Аксиально-поршневой гидромотор бескарданного типа серии 300

В данной конструкции приводная шайба (диск) 8 связана с цилиндровым блоком 1 через шатуны 4 поршней 3. Распределитель 2 в данных гидромашинах обычно выполняется сферическим. Центрирование блока 1 относительно распределительного золотника 2 осуществляется центральным пальцем 7, а начальный прижим к нему блока – пружиной.

Привод блока цилиндров осуществляется за счет непрерывного обкатывания поршневых штоков 4 по внутреннему конусу юбки поршней 3: при повороте вала 5 из нейтрального положения на некоторый угол шток 4 приходит в контакт с юбкой поршня 3 и при дальнейшем повороте вала ведет блок цилиндров 2. Жидкость под давлением р₂ подается в рабочие камеры через крышку 6.

На блок цилиндров в этих гидромашинах передается только моменты от сил трения и инерции при ускорении и замедлении. Полезный крутящий момент на блок цилиндров не передается.

Технические характеристики данных моторов следующие: рабочие объемы 28…160 см³; частота вращения от 50до 6000 об/мин; номинальное давление 20 МПа, максимальное давление 32 МПа; крутящий момент от 80 до 500 Н∙м; номинальная мощность от 17 до 60 кВт.

Вопрос №17 Шестеренные гидромашины с шестернями внешнего зацепления. Устройство и принцип действия. Рабочий объем и расчетная подача.

Шестеренной называют роторную гидромашину с рабочими камерами, образованными рабочими поверхностями зубчатых колес, корпуса и боковых крышек. Конструктивная особенность – наличие только вращательного движения деталей рабочего органа. Шестеренные машины используются как в качестве насосов, так и гидромоторов.

Шестеренная гидромашина с наружным зацеплением (рис. а) представляет собой пару одинаковых шестерен 1 и 2, находящихся в зацеплении и помещенных в камеру с малым зазором относительно ее стенок. Камеру образуют корпус 3 и боковые диски 4 и 5. По обе стороны области зацепления в корпусе имеются полости А и Б, соединенные с трубопроводами высокого р₂ и низкого р₁ давлений.

Принцип работы. Ведущая шестерня 1 приводит во вращательное движение ведомую шестерню 2. При вращении шестерен в противоположные стороны в камере всасывания А зубья выходят из зацепления – образуется разрежение (вакуум). За счет созданного разрежения из бака в камеру всасывания поступает рабочая жидкость и заполняет впадины между шестернями 1 и 2. Затем жидкость переносится по внутренней поверхности корпуса 3 в зону нагнетания Б, где зубья шестерен входят в зацепление и выталкивают из впадин жидкость в напорный трубопровод. Одновременно происходит герметизация камер нагнетания и всасывания.

Схема шестеренного насоса (а) и его условные обозначения (б)

Шестеренные насосы с внешним зацеплением, просты по конструкции и отличаются надежностью, малыми габаритами и массой. Максимальное давление, развиваемое этими насосами, обычно 15…20 МПа и, иногда достигает, 32 МПа. Срок службы до 5000 ч в рабочем режиме. Частота вращения обычно равна 2500-4000 об/мин. В шестеренных гидромашинах отсутствует действие на конструкцию инерционных сил движущихся деталей. Они допускают относительно высокие частоты вращения, а также кратковременные перегрузки по давлению, величину и длительность которых определяют в основном размеры подшипников. Объемный КПД шестеренных насосов современных образцов при номинальных режимах работы 0,91 – 0,96 и общий КПД 0,87 –0,9.

При описании механизма подачи шестеренного насоса обычно используются только те зубья, которые в данный момент образуют рабочую камеру насоса. При расчетах принимаем, что шестерни имеют равные числа зубьев, а зацепление нормальное эвольвентное.

Среднее значение подачи насоса в единицу времени может быть приближенно вычислено по выражению или, учитывая, что ,

где z – число зубьев; – диаметр начальной окружности; – модуль зацепления.

Это выражение для большинства конструкций насосов с числом зубьев 8 –15 и углом зацепления 20° с точностью 2–3% характеризует среднюю расчетную подачу (при отсутствии компрессии жидкости во впадинах зубьев). Если число зубьев ведомой шестерни не равно числу зубьев ведущей, то при расчетах следует исходить из данных ведущей шестерни.

Вопрос №18 Конструктивные разновидности шестеренных гидромашин: многошестеренные и многоступенчатые гидромашины, с косозубыми и шевронными шестернями.

Шестеренной называют роторную гидромашину с рабочими камерами, образованными рабочими поверхностями зубчатых колес, корпуса и боковых крышек. Шестеренный насос является одним из старейших представителей роторных гидромашин. Конструктивная особенность – наличие только вращательного движения деталей рабочего органа. Шестеренные машины используются как в качестве насосов, так и гидромоторов.

По расположению зубьев относительно венца шестерни выполняются прямозубыми, косозубыми и шевронными. По конструктивному признаку шестеренные гидромашины могут быть: одноступенчатыми; многоступенчатыми; многошестеренными.

Для повышения давления применяют многоступенчатые насосы – последовательное соединение нескольких насосов в одном корпусе (рис. а). Для отвода излишка жидкости каждая ступень имеет переливной клапан, отрегулированный на соответствующее давление. Применением двух- и трехступенчатого насоса можно практически удвоить и утроить давление, однако при этом понижается общий КПД агрегата, так как первые ступени должны быть рассчитаны на превышение потребной подачи, необходимое для обеспечения надежного питания последующих ступеней.

Для повышения подачи жидкости или получения нескольких независимых потоков жидкости применяют многошестеренные насосы (рис. б) с тремя и более шестернями, размещенными в одном корпусе с ведущей шестерней. В многопоточных насосах жидкость нагнетается через два и более отводов.

Контакт рабочих поверхностей (профилей) зубьев при прямозубом зацеплении происходит по линии по всей длине зуба, следовательно, при неточном изготовлении шестерен движение ведомой шестерни становится толчкообразным и наблюдается быстрый износ рабочих поверхностей зубьев. Эти недостатки практически устранены в насосах с косозубыми (спиральными) и шевронными (рис. в и г) шестернями. Вход зубьев в зацепление и выход из него происходит постепенно, благодаря чему уменьшается влияние погрешностей в профиле зуба. Кроме того, в насосах с косозубыми шестернями пульсация подачи и крутящего момента значительно ниже, чем в насосах с цилиндрическими шестернями.

Использование преимуществ косозубых шестерен ограничено углом наклона зубьев φ. Предельные величины этого угла определяются требованием сохранения уплотняющего контакта по всей ширине зацепления. Этот угол обычно не превышает 7 – 10°. Практически в этих насосах отсутствует также запирание (компрессия) жидкости во впадинах.

При работе косозубых шестерен возникают осевые усилия, которые прижимают шестерни к торцам корпуса, что может вызвать интенсивный их износ. Следовательно, при больших значениях удельного давления на торцы необходимо фиксировать шестерни в осевом направлении с помощью упорных подшипников. Этот недостаток устранен применением уравновешенных шевронных шестерен (рис. г). Угол наклона зубьев таких шестерен обычно 20 – 25°.

Вопрос №19 Шестеренные гидромашины с шестернями внутреннего зацепления, устройство и принцип действия, героторные шестеренные гидромашины.

Насосы с шестернями внутреннего зацепления отличаются компактностью и малыми габаритами в сравнении с насосами с шестернями внешнего зацепления той же производительности. Преимуществом этих насосов является также симметричное расположение приводного вала относительно корпуса и чрезвычайно низкий уровень шума. Данные насосы работают на давлении до 30 МПа, рабочий объем 3…250 см³, частота вращения 500…3000 об/мин.

Вращающийся зубчатый ротор 3 (рис. а) расположен в корпусе 1 и соединен с приводным двигателем и зацепляется с полым зубчатым колесом 4. Всасывание происходит на угле поворота 120°, поэтому объем заполняется относительно медленно, что определяет малошумность насоса и отличные всасывающие характеристики. Серповидный разделителяь 2 отделяет всасывание от нагнетания. В данных насосах практически не имеется запираемых объемов, благодаря чему улучшается заполнение рабочих камер жидкостью и снижается пульсация подачи и давления, уровень шума при работе насоса. Число зубьев внутренней шестерни (с внешними зубьями) обычно на 2–3 зуба меньше, чем кольцевой шестерни.

Насосы с шестернями внутреннего зацепления применяются в стационарных машинах (прессах, станках и т.п.), а также в мобильных установках, работающих в закрытых помещениях (электропогрузчики и т.п.)

В обычных насосах с шестернями внутреннего зацепления необходимо устанавливать разделительный элемент. Выполнение специального профиля зуба позволяет осуществить непрерывный контакт зубьев внутренней и внешней шестерен в зоне разделительных перемычек. Эти насосы получили название героторных.

У кольцевого ротора 1 (рис. б) на один зуб больше, чем у внутренней шестерни 2. Их оси смещены относительно друг друга на величину эксцентриситета, обеспечивающей зацепление шестерен в зоне верхней разделительной перемычки. Зацепление в зоне нижней разделительной перемычки обеспечивает герметизацию всасывающей и нагнетательной полостей. Междузубовые впадины сообщаются с входным 7 и выходным 5 каналами с помощью серпообразных окон 3 и 4 на боковых крышках. Внешняя шестерня 1 вращается в подшипниках скольжения. В данном насосе предусмотрена установка в корпусе насоса регулятора расхода 8 с предохранительным клапаном 6.

Эти насосы пригодны для работы при давлениях до 14 МПа, частота их вращения 1800 об/мин для малых (до 100 л/мин) и 1200 об/мин для больших (150 л/мин) подач. Подобные машины пригодны также для работы в качестве быстроходных гидромоторов. В отдельных случаях они строятся на давление 30 МПа и частоту вращения до 4000 об/мин.

Вопрос №20 Пластинчатые гидромашины одинарного действия, устройство, принцип действия, области применения. Рабочий объем и расчетная подача.

Пластинчатая гидромашина – это роторная гидромашина с подвижными элементами в виде ротора, совершающего вращательное движение, и пластин, совершающих вращательное и возвратно-поступательное движения. Эти машины являются наиболее простыми из существующих типов и обладают при всех прочих равных условиях большим объемом рабочих камер.

Наиболее простым насосом пластинчатого типа является насос (рис. а) с двумя пластинами 3 и 5, подвижно монтируемыми в общем сквозном радиальном пазу ротора 7. Эти пластины образуют с поверхностями ротора 7 и смещенного относительно него на величину е статора 1 две серпообразные камеры (полости) а и b.

При повороте ротора 7 относительно оси О₁, объем камеры а насоса, соединенной с всасывающей полостью 6, увеличивается, а камеры b, соединенной с нагнетательной полостью 4, уменьшается, следовательно происходит всасывание и нагнетание жидкости. Ротор 7 имеет плотный контакт с нижней частью статора 1, поэтому одна из пластин 3 или 5 в любом положении ротора 7 отделяет всасывающую полость 6 от нагнетательной 4. Для возможности радиального перемещения пластин и обеспечения плотного контакта со статором, между пластинами установлена пружина 2.

Для снижения пульсации подачи применяют насосы с несколькими пластинами (рис. б и в). Насос (рис. б) состоит из вращающегося ротора 2, в радиальных прорезях которого помещены пластины 1, и статорного кольца 3, ось которого смещена относительно оси ротора на величину е. Всасывание осуществляется через серпообразное окно а (для данного направления вращения), а нагнетание – через окно b; окна выполнены на боковых крышках насоса.

Т.к. геометрическая ось статорного кольца 3 эксцентрична относительно оси ротора 2, объемы рабочих камер при вращении ротора изменяются. Герметичное разделение полостей всасывания а и нагнетания b осуществляется пластинами при проходе ими разделительной перемычки между этими окнами. Для этого окна располагают по обе стороны нейтральной (в данном случае вертикальной) оси на таком расстоянии, чтобы при любом положении ротора между ними находилось не менее одной пластины. Для повышения герметичности пластины 5 некоторых насосов снабжают свободно посаженным уплотнительным элементом 6, кривизна внешней поверхности которого соответствует кривизне статорного кольца. Жидкость под давлением подводится через осевое k и радиальные сверления в прорези ротора под пластины. Эти насосы обычно имеют 6 – 12 пластин. При увеличении числа пластин повышается равномерность потока нагнетаемой жидкости.

Применяются также насосы с цапфенным распределением жидкости (рис. в). Напорное а и всасывающее b окна размещены на неподвижной цапфе. С рабочими камерами эти окна соединены радиальными отверстиями d в роторе f. Изменение подачи осуществляется путем перемещения внешнего барабана (статора) c.

Рабочий объем многопластинчатого насоса с учетом толщины пластин s равен ,

где b – ширина ротора, D – диаметр колодца в корпусе статора, z – количество пластин.

Средняя расчетная (теоретическая) подача насоса в единицу времени с учетом толщины пластин, будет равна .

Вопрос №21 Регулируемый пластинчатый насос одинарного действия. Устройство и принцип действия. Параметр регулирования.

Насос относится к классу роторных регулируемых пластинчатых гидромашин однократного действия и предназначен для создания переменного по величине потока рабочей жидкости в гидросистемах станочного оборудования.

Рабочие камеры насоса ограничены цилиндрическими поверхностями ротора 6, статора 5, боковыми поверхностями соседних пластин 8 и торцовыми, поверхностями переднего 1 и заднего 2 распределительных дисков.

При вращении ротора по часовой стрелке, из-за эксцентричного расположения центральных осей ротора и статора, пластины совершают сложное движение: переносное вращательное (совместно с ротором) и относительное возвратно-поступательное в его плоских пазах. За первую половину оборота объем камер увеличивается, а за вторую – уменьшается, что соответствует тактам всасывания и нагнетания насоса. Жидкость поступает в отверстие з и через окно б диска 2 передней крышки 3 подводится в рабочие камеры, расположенные в нижней полуплоскости насоса. При вращении ротора эти камеры перемещаются в верхнюю полуплоскость, где их объем постепенно уменьшается, а рабочая жидкость через окно а в диске 2 и крышке 3 нагнетается в выходное отверстие д насоса. Из-за несимметричного расположения окон всасывания б и нагнетания а относительно горизонтальной оси насоса со стороны рабочих камер на статор действует неуравновешенная сила гидростатического давления, горизонтальная составляющая которой воспринимается пружиной 9 регулятора 10 насоса.

С увеличением давления в напорной магистрали насоса статор, установленный в корпусе на неподвижной 11 и подвижной 7 опорах, смещается, сжимая пружину 9. Величина эксцентриситета и рабочего объема насоса уменьшается. Максимальный рабочий объем определяется регулировкой винтового упора 4. Поджим пластин к статору обусловлен действием центробежных сил и сил гидростатического давления. С этой целью под пластины, находящиеся в зоне нагнетания, через отверстие г подводится давление нагнетания, а под пластины, находящиеся в зоне всасывания, через отверстие ж поступает жидкость из линии всасывания насоса. Для компенсации торцовых зазоров между ротором и распределительными дисками задний диск 1 сделан «плавающим» и на его нерабочей поверхности выполнена кольцевая камера в, связанная с линией нагнетания насоса.

Рабочий объем регулируемого насоса можно представить, введя безразмерное значение эксцентриситета: , где – относительный (безразмерный) эксцентриситет, изменяющийся от 0 до ±1; и – максимальный и текущий рабочие объемы; и – максимальное и текущее значения эксцентриситета. Расчётная подача регулируемого насоса: .

Вопрос №22 Пластинчатые гидромашины двукратного действия, устройство, принцип действия, распределение жидкости, области применения. Рабочий объем и расчетная подача.

Пластинчатая гидромашина – это роторная гидромашина с подвижными элементами в виде ротора, совершающего вращательное движение, и пластин, совершающих вращательное и возвратно-поступательное движения. Эти машины являются наиболее простыми из существующих типов и обладают при всех прочих равных условиях большим объемом рабочих камер.

Пластинчатые насосы одинарного (однократного) действия в основном применяются для гидросистем, не требующих высоких давлений (до 4 – 5 МПа). В гидроприводах машинного регулирования их применяют как вспомогательные насосы (насосов подпитки и пр.). Недостатком пластинчатых гидромашин одинарного действия является большая нагрузка на ось ротора и пластин от сил давления жидкости. Поэтому в практике распространены нерегулируемые пластинчатые насосы двукратного (или четырехкратного) действия, которые обладают более высоким рабочим объемом и КПД.

Преимуществом насосов дву- и четырехкратного действия является уравновешенность радиальных сил давления жидкости на пластинчатый ротор, благодаря чему они пригодны для работы давлении жидкости до 14 МПа и выше. Применяются насосы в гидравлических системах станков, литейного, сварочного оборудования, прессов и других стационарных машин, работающих в закрытых помещениях, где требуемая величина давления не превышает 12,5…16 МПа.

В нутренняя поверхность статора 1 (фасонного профиля) выполнена так, что участки кривой, расположенные между окнами питания а₁, а₂, b₁ и b₂, прорезанными в торцевых дисках, являются дугами окружностей, описанных из центра ротора, а участки, приходящиеся на эти окна, выполнены плавно сопрягающимися кривыми.

Окна а₁ и а₂ соединены литыми каналами корпуса с полостью всасывания, а окна b₁ и b₂ – с полостью нагнетания.

При вращении ротора 2 пластины 3 прижимаются к поверхности статора 1 под действием центробежной силы (рис. 38). Пластины, копируя при вращении форму статора, дважды всасывают жидкость за один оборот и дважды её нагнетают. Т.к. рабочее давление жидкости действует на диаметрально противоположные стороны ротора (со стороны окон b₁ и b₂), подшипники ротора практически разгружаются от сил давления жидкости. Для более полной уравновешенности радиальных сил давления жидкости на ротор число пластин должно быть четным (12 и 16 пластин). В таких насосах в основном применяют торцевое распределение жидкости и распределительные окна выполнены в боковых крышках насоса.

Расчетная подача пластинчатого насоса двукратного действия определяется по формуле

,

где b и h – ширина и высота рабочей части пластины; r₂ и r₁ – большой и малый радиусы статора;

ω – угловая скорость ротора; s и z – толщина и количество пластин.

Объемный КПД гидромашины, в зависимости от качества изготовления и частоты вращения, составляет . Общий КПД насоса средней мощности равен 0,85. Частота вращения насоса – от 500 (для насосов большой мощности) до 1500–3000 об/мин (для насосов средней и малой мощности). Срок службы пластинчатых насосов двукратного действия при работе на номинальном давлении составляет около 3000 часов.

Вопрос №23 Конструктивные разновидности пластинчатых гидромашин, сдвоенные, шиберные. Устройство и принцип действия.

Пластинчатая гидромашина – это роторная гидромашина с подвижными элементами в виде ротора, совершающего вращательное движение, и пластин, совершающих вращательное и возвратно-поступательное движения. Эти машины являются наиболее простыми из существующих типов и обладают при всех прочих равных условиях большим объемом рабочих камер.