Инженер поможет - Поворотные гидродвигатели

История создания поворотных гидродвигателей связана с историей гидроцилиндров. Гидроцилиндр – это гидродвигатель возвратно - поступательного действия. Установив гидроцилиндр на шарнир люди не осознанно впервые создали поворотный гидродвигатель (вполне возможно, что впервые он был пневматического действия).

Учитывая, что не везде поворот шарнира можно осуществить посредством гидроцилиндра встал вопрос создания специализированного механизма.

Основным потребителем первых поворотных гидродвигателей были строительные и сельскохозяйственные отрасли. Опорно – поворотные устройства стали в последствии незаменимым узлом любых тракторов с навесным оборудованием.

Особенности

Основной особенностью специализированных поворотных гидродвигателей является их не сложная (в плане способа исполнения действия) и одновременно сложная ( в плане исполнения задачи) работа. По сути своей придание момента вращения не сложная задача, выбираешь ось вращения и придаешь усилие на другой конец рычага и всё… делов то, однако с этого момента и начинают возникать трудности.

Во первых к установке специализированных поворотных гидродвигателей приходят в тех случаях, когда нет возможности установить гидроцилиндр на шарнир (как правило не позволяют габаритные размеры).

Во вторых установка поворотного гидродвигателя требует дополнительных расчетов момента поворотного усилия в зависимости от давления системы (как правило оно меняется с углом поворота гидродвигателя).

К отдельной особенности можно отнести использование гидравлической жидкости в качестве источника энергии во всех гидродвигателях. С этой проблемой столкнулись при создании гидроцилиндров: при создании высокого давления жидкость начинает просачиваться через уплотнительные кольца (манжеты уплотнения) и гидроцилиндр не мог выполнить свою задачу, и наоборот при высокой степени вязкости жидкости нагрузка на насосе и системе патрубков переносящих жидкость от насоса к цилиндру была колоссальной. Необходим был компромисс, которым и стали конкретные гидравлические жидкости на основе нефтепродуктов, выполняющие на ряду с основными своими функциями еще и смазывающее – охлаждающую.

Специфика применения же конкретно механизма – поворотного гидродвигателя добавляет сложность контура уплотнителей, если в гидроцилиндре это была цилиндрическая резиновая шайба, то в поворотном механизме это как правило плоский сегмент круга или кольца, который должен так же одновременно быть и уплотнителем и обеспечивать скольжение по всей своей поверхности. Учитывая, что разные части сегмента совершают большие перемещения (ближе к оси вращения линейное перемещение меньше) работа сил скольжения будет разной, а соответственно и необходимость смазки и износ будет разным.

Характеристики и их влияние

Гидродвигатели, с ограниченным углом поворота называют угловыми, при этом различая на поршневые и пластинчатые.

Поршневые, как уже и было сказано выше, упрощенно представляют собой гидроцилиндр установленный на поворотный механизм. Пластинчатый же поворотный гидродвигатель (Рис. 1) представляет собой тело с выполненным в нем глухим цилиндрическим отверстием, внутрь которого установлены пластина, её еще называют «Шибер», ограниченная ходом на определенный угол, с выводами подачи гидравлической жидкости по разные стороны пластины для придания ей момента.

Поршневые поворотные гидродвигатели различаются принципом исполнения своих функций – преобразователям вида движения. Различают рычажные, кулисные, с зубчатыми и червячными передачами и даже ременные. Все эти типы преобразования бывают регулируемыми и управляемыми, с механизмами защиты от перегрузок и т.д., предназначены для осуществления поворота механизма вокруг определенной оси, однако их конструкция (поршневых поворотных гидродвигателей) позволяет выполнять поворот после определенного перемещения механизма (смещение до поворота).

Пластинчатые поворотные гидродвигатели бывают с одной, двумя или тремя пластинами. Увеличивая число пластин можно уменьшить угол поворота гидродвигателя не прибегая к изменению конструкции камеры. Так например максимальный угол поворота двух пластинчатого гидродвигателя будет 60 градусов. Применяя трехпластинчатые гидродвигатели двумя пластинами дополнительно разделяют рабочую камеру на дополнительный «холостой» сегмент, в который не попадает гидравлическая жидкость.

Формула для расчета момента на валу пластинчатого поворотного гидродвигателя представляет собой следующий вид:

M = bz(p1-p2)(r1-r2)(r1+r2)/2

b – длина пластины (шабера)

p1 и р2 – давление в рабочей и холостой полостях

r1 радиус камеры, внутри которой вращается ротор и пластина

Учитывая сложность обеспечения работоспособного состояния в течение длительного периода времени пластинчатые поворотные гидродвигатели применяют только при низких давлениях рабочей жидкости.

Анализ фирм производителей

Учитывая данные, представленные различными ресурсами всемирной сети Internet лидерами в области изготовления гидроцилиндров различного назначения (в том числе и поворотных гидродвигателей) являются следующие фирмы: Parker, Denison, Bosch, Rexroth, Vickers. Описание и особенности их конструкций говорят о том, что основным принципом создания высококачественной техники является использование высоко точно изготовленных и качественно подогнанных друг к другу комплектующих (подшипники качения и скольжения, уплотнители, трубопроводы и магистрали, гидравлические жидкости).

Из отечественных производителей таких ярких представителей, как было представлено выше, во всемирной сети не нашлось, однако присутствуют некоторого рода лидеры: Фирма «Гидромаш»; Завод исполнительных механизмов «Промпривод». Более широко представленных производителей гидромоторов и поворотных гидродвигателей не нашлось, однако и данные представители, при более детальном разборе номенклатуры представленных изделий не являются какого либо рода законодателями «моды» или изобретателями, а всего лишь продолжают изготавливать наработанные со времен Советского Союза конструкции.

Испытания

Учитывая специфику работы гидродвигатели проверяют на максимальное усилие до выхода из строя, устойчивость к возрастающим нагрузкам на вал, как плавно изменяющимся, так и ударным, к способности работать в определенных температурных режимах и различных агрессивных средах.

Так же и проверяют различные элементы гидродвигателей в зависимости от их типа. Так пластинчатые проверяют на устойчивость лопаток и валов, к предельному давлению внутри рабой камеры и на шибере, на стойкость уплотнений. Поршневые же проверяют на устойчивость штока на максимальных нагрузках, устойчивость и стойкость уплотнений и поршня в целом. Так же проверяются поворотные механизмы на предельный момент, зубчатые передачи проверяют на максимальное усилие на зубе, для определения оптимального модуля и количества зубьев. Аналогично и с остальными типами поворотных механизмов. Определив предельное значение усилия до выхода из строя механизма и максимальное усилие на валу гидродвигателя возможно предусмотрение предохранителя (заведомо разрушаемого механизма при предельном усилии), который выйдя из строя предохранит от выхода из строя механизм.

Учитывая специфику работы проверяют так же и саму гидравлическую жидкость на её способность текучести и не сжимаемости не зависимо от температуры окружающей среды. Немаловажным фактором является вязкость гидравлического масла, известный факт, что с увеличением температуры уменьшается вязкость, а мало вязкая (высоко текучая) гидравлическая жидкость легче проходит через уплотнители, а соответственно выводя из строя гидродвигатель. Определив оптимальную рабочую температуру жидкости и степень её разогрева в процессе работы существует возможность установки радиаторов охлаждения на самом механизме (поворотном гидродвигателе) или на бачке расширители гидравлической жидкости.

Возможные неисправности

Наиболее распространенной неисправностью гидродвигателей является выход из строя уплотнителей между трущимися частями гидроцилиндров и пластинчатых поворотных гидродвигателей. Однако сама по себе данная неисправность возникнуть не может, правильно рассчитанный механизм работает до нарушения одной из установленных характеристик. Так увеличение температуры рабочей гидравлической жидкости или превышение максимального усилия на валу или в гидросистеме наверняка приведет к неисправности. Зачастую данные или аналогичные причины и являются причинами выхода из строя гидродвигателей, однако неисправности могут быть как ремонтируемыми и неремонтируемыми.

При условии, что вышел из строя только уплотнитель, и потеряна гидравлическая жидкость, меняют уплотнитель и перезаправляют систему рабочей жидкостью и продолжают работу. Однако, если механизм изначально выполнен в не ремонтропригодном исполнении малейшая неисправность ведет за собой замену всего механизма. Учитывая рыночную модель экономики для производителей это наиболее выгодный вариант.