2.10. Гидромоторы

2. ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ

 

2.10. Гидромоторы

 

Гидромоторы предназначены для преобразования энергии движущейся жидкости в механическую энергию вращения исполнительного органа различных машин  и механизмов.

Основным требованием при выборе гидромотора является обеспечение исполнительным органом машины необходимого крутящего момента  и частоты вращения .

Питание гидромотора осуществляется либо от общей гидросистемы, либо индивидуальным насосом. Реверсирование направления движения (вращения) гидромотора осуществляется либо с помощью распределителя, либо реверсированием направления подачи насоса.

регулирование скорости вращения вала гидромотора осуществляется изменением количества поступающей к нему жидкости или измерением рабочего объема гидромотора, что видно из выражения

 

 ,                         (2.28)

 

где Q_м – расход жидкости через гидромотор, м³/с; q_м – рабочий объем гидромотора, м³; n_м – частота вращения вала гидромотора, с^-1.

Обычно в качестве гидромоторов используются объемные роторные гидромашины. Гидромоторы конструктивно мало отличаются от роторных насосов.

По величине крутящего момента и частоты вращения вала гидромоторы можно разделить на две группы: низкомоментные и высокомоментные.

Низкомоментные гидромоторы характеризуются развитием небольшого крутящего момента (10…60 Н м) и больших частот вращения (60…3000 об/мин). Высокомоментные гидромоторы развивают большой крутящий момент (500…100000 Н м) при небольших частотах вращения (до 400 об/мин). Высокомоментные гидромоторы в основном предназначены для использования без промежуточного звена (редуктора) с целью уменьшения массы, габаритов машины, улучшения динамических характеристик объемного гидропривода.

В качестве низкомоментных гидромоторов в большинстве случаев используют аксиально-поршневые, реже шестеренные и пластинчатые гидромашины.

В качестве высокомоментных гидромоторов в основном используют радиально-поршневые, аксиально-поршневые гидромашины.

Для условного разграничения низкомоментных и высокомоментных гидромоторов часто используют так называемым коэффициентом быстороходности

,                   (2.29)

где  - коэффициент быстроходности; q_м – рабочий объем, см³; n_м – номинальная частота вращения вала гидромотора, об/мин.

Гидромотры, у которых  > 1, как правило, относят к низкомоментным, а при < 1 – к высокомоментным. Следует отметить, что коэффициент быстроходности является все же условной величиной.

Целесообразность применения в приводах вращательного движения низкомоментных или высокомоментных гидромоторов определяется в каждом конкретном случае отдельно, исходя из требований к приводу машины.

Основными выражениями, которые используются при расчете гидромотора являются формулы (2.9), (2.10), (2.13)  и (2.14). Если пренебречь потерями мощности (h = 1,0), то из выражений (2.9) и (2.10) можно определить рабочий объем гидромотора:

.                     (2.30)

 

По расчетному значению рабочего объема и остальным параметрам выбирается нужный гидромотор.

Если решить выражение (2.30) относительно крутящего момента, развиваемого гидромотором, то получим следующее выражение

.                 (2.31)

 

Из формулы (2.31) видно, что крутящий момент, развиваемый выбранным гидромотором, зависит от перепада давления на гидромоторе (при постоянном значении рабочего объема) и его можно изменять.

Каждый конструктивный вид гидромотора (шестеренные, поршневые, пластинчатые) имеют свои особенности и недостатки.

Шестеренные гидромоторы отличаются простотой и технологичностью, хорошими массовыми и габаритными показателями, могут работать при высокой (до 2400 об/мин) частоте вращения.

Для работы шестеренных гидромоторов не требуется высокая степень очистки рабочей жидкости. К недостаткам следует отнести невысокий полный КПД (0,78…0,80), большие пусковые моменты, небольшой диапазон частот вращения, связанный с высоким нижним пределом (150…300 об/мин).

Отечественные заводы тракторных гидроагрегатов изготовляют шестеренные гидромоторы типа ГМШ-32, ГМШ-50 и ГМШ-100.

Пластинчатые гидромоторы, несмотря на отличные массовые и габаритные показатели, малый момент инерции, незначительную пульсацию момента, находят ограниченное применение, что связано с низким (до 6,3 МПа) давлением, высокой (100…150 об/мин) минимальной частотой вращения и низким КПД (~ 0,8). Последнее вызвано наличием трения скольжения основных рабочих элементов и трудностью уплотнения пластин.

Аксиально-поршневые гидромоторы отличаются от других типов возможностью надежного уплотнения рабочей камеры, что позволяет работать при высоком (до 32 МПа и выше) давлении и с высоким КПД (> 0,90).

Общий вид гидромотора типа 303…представлен на рис. 2.18.

 

Рис. 2.18. Общий вид гидромотора типа 303…

 

Высокомоментные гидромоторы типа МР работают при давлении до 25 МПа с высоким КПД (> 0,85) и используются для привода поворотной части экскаваторов, кранов, ходовой части, а также рабочих органов, лебедок строительных, дорожных мелиоративных, коммунальных и других машин.

 

На рис. 2.19 показана конструкция радиально-поршневого гидромотора МР. В расточках корпуса 9 и крышки 10 на двухрядных роликовых подшипниках установлен эксцентриковый вал 11 со сферической поверхностью, на которую опираются пять полых поршней 2, перемещающихся в цилиндрах 1.

 

Рис. 2.19. Радиально-поршневой гидромотор типа МР:

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – сегмент сферический; 4 – крышка цилиндра;

5 – крышка распределителя; 6 – кольцо упорное; 7 – распределитель;

8 – тарелка распределителя; 9 – корпус гидромотора; 10 – крышка;

11 – вал эксцентриковый; 12 – валик поводковый

 

Поршни телескопически соединены с цилиндрами, имеющими также сферические поверхности, которыми они упираются в сферические сегменты 3. Сегменты установлены в крышках цилиндров 4, соединенных с корпусом 9. Центр сферы сегмента находится на геометрической оси цилиндра, проходящей через центр эксцентрикового вала. Поршень совершает возвратно-поступательное движение по направляющему стержню.

Предварительное прижатие поршня и цилиндра к сферическим опорам создается пружиной. Поршень и цилиндр уплотняются резиновым кольцом круглого сечения и антифрикционным ситаллофторопластовым кольцом.

Смещение цилиндропоршневой пары от рабочего положения ограничивается полукольцами, закрепленными в крышках цилиндров и кольцами, скользящими по рамкам поршня.

Распределительный узел установлен в крышке распределителя 5, прикрепленной к корпусу гидромотора. На шлицах поводкового валика 12, соединенного двумя штифтами с коленчатым валом, установлен распределитель 7 между упорным кольцом 6 и тарелкой распределителя 8.

Жидкость поступает в рабочие камеры цилиндров через каналы в крышке распределителя, отверстия упорного кольца, распределитель и каналы в корпусе гидромотора и крышках цилиндров.

Распределение рабочей жидкости по цилиндрам осуществляется серповидными каналами на торце распределителя, прилегающего к тарелке распределителя. Поскольку цилиндр и поршень имеют отверстия в днищах, давление рабочей жидкости передается непосредственно на сферическую поверхность коленчатого вала, создавая крутящий момент за счет эксцентриситета вала. 

Направление вращения вала гидромотора (при наблюдении со стороны выходного вала) зависит от того, к какому из двух отверстий подводится рабочая жидкость.

Гидромоторы применяются в технике реже, чем электромоторы, однако в ряде случаев они имеют существенные преимущества перед последними. Гидромоторы в среднем в 3 раза меньше по размерам и в 15 раз по массе, чем электромоторы соответствующей мощности.

Диапазон регулирования частоты вращения вала гидромоторов существенно шире: при наибольшей частоте вращения 2500 об/мин наименьшее значение частоты может составлять 20…30 об/мин, а у гидромоторов специального исполнения до 1…4 об/мин и меньше, причем плавное регулирование частоты вращения во всем диапазоне регулирования легко осуществимо.

Время разгона и торможения вала гидромотора не превышает обычно нескольких сотых долей секунд; для гидромоторов не представляет опасности режим частых включений и выключений, реверсов и изменения частоты вращения.