Аксиальды-поршеньді гидромашиналардың құрылымын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: аксиалды гидромашиналардың схемасын, құрылымын және жұмыс істеу принципін зерттеу

Поршеньді гидромашиналарды қолдану - жұмыс камераларын сұйықтықпен ауық-ауық толтыра отырып, соңынан оларды камерадан арынды магистральға ығыстыруға негізделеді.

Қарапайым поршеньді сорғының принципті схемасы 1-суретте көрсетілген. Кривошип 1 және шатун 2-ден тұратын кривошипті-шатунды механизмнің көмегімен машиналар білігінің айналу қозғалысы цилиндр 3-те орнатылған поршень 4-тің қайтарымды-үдемелі қозғалысына айналады. Поршень солдан оңға қозғалғанда жұмыс камерасының көлемі артады, нәтижесінде онда сұйылу пайда болады да, соның әсерінен айдауыш клапан 6 жабылады, ал сору клапаны 5 ашылады да, гидроблоктан келетін сұйықтық сорғыш құбыржолы бойымен цилиндрге түседі. Поршень оңнан солға қозғалғанда жұмыс камерасының көлемі кішірейеді, нәтижесінде ондағы қысым артады, ол сыртқа шығару клапанын ашып-жабады да, сұйықтық жұмыс камерасынан айдауыш құбыржолына ығыстырылады.

1-сурет - Қарапайым поршеньді сорғының схемасы

Аксиалды-поршеньді гидромашина деп жұмыс камералары цилиндрлер мен поршеньдердің жоғары қабатына орнатылатын, ал поршень мен цилиндрлер осьтері цилиндрлер блогының айналу осіне параллель болып келетін немесе онымен 45 градустан аспайтын бұрыш құратын поршеньді машинаны айтамыз.

Аксиалды-поршеньді гидромашиналар гидрожетектерде кеңінен қолданылады, бұл олардың бірқатар артықшылықтарымен түсіндіріледі: радиалды көлемі, массасы, габариті кіші және айналатын массалар инерциясының моменттері аз болады; айналымдар жиілеген кезде жұмыс істеу мүмкіндігі болады; монтаж және жөндеу жұмыстары ыңғайлы жүргізіледі.

Аксиалды-поршеньді сорғы цилиндрлер блогынан 2 (2-сурет) поршеньдерден (плунжерларден) 4, тірек дискілерінің шатундарынан 5, бөлгіш қондырғылардан 1 және жетекші біліктен 7 тұрады.

2-сурет - Аксиалды-поршеньді сорғының құрылысы: 1 – қақпақ; 2 – цилиндрлі блок; 3 – бағыттаушы білік; 4 – поршендер; 5 – тірек дискі, 6 – арынды пластина, 7 – білік

Аксиалды-поршеньді машиналардың техникалық сипаттамасы роторлы машиналардың басқа түрлерімен салыстырғанда артығырақ болып келеді. Алайда, сонымен бірге олар қымбат, сол себепті олар көп пайдаланылмайды. Аксиалды-поршеньді машиналарда ауданы 95-98% ПӘК болады, оның шуы аз және айналу жиілігі жоғары (30000 мин^-1 дейін) болып келеді. Сонымен бірге олар айналу жиілігі төмен гидромотор режимінде тұрақты жұмыс істей алады (шамамен 3 мин^-1). Аксиалды машиналар қысымды 60-70 МПа-ға жеткізе алады. Аксиалды-поршеньді машиналарды пайдалану кезінде айдалатын сұйықтықты тазартуға қойылатын талаптар жоғары, өйткені қатты қоспалар поршендер мен цилиндрлердің өте жоғары дәлдікпен өңделген жоғары қабаттарына зақым келтіруі мүмкін.

Аксиалды-поршеньді сорғының жұмыс істеу принципін мынадан көруге болады. Сорғының білігі айналған кезде айналу моменті өзі де айналып тұратын цилиндрлер блогына беріледі. Мұнда көлбеу дискімен байланысқа түсетін поршеньдердің айналуы күрделене түседі, олар цилиндрлер блогымен бірге айналады және сонымен бір мезгілде блоктардың цилиндрлерінде қайтарымды-үдемелі қозғалысқа түсіп отырады. Поршеньдер мен цилиндрлердің қайтарымды-үдемелі қозғалыстары жұмыс камераларының өзгерістерін тудырады, соның әсерінен сұйықтықты сору және айдау процестері жүреді.

Ротор айналғанда және кез келген поршень төменгі нүктеден жоғары нүктеге дейін өткенде, осы алаң арқылы өтетін поршень дискілерінің көлбеу бұрышы болғандықтан цилиндрлерден ығыстырылып, жұмыс камераларының көлемін ұлғайтады. Ал көлемнің артуы, әдетте, қысымның төмендеуіне әкеледі, бұл май багынан сұйықтықты соруға жеткілікті сұйылту процесін тудырады.

Аксиалды-поршеньді сорғылар ротордың орналасуына қарай жетекші буын мен ротордың айналу осьтері сәйкес келетін көлбеу дискілі сорғылар және жетекші буын мен ротордың айналу осьтері бұрыштарға орналасқан көлбеу блокты сорғылар болып бөлінеді.

Көлбеу дискілі сорғылардың 3, а-суретте көрсетілгендей конструктивті схемасы болады.

а)

б)

3-сурет - Көлбеу дискілі (а) және көлбеу блокты (б) аксиалды-поршеньді гидромашиналардың схемалары: 1 – бөлгіш дискі; 2 – цилиндрлер блогы; 3 – поршень; 4 – көлбеу дискі; 5 – білік; 6 – фланец; 7 – центрлеу білікшесі; 8 - шатун

Цилиндрлер блогының 2 ішінде оның осьтеріне параллель поршень 3 орнатылатын цилиндрлер болады. Барлық поршеньдердің ұштары көлбеу дискіге 4 сүйенеді. Цилиндрлер блогы 2 поршеньдермен 3 бірге білік 5 айналуына ұштастырылады. Жұмыс сұйықтығын жұмыс камерасына енгізу және шығару үшін бүйірлік бөлгіш дискіде 1 екі доға тәріздес терезе орнатылады. Поршеньдерді цилиндрлерден шығару үшін цилиндрлер қуыстарында орнатылған және поршеньге әсер ететін цилиндрлі орама пружиналар қолданылады немесе көлбеу дискілі поршеннің кинематикалық топсалы (шарнирная) байланыстары пайдаланылады.

Көлбеу блокты аксиалды-поршеньді сорғыда да поршеньді цилиндрлерде орнатылған цилиндрлер блогы және сондай бүйірлік бөлгіш дискі болады, бірақ көлбеу дискілі сорғыдан бір айырмашылығы оның барлық поршеньдері шатундарда орнатылады (3, б-суреті).

Жұмыс істеу принципіне қарай аксиалды-поршеньді сорғылар тұрақты өнімділікті және айналмалы өнімділікті деп бөлінеді. Тұрақты өнімділікті сорғыларда диск белгілі бір бұрышпен орнатылады да бұл сорғыға беріліс бір қалыпты беріледі. Ал айналмалы өнімділікті сорғыларда басқару рычагтары арқылы дисктің бұрышы өзгертіліп, сол арқылы оған берілетін беріліс те өзгеріп тұрады (4-сурет).

4-сурет - Аксиалды-поршеньді сорғы:

а) тұрақты өнімділікті; б) айнымалы өнімділікті

Аксиалды-поршеньді гидромашиналардың негізгі параметрлерін есептеу реті

Негізгі параметрлер айналу жиілігі n, пайдалы беріліс Q_п, айдау қысымы р_н және механикалық шамасы η_мех және көлемдік η_к ПӘК болып табылады.

Аксиалды-поршенді сорғылардың теориялық берілімі мына формула бойынша анықталады:

, л/мин, (1)

мұнда W_С – сорғының жұмыс көлемі, см³;

n – сорғы білігінің айналу жиілігі, айн/мин.

Жұмыс көлемі мына формула бойынша анықталады:

- көлбеу блокты гидромашиналар үшін

, см³ ; (2)

- көлбеу дискілі гидромашиналар үшін

, см³, (3)

мұнда S_n – поршень ауданы, см²;

z – поршеньдер саны;

2Rsin a және 2Rtg a – поршень жүрісі, см.

Бұдан соң поршень диаметрі d анықталады. Оны мынадан шығарып аламыз, поршеньді гидромашиналар үшін бір айналымдағы жұмыс камерасының өзгерісі былайша көрсетіледі:

, (4)

мұнда f, d – поршень (цилиндр) ауданы және оның диаметрі;

h - поршеннің жүрісі;

z – поршеньдер саны.

Демек, бір поршеннің диаметрін былай табамыз:

, (5)

мұнда - конструктивті параметр (әдетте i = 1…2).

Теңдікке кіретін (3) параметрлер мәнін анықтау кезінде жұмыс камераларын құратын элементтердің конструктивті ерекшеліктері мен практиканың деректері ескеріледі.

Есептеуіш мәні d қолданыстағы МЕСТ бойынша жақын мәндерге дейін, ал һ мәні – миллиметрлердің жақын жұп сандарына дейін жуықталады, сонымен бірге қажетті және алынған q мәнінің төменгі алшақтығын қамтамасыз етеді.

Гидромотор поршенінің d диаметрін есептеу үшін, оның q жұмыс көлеміне байланысты (бір айналымдағы есептік шығындар) мына практикалық формула пайдаланылады:

, (6)

мұнда γ- шайба көлбеуінің бұрышы;

η_к- гидромотордың көлемдік ПӘК-і.

Гидромотор поршенінің диаметрін М айналу моментіне байланысты мынадай формуламен есептеуге де болады:

, (7)

мұнда р_а и р_қ- гидромотордың айдау және құю қуыстарының қысымы;

η_мех- гидромотордың механикалық ПӘК.

Гидромоторлар цилиндрлерінің ұсынылған санын келтіріліп отырған қатардан іріктеп алады.

1-кесте - Цилиндрлердің ұсынылған саны

Бір айналым шығыны, см3	100-ге дейін	100-250	250-ден артық
Цилиндрлердің ұсынылған саны, z	7	9	11

Цилиндрлі блоктың параметрлері анықталады. Цилиндрге сұйықтықты енгізу жағдайларын жақсарту үшін цилиндрлер осьтері орнатылған, шеңбердің диаметрі D_б минималды болып келуі қажет. Алайда, сонымен бірге цилиндрлі блоктың қаттылығын қамтамасыз ету үшін цилиндрлер арасындағы қабырғалардың оңтайлы (оптимальный) қалыңдығын (а=0,2d) сақтау қажет.

Шеңбердің диаметрі D_д көлбеу блокты КГМ-да (ОГМ) шайбадағы шатундардың жанасу (заделки) ортасын мына формула бойынша табамыз:

, (8)

мұнда γ- цилиндрлі блок пен жетекті біліктің осьтері арасындағы бұрыш;

h_дmax – поршеннің максималды жүрісі, мынадай түрде болады: h_дmax=h=id.

Шеңбердің диаметрін D_б цилиндрлі блокта поршеньдерді орналастыру орталығының дезаксиалдығын ескере отырып, ұтымды қабылдау қажет:

. (9)

Шеңбердің диаметрі D_д көлбеу дискілі КГМ-да (ОГМ) цилиндрлі блокта поршеньдерді орналастыру ортасы мына төмендегідей есептеледі:

. (10)

γ- көлбеу дискі мен жетекті біліктің осьтері арасындағы бұрыш.

Блоктың (ротордың) сыртқы диаметрі D_р мынадай арақатынастардан алынады:

. (11)

Бұл арақатынастар мынадай есептерден келтіріліп отыр: цилиндрлер арасындағы қабырғалар қалыңдығы а=0,2d болады, (яғни мына жағдайды орындау қажет, Dб=(0,35…0,4)dz), ал цилиндр айнасы мен цилиндрлі блоктың сыртқы қабаты арасындағы қабырғалар қалыңдығы b=0,3d, мұнда d-цилиндр диаметрі.

Толық ПӘК келесі формула бойынша анықталады:

. (12)

Бұл сорғылардың толық ПӘК-і -ке дейін жетеді, ал көлемдік ПӘК .

Жұиысқа тапсырма

Аксиалды-поршеньді гидромашиналардың параметрлерін анықтау:

- сорғы көлемі W_с;

- теориялық беріліс Q_т;

- гидромеханикалық ПӘК η_м;

- пайдалы қуаты.

2-кесте - Бастапқы деректер

Гидромашина ттүрі	Поршендер диаметрі dn, см	Поршендер саны, z	Көлбеу дискі, блок бұрышы, град	Осьтер диаметрі D, см	Айналу жиілігі, n айн/мин	берілімі Q, л/мин	Номинальды қысымы pH, МПа	Толық ПӘК, %	Масса, кг
Көлбеу блокты	2,5	7	25	7,7	1500	159,6	20	0,91	31
Көлбеу дискілі	2,2	7	20	6,5	1500	89	20	0,89	65
Көлбеу блокты	2	7	25	8	1500	165	20	0,85	33
Көлбеу дискілі	2,3	7	22	7	1500	95	20	0,87	60

3-кесте - Есептеу нәтижелері

Гидромашина түрі	Жұмыс көлемі, W см3	Сорғының теоретикалық берілімі Qт.н., л/мин	Гидромеханикалық ПӘК, %	Пайдалы қуаты Nn, кВт
Көлбеу блокты
Көлбеу дискілі
Көлбеу блокты
Көлбеу дискілі

Бақылау сұрақтары:

1. Аксиалды-поршеньді сорғылардың басқа көлемді сорғылардан айырмашылығы.

2. Аксиалды-поршеньді сорғылардың құрылысының ерекшелігі.

3. Аксиалды-поршеньді сорғылардың жұмыс істеу принциптеріне қарай қандай түрлері болады?

4. Аксиалды-поршеньді сорғылардың артықшылықтары.

5. Аксиалды-поршеньді сорғылардың кемшіліктері.

№4 зертханалық жұмыс.