2.2.3. Silniki hydrauliczne.doc

2.2.3. Silniki hydrauliczne.

Na ogół silnik hydrauliczny stosuje się tylko wówczas, gdy wymagany jest długo­trwały ruch obrotowy o nieograniczonym kącie obrotu elementu roboczego. Za­sadniczo jako silnik hydrauliczny służyć może każda pompa o odpowiedniej spraw­ności, z wyjątkiem pomp sterowanych zaworami zwrotnymi. Do pompy pracującej jako silnik doprowadza się ciecz pod ciśnieniem, a z jej wału odbiera się napęd. Silnik hydrauliczny charakteryzują dwie podstawowe wielkości: ilość cieczy q (l/obr), jaką pochłania silnik podczas jednego pełnego obrotu jego wału – czyli tzw. chłon­ność, oraz maksymalne ciśnienie zasilania p (MPa). Chłonność q silnika zależy od geometrycznych rozmiarów jego elementów. Znając chłonność silnika można określić prędkość obrotową n jego wału w okresie zasilania silnika cieczą

Q [l/min]:

n = hv (obr/min)

gdzie hv – sprawność objętościowa silnika;

Moc silnika:

N = h

Gdzie  h – sprawność ogólna silnika;

a moment, jaki można uzyskać na wale:

M = 716,2 (mN).

Cenną  zaletą silnika hydraulicznego jest jego duży moment obrotowy w stosunku do ciężaru i momentu bezwładności silnika. Dzięki temu okres rozpędzania silnika hydraulicznego jest bardzo krótki. Zależnie od rodzaju silnika hydraulicznego jego rozpędzanie trwa od kilku setnych do paru tysięcznych sekundy, czyli kilkakrotnie krócej niż rozpędzanie silnika

elek­trycznego podobnej mocy.

Ogólnie wśród silników hydraulicznych rozróżnia się silniki o stałej chłonności (nienastawne; np. zębate, rys.28) i o zmiennej chłonności (nastawne). Ze względu na małą sprawność oraz duże opory biegu luzem silniki o stałej chłonności stosowane są rzadko i tylko

w przypadkach niewielkiego zapotrzebowania mocy. Zadowalającą w praktyce sprawność wykazuje silnik zębaty jedynie w przypadku zasilania cieczą o ciśnieniu co najmniej                 3 – 5 MPa oraz odciążenia od sił promieniowych lub odpowiednio masywnego ułożyskowania oraz zastosowania sztywnych wałków i kompensacji luzu osiowego.

Rys.28. Silnik hydrauliczny zębaty.

1 – pokrywa przednia,  2 – płyta okularowa,  3 – pokrywa tylna,  4 – uzębiony wałek, 

5 – koło zębate,  6 – płyta dociskowa.

Jako silnik hydrauliczny służyć może również pompa łopatkowa, lecz wówczas trzeba zastosować w niej mechanizm docisku łopatek do stojana oraz odciążenia wału od roboczego ciśnienia cieczy. Silniki tego typu produkuje się jako zwykłe (nienawrotne) oraz nawrotne (rewersyjne). Na rysunku 29 przedstawiono nawrotny silnik hydrauliczny, w którym kierunek obrotu wału zmienia się przez zmianę kierunku doprowadzania cieczy (do przelotu górnego lub dolnego).

Przeważnie produkowane są silniki łopatkowe o chłonności od 12 cm3 do 1000 cm3 oraz ciśnieniu roboczym 14 MPa i ciśnieniu maksymalnym 21 MPa. Sil­niki łopatkowe pracują zwykle przy obciążeniu nominalnym w zakresie n = 200 – 2200 obr/min. Przy zmniejszonym obciążeniu nominalna prędkość obrotowa może być obniżona do 150 obr/min.

Rys. 29. Silnik hydrauliczny łopatkowy.

1 – wałek,  2 – kadłub,  3 – bieżnia,  4 – wirnik,  5 – łopatka,  6 ,7 – płyty dociskowe przednia i tylna,  8 – sprężyna.

Obecnie najszerzej stosowane są hydrauliczne silniki wielotłokowe, osio­we

(stałej – rys.30. i zmiennej chłonności – rys.31) i promieniowe, na takie same ciśnienia robocze, jak wytwarzane przez podobne pompy hydrauliczne.

Rys.30. Silnik wielotłoczkowy osiowy o stałej chłonności.

1 – wałek,  2 – kadłub,  3 – pokrywa,  4 – blok zaworowy,  5 – wirnik,  6 – tłoczek, 

7 – stopka,  8 – separator,  9 – tarcza oporowa,  10 – tarcza rozrządcza,  11 – sprężyna centralna,  12 – sprężyna separatora.

Rys.31. Silnik wielotłoczkowy osiowy o zmiennej chłonności.

1 – wałek,  2 – kadłub,  3 – wirnik,  4 – tłoczek,  5 – tłoczysko,  6 – trzpień centralny, 

7 – tarcza rozrządcza,  8 – śruba,  9 – czop,  10 – tłoczek,  11 – suwak sterujący,  12 – śruba.

W silniku według rysunku 32 tłoczek dzięki odpowiedniemu kształtowi bieżni

w czasie jednego obrotu wykonuje kilka skoków roboczych. W tego typu silnikach stosuje się bieżnie (prowadnice) w postaci gwiazdy o czterech, pięciu, sześciu, siedmiu, ośmiu lub dziewięciu garbach. W celu zwięk­szenia momentu obrotowego silnika hydraulicznego stosuje się dwa lub trzy rzędy cylindrów. Całkowita liczba cylindrów silnika sięga nieraz 50 do 60.

Rys.32. Wolnoobrotowy silnik hydrauliczny o dużym momencie obrotowym.

Aby zmniejszyć pulsację prędkości kątowej, w niektórych silnikach jest stosowane przesunięcie rzędów tłoczków – np. trójrzędowe rozmieszczenie tłoczków w płasz­czyznach nie pokrywających się, po 18 tłoczków w każdym rzędzie. Takie silniki mogą pracować stabilnie z małymi prędkościami obrotowymi (np. l – 2 obr/min). Tłokowe silniki hydrauliczne znajdują szerokie zastosowanie zwłaszcza w maszy­nach budowlanych

i drogowych oraz różnego rodzaju ciągnikach.

Niekiedy spotyka się również silniki gerotorowe, podobne konstrukcyjnie do pomp gerotorowych (patrz rys. 27), oraz silniki gerotorowe typu orbit (rys. 33 oraz 34). Gerotorowy silnik typu orbit składa się z trzech obrotowych elementów,

a mianowicie wirnika, sprzęgła i rozrządu zakończonego wałem pędnym oraz wień­ca zębatego, na stałe połączonego uszczelnionym korpusem.

Rys.33. Schemat działania silnika hydraulicznego typu orbit.

A – pozycja zerowa,  B – 1/14 obrotu wału,  C – 1/7 obrotu wału.

Rys.34. Budowa silnika hydraulicznego typu orbit.

1 – korpus,  2 – sprzęgło,  3 – rozrząd,  4 – wirnik,  5 – wieniec.

Wirnik silnika jest sześciozębny. Rozrząd silnika ma po sześć komór zasilania i zlewu. Podczas pracy silnika jego rozrząd łączy kolejno komory wieńca zębatego na przemian                z zasilaniem i przelewem silnika. Dzięki temu w czasie jednego ob­rotu wału silnika

(wirnika i połączonego z nim rozrządu) odbywa się sześć zwy­kłych cyklów roboczych silnika, przez co bez użycia jakiejkolwiek przekładni zwalniającej uzyskuje się sześć razy większy moment obrotowy przy sześciokrotnie mniejszej prędkości obrotowej. Jednocześnie silnik taki cechuje duża równomierność biegu.