Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Характеристика объемных гидродвигателей


9.1.1 Общие сведения о объемных гидромашины
Объемной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попере-менном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее из рабочей камеры.
Основными элементами объемных гидромашин являются рабочая камера, подвижный элемент (вытеснитель) и распределитель.

Под рабочей камерой понимается ограниченное пространство внутри машины, периоди-чески изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с местами входа и выхода жидкости. Рабочая камера состоит из основного (полезного), изменяющегося во время работы, объема и неизменного (вредного), который обусловлен необходимыми конструк-тивными зазорами между камерой и подвижным элементом. Вредный объем практически не влияет на рабочий процесс объемной машины при малосжимаемых жидкостях, и нао-борот, при сжимаемых жидкостях его влияние существенно.
Подвижный элемент изменяет объем рабочей камеры, а распределитель поперемен-но сообщает ее с местами входа и выхода жидкости.
По числу рабочих камер гидромашины делятся на одно- и многокамерные, а по конс-труктивному исполнению подвижных элементов – на поршневые, шестеренные, пластин-чатые и винтовые.

В соответствии с тем, создают гидромашины поток жидкости или используют его, их разделяют на объемные насосы и гидродвигатели.
В объемном насосе перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями. По принципу действия, точнее по характеру процесса вы-теснения жидкости, объемные насосы разделяют на поршневые и роторные.
В поршневом насосе жидкость вытесняется из неподвижных камер в результате лишь возвратно-поступательного движения вытеснителей (поршней, плунжеров, диафрагм).
В роторном насосе жидкость вытесняется из перемещаемых рабочих камер в резуль-тате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей (шесте-рен, винтов, пластин, поршней).
Объемный гидродвигатель
– это объемная гидромашина, предназначенная для прео-бразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена.
По характеру движения выходного звена объемные гидродвигатели делят на три класса:
- гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением выходного звена;
- гидромоторы с непрерывным вращательным движением выходного звена;
- поворотные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена
.
В общем случае насосы и гидродвигатели взаимообратимы, однако непосредствен-ное использование насоса в качестве гидродвигателя, и наоборот, возможно только в неко-торых машинах.

Распределение жидкости в насосах может быть автоматическим – клапанным, или принудительным – программным (бесклапанным). В гидродвигателях распределение жид-кости всегда принудительное.
При бесклапанном распределении возможно запирание жидкости в замкнутом пе-ременном объеме, а следовательно, и резкое изменение давления жидкости в этом объеме. При повышении давления в замкнутом объеме может произойти заклинивание роторов.
Если рабочая камера гидромашины за один оборот вала только один раз заполняется жидкостью и освобождается от нее, то такая машина называется машиной однократного действия, если происходит несколько циклов, то она называется машиной многократного действия.
Характерный технический показатель объемной гидромашины – ее рабочий объем.
Рабочий объем равен сумме изменений объемов рабочих камер гидромашины за один ее оборот. Он представляет собой объем несжимаемой жидкости, выдаваемой насосом или расходуемый гидромотором за один оборот при отсутствии в них утечек.
Гидромашины с изменяемым рабочим объемом называются регулируемыми, а с неи-зменяемым – нерегулируемыми.
В регулируемых гидромашинах отношение текущего значения рабочего объема q к его максимальному значению называется параметром регулирования: (10.1)

Основными техническими показателями насоса являются рабочий объем, подача, давление, мощность, КПД и частота вращения.
Подача
– это объемный расход жидкости через нагнетательный патрубок насоса.
Теоретическая подача насоса:
. (10.2)
Действительная подача меньше теоретической вследствие утечек в насосе:
. (10.3)
Утечки ведут к потерям мощности и оцениваются объемным КПД:
. (10.4)
Тогда подача:
. (10.5)
Давление насоса численно равно полному приращению энергии в насосе между входным и выходным патрубками. Так как при работе насоса возникают потери давления, то действительное давление меньше теоретического на величину потерь:
. (10.6)
По аналогии с объемными гидравлические потери мощности оценивают гидравли-ческим КПД:
. (10.7)
Выходная мощность насоса определяется как мощность потока:
. (10.8)

Входная мощность больше выходной на величину объемных, гидравлических и ме-ханических потерь:
. (10.9)
Полный КПД насоса:
. (10.10)
Зная мощность насоса и частоту вращения его вала можно определить момент на его валу:
. (10.11)


10.1.2 Объемные гидронасосы

10.1.2.1 Поршневые насосы
Основные элементы поршневых насосов (рис 10.1) – цилиндр 1, поршень 2 и рас-пределители 3 и 4, при помощи которых цилиндр попеременно соединяется то с линией всасывания, то с линией нагнетания.Так как принцип действия всех насосов одинаков, рассмотрим наиболее простой одноцилиндровый насос однократного действия.

Рис 10.1 – Поршневой насос

При движении поршня 2 вправо увеличивается объем рабочей камеры в цилиндре 1, вследствие чего давление в ней уменьшается, всасывающий клапан 3 открывается, и жид-кость всасывается в цилиндр из подводящего патрубка. При движении поршня влево объ-ем рабочей камеры уменьшается, давление в ней возрастает, всасывающий клапан закры-вается, а нагнетательный клапан 4 открывается, и жидкость вытесняется из цилиндра в нагнетательный патрубок. Таким образом, насос однократного действия за один оборот кривошипного вала один раз вытесняет жидкость из рабочей камеры.
Если длина поршня меньше его диаметра, т.е. , то такой поршень называется дисковым, если - плунжерным. Как правило, плунжеры используются для полу-чения высокого давления, причем, они могут быть как сплошными, так и пустотелыми.
По числу цилиндров поршневые насосы разделяются на одно- и многоцилиндровые, по их расположению – на насосы с параллельным расположением осей цилиндров в одной плоскости (насосы с кривошипно-шатунным механизмом и эксцентриковые), звездообраз-ным или V-образным (радиальные насосы), а также с расположением осей цилиндров па-раллельно их оси вращения (аксиальные насосы).
По конструкции распределителя различают поршневые насосы с клапанным распре-делением и золотниковым. Рабочий объем одноцилиндрового поршневого насоса однок-ратного действия определяется изменением объема рабочей камеры, вызванным переме-щением поршня за один оборот кривошипа:
, (10.12)
где

D – диаметр поршня; - ход поршня; r – радиус кривошипа.
Рабочий объем многоцилиндрового насоса многократного действия (с одинаковыми цилиндрами):
, (10.13)
где

m – число рядов цилиндров; z – число цилиндров в одном ряду;
k – кратность действия.
Для одноцилиндрового насоса однократного действия мгновенная теоретическая подача:
, (10.14)
где

с – скорость движения поршня.


Рис 10.2 – Графики подачи поршневых насосов


При повороте кривошипа на угол j скорость поршня:

 


(10.15)
а мгновенная подача:

(10.16)
Из формулы видно, что скорость поршня и мгновенная подача изменяются синусои-дально.
Графическая зависимость или, называется графиком подачи. Для одноцилиндрового насоса однократного действия график подачи – это полусинусоиды (рис 10.2, а), смещенные относительно друг друга на угол p, для двухцилиндрового насоса однократного действия или насоса двустороннего действия – это непрерывные полусину-соиды (рис 10.2, б).
Неравномерность подачи вызывает гидравлические удары, опасные вибрации и не-равномерность движения исполнительных органов машин. Поэтому стремятся выровнять график подачи, приблизив его к прямой .
Коэффициент неравномерности:
(12.17)
где

- соответственно максимальное и минимальное значение мгновенной подачи.


Таблица 10.1 – Коэффициенты неравномерности подачи

Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
, %d 314 157 14 33 5 14 3 8 1.5 5 1

 

Для одноцилиндрового насоса однократного действия и , а . Подставляя эти значения уравнение, получим . Аналогично вы-числяются коэффициенты неравномерности для насосов с различным числом цилиндров.
Анализируя эти данные, можно сделать следующий вывод. Для выравнивания пода-чи целесообразно применять многоцилиндровые насосы с нечетным числом цилиндров.


10.1.2.2 Роторные насосы
К роторным насосам относятся насосы, в которых вытеснители при работе соверша-ют сложное пространственное движение, но определяющим движением при этом является вращательное. Наиболее часто применяемые в гидроприводе роторные насосы:

· радиально - и аксиально-поршневые;

· пластинчатые;

· шестеренные;

· винтовые.

 

10.1.2.2.1 Радиально-поршневые насосы
Регулируемый радиально-поршневой насос (рис 10.3) состоит из ротора 2 с цилинд-рами, плунжеров 1, обоймы 4, распределительного устройства 3 с подводящими и отводя-щими каналами 5 и 6, а также устройства, с помощью которого обойма 4 перемещается относительно оси ротора на величину эксцентриситета е. Роль распределительного уст-ройства выполняет пустотелая ось 7 с уплотнительной перемычкой. На этой оси закреплен ротор. При вращении ротора цилиндры своими каналами поочередно соединяются с кана-лами всасывания 5 и нагнетания 6, расположенными в пустотелой оси. При переходе ци-линдров через нейтральное положение их каналы перекрываются уплотнительной пере-мычкой, и линия всасывания отделяется от напорной линии.
Перемычка должна иметь оптимальную толщину, исключающую изменение запер-того объема жидкости в цилиндре при вращении ротора (толщина, превышающая опти-мальную), что приводит к вышерассмотренным негативным явлениям, или возможность перетечки жидкости из области нагнетания в область всасывания (слишком малая толщи-на).


Рис 10.3 – Радиально-поршневой насос

 



Рис 10.4 – Схемы контакта плунжера со статорным кольцом


Для улучшения условий смазки и снижения трения поршня о стенки цилиндра, пор-шню сообщают поворотное движение относительно его оси. Для этого поверхность ста-торного кольца, на которую опирается поршень, выполняют под некоторым углом w (рис 10.4, а), или цилиндр располагают под таким же углом к плоскости вращения цилин-дрового блока. Поскольку точка контакта сферической поверхности поршня в этом случае будет смещена относительно его оси, поршень под действием силы трения будет повора-чиваться в цилиндре. Чтобы уменьшить скольжение головки поршня при проворачивании, необходимо увеличить плечо приложения силы, чего достигают путем выполнения грибо-образной головки (рис 10.4, б). Диаметр головки (грибка) поршня обычно выбирают рав-ным 15-20 , где d – диаметр поршня. Длину поршня выбирают не менее .
Во избежание расклинивания плунжеров в цилиндрах необходимо, чтобы их макси-мальный ход не превышал 0.1 радиуса ротора. Часто насос выполняют с двумя или тремя рядами плунжеров для увеличения его рабочего объема.
Рабочий объем насоса:
(10.18)
где

D – диаметр плунжера; z – число плунжеров; m – число рядов плунжеров.
Изменяя величину и знак эксцентриситета, можно изменять подачу и направление потока жидкости. При максимальном значении эксцентриситета подача насоса максимальна, а параметр регулирования:
(12.19)
где - параметр регулирования или относительный эксцентриситет, который может изменяться от 0 до .


10.1.2.2.2 Аксиально-поршневые насосы
Аксиально-поршневые насосы, выпускаемые с наклонным диском (рис 10.5) или на-клонным ротором, состоят из ротора 1 с цилиндрами, плунжеров 2, распределительного устройства 3, приводного вала 4 и устройства для изменения угла a наклона диска или ротора. Во избежание заклинивания плунжеров в цилиндрах максимальное значение уг-ла a ° должно быть равным 20-300



Рис 10.5 – Аксиально-поршневой насос


Если , то при вращении ротора 1 плунжеры 2, шарнирно связанные шатунами 5 с наклонным диском 6, совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах. Уда-ляясь от распределительного устройства 3, плунжеры всасывают жидкость, а приближаясь к нему, - нагнетают. Подвод жидкости к цилиндрам и отвод от них осуществляются через отверстия в торце ротора, которые попеременно соединяются с распределительными по-лукольцевыми окнами 7 и 8, имеющимися в распределителе 3. Когда плунжеры доходят до крайних точек, отверстия цилиндров располагаются напротив перемычек между окна-ми 7 и 8 – линия всасывания отделяется от линии нагнетания. Так же как в радиально-поршневых насосах, запертый распределительной перемычкой объем жидкости в цилин-дре при вращении ротора может несколько изменяться, вызывая негативные явления. Поэтому в некоторых конструкциях в перемычках между окнами 7 и 8 делают небольшие канавки, что , однако, увеличивает утечки в насосе и снижает его КПД.
Рабочий объем насоса:
(10.20)
где

D` - диаметр окружности, проведенной через оси цилиндров.
Изменяя угол a, можно изменять подачу и направление потока жидкости в насосе. При подача – максимальна. Параметр регулирования:
(10.21)
Аксиально-поршневые насосы более компактны, чем радиально-поршневые, и име-ют больший КПД, однако они чувствительнее к вибрациям и чистоте рабочей жидкости.


10.1.2.2.3 Пластинчатые насосы
Пластинчатые насосы могут быть однократного (рис 10.6, а) и многократного дей-ствия (рис 10.6, в), одинарными и сдвоенными.



Рис 10.6 – Пластинчатые насосы


Насос однократного действия состоит из ротора 1, ось вращения которого смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета е. В пазах ротора установлены пластины (шиберы) 3, прижимаемые к внутренней поверхности статора давлением жид-кости или пружинами. Скользя по статору, пластины одновременно совершают возвратно-поступательное движение в пазах ротора. При этом серповидная полость, образованная эксцентричным расположением ротора в статоре, разделяется пластинами на камеры, объем которых во время работы непрерывно меняется. Если объем камер увеличивается, то происходит всасывание жидкости, если уменьшается – нагнетание. Во избежание раск-линивания пластин в пазах необходимо, чтобы максимальный эксцентриситет не превы-шал 0,1 радиуса ротора.
Рабочий объем пластинчатого насоса однократного действия:

(10.22)
где

r – радиус ротора; z – число пластин; d - толщина пластин; b – ширина камеры.
Пластинчатые насосы однократного действия могут быть с постоянной или пере-менной подачей, причем в последних регулирование подачи осуществляется путем изме-нения эксцентриситета. При одностороннем вращении ротора насоса пластины целесо-образно устанавливать под некоторым углом (7-150) к радиусу (рис 10.6, б), благодаря че-му улучшаются условия их работы (уменьшается эффект заклинивания пластины в пазу). Такое положение пластин позволяет обеспечить оптимальное направление действия реак-ции статора на пластину, при котором силы трения вызывают минимальные изгибающие напряжения (угол наклона пластины принимается равным углу трения)
. (10.23)
В пластинчатых насосах однократного действия ротор и подшипники испытывают односторонние силы давления, что затрудняет создание насосов, рассчитанных на боль-шие значения давления, и является одной из причин их малого срока службы. В насосах двухкратного действия, благодаря наличию двух противоположно расположенных полос-тей, ротор разгружен от сил давления, а подвод жидкости в камеры и отвод из них произ-водится через торцовые окна статора. Однако, насосы двухкратного действия – нерегули-руемые.


10.1.2.2.4 Шестеренные насосы
Шестеренные насосы выпускаются с внешним и внутренним зацеплением. Последние более компактны, но из-за сложности изготовления применяются редко.

Насос с внешним зацеплением (рис 10.7) состоит из корпуса 1, в котором с неболь-шими торцовыми и радиальными зазорами находятся в зацеплении две одинаковые шес-терни – ведущая 2 и ведомая 3 и двух торцовых уплотнений 4. При вращении шестерен, когда зубья выходят из впадин, происходит всасывание жидкости. Затем жидкость, запол-нившая впадины, переносится по внешней дуге шестернями в направлении вращения, а когда зубья входят во впадины, жидкость вытесняется в нагнетательную линию.

В шестеренных насосах, так же как во всех насосах с принудительным распределе-нием жидкости, возможно запирание в переменном объеме. Существуют несколько спосо-бов, исключающих запирание жидкости в шестеренных насосах. Наиболее распространен-ный из них – разгрузка указанного объема за счет создания специальных боковых каналов 5 в корпусе насоса в области зацепления зубьев. При этом снижается объемный а, следо-вательно, и полный КПД насоса.



Рис 10.7 – Шестеренный насос


Рабочий объем насоса можно определить из условия равенства объемов зуба и впа-дины:
, (10.24)
где

m – модуль зуба; z – число зубьев; b – ширина зуба.
Шестеренные насосы имеют постоянный рабочий объем.


10.1.2.2.5 Характеристика насоса
Под характеристикой насоса понимают зависимости и при постоянной частоте вращения вала, плотности и вязкости жидкости (рис 10.8). Теоретическая подача насоса не зависит от давления, поэтому график - прямая линия. Такую характеристику называют жесткой, так как при из-менении давления подача насоса не изменяется. Аналогичную характеристику имеют все объемные насосы, поэтому они должны снабжаться предохранительными клапанами, пре-дотвращающими случайное повышение давления сверх расчетного во избежание поломки машины или приводного двигателя.

 


Рис 10.8 – Характеристика насоса


Действительная подача насоса зависит от давления, так как при его увеличении утечки увеличиваются, поэтому действительная характеристика не параллельна оси абсцисс и нелинейна. При давлении полезная мощность насоса , а мощность на валу равна . С увеличе-нием давления мощность увеличивается почти по линейному закону, и рост ее оп-ределяется в основном ростом полезной мощности .
КПД насоса имеет не явно выраженный максимум, обусловленный влиянием объемных потерь в насосе. Значения всех параметров при максимальном зна-чении КПД насоса называются оптимальными.

10.1.2.2.6 Сравнительные данные различных типов насосов
При выборе гидроузлов можно ориентироваться на следующие характерные особен-ности насосов:
1 Шестеренные насосы наиболее малогабаритные, но больше всех других боятся загрязнений. Основной износ идет по торцам.
2 Пластинчатые не боятся грязи, но нерегулируемые и работают на малых рабо-чих давлениях.
3 Радиально-поршневые просты в изготовлении, работают на сравнительно высо-ких давлениях, но имеют низкий КПД и большие размеры.
4 Аксиально-поршневые позволяют получить высокое давление, весьма высоко-скоростны, обладают малым моментом инерции, но сложны в изготовлении и требуют высокой точности изготовления.
5 Эксцентриковые дают очень высокую пульсацию и как правило требуют подпор или очень невысокую высоту всасывания. Кроме этого у них низкий КПД.


Таблица 10.2 – Сравнительная характеристика насосов

Тип насоса Максимальное давление Pmax, МПа Объемный КПД h0 Общий КПД h Масса на единицу мощности, кг/кВт
1 Пластинчатый до 7 0.6-0.9 0.55-0.75 1.3-4.0
2 Шестеренный до 100 0.7-0.9 0.25-0.7 0.6-7.0
3 Радиально-поршневой 12-20 0.7-0.9 0.67-0.85 10-20
4 Аксиально-поршневой 16-32 0.95-0.98 0.8-0.9 3.3-7.0
5 Эксцентриковый 20-30 0.75-0.95 0.68-0.75 2.7-8.0

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.