Автоматизации и управления

1.1 Цели индивидуальной работы по выбору гидронасоса:

- рассчитать необходимые подачу и рабочее давление гидронасоса и выбрать серийно выпускаемый промышленностью гидронасос для проектируемой системы автоматизации и управления;

- определить мощность электродвигателя для выбранного гидронасоса системы автоматизации и управления.

Общие сведения по основным рабочим параметрам

Гидронасосов

Гидронасос представляет устройство, которое служит для преобразования механической энергии (чаще всего от электродвигателя) в энергию потока рабочей жидкости. По конструкции гидронасосы делятся на шестерённые, пластинчатые, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, винтовые и кривошипно-шатунные. В системах автоматизации и управления наиболее распространёнными являются шестерённые, пластинчатые и аксиально - поршневые гидронасосы.

На рисунке 1 приведена упрощенная схема аксиально-поршневого гидронасоса. Опорно-распределительный диск 6 и наклонная шайба 2 ак­сиально-поршневого гидронасоса расположены неподвижно в корпусе, а ротор 4 приводится во вращение от электродвига­теля 1 через вал 15. В роторе выполнены рабочие камеры 5, в ко­торых перемещаются поршни 3. Каждая из камер имеет осевое отверстие, которое попеременно сообщается с полукольцевыми пазами 13 и 14 диска 6, связанными с напорной 7 и всасывающей 11 линиями гидросистемы. Ротор к диску и поршни к наклонной шайбе прижимаются пружинами (не показаны) и давлением масла.

При вращении ротора 4поршни, взаимодействующие с наклонной шайбой, совершают возвратно-поступательное движение: при движении от точки А до точки В - выдвигаются из ротора и вса­сывают масло из бака 12через линию 11и паз 14, а при движении от точки В к точке А - вдвигаются в ротор и через паз 13вы­тесняют масло в линию 7.

Рисунок 1 - Схема аксиально-поршневого гидронасоса [2]

Давление р, МПа, масла в напорной линии зависит от сопро­тивления подключенной к гидронасосу гидросистемы. При полностью открытом дросселе 9, манометр 8будет показывать давление, близ­кое к нулевому (потери давления в сливной линии 10). По мере закрытия дросселя давление в напорной линии растет, причем максимально допустимое давление не должно превышать паспорт­ного значения во избежание резкого снижения долговечности или поломки деталей гидронасоса.

В станкостроении кроме аксиально-поршневых гидронасосов широкое применение имеют пластинчатые регулируемые и нерегулируемые гидронасосы, развивающие давление до 6,3 - 16 МПа.

Основными деталями пластинчатых нерегулируемых гидронасосов типов Г12-2М, Г12-3М, БГ12-4 и БГ12-2М являются корпус с крышкой, приводной вал с подшипниками и рабочий комплект (рисунок 2а), состоящий из распределительных дисков 1 и 7, статора 3, ро­тора 4и пластин 5. Диски и статор, зафиксированные в угловом положении относительно корпуса штифтом 9, прижимаются друг к другу пружинами (не показаны), а также давлением масла в на­порной линии.

Рисунок 2-Рабочий комплект (а) иконструкция (б) пластинчатого гидронасоса [2]

При вращении ротора 4, связанного через шлицевое соединение с приводным валом, в направлении, указанном стрелкой (рисунок 2а), пластины 5центробежной силой и давлением масла, подведенного в отверстия 11, прижимаются к внутренней поверх­ности 10статора 3, имеющей форму овала, и, следовательно, со­вершают возвратно-поступательное движение в пазах ротора.

Во время движения пластин от точки А до точки В и от С до D объемы камер, образованных двумя соседними пластинами, внутренней поверхностью статора, наружной поверхностью ро­тора и торцовыми поверхностями дисков 1и 7, увеличиваются, и масло заполняет рабочие камеры через окна 2и 12диска 1, связанные со всасывающей линией.

При движении в пределах участков ВС и DA объемы камер уменьшаются, и масло вытесня­ется в напорную линию гидросистемы через окна 6и 8диска 7. Поскольку зоны нагнетания (ВС и DA) и всасывания (АВ и СО) расположены диаметрально относительно ротора, на него не действуют радиальные усилия, что положительно сказывается на долговечности подшипников приводного вала.

Конструкция гидронасоса показана на рисунке 2б. В расточках корпуса 15и крышки 1 установлен рабочий комплект (диски 3и 7, статор 5, ротор 6, пластины 16). Ротор через шлицевое соеди­нение связан с приводным валом 11, опирающимся на шарико­подшипники 2и 8. Наружные утечки или подсос воздуха по валу исключаются манжетами 10, установленными в расточке фланца 9.

Комплект сжимается тремя пружинами 12и давлением масла в камере 13. Окна 4 диска 3через отверстия 17статора соединены с глухими окнами всасывания 4диска 7, благодаря чему масло из всасывающей линии поступает в ротор с двух сторон, что облег­чает условия всасывания. В напорную линию масло вытесняется через окна 19диска 7.

Поворот комплекта предотвращается штиф­том 18(или винтами), проходящими через отверстия в деталях, 3, 5, 7и 15. Гидронасосы выпускаются одно- и двухпоточными; в последних на общем приводном валу установлены два рабочих комплекта (одинаковых или различных), что обеспечивает воз­можность нагнетания масла двумя независимыми потоками (вса­сывающая линия общая).

Основные параметры однопоточных гидронасосов типов Г12 приведены в таблице 1, гидронасосов БГ12 - в таблице 2. В обозначение гидронасосов по ГОСТ 13167 - 82 входит рабочий объем и номер стандарта, например, гидронасос Г12-31М обозначается: гидронасос 12,5 ГОСТ 13167 - 82.

Таблица 1

Продолжение таблицы 1

Таблица 2

В двухпоточных гидрона­сосах параметры каждого комплекта аналогичны параметрам соот­ветствующего однопоточного гидронасоса. Двухпоточные гидронасосы типа БГ12-4 могут продолжительно работать при давлении не более номинального и общей затрачиваемой мощности не более 4 кВт.

Гидронасосы могут устанавливаться в вертикальном или горизон­тальном положении выше уровня рабочей жидкости или с погру­жением в нее; в последнем случае улучшаются условия работы гидронасоса, однако затрудняется наблюдение за ним при эксплуата­ции. Валы гидронасоса и приводного электродвигателя должны соеди­няться только через эластичную муфту (несоосность не более 0,1 мм, перекос не более 1⁰).

Направление вращения правое (по часовой стрелке со стороны вала гидронасоса), однако при необходимости детали рабочего комплекта могут быть перемонтированы для ле­вого вращения. Во всасывающей линии должен быть исключен подсос воздуха. Перед запуском гидронасоса следует заполнить его полости маслом из гидросистемы.

При установке гидронасосов типа БП2-4 следует вынуть картонную заглушку из дренажного от­верстия и подключить дренажный трубопровод. Ресурс гидронасоса (наработка в часах до предельного состояния, при котором объ­емный КПД уменьшается на 15 %) гарантируется при номиналь­ной тонкости фильтрации и температуре масла не более 55 °С. При уменьшении частоты вращения (в пределах, указанных в тех­нической характеристике) и рабочего давления ресурс увели­чивается.

В любом гидронасосе основными конструктивными элементами являются камеры, в которые рабочая жидкость поочерёдно всасывается из гидробака, а затем выталкивается в гидросистему привода, осуществляя таким образом подачу жидкости в систему автоматизации и управления.

Минутная теоретическая подача гидронасоса Q_Т.Н, см³ / мин, определяется по формуле

Q_Т.Н = , см³/мин, или (1)

Q_Т.Н = , л/мин,

где V - объём рабочей камеры гидронасоса, см ³;

Z - число рабочих камер гидронасоса; штук;

n - частота вращения вала гидронасоса, об/мин;

- рабочий объем гидронасоса (геометрическая подача жидкости за один оборот вала гидронасоса), см³.

Рабочий объём или принят в качестве основного параметра объёмных гидромашин (гидронасосов и гидромоторов). В соответствии с ГОСТ 13834-80 устанавливается следующий ряд номинальных рабочих объёмов гидромашин [2]: 1,1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; (11,2); 12,5; (14); 16; 20; (22,4); 25; 32; 40; (45); 50; (56); 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200; 4000; 5000; 6300; 8000. Рабочий объём гидромашины может определяться экспериментально путём прокачки через неё рабочей жидкости в режиме нулевого перепада, при котором давление до и после гидромашины приблизительно равны между собой.

В регулируемых гидромашинах рабочий объём изменяется. Это изменение оценивается безразмерным коэффициентом регулирования

, (2)

где q_тек, q_max - текущее (установленное на данный промежуток времени) и максимальное значение рабочего объёма гидромашины.

Фактическая подача (производительность) гидронасоса определяется по формуле [1]

Q_Ф.Н = Q_Т.Н - D Q_Н, (3)

где Q_Т.Н - теоретическая подача гидронасоса, определяемая по формуле (1);

DQ_Н - объёмные потери (утечки) жидкости в гидронасосе.

Объёмные потери рабочей жидкости в гидронасосе зависят от непредусмотренных перетечек жидкости через рабочие сопряжения, от неполного заполнения рабочих камер жидкостью в процессе всасывания, от сжатия рабочей жидкости в процессе её нагнетания и от деформации деталей гидронасоса. Объёмные потери в гидронасосе характеризуются объёмным кпд (коэффициентом полезного действия).

Объёмный кпд гидронасоса показывает насколько фактическая подача гидронасоса отличается от теоретической и определяется по формуле [1]

. (4)

C учетом формулы (3) можно записать, что

.

Механический кпд гидронасоса, h_м.н, учитывает потери мощности на трение механических частей и жидкости и определяется по формуле

h_м.н =М_Т / М_Ф, (5)

где М_Т, М_Ф -теоретический крутящий момент на валу гидронасоса и фактический момент, приложенный к валу гидронасоса, Н/м.

Полный или общий кпд гидронасоса учитывает все потери мощности (энергии), как объёмные потери (на утечки), так и механические. Полный кпд гидронасоса показывает насколько полезная (эффективная мощность) N_ЭФ отличается от потребляемой (подводимой) мощности N_ПТ. Полный кпд вычисляется по формуле

, (6)

где N_ЭФ, N_ПТ - соответственно эффективная и подводимая к гидронасосу мощность, кВт.

Поиск по сайту: