Порядок выполнения

1. Получите у преподавателя исследуемый образец поршневой гидромашины, величины: давления, частоты вращения, КПД, коэффициента подачи, высоты всасывания и плотности жидкости.

2. Измерьте массу (без жидкости) исследуемой гидромашины.

3. Разберите исследуемый образец для доступа к рабочим органам.

4. Определите к каким радиально-поршневым гидромашинам относится исследуемая: по виду рабочих органов, распределению жидкости, кратности, рядности и т.д.

5. Определите рабочий объем гидромашины.

Рабочий объем радиально-поршневой гидромашины определяется по следующей зависимости:

, (23)

где V₀ – рабочий объем, см³; S_п – площадь поршня (плунжера), см²; h – ход поршня, см; z – количество поршней; m – кратность гидромашины; k – рядность гидромашины.

У гидромашин однократного действия ход поршня зависит от величины смещения осей ротора и статора (рис 2, а):

, (24)

где e – эксцентриситет, см. В гидромашинах многократного действия ход зависит от геометрии статора (рис 2, в):

, (25)

где R₂ – радиус впадин статора, см; R₁ – радиус выступов статора, см.

6. Определите по представленным выше формулам идеальную подачу насоса, подачу насоса, давление, полезную мощность и мощность насоса, крутящий момент на валу и удельную металлоемкость.

Вопросы к лабораторной работе

1. В чем заключается принцип действия радиально-поршневой гидромашины?

2. Какие виды распределения рабочей жидкости используются в радиально-поршневых гидромашинах?

3. К каким радиально-поршневым гидромашинам относится исследуемая машина?

4. Какие рабочие органы используются в данной гидромашине?

5. Какие схемы контакта поршня с поверхностью статора применяются в радиально-поршневых машинах?

6. Какие способы ведения поршней используются в радиально-поршневых гидромашинах?

7. Назовите и покажите на исследуемой гидромашине основные детали.

8. Как определяется рабочий объем поршневых насосов различных типов?

9. Как определить полезную мощность и мощность объемного насоса, чем они отличаются?

Лабораторная работа № 3

Изучение конструкции, принципа действия и определение

основных и вспомогательных параметров

аксиально-поршневых гидромашин

Общие сведения

Аксиально-поршневые гидромашины относятся к роторно-поршневым гидромашинам. У аксиально-поршневой гидромашины ось вращения ротора параллельна осям рабочих органов или составляет с ними угол менее или равный 45⁰ (рис. 4).

Аксиально-поршневые гидромашины в зависимости от взаиморасположения ротора и ведущего звена подразделяются на гидромашины с наклонным блоком, с наклонным диском и с профильным диском. У аксиально-поршневой гидромашины с наклонным блоком (рис. 4, а) оси ведущего звена и ротора пересекаются. У аксиально-поршневой гидромашины с наклонным диском (рис. 4, б) ведущее звено и ротор расположены на одной оси.

В аксиально-поршневых гидромашинах с профильным диском (рис. 4, в) ведущий вал 4 и блок цилиндров 2 находятся на одной оси, а плунжеры 1 взаимодействуют с диском 11, имеющим поверхность переменной кривизны.

Гидромашины с наклонным диском и с наклонным блоком могут быть только однократного действия. Гидромашины с профильным диском могут быть одно-, двух- и многократного действия.

Для распределения жидкости в аксиально-поршневых гидромашинах чаще применяют торцовые или очень редко цапфенные распределители.

Рассмотрим принцип действия аксиально-поршневой гидромашины на примере аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком (рис. 4, а).

В аксиально-поршневых гидромашинах с профильным диском (рис. 4, в) ведущий вал 4 и блок цилиндров 2 находятся на одной оси, а плунжеры 1 взаимодействуют с диском 11, имеющим поверхность переменной кривизны.

Гидромашины с наклонным диском и с наклонным блоком могут быть только однократного действия. Гидромашины с профильным диском могут быть одно-, двух- и многократного действия.

Для распределения жидкости в аксиально-поршневых гидромашинах чаще применяют торцовые или очень редко цапфенные распределители.

Рассмотрим принцип действия аксиально-поршневой гидромашины на примере аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком (рис. 4, а).

Поршни 1 расположены в блоке цилиндров 2 и шарнирно соединены шатунами 3 с фланцем вала 4. Вал 4 установлен на подшипниках 6 в корпусе 9. Для распределения рабочей жидкости в неподвижном торцовом распределительном диске 5 выполнены два дугообразных окна. Окна сообщаются с рабочими камерами посредством отверстий выполненных в блоке цилиндров

и идущих от его торцовой поверхности, обращенной к распределительному диску, к рабочим камерам. Вал приводится во вращение, при этом блок цилиндров синхронно поворачивается вместе с валом за счет карданного вала 8. Поршень 1 совершает вращательное движение относительно оси блока 2 и возвратно-поступательное движение в цилиндре вследствие наклона блока цилиндров относительно вала. При этом объем рабочей камеры периодически изменяется. Распределительный диск 5 установлен в крышке 7 таким образом, что в период увеличения объема рабочей камеры отверстие, идущее из нее к торцовой поверхности блока, сообщается с дугообразным окном, соединенным с входом насоса, а в период уменьшения объема рабочей камеры сообщается с другим дугообразным окном, соединенным с выходом насоса. Так осуществляется всасывание на входе и вытеснение рабочей жидкости на выход насоса. Осевую нагрузку, возникающую от давления жидкости в рабочих камерах, действующую на блок цилиндров воспринимает распределительный диск 5. Осевую нагрузку от действия давления на поршни штоки передают на приводной вал, подшипниками 6 которого она воспринимается. Так как наклон блока, как правило, не превышает 30⁰, осевые нагрузки, испытываемые подшипниками, весьма значительны.

В гидромашинах с наклонным блоком для синхронизации вращения ведущего вала и блока цилиндров, а также для преодоления сил трения и инерции блока цилиндров, могут применяться карданные валы (рис. 5, а, б), шатунное ведение (рис. 5, в) или зубчатая передача (рис. 5, г). Карданные валы могут быть с одним шарниром – одинарный кардан (рис. 5, а), либо с двумя­ –

сдвоенный кардан (рис. 5, б). Применение одинарного кардана приводит к значительной неравномерности вращения блока, и как следствие этого возникают дополнительные инерционные нагрузки на шарнир и нагрузки на поршни – из-за опережения-отставания блока цилиндров. Поэтому частота вращения гидромашин с одинарным карданом должна быть не более 8,33 с^-1. Применение сдвоенного кардана позволяет значительно снизить неравномерность вращения блока и поднять частоту вращения гидромашины до 83.3 с^-1. При шатунном ведении (рис. 5, в) юбки поршней выполняются удлиненными, с внутренней конической поверхностью. Вращение приводного вала при неподвижном блоке вызывает поворот шатунов в шаровых шарнирах, который продолжается до упора боковой поверхности шатуна во внутреннюю поверхность юбки поршня. После чего дальнейший поворот шатуна в шарнире поршня невозможен, и шатун, действуя на юбку поршня, поворачивает блок синхронно с приводным валом. Синхронизация вращения блока шатунным ведением упрощает конструкцию, уменьшает размеры ротора и, следовательно, его момент инерции, что улучшает динамику разгона и торможения гидромашины. Синхронизация вращения блока коническими зубчатыми передачами (рис. 5, г) не получила широкого распространения, так как, при ней увеличиваются размеры и усложняется конструкция гидромашины, кроме того в таких машинах угол наклона блока должен быть постоянным, то есть они могут быть только нерегулируемыми.

В гидромашинах с наклонным диском (рис. 4, б), возвратно-поступательное движение поршней 1 в цилиндрах блока 2 обеспечивается наклоном диска 10. Взаимодействие поршней и наклонного диска может осуществляться при помощи гидростатических опор (рис. 6, а), сферических и грибообразных головок (рис. 6, б, г), и шаровых шарниров (рис. 6, в, д).

В насосах, для того чтобы поршни не отставали от наклонного диска во время всасывания, применяется принудительное ведение поршней шатунами, прижимными дисками, пружинами или давлением подпитки.

Привод блока цилиндров в насосах и снятие крутящего момента в моторах с наклонным диском может осуществляться через приводной вал (рис. 6, а, б, д, е), либо посредством зубчатой передачи (рис. 6, в, г), с установкой зубчатого венца на блок цилиндров.

Величина хода поршня в аксиально-поршневых гидромашинах зависит от угла наклона диска (блока). Чем больше угол наклона, тем больше ход поршня. Ход поршня напрямую влияет на величину рабочего объема гидромашины. Таким образом, регулирование аксиально-поршневых гидромашин осуществляется изменением угла наклона диска (блока) непосредственно в процессе работы. Изменение угла наклона диска (блока) может осуществляться с помощью механического или гидравлического привода.