Động cơ thủy lực: thiết bị, mục đích, nguyên lý hoạt động

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Cơ cấu thủy lực đã được loài người sử dụng từ thời cổ đại để giải quyết các vấn đề kinh tế và kỹ thuật khác nhau. Ngày nay việc sử dụng năng lượng của dòng chất lỏng và áp suất là có liên quan. Cơ cấu tiêu chuẩn của động cơ thủy lực được tính toán để chuyển năng lượng biến đổi thành lực tác dụng lên liên kết làm việc. Chính sơ đồ tổ chức của quá trình này cũng như các sắc thái kỹ thuật và cấu trúc của quá trình thực hiện thiết bị có nhiều điểm khác biệt so với các động cơ điện thông thường, điều này được phản ánh ở cả ưu và nhược điểm của hệ thống thủy lực.

Thiết bị cơ chế

Thiết kế của động cơ thủy lực dựa trên vỏ, các đơn vị chức năng và các kênh để chuyển động các dòng chất lỏng. Vỏ thường được gắn trên các chân đỡ hoặc cố định thông qua các thiết bị khóa có khả năng xoay. Phần tử làm việc chính là khối xi lanh, trong đómột nhóm các piston được đặt, thực hiện chuyển động qua lại. Để đảm bảo sự ổn định của bộ phận này, thiết bị động cơ thủy lực được cung cấp một hệ thống tạo áp suất không đổi vào đĩa phân phối. Chức năng này được thực hiện bởi một lò xo chịu áp lực tác dụng từ môi chất làm việc. Trục làm việc kết nối động cơ thủy lực với bộ điều khiển đầu ra được thực hiện dưới dạng cụm có trục hoặc then hoa. Van chống xâm thực và van an toàn có thể được kết nối với trục làm phụ kiện. Một kênh riêng biệt có van cung cấp hệ thống thoát chất lỏng và trong hệ thống kín, các mạch đặc biệt được cung cấp để xả và trao đổi phương tiện làm việc.

Nguyên lý của động cơ thủy lực

Nhiệm vụ chính của bộ phận là đảm bảo quá trình biến đổi năng lượng của lưu chất tuần hoàn thành cơ năng, từ đó truyền qua trục đến các cơ quan điều hành. Ở giai đoạn đầu tiên hoạt động của động cơ thủy lực, chất lỏng đi vào rãnh của hệ thống phân phối, từ đó nó đi vào các khoang của khối xi lanh. Khi các khoang đầy, áp suất lên các pít-tông tăng lên, dẫn đến sự hình thành mô-men xoắn. Tùy từng thiết bị cụ thể của động cơ thủy lực mà nguyên lý hoạt động của hệ thống ở giai đoạn biến đổi lực ép thành cơ năng có thể khác nhau. Ví dụ, mômen xoắn trong các cơ cấu dọc trục được tạo ra do tác động của các đầu hình cầu và các ổ trục thủy tĩnh lên các ổ trục đẩy, qua đó bắt đầu hoạt động của khối xi lanh. Ở giai đoạn cuối cùng kết thúcmột chu kỳ phun và dịch chuyển của môi trường lỏng khỏi nhóm hình trụ, sau đó các pít tông bắt đầu hoạt động ngược lại.

Kết nối đường ống với động cơ thủy lực

Tối thiểu, thiết bị nguyên tắc của cơ chế phải cung cấp khả năng kết nối với các đường cấp và thoát nước. Sự khác biệt trong cách thực hiện cơ sở hạ tầng này phụ thuộc phần lớn vào kỹ thuật điều chỉnh van. Ví dụ, thiết bị của động cơ thủy lực của máy xúc EO-3324 cung cấp khả năng phân chia dòng chảy bằng van shunt. Để điều khiển các ống dẫn của van, hệ thống điều khiển điều khiển bằng servo với nguồn cung cấp năng lượng cho bộ tích lũy khí nén được sử dụng.

Trong các mạch thông thường, một đường thủy lực xả được sử dụng, áp suất được điều chỉnh thông qua một van tràn. Ống phân phối (còn gọi là ống làm sạch và xả) có van tràn được sử dụng trong các truyền động thủy lực với dòng đóng để trao đổi chất lỏng làm việc trong mạch. Một bộ trao đổi nhiệt đặc biệt và một két làm mát có thể được sử dụng bổ sung để điều chỉnh chế độ nhiệt độ của môi chất lỏng trong quá trình vận hành của động cơ thủy lực. Thiết bị của cơ chế điều tiết tự nhiên tập trung vào việc phun chất lỏng liên tục ở áp suất thấp. Sự chênh lệch áp suất trong các đường làm việc của hệ thống phân phối thủy lực làm cho ống điều khiển di chuyển đến vị trí mà mạch áp suất thấp thông với bình thủy lực thông qua van tràn.

Động cơ thủy lực bánh răng

Như vậyđộng cơ có nhiều điểm chung với các đơn vị bơm bánh răng, nhưng có sự khác biệt về hình thức loại bỏ chất lỏng khỏi khu vực ổ trục. Khi môi chất làm việc đi vào động cơ thủy lực, bắt đầu tương tác với bánh răng, tạo ra mômen quay. Thiết kế đơn giản và chi phí thực hiện kỹ thuật thấp đã làm cho thiết bị động cơ thủy lực như vậy trở nên phổ biến, mặc dù hiệu suất thấp (hiệu suất theo thứ tự 0,9) không cho phép nó được sử dụng trong các nhiệm vụ cung cấp năng lượng quan trọng. Cơ chế này thường được sử dụng trong các mạch điều khiển phụ tùng, trong hệ thống truyền động máy công cụ và cung cấp chức năng của các cơ quan phụ trợ của các máy khác nhau, nơi tốc độ định mức của vòng quay làm việc nằm trong khoảng 10.000 vòng / phút.

Động cơ thủy lực Gerotor

Một phiên bản sửa đổi của cơ cấu bánh răng, sự khác biệt của nó nằm ở khả năng đạt được mô-men xoắn cao với kích thước nhỏ của kết cấu. Môi chất lỏng được bảo dưỡng thông qua một bộ phân phối đặc biệt, do đó rôto có răng được đặt chuyển động. Loại thứ hai hoạt động trên một con lăn chạy vào và bắt đầu tạo ra chuyển động hành tinh, xác định các chi tiết cụ thể của động cơ thủy lực gerotor, thiết bị, nguyên lý hoạt động và mục đích của bộ phận này. Phạm vi của nó được xác định bởi mức tiêu thụ năng lượng cao trong điều kiện hoạt động ở áp suất khoảng 250 bar. Đây là cấu hình tối ưu cho các máy tải tốc độ thấp, cấu hình này cũng đặt ra các yêu cầu đối với kỹ thuật điện về độ nhỏ gọn và tối ưu hóa thiết kế trongtổng thể.

Động cơ piston hướng trục

Một trong những biến thể của máy thủy lực piston quay, thường cung cấp vị trí dọc trục của xi lanh. Tùy thuộc vào cấu hình, chúng có thể nằm xung quanh, song song hoặc có độ dốc nhẹ so với trục quay của bộ phận nhóm piston. Thiết bị của động cơ thủy lực pít-tông hướng trục có khả năng xảy ra hành trình ngược, do đó, trong các bố trí có các đơn vị được bảo dưỡng, cần phải kết nối một đường xả riêng. Đối với thiết bị mục tiêu vận hành các động cơ như vậy, nó bao gồm bộ truyền động máy thủy lực, máy ép thủy lực, bộ phận làm việc di động và các thiết bị khác hoạt động với mô-men xoắn lên đến 6000 Nm ở áp suất cao 400-450 bar. Âm lượng của môi trường được bảo dưỡng trong các hệ thống như vậy có thể không đổi và có thể điều chỉnh được.

Động cơ piston hướng tâm

Thiết kế động cơ thủy lực cân bằng và linh hoạt nhất về khả năng kiểm soát mô-men xoắn cao. Cơ chế piston hướng tâm có sẵn với một lần và nhiều tác động. Đầu tiên được sử dụng trong các dây chuyền trục vít để chuyển động của chất lỏng và huyền phù lỏng, cũng như trong các đơn vị quay của băng tải sản xuất. Thiết bị piston hướng tâm và nguyên lý hoạt động của động cơ thủy lực tác dụng một lần có thể được phản ánh trong chu trình chức năng sau: dưới áp suất cao, các khoang làm việc bắt đầu tác động lên tay đòn dẫn động, do đó bắt đầu quay trục,truyền nỗ lực đến liên kết điều hành. Một phần tử kết cấu bắt buộc là bộ phận phân phối để thoát nước và cung cấp chất lỏng, cùng với các khoang làm việc. Nhiều hệ thống hoạt động chỉ được phân biệt bởi một cơ học phức tạp và phát triển hơn về sự tương tác của các khoang với trục và các kênh để phân phối chất lỏng. Trong trường hợp này, có một sự phối hợp được phân chia rõ ràng trong chức năng của hệ thống phân phối cho các khối xi lanh riêng lẻ. Quy định riêng trên các mạch có thể được thể hiện cả trong các lệnh đơn giản nhất để bật / tắt van và sự thay đổi điểm trong các thông số về áp suất và thể tích của môi chất được bơm.

Động cơ thủy lực tuyến tính

Một biến thể của động cơ thủy lực dịch chuyển tích cực chỉ tạo ra chuyển động tới. Các cơ chế như vậy thường được sử dụng trong máy móc tự hành di động - ví dụ, trong máy gặt đập liên hợp, động cơ thủy lực hỗ trợ chức năng của các bộ phận điều hành do năng lượng của động cơ đốt trong. Từ trục đầu ra chính của nhà máy điện, năng lượng được dẫn đến trục của bộ phận thủy lực, do đó, cung cấp năng lượng cơ học cho các cơ quan để thu hoạch ngũ cốc. Đặc biệt, động cơ thủy lực tuyến tính có khả năng phát triển lực kéo và đẩy trên một loạt các áp suất và khu vực làm việc.

Kết

Máy thủy lực có nhiều điểm tích cực trong hoạt động, biểu hiện theo những cách khác nhau tùy thuộc vào thiết kế cụ thể của đơn vị. Vì thế nếuthiết bị gerotor của động cơ thủy lực đơn giản và không đòi hỏi chi phí bảo trì nghiêm trọng, sau đó thiết kế hướng trục và hướng tâm trong các phiên bản mới được thiết kế nhiều hơn để đạt được mô-men xoắn cao và duy trì các chỉ số công suất thích hợp, nhưng tốn kém hơn để bảo trì. Đối với một số chỉ tiêu phổ thông, máy thủy bình có những ưu điểm chung hơn so với các thiết bị chạy pin, điện, diesel nhưng chúng cũng có những điểm yếu thể hiện ở hiệu suất tương đối thấp và phụ thuộc vào các yếu tố gián tiếp của quá trình làm việc. Điều này liên quan đến độ nhạy của thủy lực đối với sự thay đổi nhiệt độ, độ nhớt của môi trường làm việc, ô nhiễm, v.v.