Курс лекций по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы»

Гидродвигатель — это гидромашина, преобразующая энергию потока жидкости в механическую работу. Иными словами, гидродвигатель использует энергию потока жидкости для выполнения некоторой полезной работы.
Выходным звеном гидродвигателя называется его элемент, непосредственно совершающий полезную работу. В большинстве слу­чаев это или вращающийся вал, или шток, движущийся возврат­но-поступательно.
Основными параметрами, характеризующими работу гидродвигателя, являются:
напор, потребляемый гидродвигателем Н_гд, м — полная удель­ная энергия, отбираемая гидродвигателем у потока рабочей жид­кости;
расход, потребляемый гидродвигателем Q_m, м³/с — объем жид­кости, потребляемый гидродвигателем из трубопровода в единицу времени;
частота вращения выходного вала гидродвигателя п, об/с, или с^-1;
скорость поступательного движения выходного штока v, м/с; ; момент на выходном валу гидродвигателя М_т, Н • м (для гидродвигателей с вращательным движением выходного звена);
нагрузка (сила) на штоке гидродвигателя F, Н (для гидродвига­телей с возвратно-поступательным движением выходного звена);
потребляемая мощность гидродвигателя N, Вт — мощность, отби­раемая гидродвигателем у потока жидкости, проходящего через него;
полезная мощность гидродвигателя Nп Вт — мощность, разви­ваемая на выходном звене гидродвигателя;
коэффициент полезного действия (КПД) гидродвигателя η_гд — отношение полезной мощности гидродвигателя к потребляемой.
Некоторые из отмеченных параметров необходимо рассмотреть подробнее.
Одним из важнейших параметров является напор Н_гд, потреб­ляемый гидродвигателем. Он равен разности полных напоров на входе гидродвигателя и на выходе из него. По аналогии с напором насоса [см. формулу (3.1)] напор, потребляемый гидродвигате­лем, подсчитывается по формуле
(5.10)
где индекс 1 относится к параметрам потока на входе, а индекс 2 — на выходе гидродвигателя.
Для подавляющего большинства гидродвигателей основной ве­личиной, определяющей значение напора Н_гд, потребляемого гид­родвигателем, является разность пьезометрических высот [второе слагаемое в формуле (3.10)]. Очень часто разность давлений на входе и выходе гидродвигателя называют давлением, потребля­емым гидродвигателем, или перепадом давления на гидродвига­теле, ∆р_гд. Тогда с учетом сказанного выше можно принять
(5.11)
Иногда при гидравлическом расчете трубопровода, содержащего гидродвигатель, перепад давления ∆р_гд на гидродвигателе называ­ется также потерей давления в гидродвигателе.
Следует иметь в виду, что потребляемой мощностью для гидро­двигателя является мощность, подводимая к нему с потоком жид­кости:
(5.12)
Полезная мощность гидродвигателя (мощность на выходном звене) при вращательном движении выходного звена вычисляется по формуле
(5.13)
где М_гд — момент на валу гидродвигателя, а при возвратно-посту­пательном движении выходного звена — по формуле
(5.14)
где F— сила сопротивления движению выходного звена; v — ско­рость перемещения выходного звена.
Отметим также, что гидродвигатель может характеризоваться как полным η_гд, так и частными КПД, которые взаимосвязаны зависимостью (11.9).
Кроме перечисленных выше, одним из основных параметров, позволяющих судить о возможностях гидромашины, является ее внешняя характеристика. Например, под характеристикой насоса (в большинстве случаев) понимается графическая зависимость его основных технических показателей (напора, давления, мощности, КПД и т.д.) от подачи при постоянных значениях частоты враще­ния вала насоса, вязкости и плотности рабочей жидкости.
Все гидромашины по принципу действия делятся на два основ­ных типа: динамические и объемные.
Динамическая гидромашина — это гидромашина, в которой вза­имодействие ее рабочего органа с жидкостью происходит в про­точной полости, постоянно сообщенной с входом и выходом гид­ромашины.
Объемная гидромашина — это гидромашина, в которой взаимо­действие ее рабочего органа с жидкостью происходит в герметич­ной рабочей камере, попеременно сообщающейся с входом и вы­ходом гидромашины.
Динамическую гидромашину можно также назвать «проточной», так как у нее внутренняя проточная полость всегда соединена с > входом и выходом, а объемную — «герметичной», потому что у нее имеется герметичная рабочая камера, которая может быть со­единена в данный момент времени только или с входом, или с выходом гидромашины. Это значит, что в объемной гидромашине входная область всегда отсоединена от выходной. Для рабочего про­цесса динамической гидромашины характерны большие скорости движения ее рабочих органов и рабочей жидкости, а рабочий про­цесс объемной гидромашины заключается в силовом взаимодей­ствии рабочей жидкости и вытеснителя гидромашины. Большие скорости движения жидкости и рабочих органов объемной гидро­машины при этом в принципе не обязательны, так как основную роль в рабочем процессе играет давление.