Объемные гидромашины. 2. объемные гидромашин 11. Гидроцилиндры
 Скачать 0.95 Mb.
|
|
2. ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ 2.11. Гидроцилиндры Гидравлические цилиндры (силовые гидроцилиндры) предназначены для преобразования энергии движущейся жидкости в механическую энергию поступательного движения выходного звена. Гидравлические цилиндры (гидроцилиндры) – это гидродвигатели с возвратно-поступательным движением выходного звена. Благодаря своей конструктивной простоте, возможности реализации значительных усилий, малой стоимости, высоким удельным показателями надежности гидроцилиндры являются самыми распространенными объемными гидродвигателями. В зависимости от конструкции рабочей камеры гидроцилиндры подразделяются (рис. 2.20) на поршневые, плунжерные, телескопические и сильфонные. Рис. 2.20. Типы гидроцилиндров: а) поршневой двустороннего действия с односторонним штоком – цилиндр (корпус 2 – поршень 3 – шток; б) поршневой двустороннего действия с двусторонним действием: в) плунжерный г) телескопический одностороннего действия; д) мембранный двустороннего действия е) сильфонный одностороннего действия ж) поршневой одностороннего действия Основным требованием при выборе гидроцилиндра является обеспечение исполнительным органом машины необходимого усилия F и скорости движения выходного звена. Выходным звеном может быть как шток, таки корпус (гильза) гидроцилиндра. В зависимости от направления действия рабочей среды гидроцилиндры бывают одностороннего действия, у которых движение выходного звена под действием жидкости возможно только водном направлении, и двустороннего действия, у которых движение выходного звена под действием жидкости возможно в двух взаимно противоположных направлениях. Поршневой гидроцилиндр (см. риса, б, ж) имеет цилиндр (корпус) 1 и поршень 2, жестко соединенный со штоком 3. Шток выходит наружу корпуса. Гироцилиндр имеет две полости поршневую А – часть рабочей камеры, ограниченной рабочими поверхностями корпуса и поршня, и штоковую Б – часть рабочей камеры, ограниченной рабочими поверхностями корпуса, поршня и штока. Для герметизации подвижных соединений в гидроцилиндре установлены уплотнения. Принцип действия поршневого гидроцилиндра (см. рис. 2.20, а) заключается в следующем. Присоединении поршневой полости Ас напорной гидролинией поршень 2 вместе со штоком 3 под действием силы давления рабочей жидкости перемещается вправо (корпус неподвижен. При этом одновременно происходит вытеснение рабочей жидкости из штоковой полости Б. При подводе рабочей жидкости в полость Б поршень со штоком перемещается в противоположном направлении. Скорость движения поршня со штоком зависит от диаметров поршня и штока. В отдельных случаях подвижным (выходным звеном) может быть корпус гидроцилиндра, а не шток с поршнем. Поршневые гидроцилиндры с двусторонним штоком (см. рис. 2.20, б имеют одинаковую скорость движения поршня в обоих направлениях. В поршневом гидроцилиндре одностороннего действия (см. рис, ж) имеется лишь одна поршневая полость Аи движение поршня со штоком под действием силы давления рабочей жидкости возможно только водном направлении. Движение поршня со штоком в обратном направлении происходит под действием внешних сил, например, силы пружины сжатия, силы тяжести и т.д. Плунжерные гидроцилиндры (см. рис. 2.20, в) имеют плунжер сплошного или трубчатого сечения. По сравнению с поршневыми они отличаются простотой изготовления, так как не требуется обработка внутренней поверхности корпуса. Однако плунжерные гидроцилиндры более громоздки по сравнению с поршневыми гидроцилиндрами Телескопические гидроцилиндры (см. рис. 2.20, г) имеют несколько концентрически расположенных поршней (цилиндров) или плунжеров, перемещающихся относительно друг друга, причем сумма их ходов равна ходу выходного звена. при подводе жидкости в поршневую полость А поршни (цилиндры) последовательно выдвигаются от большого к меньшему диаметру. втягивание поршней (цилиндров) происходит в обратном порядке (от меньшего к большему). Мембранные и сильфонные гидроцилиндры (см. рис. 2.20 де имеют малый ход штока (выходного звена, что ограничивает их применение. Преимуществом этих гидроцилиндров является высокий объемный КПД из-за отсутствия перетечек и утечек, так как рабочая жидкость поступает в полость, где обеспечена хорошая герметичность. Мембранные гидроцилиндры выполняются с плоской или гофрированной мембраной. Плоские мембраны изготавливаются из резино-тканевых материалов и применяются при давлениях не выше 1 МПа. Сильфоны изготавливаются из металлов, а при небольших давлениях из резины или различных пластиков. Наибольшее применение в объемных гидроприводах получили поршневые гидроцилиндры ив частности, двустороннего действия с односторонним штоком. Основными параметрами гидроцилиндров, определяющими их геометрические размеры и внешние характеристики, являются следующие номинальное давление ном p ; диаметр поршня (гильзы) D; диаметр штока d ; ход поршня По этим параметрам определяются развиваемое на штоке усилие, скорость перемещения штока (при заданном расходе жидкости) или требуемый расход жидкости для обеспечения заданной скорости движения поршня по штокам. На рис. 2.21 показаны расчетные схемы гидроцилиндов. Теоретическое усилие, развиваемое гидроцилиндром (см. рис. 2.21, а) при выталкивании одностороннего штока (жидкость поступает в поршневую полость А) без учета сил инерции, тяжести и трения определяется из условия равновесия всех сил, действующих на шток, по формуле 2 1 1 1 S p S p F - = , (где усилие на штоке, Н давление в поршневой полости, Па- рабочая (эффективная) площадь поршневой полости, м 4 / D S 2 1 p = ; 2 p – давление в штоковой полости, Па – рабочая (эффективная) площадь штоковой полости, м 2 2 d D 4 S - Следует заметить, что сила, действующая на выходное звено (рабочий орган, по величине равна силе, определяемой по формуле, но противоположна ей по направлению. Расчетная скорость движения штока (см. риса) без учета утечек рабочей жидкости определяется из условия неразрывности потока по формуле 1 ц 1 S Q V = , (где – скорость движения штокам сцQ – расход рабочей жидкости, м 3 /с; 1 S – рабочая площадь поршневой полости, м При втягивании штока (см. рис. 2.21, б, когда жидкость подается в штоковую полость Б, теоретическое усилие, развиваемое гидроцилиндром, определяется по формуле 1 2 2 2 S p S p F - = . (Расчетная скорость движения штока (см. рис. 2.21, б) определяется по формуле 2 ц 2 S Q V = . (Из формул (2.33) и (2.35) видно, что, так как Рис. 2.21. Расчетные схемы гидроцилиндров: а) с поршневой рабочей полостью б) со штоковой рабочей полостью; в) с поршневой рабочей полостью при динамическом расчете При подаче жидкости в поршневую полость и соединении штоковой полости с поршневой (рис. 2.22) получается дифференциальная схема включения гидроцилиндра. Жидкость, вытесненная из штоковой полости Б, перетекает в поршневую А, складываясь с потоком от насоса. При подаче жидкости в штоковую полость для создания движения в противоположном направлении поршневую полость следует соединить со сливом Рис. 2.22. Дифференциальная схема включения гидроцилиндра При дифференциальном включении поршня можно получить одинаковые скорости движения штока в обоих направлениях. Для этого необходимо, чтобы 2 D d = . (Формулы (2.32), (2.33), (2.34) и (2.35) являются расчетными при определении геометрических параметров гидроцилиндров (диаметров поршня и штока, если заданы необходимые усилия на штоке, скорости движения выходных звеньев. При проектировании гидроцилиндров задаются отношением диаметра штока к диаметру поршня равном, = 0,3…0.7 (при давлении в гидроприводе р 1,5 МПа рекомендуется принимать j = 0,3, при 1,5 МПа р < 5,0 МПа – j = 0,5, а при 5,0 МПа < р < 30 МПа = В предварительных расчетах объемный и гидравлический КПД гидроцилиндров можно принимать равным 1, а механический КПД равным 0,92…0,98. Тогда фактическое усилие на штоке гидроцилиндра определяется по формуле м, (где – фактическое усилие, тр ) 2 ( 1 F F F - = , здесь тр F – сила механического трениям h – механический КПД. Полезная, потребляемая мощности гидроцилиндра, полный КПД определяется по формулами При динамическом расчете гидроцилиндра (см. рис. 2.21, в) записывается уравнение движения поршня, которое без учета сил тяжести, имеет следующий вид signV ) F F ( F F S p S p dt x d ш тр п тр V con 2 2 1 1 2 + - - - - = , (где m – масса поршня и присоединенных к нему поступательно движущихся частей; х – перемещение поршнях, здесь L – ход поршня , 2 p – давление в поршневой и штоковой полостях соответственно – рабочие площади поршневой и штоковой полостей 1 p = , ) d D ( 4 S 2 2 2 - p = ; con F – сила полезного сопротивления - сила , обусловленная вязким трением, hV F V = , здесь h – коэффициент вязкого трения, V – скорость поршня; ш тр п тр F , F - силы трения в уплотнениях поршня и штока соответственно. Уравнение (2.38) решается совместно с уравнениями давлений и расходов в поршневой и штоковой полостях численными методами интегрирования. Силы механического трения зависят от вида уплотнений. Для гидроцилиндра с резиновыми уплотнениями сила трения определяется по формуле к тр p = , (где f – коэффициент трения, f = 0,1…0,2; D – диаметр цилиндра или штока - ширина контактного пояска уплотнения; к p - контактное давление Z – количество уплотнений поршня или штока. Давление на контактную поверхность зависит от давления предварительного сжатия уплотнения (монтажного давления и давления рабочей жидкости на уплотнение p , тек. (Давление предварительного сжатия зависит от вида уплотнения (кольцо, манжета, относительного сжатия уплотнения, характеристик уплотняющего материала. Значения приведены в технической литературе Для уменьшения ударных воздействий поршня о крышки корпуса при его подходе к крайним положениям иногда в полостях гидроцилиндра предусматривают буферные устройства. Принцип действия буферных устройств основан на запирании жидкости между крышкой и поршнем и последующим дросселировании ее через кольцевой профильный зазор или дроссель. Толщины стенки, днища корпуса гидроцилиндра вычисляются по формулам max ст s ³ d ; (2.41) ] [ p D 433 , 0 max дн s ³ d , (где ст дн d – толщины стенки, днища соответственно p максимальное давление в полостях гидроцилиндра D – диаметр поршня – допускаемое напряжение растяжения материала корпуса. Корпуса гидроцилиндров (гильзы) изготавливаются обычно из стальных бесшовных горячекатаных труб по ГОСТ 8732-78, сталей 35 и или легированных сталей 40ХН, Х, 30ХГСА и др. Внутренние поверхности корпусов должны иметь шероховатость не более a R = мкм и обрабатываются по посадке Н. Наружные поверхности штока и поршня обрабатывают по посадке е. Шероховатость поверхности штока a R = 0,05 мкм, а поршня a R =0,40…0,80 мкм. Штоки изготовляются из стальных поковок 45, Х, Х, 30ХГСА, поршни гидроцилиндров изготовляются из сталей 35, 45, Хи др. Основные параметры поршневых гидроцилиндров регламентируются ГОСТом 6540-68 телескопических гидроцилиндров ГОСТом 16029-70, общие и технические требования к гидроцилиндрам ГОСТом В гидроприводах строительных и дорожных машин широко применяются поршневые гидроцилиндры двустороннего действия, рассчитанные на номинальное давление 10,16, 25 и 32 МПа. Для самоходных кранов применяются специальные гидроцилиндры на 16 МПа. Гидроцилиндры имеют очень много конструктивных исполнений. Конструкции некоторых гидроцилиндров приведены на рис. 2.23, 2.24. Рис. 2.23. Гидроцилиндр экскаватора ЭО-2621: 1 – проушина; 2 – цилиндр 3 – демпфер 4 – гайка 5,6, 11, 12 – уплотнения – поршень 8 – упор 9 – шток 10 – передняя крышка 13 – грязесъемник Рис. 2.24. Гидроцилиндр поршневой двустороннего действия с односторонним штоком – корпус 2 – поршень 3 – манжета 4 – шток 5, 6, 9 – уплотнение, 10 – гайка 8 – стакан 11 – шплинт В корпусе 1 гидроцилиндра (см. рис. 2.24) расположен шток 4 с поршнем 2. Крепление поршня на штоке осуществляется гайкой 10 и шплинтом 11. Уплотнение подвижных соединений осуществляется резиновыми манжетами 3, расположенными на корпусе, и кольцами обеспечивающими уплотнение штока на выходе из корпуса гидроцилиндра. Гайка 7 осуществляет крепление стакана 8 в корпусе. Уплотнение неподвижных соединений осуществляется резиновыми кольцами круглого сечения 5 и 9. |