Лабораторна робота №4

ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГІДРОМОТОРА

Мета роботи. Вивчити будову і принцип роботи аксіально-поршневого гідромотора і визначити залежності його механічного, об’ємного і повного ККД від навантаження на вихідному валу.

4.1 Короткі теоретичні відомості

Гідромотор представляє собою машину, що перетворює гідравлічну енергію потоку робочої рідини в механічну енергію обертання вихідного валу.

В сучасній техніці гідромотори використовуються в якості виконавчих двигунів гідроприводів подач і ділильних механізмів інструментальних магазинів металоріжучих верстатів (зокрема, верстатів з ЧПК); в виконавчих механізмах роботів і маніпуляторів; в гідроприводах систем керування літальних апаратів; в гідроприводах активних робочих органів сільськогосподарських, будівельних, дорожніх гірничих машин; в гідростатичних трансмісіях ходу деяких самохідних і гусеничних машин і ряді інших пристроїв.

Застосування гідромоторів у вказаних випадках обумовлено наступними їх особливостями. Гідромотори в середньому у 3 рази менші за розмірами і в 15 разів по масі, ніж електромотори тієї ж потужності. Діапазон робочих частот обертання гідромоторів істотно ширший, так, наприклад, при найбільшій частоті обертання 2500 об/хв найменше значення частоти обертання може становити 1...4 об/хв, причому плавне регулювання частоти обертання у всьому діапазоні легко здійснюється. Час розгону та гальмування вала гідромотора не перевищує декількох сотих долей секунди; для більшості конструкцій гідромоторів не представляє небезпеки режим частого включення і виключення, реверсів і зміни частоти обертання. Крутний момент, що розвивається гідромотором, легко регулюється зміною перепаду тиску в його камерах.

За конструктивною ознакою гідромотори поділяються на аксіально-, радіально-поршневі, пластинчасті, шестеренні та інші.

На рис. 4.1. показано конструктивну схему аксіально-поршневого гідромотора типу Г15-2...Н, що широко використовується в гідроприводах металоріжучих верстатів та інших технологічних машин.

Гідромотор складається з наступних деталей та вузлів: ротора 11 з поршнями 18, барабана 7 із штовхачами 20, радіально-упорного шарикопідшипника 6, вала 1, що спирається на підшипники 5 і 16, опорно-розподільчого диску 13, корпусів 4 і 10, фланця 3 із ущільненням 2, трьох

пружин 8 і торцевої шпонки 9. Робоча рідина підводиться до гідромотора і відводиться від нього через два отвори 15, що розміщені в опорно-розподільчому диску 13, причому кожен із отворів пов’язаний із відповідним напівкільцевим пазом 14, виконаним на робочій поверхні диска. Витоки робочої рідини з корпусу гідромотора відводяться через отвір 12. Бронзовий ротор 11 гідромотора має сім робочих камер, в яких переміщуються поршні 18. На торці ротора зі сторони диска 13 виконані отвори 21, які виходять в кожну із робочих камер.

При роботі гідромотора робоча рідина з напірної лінії через один із отворів 15 поступає в напівкільцевий паз 14 опрно-розподільчого диска і далі через отвори 21 в робочі камери, розміщені по одну сторону від вертикальної вісі В–В. Діючи на поршні 18, тиск робочої рідини створює осьову силу, яка через штовхачі 20 передається на підшипник 6. Так як підшипник 6 розміщений в корпусі 4 з нахилом, на штовхачах виникають тангенційні сили, що змушують повертатися барабан 7, а разом з ним вал 1 і ротор 11. Одночасно поршні, розміщені по іншу сторону від вісі Б–Б, втягуються в ротор, витісняючи робочу рідину із відповідних робочих камер через напівкільцевий паз і другий отвір 15 в зливну лінію. Ротор притискається до робочої поверхні опрно-розподільчого диска трьома пружинами 8 і тиском робочої рідини, що діє на дно робочих камер. На валу 1 ротор центрується тільки вузьким пояском, що дозволяє йому самовстановлюватися по площині опорно-розподільчого диска.

Конструкції гідромоторів інших типів розглянуті в [1-4].

Основний параметр гідромотора будь-якого типу – робочий об’єм , який дорівнює сумарній зміні (в сторону збільшення або зменшення) об’єму всіх його робочих камер за один оберт вихідного вала.

Крім робочого об’єму, якість гідромотора характеризується і рядом інших параметрів, які розглядаються далі.

Об’єм робочої рідини, що приймається гідромотором за одиницю часу без врахування об’ємних втрат (витоків), називається теоретичною подачею.

Теоретична подача

(4.1)

де – частота обертання вихідного вала гідромотора.

Фактична подача робочої рідини на виході гідромотора більше теоретичної на величину об’ємних втрат :

. (4.2)

Об’ємним ККД гідромотора називається відношення теоретичної подачі до фактичної

(4.3)

або

. (4.4)

Фактичний крутний момент, що розвивається гідромотором

, (4.5)

де – теоретичний крутний момент; – втрати крутного моменту, викликані тертям деталей гідромотора і частинок робочої рідини.

Теоретичний крутний момент визначається залежністю

, (4.6)

де

, (4.7)

, – тиск відповідно на вході і виході гідромотора.

Втрати на тертя в гідромоторі визначаються механічним ККД

(4.8)

або з врахуванням (4.6)

. (4.9)

Загальним ККД будь-якої машини називається відношення корисної потужності до затраченої. Загальний ККД гідромотора

. (4.10)

Якість роботи гідромотора визначається перш за все здатністю стабільно підтримувати високі значення ККД в широкому діапазоні експлуатаційних режимів (частоти обертання вихідного вала і навантаження на вихідному валу).

У даній лабораторній роботі пропонується визначити і проаналізувати залежності об'ємного, механічного і повного ККД гідромотора від навантаження на його вихідному валу.

4.2 Стенд для проведення досліджень

Принципова гідравлічна схема стенда показана на рис. 4.2.

Стенд складається з насосної станції 1, що включає в себе бак 3, насос 4 і запобіжний клапан 2, випробовуваний гідромотор 6, електромагнітне порошкове гальмо 7, регульоване джерело постійного струму 8, манометри 5, 9 і регульований дросель 10.

Рис. 4.2. Принципова гідравлічна схема стенда для

проведення досліджень

При роботі стенда весь потік робочої рідини з виходу насоса 4 подається на вхід випробовуваного гідромотора 6, так як запобіжний клапан 2 постійно закритий (насосна станція працює в режимі постійного режиму). Момент навантаження на гідромоторі створюється приєднаним до його вала порошковим гальмом 7 і регулюється зміною напруги на виході підключеного до порошкового гальма джерела постійного струму.

Дійсне значення визначається за допомогою спеціального динамометричного пристрою, яким оснащене порошкове гальмо, частота обертання вала гідромотора – за допомогою тахометра (на рис. 4.2 не показаний).

Регульований дросель 10 призначений для перекриття потоку робочої рідини при настроюванні тиску відкриття запобіжного клапана насосної станції.

4.3 Пристрої і обладнання

1. Аксіально-поршневий гідромотор Г15-24Н ( = 77 см³/об).

2. Порошкове гальмо ПТ-6М (ціна поділки динамометричного пристрою 0,2 Н∙м).

3. Насосна станція.

4. Регульований дросель ПГ77-1.

5. Манометри (клас точності 1,0).

6. Регульоване джерело постійного струму.

7. Тахометр.

8. Рукава високого тиску.