ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ИССЛЕДОВАНИЕ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫХ ГИДРОМОТОРОВ
Цель работы: изучить конструкцию, принцип действия аксиально-поршневых нерегулируемых гидромоторов, которые используются в судовых стреловых кранах.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Аксиально-поршневые гидромоторы являются высокооборотными и низкомоментными. Иными словами можно сказать, что аксиально-поршневые моторы не развивают вращающих моментов достаточных для подъема груза и стрелы, поворота крановой металлоконструкции, к тому же частота вращения их выходного вала существенно превышает рабочие, технологические частоты вращения крановых механизмов. С этой целью в приводах, оборудованных аксиально-поршневыми двигателями, предусматриваются редукторы. Напомним, что редуктором называется механизм, выполненный на основании зубчатых или червячных передач и предназначенный для уменьшения угловой скорости и увеличения вращающего момента. В крановых механизмах применяются двух- и трехступенчатые редукторы с неподвижными осями и планетарные редукторы. Последние широко используются в лебедках кранов «LIEBHERR» и «NMF». Аксиально-поршневые моторы делятся на два вида: аксиально-поршневые моторы с наклонным блоком и наклонным диском.
Аксиально-поршневые моторы обладают наилучшими из всех типов гидромашин габаритными и весовыми характеристиками, для них характерна компактность, отличаются высоким к.п.д., простотой и надежностью конструкции, имеют не большую инерционность и высокую приеместость (быстроходность).
Рабочий объем аксиально-поршневого гидромотора (рис. 1) определяется по выражению
см3, (1)
– число поршней мотора;
– площадь поршня гидромотора, 
, мм2;
d – диаметр поршня мотора, мм;
– ход поршня, мм.
Ход поршня я h определяется, исходя из рис. 1
мм, (2)
где 
– диаметр размещения головок поршней, мм,
α – угол наклона оси блока цилиндров мотора к оси вала, град.
Частоту вращения вала гидромотора определяется по формуле об/мин,
, (3)
где 
– расход мотора, в виду неразрывности потока жидкости расход мотора равен подаче насоса 
л/мин.
– рабочий объем мотора в л (дм3);
– гидравлический к.п.д. привода, принимается 
.
| DT |
Рис. 1. Принцип работы регулируемого аксиально-поршневого мотора с наклонным блоком:
| 1 – приводной вал; 2 – конусный поршень; 3 – наклонный блок; 4 – распределительный диск (α=const); 5 – серповидные пазы; 6 – распределительный диск (α=var) | h – ход поршня; А – площадь поршня; D Т – диаметр размещения головок поршней; α – угол наклона блока. |
Конструкция аксиально-поршневого гидромотора. Гидромотор (рис. 2) состоит из следующих основных частей: вала 1, корпуса 15, поршней 13 с шатунами 4, блок цилиндров 7, и крышки 9 распределителя 10 (рис. 3).
Предохранение от утечки рабочей жидкости из гидромашины (рис. 3)осуществляется с помощью манжеты 2 и уплотнительных колец 3, 6, 8, 11 и 15.
Рис. 2. Аксиально-поршневой гидромотор с наклонным блоком:
1-вал; 2 – уплотнение; 3 – сферическая головка; 4 – шатун; 5 – юбка поршня; 6 – шарнир; 7 – блок цилиндров; 8 – шип; 9 – крышка; 10, 11 – окно; 12 – пружина; 13 – поршень; 14 – диск.
Рис. 3. Конструкция аксиально-поршневого гидромотора: 1 – вал; 2 – манжета; 3, 6, 8, 11 15 – уплотнительные кольца; 4 – радиальный подшипник, 5 – радиально-упорный подшипник; 7 – корпус, 9 – блок цилиндров, 10 – распределитель; 12 – крышка; 13 – поршни; 14 – шатуны.
При работе гидромотора рабочая жидкость нагнетается под давлением p от насоса через отверстия крышки 10 и 11 (рис. 2) и кольцевые пазы распределителя (6 рис. 1) в блок цилиндров. Под действием давления p на поршень начинает действовать сила гидростатического давления, равная
, (4)
где 
– сила гидростатического давления, Н;
– давление рабочей жидкости в цилиндре, создаваемое насосом, МПа;
– площадь поршня, мм2, 
,
d – диаметр цилиндра, мм2.
Сила направлена вдоль цилиндра (рис.4), ось которого наклонена к оси вала мотора под углом a. Через поршень сила предается на шатун и на сферическую головку шатуна 3 (рис. 2), которая размещена в диске 14 (рис. 2). Для удобства расчетов сила давления может быть разложена на две составляющие – окружную (тангенциальную) 
, которая направлена перпендикулярно радиусу диска и осевую 
, которая направлена параллельно оси диска:
окружная сила
, (5)
осевая сила
, (6)
где 
– угол наклона блока, град.
Рис. 4. Принцип работы гидромотора
Именно под действием силы 
на диск, при подаче масла на поршень, действует вращающий момент, обеспечивающий вращение диска и ведущего вала по действием одного поршня
, (7)
где 
– плечо силы , м 
; 
;
b – текущий угол вращения, град.
За цикл работы данного типа гидромотора его поршни развивают среднее значение вращающего момента, которое вычисляется по формуле аналогичной, Н∙м
, (8)
где D p – давление (перепад давления между напорной и всасывающей линией мотора) масла, подаваемого через распределительный клапан (золотник) от насоса, МПа;
– рабочий объем гидромотора, см3.
Рабочий объем аксиально-поршневых моторов в десятки раз меньше рабочего объема радиально-поршневых моторов. Небольшой момент и высокая быстроходность аксиально-поршневых гидромашин вызывают необходимость использования в таких приводах редукторов.
На рис. 5 изображена грузовая лебедка судового крана с аксиально-поршневым двигателем. От гидромотора 1 движение передается через вал 3 к зубчатому двухступенчатому редуктору, в состав быстроходной ступени которого входит вал-шестерня 4 и колесо 11, а в тихоходную ступень – вал шестерня 12 и колесо с внутренним зацеплением 13, запрессованному в барабан. Зубчатые колеса и подшипники работают в масле, уровень которого контролируют при помощи пробки 10. Тормоз 5 нормально замкнутый растормаживается при помощи гидроцилиндра 6.
При включении мотора 1 тормоз растормаживается, с этой целью рабочая жидкость поступает каналами 8 из гидросистемы в левую часть гидроцилиндра 6 и перемещает его поршень вправо. Замыкающая пружина тормоза 9 сожмется и освободит диски его тормозные диски, в результате чего тормоз размыкается. При выключении гидромотора рабочая жидкость прекращает свою подачу в тормозной цилиндр 6, давление на поршень прекращается и тормозная пружина снова сжимает тормозные диски. Силу сжатия пружины (а значит и тормозной момент) регулируют винтом 7, который через шайбу действует на пружину 9.
Вращающий момент T, развиваемый мотором (см. формулу 7.14) посредством зубчатого редуктора увеличивается, и тогда момент на барабане 14 (рис. 17.17) станет равным (увеличиться в 
раз)
, (9)
где 
– передаточное отношение редуктора, 
, 
– передаточное число быстроходной ступени, от шестерни 4 к колесу 11 
, 
– передаточное число тихоходной ступени, от шестерни 12 к колесу 13 
.
Рис. 5. Грузовая лебедка с аксиально-поршневым гидромотором:
1 – гидромотор, 2 – клин; 3 – вал; 4, – вал-шестерня быстроходной ступени; 5 – дисковый тормоз; 6 – гидроцилиндр; 7 – регулирующий винт; 8 – канал; 9 – пружина; 10 – пробка; 11 – зубчатое колесо быстроходной ступени; 12 – вал-шестерня тихоходной ступени; 13 – колесо зубчатое тихоходной ступени; 14 – барабан; 15 – корпус.
Частота вращения гидромотора после преобразования движения в редукторе уменьшится в раз, тогда частота вращения тросового барабана равна
. (10)
| регулируемый насос |
| 1 |
| 3 |
| 4 |
| 11 |
| 12 |
| 13 |
| 16 |
| 5 |
| 14 |
Рис. 17.18. Кинематическая схема грузовой лебедки, изображенной на рис. 17.16 (обозначения соответствуют рис. 17.16, здесь 16 – втулочная муфта)
Характерные отказы аксиально-поршневых моторов распределяются по частоте их проявления следующим образом:
1. Износ поршней и блока цилиндров, что связано со значительным загрязнением рабочей жидкости;
2. Поломка корпуса;
3. Выход из строя уплотнений;
4. Разрушение и износ подшипников качения;
5. Обрыв шатунов поршней, вследствие чего происходит скачкообразное изменение скорости вращения и вращающего момента, наблюдается движение рывками;
6. Разрушение блока цилиндров.
Данные для выполнения работы
| № варианта | давление создаваемое насосом, МПа | подача насоса Q, л/мин | Числа зубьев редуктора | |||
| z4 | z11 | z12 | z13 | |||
Ход выполнения работ ы
1. Определить геометрические характеристики данного аксиально-поршневого гидромотора:
dп – диаметр поршня, мм;
Dг.п – диаметр размещения головок поршней, мм;
– угол наклона оси блока к оси вала, град.
2. Вычислить ход поршня h и рабочий объем поршня по формулам (1)и (2). Выполнить рис. 1.
3. Для заданного варианта рассчитать для одного поршня силу гидростатического давления , а также ее составляющие – окружную и осевую 
по формулам (4), (5), (6). Вычислите значения вращающего момента вала (диска) T, который создает один поршень, для разных значений текущий угол вращения b = 30°, b = 30°, b = 90°. Сделать рис. 4.
4. Для заданного варианта определить средний вращающий момент гидромотора по формуле (8).
5. По формуле (3) необходимо вычислить частоту вращения вала гидромотора для трех значений подач насоса – Q, 0,5 Q, 0,2 Q.
6. Опишите принцип действия грузовой лебедки с аксиально-поршневым гидромотором. Определите момент на тросовом барабане лебедки и частоту вращения этого барабана.
Контрольные вопросы
1. Опишите основные элементы конструкции аксиально-поршневого мотора с наклонным блоком.
2. Укажите преимущества аксиально-поршневых машин?
3. Опишите принцип работы аксиально-поршневого мотора с наклонным блоком.
4. На какие виды делаться аксиально-поршневые гидромоторы?
5. Почему в приводе с аксиально-поршевым гидромоторм применяют редуктор?
6. Перечислите основные виды отказов аксимально-поршневых гидромашин.
