея некоторую угловую свободу, занимает точное фиксированное положение. Затем масло под давлением подается в левую рабочую полость гидродвигателя в результате чего поршни 10 и шток – рейка 11 перемещаются вправо и вращают зубчатое колесо 13 по часовой стрелке, но поскольку, при таком направлении вращения зубчатого колеса, обгонная муфта 12 расклинивается, вращение валу 3 и планшайбе 2 не передается, а гидродвигатель в конце хода занимает свое исходное положение.

3.3 Лопастные неполноповоротные гидродвигатели.

              Существует два основных типа лопастных неполноповоротных гидродвигателей, крышечные и катушечные, которые отличаются по способу образования рабочих полостей. Крышечные ЛНГ отличаются тем, что боковые поверхности их рабочих камер образованы торцевыми поверхностями крышек 2 и 3 (см. Рис 8), а в катушечных ЛНГ боковые поверхности рабочих камер образованы щеками внутренней проточки ротора 9 (см. Рис. 13). В крышечных ЛНГ внутренний диаметр рабочей камеры зависит от диаметра выходного конца вала, который соединяется с ведущим валом приводного механизма. В катушечных ЛНГ выходной конец выла на внутренний диаметр рабочей камеры не влияет поскольку не связан с внутренней проточкой ротора, образующей рабочую камеру. Поэтому при одном и том же давлении масла подаваемого в рабочие полости гидродвигателя и одинаковых габаритных размерах катушечный ЛНГ способен развивать больший крутящий момент. Оба типа ЛНГ могут выполняться как однолопастными, так и многолопастными (см. Рис. 11 и 13). Крутящий момент, развиваемый многолопастными ЛНГ, по сравнению с однолопастными, увеличивается приблизительно пропорционально количеству лопастей. Независимо от количества лопастей ЛНГ могут быть однокамерными и многокамерными (см. Рис. 14), при этом однокамерные имеют только одну рабочую полость а многокамерные несколько. Максимальный угол поворота однолопастного неполноповоротного гидродвигателя составляет 300 град.

3.3.1 Крышечные лопастные неполноповоротные гидродвигатели.

В данном разделе полной версии книги приведены примеры конструктивного исполнения крышечных лопастных неполноповоротных гидродвигателей с описанием их работы (см. таб.)

3.3.2 Катушечные лопастные неполноповоротные гидродвигатели.

В данном разделе полной версии книги приведены примеры конструктивного исполнения катушечных лопастных неполноповоротных гидродвигателей с описанием их работы (см. таб.)

3.4 Неполноповоротные гидродвигатели с зубчато – реечной передачей.

             Неполноповоротный гидрдвигатель с зубчато – реечной передачей (НГсЗП) принципиально отличаются от ЛНГ тем, что вместо ротора с установленными на нем лопастью(ями), он содержит штоко – поршневую(ые) группу(ы), на штоке(ах) которой(ых) установлена рейка, зацепляющаяся с зубчатым колесом закрепленным на выходном валу гидродвигателя. Такая его конструкция содержащая традиционные механизмы (гидроцилиндр и зубчатую передачу) позволяет встраивать дополнительные устройства расширяющие область применения гидродвигателя. Рассмотрим несколько конструкций НГсЗП.

В данном разделе полной версии книги приведены примеры конструктивного исполнения неполноповоротных гидродвигателей с зубчато – реечной передачей с описанием их работы (см. таб.)

3.5 Неполноповоротные гидродвигатели на основе гидроцилиндра
со встроенной винтовой парой.

         Неполноповоротные гидродвигатели выполненные на основе гидроцилиндра со встроено винтовой парой (НГсВП) отличаются от рассмотренных ранее НГсЗП способом преобразования поступательного движения штоко – поршневой группы во вращательное движение выходного вала, который построен на использовании способности гайки, при определенном угле наклона резьбовой пары, преобразовывать поступательное перемещение парного винта во вращательное движение. Преимуществом неполноповоротных гидродвигателей данного типа является возможность создания больших крутящих моментов на выходном валу, без увеличения габаритных размеров и давления масла, увеличение которого пропорционально отношению длины окружности резьбы к ее шагу. Однако наличие встроенной в гидродвигатель резьбовой пары в определенной степени снижает его КПД. Рассмотрим несколько конструкций НГсВП.

В данном разделе полной версии книги приведены примеры конструктивного исполнения неполноповоротных гидродвигателей на основе гидроцилиндра со встроенной винтовой передачей с описанием их работы (см. таб.)

3.6 Расчеты неполноповоротных гидродвигателей.

           В отличие от гидроцилиндра, покупной неполноповоротный гидродвигатель (НГ) гораздо сложнее встроить в конструкцию привода проектируемой машины, или оборудования, поэтому зачастую конструктору приходится проектировать его в полном объеме, если невозможна унификация из разработанного ранее проекта, или использование по-купного НГ. При этом выполняются следующие виды расчетов:
–  расчет основных параметров НГ,
–  расчет диаметра маслоподводящих трубопроводов,
–  прочностной расчет элементов конструкции гидроцилиндра.
Специфика выполнения перечисленных видов расчетов существенным образом за-висит от типа НГ и его конструктивных особенностей
В данном разделе полной версии книги приводятся рекомендации по расчету всех основных видов неполноповоротных гидродвигателей

3.7 Рекомендации по проектированию неполноповоротных гидродвигателей

В общем случае исходными данными для проектирования гидроцилиндра являются следующие:
–  крутящий момент, который должен развивать гидродвигатель,
–  максимальный и минимальный углы поворота выходного вала гидродвигате-ля,
–  установленное при проектировании гидроагрегата давление и расход масла подаваемого в гидродвигатель,
–  инерционность приводимого механизма (приведенная масса и момент инер-ции),
–  предельно – допустимые габаритные размеры гидродвигателя.

    В данном разделе полной версии книги приводится поэтапная             методика проектирования неполноповоротных гидродвигателдей

4 Гидромоторы

4.1 Основные типы гидромоторов и особенности их конструкции

          Гидромотор является объемным гидродвигателем преобразующим энергию потока масла подаваемого под давлением во вращательное движение выходного вала. В настоящее время гидромоторы широко ис

Рис 1 Общий вид основных типов гидромоторов применяемых в машиностроении

           Общий вид основных типов гидромоторов применяемых в машиностроении показан на Рис 1. Общий вид радиально – поршневого гидромотора показан на Рис 1а, общий вид аксиально – поршневого гидромотора – на Рис 1б. общий вид пластинчатого гидромотора – на Рис 1в и общий вид шестеренчатого гидромотора – на Рис 1г, и общий вид героторного гидромотора на – Рис 1д. Рассмотрим конструкцию перечисленных типов гидромоторов.
Радиально-поршневой гидромотор применяется в гидравлических машинах и      оборудовании в которых необходимо обеспечить ведущему валу исполнительного механизма при невысокой скорости вращения большой крутящий момент. Например, радиально-поршневые гидромоторы типа МРФ при расходе масла Q = 81 – 253 л/мин и номинальном давлении p = 25 МПа развивают крутящий момент  M = 257 – 3613 Нм при скорости вращения вала n = 480 – 2400об/мин. Поэтому гидромоторы данного типа применяются в тяжело нагруженных машинах и оборудовании, в частности в строительно – дорожной технике и кузнечно – прессовом оборудовании. Конструкция радиально – поршневого нерегулируемого гидромотора показана на Рис 2

Рис 2 Конструкция радиально – поршневого нерегулируемого гидромотора.

Аксиально-поршневые гидромоторы выпускаются, как с регулируемой скоростью вращения вала, так и с нерегулируемой и применяются в машинах и оборудовании работающих с высокими скоростями вращения ведущего вала и значительным крутящим моментом, в частности строительно-дорожных и грузоподъемных машинах, транспортных средствах и металлообрабатывающих станках и другом технологическом оборудовании.

Рис 3 Конструкция нерегулируемого аксиально – поршневого гидромотора с наклонным диском

            Нерегулируемые аксиально-поршневые гидромоторы выпускаются двух моди-фикаций с наклонным диском и наклонным блоком. Аксиально-поршневые насосы с наклонным диском типа Г15 при расходе Q = 10,8 – 154 л/мин и номинальном давлении масла p = 6,3 МПа развивают крутящий момент M = 9,4 – 133Нм при номинальной скоро-сти вращения вала n = 960 об/мин. Аксиально-поршневые насосы с наклонным блоком типа МГ при расходе масла Q = 30 – 394,7 л/мин и номинальном давлении p = 20МПа развивают крутящий момент М = 36 – 585 Нм при скорости вращения вала n = 1500 – 2400 об/мин. Конструкция нерегулируемого аксиально – поршневого гидромотора с наклонным диском показана на Рис 3, а конструкция нерегулируемого аксиально – поршневого гидромотора с наклонным блоком показана на Рис 4

Рис 4 Конструкция нерегулируемого аксиально – поршневого гидромотора с наклонным блоком.

            Регулируемые аксиально-поршневые гидромоторы применяются для привода машин и оборудования в процессе6 работы которых требуется менять скорость вращения ведущего вала. Регулируемые аксиально – поршневые гидромоторы типа 303 при расходе масла Q = 80 – 182 л/мин, и давлении p = 35 МПа развивают крутящий момент М = 166 – 472 Нм при скорости вращения вала    n = 1200 – 1800 об/мин. Конструкция регулируемого аксиально – поршневого гидромотора показана на Рис 5 .

Рис. 5 Конструкция регулируемого аксиально – поршневого насоса

             Пластинчатые гидромоторы применяются для среднескоростных и средненагруженных приводов различного технологического оборудования, транспортных средств и сельскохозяйственных машин. Пластинчатые гидромоторы тип Г16 при расходе масла Q = 14 – 266,7 л/мин и давлении р =  8 – 7МПа развивают крутящий момент М = 6,2 – 196 Нм при скорости вращения вала n = 960 об/мин. Зарубежные производители в частности фирма Vicers предлагает малогабаритные высокоскоростные пластинчатые гидромоторы типа 25М – 50М, которые при расходе масла Q = 52,5 – 380,4 л/мин и давлении p = 17 МПа развивают крутящий момент М = 4.4 – 33,9 Нм при скорости вращения вала n = 4000 – 3200 об/мин. Рис 6 Конструкция пластинчатого гидромотора порказана на Рис 6.

Рис 6 Конструкция пластинчатого гидромотора.

          Шестеренчатые гидромоторы применяются для привода малонагруженных меха-низмов машин и оборудования, в частности для привода вспомогательных механизмов технологического оборудования, навесных агрегатов транспортных средствах и сельско-хозяйственной техники. Шестеренчатые гидромоторы ГМШ 32 – ГМШ – 100 при номинальном давлении масла р = 16 МПа развивают крутящий момент М = 108 – 200 Нм при скорости вращения вала n = 500 – 3000об/мин. Конструкция шестеренчатого насос – мотора показана на Рис. 7

Рис 7 Конструкция шестеренчатого насос – мотора.

                Героторные (планетарные) гидромоторы, за счет специфики своей конструкции, позволяющей при малых габаритных размерах получить большой крутящий момент, ус-пешно используются в качестве привода колес транспортного средства, редукторов и лебедок. Конструкция героторного гидромотора содержит качающийся узел, который представляет собою шестеренную пару внутреннего эпитрохоидного зацепления с профилем зубьев внутренней шестерни – ротора и круговыми зубьями охватывающей кольцевой шестерни – статора, при этом статор имеет на один зуб больше, чем ротор, а зубья шестерен находятся в непрерывном взаимном контакте и образуют ряд замкнутых рабочих камер без каких – либо дополнительных разделительных элементов, что позволяет осуществить планетарное движение одной из шестерни – ротора с передачей движения на выходной вал. Фирма Sauer – Danfoss производит низкоскростные, высокомоментные героторные гидромоторы, которые при расходе масла Q = 65 – 500 л/мин и давлении р =126 – 20 МПа развивают крутящий момент М = 240 – 2708 Нм при скорости вращения вала n = 155 – 1000об/мин. Конструкция героторного гидромотора показана на Рис. 8.

Рис 8 Конструкция героторного гидромотора.

В полной версии статьи приводится описание конструкции и работы всех основных типов гидромоторов, показанных на Рис 2 – 8.

4.2 Примеры использования гидромоторов в качестве
привода машин и оборудования

             В последнее время гидромоторы все чаще применяются в качестве гидравлического привода исполнительных механизмов машин и оборудования, что объясняется следующими причинами:
–  применение гидромотора позволяет строить систему гидропривода на одной эле-ментной базе управления, поскольку гидромотор может использоваться для реа-лизации вращательного и поступательного перемещения рабочего органа,
–  возможность получения любого угла поворота, широкого диапазона скоростей, включая систему торможения, что особенно важно при перемещении больших масс,
–  при оснащении гидромотора системой слежения может быть получена высокая точность любого угла поворота рабочего органа (поворотного стола, модуля про-мышленного робота).

Рассмотрим примеры использования гидромоторов в приводе машин и оборудования.

Рис 11 Конструкция привода барабана лебедки крана с приводом от гидромотора.

На Рис 11 показана конструкция привода барабана лебедки крана с приводом от гидромотора. Он содержит барабан 8 с крышкой 9, установленные посредствам подшипников 6 наопорах 4 и 5, соединенных между собою корпусом 10, которые с помощью сферических шайб 2 и болтов 3 закреплены на общей раме 1. На левом торце опоры 4 крепится приводной гидромотор 12, а на правом торце корпуса 10 смонтирована многодисковая муфта – тормоз 18 с гидравлическим приводом. Привод вращения барабана 8 осуществляется от гидромотора 12, на валу которого установлена шлицевая втулка 13, соединенная посредствам торсионного вала 14 со шлицевой втулкой 16, установленной на цапфе ведущего вала – шестерни 17 понижающего редуктора, зубчатый венец которого зацепляется с зубчатым колесом 19, установленным на цапфе промежуточного вала – шестерни 21, который на подшипниках 20 расположен в проушинах 11 корпуса 10, при этом зубчатый венец вала шестерни 21 зацепляется с зубчатым колесом 23, запрессованным в расточке барабана 8. Регулировка осевого зазора в подшипниках 6 осуществляется посредствам подбора прокладок устанавливаемых под крышки 7, регулировка осевого зазора в подшипниках 16 осуществляется путем подбора прокладок устанавливаемых под крышку 31, осуществляющую поджим стакана 27 через шлицевую втулку 29 и гладкую втулку 30. Многодисковая муфта – тороз 18 состоит из стакана 27 с внутренние шлицы которого зацепляются со ступицей ведущего вала 17, а наружные со шлицами ведущих дисков сцепления 28, при этом ведомые диски сцепления 28 находятся в зацеплении со шлицевой втулкой 29, закрепленной в корпусе 10 посредствам штифтов (штифты на Рис 12 не показаны), при этом гидроцилиндр управления муфтой 18 состоит из корпуса 25, неподвижно закрепленного на крышке 31 штока 24 выполненного за одно с поршнем, и расположенной снаружи пружины 26. Подвод масла в рабочие полости гидроцилиндра управления и его слив из них осуществляется через два канала выполненные в штоке – поршне 24.

Рис 13 Варианты использования гидромотора в качестве привода поворота вертикальной платформы манипулятора грузового автомобиля

          Гидромоторы часто используются в качестве привода поворота колонны манипуля-тора, устанавливаемого на грузовом автомобиле, при этом гидромотор может устанавли-ваться как на платформе поворотной колонны, так и на неподвижном основании манипу-лятора (см. Рис. 13).

          На Рис. 13а показана конструкция поворотного устройства гидравлического манипулятора, в котором гидромотор привода поворота колонны установлен на подвижной платформе. Он содержит колонну манипулятора 1 вертикально установленную в вертикальной расточке основания 4 манипулятора на конических роликоподшипниках 2 и 3. Вращение колонны 1 в горизонтальной плоскости осуществляется посредствам гидромотора 6 и цилиндрической зубчатой передачи, ведущая шестерня 7 которой установлена на валу гидромотора 6, а зубчатое колесо 8 закреплено на основании 4ф манипулятора. При вращении вала гидромотора 6 шестерня 7, установленная на его валу, обкатываясь по зубчатому колесу 8 закрепленному на основании 4 манипулятора, заставляет колонну 1 вместе с гидромотором 6 вращаться вокруг вертикальной оси.
На Рис 13б показана конструкция поворотного устройства гидравлического манипулятора, в котором гидромотор закреплен на неподвижном основании манипулятора. Он содержит вал 1 установленный в вертикальной расточке корпуса 2 на двурядных сферических роликоподшипниках 3 и 4 и упорном шарикоподшипнике 5, при этом на верхней консоли вала 1 установлена платформа 6, на которой крепится поворотная часть манипулятора и зубчатое колесо 7, зацепляющееся с ведущей шестерней 8, установленной на валу гидромотора 9, неподвижно закрепленного на корпусе 1. При вращении вала гидромотора 9 ведущая шестерня 8 передает вращение зубчатому колесу 7, которое при этом осуществляет поворот платформы 6 вместе с поворотной частью манипулятора.
На Рис 13в показана конструкция поворотного устройства гидравлического манипулятора, в котором гидромотор закреплен на неподвижном основании манипулятора, апривод поворота выполнен в виде червячной передачи. Оно состоит из поворотной опоры 1, установленной в корпусе 2 посредствам подшипников скольжения (на Рис 13в не показаны) и с помощью шлицов соединенной с червячным колесом 3, которое, зацепляется с червяком 13, установленном на подшипниках 5 и 6 в корпусе 2, образуя при этом, реверсивную глобоидную передачу. Правая цапфа червяка 13 соединена с валом 12 гидромотора 11, который в свою очередь посредствам болтов закреплен на корпусе 2. Червячное колесо 3 расположено в корпусе 2 на подшипнике скольжения 9, а регулирование его вертикального положения, для обеспечения совпадения средней плоскости червячной передачи, между опорой 7 и червячным колесом 3 установлено кольцо 8.

В данном разделе полной версии книги содержится примеры
использования гидромоторов в различных областях техники,
с описанием их работы (см. Рис. в таб.)

 

4.3 Расчеты и выбор гидромотора

            Гидромотор, в отличии от гидроцилиндра и неполноповоротного гидродвигателея, в подавляющем числе случаев не проектируется, а используются разработчиком при проектировании гидравлического привода механизма, как покупной агрегат, централизованно производимый заводом – изготовителем, и поэтому его силовые и прочностные расчеты не производятся, а выполняются расчеты его основных параметров, позволяющие выбрать тип и типоразмер гидромотора и питающего его маслом насоса. Этими параметрами гидромотора являются следующие:
–  развиваемый крутящий момент Mкр,
–  давление масла pгм обеспечивающее получение крутящего момента
–  угловая скорость вращения вала гидромотора w,
–  потребный расход гидромотора Qгм, позволяющий получить требуемую угловую скорость

В данном разделе статьи приведены формулы для расчета вышеперечисленных параметров гидромотора и даются рекомендации
по выбору его типоразмер

 

5 Гидравлические мультипликаторы

5.1 Принцип гидравлической мультипликации

            Большое количество процессов и технологических операций требуют в определенный непродолжительный момент времени резко увеличить усилие, при этом, как правило, скорость перемещения исполнительного органа существенно снижается, что затрудняет создание гидропривода с объемным регулированием скорости за счет изменения производительности насоса или насосов. В данном случае наиболее эффективными преобразователями давления являются мультипликаторы, которые позволяют в десятки раз увеличивать давление при небольшом расходе. Мультипликаторы широко применяются в гидравлическом кузнечно – прессовом оборудовании, зажимных приспособлениях для механической обработки, механизированной оснастке (гайковерты, ручные ножницы, ручной обжимной и гибочный инструмент), испытательном оборудовании, подъемно – транспортном оборудовании, а также в объектах аэрокосмической техники. Основное преимущество мультипликаторов заключается в том, что они позволяют получить требуемое технологическое усилие достаточно простым способом без увеличения мощности гидроагрегата и не требуют для этого наличия распределительной аппаратуры и трубопроводов высокого давления, поскольку чаще всего, устанавливаются на гидроцилиндре или встраиваются в гидроцилиндр привода исполнительного механизма.

Рис. 1. Схемы гидравлических мультипликаторов

             Мультипликаторы, в зависимости от цикла работы, делятся на два основных типа:
– мультипликаторы одностороннего действия,
– мультипликаторы двойного (непрерывного) действия,
Рассмотрим работу мультипликатора одностороннего действия, схема которого показана на Рис 1а. Он представляет собою ступенчатый гидроцилиндр, состоящий из полости 1 высокого давления, в которой перемещается шток 4 и полости 2 низкого давления, в которой перемещается поршень 3. Поршень 3, выполненный с отверстием в центре, разделяет полость низкого давления 2 гидроцилиндра на две камеры 5 и 6, которые при работе мультипликатора соединяются с атмосферой. В центральном отверстии штока 4 установлен обратный клапан 7, поджатый пружиной 8. Работает мультипликатор следующим образом. Масло под давлением P1 подается в камеру 5 полости низкого давления 2, что приводит к перемещению поршня 2 со штоком 4 вправо. При этом обратный клапан 7 открывается, и масло поступает под шток 4 в полость 1 высокого давления.

       Возврат поршня 3 со штоком 4 в исходное положение осуществляется пружиной 8 .
Для исключения холостого, возвратного хода поршня, который имеет место в гидравлических мультипликаторах одностороннего действия, схема работы которого была рассмотрена выше, и повышения его производительности, применяются мультипликаторы двойного действия, в которых высокое давление создается непрерывно (см. Рис 1б). Он представляет собой четырехкамерный гидроцилиндр 1 (две камеры низкого давления 7 и 8 и две камеры высокого давления 4 и 6) с поршнем 2, оснащенным двумя штоками – плунжерами 3 и 5. Полости гидроцилиндра соединяются через систему обратных клапанов К1 – К4, установленных в соответствующих магистралях, как показано на Рис 1б.
Работает мультипликатор следующим образом. Масло с низким давлением P1 подается в камеру 7, а из камеры 8 в первый момент через обратный клапан К4 поступает в камеру 4 и магистраль высокого давления через обратный клапан К2, а затем когда за счет перемещения поршня 2 со штоком – плунжером 3 вправо давление в камере 4 возрастает и обратный клапан К4 закрывается, идет на слив. В это же время масло из камеры 7 поступает в камеру 6 через обратный клапан К3, при закрытом обратном клапане К1 за счет наличия повышенного давления в отводящей магистрали связанной через обратный клапан К2 с камерой высокого давления 4. Такое движение поршня 2 со штоком – плунжером 3 приводит к возрастанию давления масла в камере 4 до величины P2 которое подается в отводящую магистраль через обратный клапан К2. При совершении полного хода вправо поршнем 2 подается команда на его возврат в исходное положение. При этом масло с низким давлением подается в камеру 8, а из камеры 7 идет на слив и высокое давление создается штоком – плунжером 5 аналогичным образом в камере 6. В это же время масло из камеры 8 через обратный клапан К4 поступает в камеру 4 при закрытом обратном клапане К2.Таким образом из камер высокого давления в отводящую магистраль постоянно подается масло с увеличенным давлением при прямом и обратном ходе поршня 2 поочередно. Рассмотрим примеры конструктивного исполнения различного типа гидравлических мультипликаторов.

5.2 Конструкция гидравлических мультипликаторов

            На Рис 2 показана конструкция гидравлического мультипликатора одностороннего действия. Он состоит из гидроцилиндра 1 и блока клапанов 2. В расточке гидроцилиндра 1 расположен поршень 3, выполненный заодно со штоком 4, которые образуют поршневую 5 и штоковую 6 рабочие полости гидроцилиндра. Блок клапанов 2 включает двусторонний клапан 7, сблокированный с управляющим плунжером 8 дифференциального типа, который подпружинен пружиной 9, а также обратный клапан 10 подпружиненный пружиной 11, усилие которой регулируется резьбовой пробкой 12. В корпусе гидроцилиндра 1 выполнено два канала соединяющие штоковую полость 6 канал 13 с подводом масла, а канал 14 с потребителем. В блоке клапанов 2 выполнены каналы 15 и 16 которые соединяются с подводом и сливом масла, а также канал 17 поочередно соединяющий поршневую полость 5 гидрпоцилиндра с подводом или сливом масла в за-висимости от положения клапана 7 и канал 18 соединяющий поршневую полость 5 гидроцилиндра через обратный клапан 10 с каналом 15.

Рис 2 показана конструкция гидравлического мультипликатора одностороннего действия.

           Работает гидравлический мультипликатор следующим образом. Цикл работы начинается с того, что масло низкого давления по каналу 15, через обратный клапан 10 и каналы 18 и 13 поступает в штоковую полость 6 гидроцилиндра 1 и далее через канал 14 поступает к потребителю. Одновременно с этим масло из поршневой полости 5 гидроцилтиндра через канал 17, клапан 7, находящийся под действием пружины 9 в верхнем положении, идет на слив через канал 16. После достижения давления масла в штоковой полости 6 равного давлению масла поступающего в блок клапанов происходит переключение клапана 7, при этом пружина 9 сжимается и дифференциальный плунжер вместе с клапаном 7 опускается вниз и канал 17 отсекается от сливного канала 16, а масло низкого давления по каналам 15 и 17 начинает поступать в поршневую полость 5 гидроцилиндра. Это приводит к тому, что в штоковой полости 6 давление масла увеличивается пропорционально соотнешению n = D^2/(D^(2-) d^2 ) После выполнения рабочего цикла поршень 3 со штоком 4 и клапан 7 возвращаются в исходно положение. Для этого канал 15 соединяется со сливом.

В данном разделе полной версии статьи приведены примеры конструктивного исполнения различных гидравлических мультпликаторов и схемы их использования в составе гидропривода (см. таб).

  5.3 Рекомендации по проектированию гидравлического мультипликатора.

При проектировании гидравлического мультипликатора необходимо учитывать, что на его конструкцию существенным образом влияет место его расположения относительно силового гидроцилиндра. Мультипликатор может быть встроен в конструкцию гидроцилиндра и может быть выполнен в виде отдельного блока и соединен с силовым гидроцилиндром соответствующими трубопроводами. В первом случае получается более простая компоновка гидропривода и отсутствуют соединительные трубопровода высокого давления, но такой агрегат имеет узко специальное назначение и может быть использован только в конкретной машине или оборудовании. Во втором случае, помимо наличия соединительных трубопроводов высокого давления, имеет место некоторое усложнение конструкции гидропривода в целом, но при этом такой мультипликатор имеет более широкую область применения, т. е. более универсален.

Рис 11 Расчетная схема гидравлического мультипликатора

          Исходными данными для расчета параметров мультипликатора, являются диаметр D1 и ход l поршня, а также усилие F, которое необходимо создать на штоке исполнительного гидроцилиндра (см. Рис. 11).
Рассчитываются диаметр D и ход L поршня гидравлического мультипликатора, при этом диаметром плунжера d изначально задаются, а после выполнения расчетов его величина в случае необходимости может корректироваться.
Для того чтобы поршень исполнительного гидродвигателя совершил полный ход (поворот) за требуемое время t его поршневую камеру необходимо соединить с камерой высокого давления мультипликатора трубопроводом определенного диаметра d1, величина которого определяется, исходя из потребного расхода и скорости масла в трубопроводе, которая зависит от его давления.

В данном разделе полной версии книги приводятся рекомендации по расчету основных параметров гидравлического мультипликатора

      Для приобретения книги сбросьте ее в корзину.