14 Насосы и гидромоторы поршневых типов.

В современных ЛА применяются преимущественно ротативные поршневые насосы и гидромоторы с радиальным и аксиальным (осевым) расположением цилиндров. В первом случае движение поршней происходит в одной плоскости и во втором – в пространстве. Аксиальное расположение цилиндров предпочтительнее для высоких скоростей и малых крутящих моментов, а радиальное – для больших крутящих моментов и малых скоростей, минимальное значение которых доводят до 5 об/мин и ниже. Большинство выпускаемых поршневых насосов работает при 210-280 атм, хотя выпускаются и на давления 350, 700 атм и выше.

Преимущество поршневых насосов и моторов по сравнению с другими типами заключается в том, что детали рабочих пар являются телами вращения, а следовательно, они просты в производстве и могут быть изготовлены с минимальными зазорами (4…8 мкм), позволяющими работать при высоких давлениях. В авиации применяют, главным образом, агрегаты аксиального типа, которые имеют преимущества в весе (вес их при прочих равных условиях меньше веса радиальных насосов примерно в 2 раза) и габаритах.

Привод насосов. Привод насосов гидросистем ЛА в основном осуществляется непосредственно от силового двигателя, аппарата и реже – с помощью электродвигателей. Привод насосов с помощью электродвигателей применяется преимущественно для питания гидросистем, удалённых от авиадвигателей, а также в системах, к которым предъявляются особо высокие требования по надёжности. В частности, к таким системам относятся системы управления рулями самолёта в воздухе, а также прочие системы, обслуживающие взлёт и посадку самолёта.

Преимущества электропривода заключаются в том, что выход из строя авиадвигателей не влечёт за собой прекращения питания (выхода из строя гидросистемы), и в том, что устраняется вредное влияние на насосы высокой температуры двигателей и сокращается протяжённость трубопроводов

2.3.1. Конструкция поршневых насосов

По конструкции вытеснителя поршневые насосы разделяют на, собственно, поршневые (рис. 7.1) и плунжерные (рис. 7.2).

В поршневом насосе (рис. 7.1) поршень 4 перемещается в гладко обработанном цилиндре 5. Уплотнением поршня служит сальник 3 (вариант I) или малый зазор (вариант II) со стенкой цилиндра.

В плунжерном насосе (рис. 7.2) гладкий плунжер перемещается в рабочей камере свободно, а уплотнение размещено неподвижно в корпусе камеры. Так как точная обработка внутренних поверхностей более трудоёмка, чем внешних, а доступность ремонта и замена неподвижного наружного уплотнения более просты, чем подвижного внутреннего, плунжерные насосы всегда предпочтительнее, чем поршневые, если особые конструктивные и эксплуатационные требования не исключают их применения.

В дальнейшем оба типа насосов, несмотря на различие в форме вытеснителей будут именоваться поршневыми.

Приводные механизмы поршневых насосов принято разделять на собственно кривошипные (и кулачковые Кулачковые насосы позволяют удобно располагать около общего приводного вала несколько качающихся узлов соединённых параллельно с общим приводом и отводом, и получать тем самым непрерывную или выровненную подачу.

Из-за обилия пар трения (поршень – цилиндр, поршень – шаровой шарнир башмака, башмак - эксцентрик) такие насосы наиболее пригодны к использованию для работы на смазывающих неагрессивных и чистых жидкостях

Идеальная подача (теоретическая производительность) Q_Т каждого качающего узла определяется рабочим объёмом:

(7.1)

где q – рабочий объём насоса;

w – рабочий объём одной камеры насоса;

h = 2·r – полный ход поршня;

- площадь поршня;

d_П – диаметр поршня;

и частотой вращения n вала:

(7.2)

Если в насосе z качающихся узлов (рис. 7.3), то:

При эксплуатации часто желательно изменять подачу, оставляя постоянным ход поршня h, т.к. регулируемые двигатели дорогие. Можно изменять подачу, отводя часть жидкости из напорной линии обратно во всасывающую, например, через перепускной клапан 10 (см. рис. 7.2), который при этом делают управляемым. Это неэкономично, т.к. вся энергия, сообщённая отводимой жидкости, рассеивается в виде тепла при дросселировании в клапане.

Наиболее экономично изменять Q_Т путём изменения на ходу насоса радиуса кривошипа r и, следовательно, его рабочего объёма q. Конструктивно такие схемы сложны и применяются ограниченно, поэтому регулируемые поршневые насосы мало распространены.

Достаточно просто бесступенчатое регулирование подачи осуществляется в роторно-поршневых гидромашинах, которые будут описаны ниже

2.3.2. Кинематические зависимости для движения поршня и закон изменения подачи

Рассмотрев схемы на рис. 7.1 – 7.3, можно видеть, что при кривошипном и кулачковом механизмах поршня имеют одни и те же закономерности движения.

Поршень перемещается между крайними положениями, определяемыми точками А и Б. Они называются мёртвыми точками, т.к. в них скорость поршня равна нулю.

Перемещение x' поршня определяется углом a поворота вала. При отсчете величины x' от левой мёртвой точки Б закономерность изменения x' = f(α) будет следующей

Обычно для получения закона подачи, близкого к моногармоническому, делают ab >>r, поэтому cosb » 1 и:

Текущее значение скорости поршня:

а текущее значение его ускорения:

Текущее значение теоретической производительности насоса (идеальной подачи) Q_Т равно произведению скорости V_П поршня на его площадь F: