Что такое гидравлический двигатель?
Гидравлический двигатель представляет собой специальную машину, основная задача которой — преобразовывать энергию движущегося потока жидкости в полезную механическую энергию. Эта энергия затем передаётся на ведомое звено, которым может быть вращающийся вал, совершающий возвратно-поступательные движения шток или поршень. Классификация гидравлических двигателей в первую очередь основывается на принципе их действия.
Два основных принципа действия
Существует два фундаментальных подхода к преобразованию энергии. В двигателях первого типа (к ним относятся гидротурбины и водяные колеса) движение ведомого звена возникает за счёт изменения момента количества движения самого потока жидкости. Иными словами, энергия передаётся от кинетики или напора текущей воды.
Второй, более распространённый в технике тип — это объёмные гидравлические двигатели. Их работа основана на использовании гидростатического давления. Жидкость под напором заполняет рабочие камеры и воздействует на так называемые вытеснители. Вытеснитель — это рабочий орган (поршень, пластина, зуб шестерни и т.п.), который непосредственно воспринимает давление жидкости и совершает механическую работу, приводя в движение выходное звено.
Классификация объёмных гидравлических двигателей
Объёмные двигатели различаются по характеру движения ведомого звена. Они могут создавать как ограниченное движение (возвратно-поступательное или возвратно-поворотное), так и непрерывное вращение.
Гидроцилиндры
Это двигатели с ограниченным ходом. Они делятся на два основных вида:
- Силовые гидроцилиндры: в них шток, соединённый с поршнем, совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. Это самый распространённый тип, используемый для подъёма, опускания или толкания.
- Моментные гидроцилиндры (квадранты): здесь вал совершает качательное (возвратно-поворотное) движение относительно корпуса на угол, не превышающий 360°. Такие устройства полезны для поворота механизмов на определённый угол.
Гидромоторы
Это двигатели, обеспечивающие неограниченное вращательное движение. Они, в свою очередь, подразделяются на:
- Поршневые гидромоторы: рабочие камеры в них неподвижны, а вытеснители (поршни) движутся возвратно-поступательно, преобразуя это движение во вращение вала через кривошипно-шатунный механизм.
- Роторные гидромоторы: в этой конструкции рабочие камеры имеют возможность перемещаться вместе с ротором. Вытеснители здесь совершают вращательное движение, которое иногда сочетается с возвратно-поступательным (так называемые кулисные гидромоторы).
Разновидности роторных гидромоторов
Роторные гидромоторы, особенно кулисного типа, получили широкое распространение. Их классифицируют по форме вытеснителей:
- Пластинчатые (шиберные) гидромоторы: в них роль вытеснителей выполняют подвижные пластины.
- Роторно-поршневые гидромоторы: используют поршни как вытеснители. Они делятся на две основные группы:
- Радиальные: поршни расположены перпендикулярно оси вращения вала.
- Аксиальные: поршни расположены параллельно оси вращения. Именно этот тип является наиболее распространённым в современной технике.
В аксиальных роторно-поршневых гидромоторах давление рабочей жидкости на поршень создаёт усилие на наклонной шайбе (или блоке цилиндров), которое и приводит выходной вал во вращение. Эта конструкция отличается высокой компактностью и эффективностью.
Области применения и характеристики
Объёмные гидравлические двигатели являются сердцем гидроприводов самых разнообразных машин и механизмов: от строительной и сельскохозяйственной техники до промышленных станков и авиации. Их ключевые преимущества — возможность передачи большой мощности при малых габаритах, плавное регулирование скорости и простота реверсирования.
Современные гидромоторы работают при очень высоких давлениях рабочей жидкости, которые могут достигать 35 МПа (примерно 350 кгс/см²). Мощность выпускаемых промышленностью гидромоторов варьируется в широких пределах и может доходить до 3000 кВт.
Важной особенностью многих конструкций гидравлических двигателей (особенно роторно-поршневых) является их обратимость. Это означает, что один и тот же агрегат может работать как двигатель, преобразуя энергию жидкости в механическую, и как насос, создавая поток жидкости за счёт подводимой механической энергии. Это свойство значительно расширяет их функциональность в гидравлических системах.