3.5.2 Устройство, рабочий процесс и основные параметры роторных гидромашин

Ш

Рис.3.12

естеренные гидромашины. Шестеренные гидромашины, особенно шестеренные насосы (рис.3.12), в силу простоты конструк­ции получили широкое распространение. Шестеренным называют зуб­чатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочей камеры и передающих крутящий момент. В простейшем случае это пара шестерен, находящихся в за­цеплении, установленная в плотно охватывающем корпусе (с малыми за­зорами). При вращении шестерен жидкость, заполняющая их впадины, переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где при вступ­лении очередной пары зубьев в за­цепление происходит вытеснение жид­кости, перенесенной во впадине од­ной шестерни зубом другой шестерни.

Рабочий объем шестеренной гидромашины

V₀ =2m²zb = 2 D_Hmb

где m – модуль зацепления; z – число зубьев; b – ширина шестерни; D_{H –} диаметр начальной окружности.

Подача шестеренного насоса

Q = V₀n₀ = 2 m²zbn₀

где ₀ — объемный КПД, ₀ = 0,70...0,95.

Равномерность подачи жидкости шестерным насосом зависит от числа зубьев шестерни и угла зацепления. Чем больше зубьев, тем меньше неравномерность подачи, однако при этом уменьшается производительность насоса. Для устранения защемления жидкости в зоне контакта зубьев шестерен в боковых стенках корпуса насоса выполнены разгрузочные канавки, через которые жидкость отводится в одну из полостей насоса.

Шестеренные гидромоторы. Работа шестеренных гидромоторов осуществляется следующим образом. Жидкость из гидромагистрали поступает в полость гидродвигателя и, воздействуя на зубья шестерен, создает крутящий момент, равный

где η_м - механический КПД гидромотора.

Конструктивно шестерные гидромоторы отличаются от насосов меньшими зазорами в подшипниках, меньшими усилиями поджатия втулок к торцам шестерен, разгрузкой подшипников от неуравновешенных радиальных усилий. Пуск гидромоторов рекомендуется производить без нагрузки.

Шестеренные машины являются обратимыми, т.е. могут быть использованы и как гидромоторы и как насосы.

В интовые гидромашины. Они представлены в технике, глав­ным образом, насосами.

К

Рис.3.13 Трехвинтовой насос

винтовым относят роторно-вращательные насосы с перемещением жидкой среды вдоль оси вращения рабочих органов. Наибольшее распространение получили трехвинтовые насосы с циклоидальным за­цеплением (рис.3.13), отличающиеся высоким напором, равномерно­стью подачи, бесшумностью работы.

Трехвинтовой насос имеет три винта, установленных на цапфах параллельно друг другу в плотно охватывающем корпусе. Средний винт — ведущий, два других винта, находящиеся с ним в зацепле­нии,— ведомые. Торцы всех винтов открываются с одной стороны во всасывающую полость насоса, с другой — в нагнетательную. При вращении ведущего винта жидкость, заполняющая его впадины, по­добно гайке, удерживаемой от вращения на вращающемся винте, перемещается в осевом направлении от всасывающей полости к. на­гнетательной. Роль гребенки, удерживающей жидкость от вращения вместе с ведущим винтом, играют два других винта-замыкателя.

При повороте ведущего винта насоса на один оборот жидкость, заполняющая пазы всех винтов, перемещается вдоль их осей на рас­стояние одного шага винта . Площадь поперечного сечения каналов, образованных винтовыми пазами, равна разности площади сечения S расточки корпуса и площади сечения S_в винтов. Рабочий объем винтового насоса

V₀ =(S-S_в ).

Рабочий объем можно вычислить по следующим соотношениям:

• для насоса с двумя одинаковыми винтами

где D и d — соответственно наружный и внутренний диаметры винта;

• для насоса с тремя одинаковыми винтами

V₀ =(S-S_в ) = 1,243d²

где d — внутренний диаметр ведущего винта или наружный диаметр ведомого винта.

Шаг винта, как правило, находится из соотношения

Объемный КПД ₀= 0,75...0.90.

П

Рис.3.14

Рис.3.15

ластинчатые гидромашины.

Рис. 3.14

Рис. 3.15

Пластинчатый насос — это шиберный насос, в число рабочих органов которого входят шиберы, выполненные в виде пластин.

Устройство простейшего пластинчатого насоса однократного дей­ствия схематически показано на рис.3.14. В цилиндрической расточ­ке корпуса насоса — статоре эксцентрично вращается цилиндриче­ский ротор, имеющий радиальные пазы, в которых установлены пластины-вытеснители. При вращении ротора пластины прижимаются к внутренней поверхности статора центробежными силами либо спе­циальными пружинами. Объем, заключенный

между соседними пла­стинами, по мере вращения ротора изменяется по величине. В зоне всасывания увеличивающийся объем между пластинами заполняется жидкостью. В зоне нагнетания этот объем уменьшается, и жидкость из него вытесняется в напорную линию. Рабочий объем пластинчатого насоса однократного действия приближенно

V₀ =2e(2R—z)b

где b—ширина пластины; е—эксцентриситет; R— радиус статора;

г — число пластин;  — толщина пластины.

В пластинчатом насосе двукратного действия (рис.3.15) подача жидкости из каждой рабочей камеры за один оборот ротора произ­водится дважды. Ротор в таком насосе установлен концентрично ста­тору (е =0), внутренняя поверхность которого имеет специальный профиль, близкий к эллиптическому. Предусматриваются два всасы­вающих и два нагнетательных Окна, расположенные диаметрально противоположно. Рабочий объем насоса двукратного действия

где R₁ и R₂ — соответственно большая и малая полуоси профиля по­верхности статора.

Объемный КПД ₀= 0,75...0,98.

Рабочий объем и подачу пластинчатого насоса одно­кратного действия можно ре­гулировать путем изменения эксцентриситета е.

Пластинчатые гидромоторы могут быть также одно-, двух- и многократного действия. Пластинчатые гидромоторы от пластинчатых насосов отличаются тем, что в их конструкцию включены устройства, обеспечивающие постоянный прижим пластин к статорному кольцу.

При подводе к машине жидкости на рабочую поверхность пластин действует сила, создающая крутящий момент на валу гидромотора, который для гидромоторов однократного действия определяется по формуле:

а для гидромоторов двойного действия

Гидромоторы двойного действия так же, как и насосы двойного действия, нерегулируемые.

Надежность и срок службы пластинчатых гидромашин зависят от материала пластин и статорного кольца. Во избежание отпуска материала пластин из-за нагрева от рения о статорное кольцо пластины изготовляют из стали с высокой температурой отпуска. Статорное кольцо цементируется и закаливается. Ротор изготовляют из закаленной хромистой стали, а торцевые распределительные диски из бронзы.

Радиально-поршневые гидромашины.

Радиально-поршневой насос — это роторно-поршневой насос, у которого ось вращения ротора перпенди­кулярна к осям рабочих органов или составляет с ними угол бо­лее 45°.

С хема радиально-поршневого насоса дана на рис.3.16. В теле ротора 1 предусмотрено несколько радиальных цилиндров, в которых установлены поршни 2. Ось вращения ротора смещена на величину относительно оси обоймы 3 статора. Поршни всегда прижимаются к обойме центробежными силами, а также пружинами, находящимися в цилиндрах ротора.

П

Рис.3.16

ри вращении ротора поршни совершают возвратно-поступатель­ное движение относительно упомянутого ротора. При этом рабочие камеры (цилиндры) поочередно сообщаются со всасывающей поло­стью, когда поршни отходят от центра распределительного вала, и с нагнетательной полостью, когда они движутся к центру вала, вы­тесняя жидкость в напорную линию.

Рабочий объем радиально-поршневого насоса

где d — диаметр цилиндра; е — эксцентриситет; z — количество ци­линдров. Объемный КПД (₀ = 0,7...0,9).

Для радиально-поршневых машин работающих в режиме гидромотора крутящий момент можно определить по формуле

где m - число рядов цилиндров; i - кратность хода поршней; h - величина хода поршней.