книги из ГПНТБ / Энгель, В. Ю. Основы теории и расчет объемных гидромашин с фазовым регулированием учебное пособие

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С. М. КИРОВА

В. Ю. ЭНГЕЛЬ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИН

С ФАЗОВЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ГОС. ЛубЛИЧН:54

яаучмс-техничз 'На.'.’

УДК 621.671—(-621.22

м г - т з

В. Ю. Энгель. Основы теории и расчет объ­ емных гидромашии с фазовым регулированием. Учебное пособие. Свердловск, иэд. УЛИ им. С. М. Киоова, 1974, стр. 112.

В книге изложены основы теории рабочих процессов объемных ротационных гидромашии с фазовым регулированием расхода. Устанавлива­

в камерах при их движении по участкам между распределительными окнами. Приведены харак­ теристики пидоромашин с фазовым регулированием. Значительное место уделяется методике расчета процессов, протекающих в рабочих камерах гид­ ромашин. Даются примеры расчета и результаты испытаний гидромашин.

Книга предназначена для студентов вузов и техникумов, а также для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и исследованием гидроприводов.

Рис. 51. Табл. 2. Библ. 29 назв.

Р е ц е н з е н т ы — каид. техн. наук Ю. И. Багин (Уральский лесотехниче­ ский институт), канд. техн. наук И. И. Ильницкий (Уральский политехни­ ческий институт).

© Уральский политехнический институт им. С. М. Кирова, 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга представляет собой учебное пособие по курсу «Гид­ равлика, гидравлические машины и гидроприводы» для студен­ тов механических и машиностроительных специальностей ву­ зов, а также специальностей, связанных с использованием гид­ равлических машин, гидроприводов и систем гидроавтоматики и регулирования. Она может быть полезна в практической дея­ тельности инженерно-технических работников, так как в ней из­ ложены методы расчета рабочих процессов регулируемых гид­ равлических .машин, в том числе и некоторые методы снижения шума машин, рассмотрены оригинальные конструкции узлов и гидромашин в целом, способы построения ряда характеристик подобных машин, приведены данные испытаний, рекомендации по .выбору основных параметров.

Излагаемый в пособии .материал дополняет информацию, со­ держащуюся в рекомендованных вузовских учебниках1 и явля­ ется их продолжением, поэтому в .нем, как правило, не приво­ дятся сведения, относящиеся, например, к принципу действия нерегулируемых объемных гидрамашин, гйдромашин с регули­ рованием рабочего объема и т. п.

Главное место .в работе отводится освещению следующих во­ просов: основам теории рабочих процессов объемных гидромашин с фазовым способом регулирования, методам повышения равномерности расхода насосов и угловой скорости гидромото­ ров, регулируемых этим .способом, разработке механизмов и устройств, предотвращающих защемление жидкости в процес­ се регулирования, проблеме повышения КПД подобных гидро­ машин. Большая часть этих вопросов ранее в учебной литерату­

ре не затрагивалась.

,В СССР вопросами теории и практики фазового регулирова­

за .рубежом — фирмы «Виккерс», «Везерхед» и др. Опубликованные результаты исследований отечественных и

зарубежных авторов использованы в пособии (см. список лите­ ратуры в конце книги). Материалы по методам разгрузки

ВВЕДЕНИЕ

Одним из существенных преимуществ 'объемного гидропри­ вода является легко осуществляемое глубокое бесступенчатое регулирование скорости выходного знена при высокой позици­ онной точности реверсирования. По глубине регулирования с гидроприводом не может сравниться ни один вид привода. В частности, в системах «Насос-гидромотор» диапазон регули­ рования нередко -составляет 1: 1000 и при необходимости может быть расширен.

Регулирование скорости выходного эвена гидропривода можно осуществить следующими способами:

1) изменением расхода жидкости, подводимой к гидром-ото-

ру;

2)изменением скорости вращения вала гйдромотора;

3)одновременным изменением расхода и скорости вращения

вала.

Области -применения каждого из способов достаточно под­ робно освещены в существующей литературе (ом., например,

[1-5])-

Регулирование в соответствии с перечисленными способами может осуществляться как дроссельным, так и машинными ме­ тодами. В данной книге дроссельный метод не рассматривается, а под машинным понимается изменение параметров регулиро­ вания гидрома-шин: насоса, гйдромотора или одновременно насоса и гйдромотора.

Изменение параметров регулирования может осуществлять­ ся изменением рабочего объема гидр-омапшны или изменением ее фаз распределения (фазовое -регулирование).

Известно, что применение гидропривода позволяет в значи­ тельной мере улучшить габаритно-весовые характеристики ма­ шины, что связано, главным образом, с малыми габаритами и низким весом насосов и гидрюмоторов. Если сравнить современ­ ные объемные ротационные насосы и гидромоторы, работающие при давлении 200 Бар, с одинаковыми по мощности и назначе­ нию электродвигателями и электрогенераторами, то габариты гидрома-шин ниже на 85—90%, а их вес на 80—90%.

Приведенные циф-ры относятся к нерегулируемым образцам. Вес и габариты регулируемой гидромашины в значительной степени больше, чем у нерегулируемой.

5

Это объясняется, в первую очередь, тем, что регулирующее устройство должно передавать и выдерживать значительные нагрузки, вследствие чего оно имеет большие габариты и вес. Так, например, для насоса JHP-30 фирмы «Хил-Шоу» (7 порш­ ней диаметром 54 мм, ход поршней — 35 мм) суммарное усилие, приложенное при давлении около 200 Бар к регулирующему органу, составляет 1640 Н.

.Во-вторых, необходимо делать корпус достаточно большим, чтобы иметь пространство для колебательных движений цилинд­ рового блока либо наклонной шайбы и соединенного с ними приводного механизма.

В-третьих, на рост габаритов регулируемого насоса влияет введение в его конструкцию приводного механизма, позволяю­ щего создавать усилия, потребные для перемещения органа, регулирующего производительность. Поскольку эти усилия мо­ гут достигать значительных величин, приводной механизм (сер­ вомеханизм) должен иметь соответствующие габариты и вес.

Влияние перечисленных факторов приводит к тому, что регу­ лируемые насосы фирмы «^рюнингхауз», аналогичные по кон­ струкции нерегулируемым, весят в два раза больше. Аналогич­ ная картина наблюдается и при сравнении регулируемых и не­ регулируемых модификаций насосов других типов.

В нашсах с фазовым регулированием орган, регулирующий производительность, не совершает осевых колебательных дви­ жений в корпусе (как, например, у аксиально-поршневых насо­ сов) либо движений, связанных с изменением эксцентриситета (как, например, у радиально-поршневых насосов). Поэтому внутри корпуса не требуется предусматривать пространства,

.служащего для обеспечения таких движений. В связи с тем, что величина усилия, создаваемая давлением жидкости, на органе, регулирующем подачу (распределительном органе), в этом слу­ чае значительно меньше, чем при регулировании путем измене­ ния рабочего объема, а усилия, связанные с эксцентриситетом

потребного для перемещения органа, регулирующего произво­ дительность, отпадает необходимость в громоздком механизме, предназначенном для воздействия с большим усилием на этот орган.

Благодаря этим положительным качествам насосы с фазо­ вым регулированием имеют габаритно-весовые характеристики значительно лучшие, чем однотипные насосы с регулированием путем изменения рабочего объема. Кроме того, это позволяет разработать насос переменной подачи на базе однотипного не­ регулируемого насоса с использованием большинства основных его деталей.

6

Характерным примером являются акоиальночпоршневые на­ сосы № 1,5-ЛР и № 2,5-ПР [6], .созданные на базе нерегулируе­ мых машин ПМ № 1,5 и ПМ № 2,5. Сравнение основных пара­ метров насосов № 1,5-ПР и № 2,5нПР, проводившееся с одно­ типными и соответствующими по объемной постоянной регули­ руемыми насосами № 1,5-.ПР и № 2,5-ПР, показывает, что вес,

частей регулирующего органа в 40—45 раз меньше соответству­ ющих параметров насосов № 1,5-ПР и № 2,5-ПР.

Другим практическим подтверждением значительного сни­ жения весовых характеристик при регулировании подачи насо­ са путем изменения фаз распределения служит сравнение веса

углового положения .наклонной шайбы регулирующий механизм составляет 8% от общего веса насоса, а в случае регулирования изменением фаз распределения — 2,5%.

Приведенные данные позволяют выделить следующие пре­ имущества гидромашин с фазовым регулированием.

1. Значительное уменьшение веса и снижение габаритов с приближением габаритно-весовых показателей гидромашин

квеличинам, близким однотипным нерегулируемым машинам.

2.Снижение усилия (момента), потребного для перемеще­ ния регулирующего органа, и связанное с этим упрощение кон­

струкции механизма привода этого органа, в частности, отказ

вряде случаев от гидроусилителей механизма привода.

3.Резкое снижение приведенного момента инерции деталей насоса, связанных с органом регулирования, и, как следствие,

значительное улучшение динамических характеристик гидрамацги1Н, в особенности таких характеристик, как быстродействие и частота реверсирования.

К перечисленным .преимуществам необходимо доба:вить весь­ ма важное качество фазового способа, заключающееся в том, что при нем .появляется возможность регулировать такие гидромашины, которые в принципе не могут регулироваться измене­ нием рабочего объема (например пластинчатые машины двой­ ного действия, высокомоментные гидр«моторы с цапфовы.м рас­ пределением и др.).

Принцип действия гидромашин с фазовым регулированием.

Фазовый способ регулирования находит применение в конст­ рукциях всех объемных ротационных насосов за исключением шестеренчатых и винтовых. В настоящей книге рассматривают­ ся те гидромашины, которые наиболее широко представлены в современном гидроприводе. К ним относятся пластинчатые гидромашины двойного действия, аксиально-поршневые и радиаль­ но-поршневые.

7

Нагнетание

профиль статора

Ф-4-50,

Р и с . 1. Схема регулирования расхода пластинчатого «атаса.

8

Рассмотрим пластинчатый насос двойного действия, регули­ рование подачи которого осуществляется путем углового пере­ мещения рабочего профиля статора относительно распредели­ тельных окон. Насос, работающий по этому принципу, схемати­ чески изображен на рис. 1.

Насос состоит из статора 6, с которым жестко соединено кольцо 7, имеющее рукоятку 3. Внутри статора расположен ро­ тор 5. Направление вращения ротора указано стрелкой. В пазах ротора перемещаются пластины 2. Внутренняя поверх­ ность статора образована дугами окружности большого и малого диаметров. Эти дуги сопряжены поверхностями переменной кривизны. По обоим торцам статора расположены распредели­ тельные диски со всасывающими 1 и напорными 4 окнами.

Насос работает следующим образом. Когда статор занима­ ет положение, изображенное на рис. 1 ,а, процессы всасывания и нагнетания рабочей жидкости происходит так же, как в обыч­ ных лопастных насосах постоянной производительности.

Величина производительности максимальна для данного насоса.

На рис. 1,6 показано положение, которое займет статор при повороте его на 45° относительно неподвижных распределитель­ ных дисков. В этом случае при вращении ротора рабочая жид­ кость из камер с уменьшающимся объемом будет перетекать в камеры с увеличивающимся объемом. Такое перетекание жид­ кости объясняется тем, что при любом положении вращающего­ ся ротора камеры с уменьшающимся и увеличивающимся объе­ мом постоянно соединены друг с другом с помощью распреде­ лительных окон 1 и 4 (рис. 1,а). При положении статора, изо­

поверхностям с переменной кривизной, расположенным в обла­ сти окон 4, их объем увеличивается, а в области окон 1 умень­ шается. Иными словами направление потока жидкости станет противоположным тому, которое изображено на рис. 1,а. Про­ изводительность насоса при этом снова максимальна.

При всех промежуточных (но сравнению с показанными на рис. 1) положениях статора производительность насоса в про­ цессе подачи рабочей жидкости в гидросистему будет меньше максимальной и больше нуля.

Очевидно, принцип регулирования не изменятся, если осу­ ществлять поворот распределительных окон относительно непод­

вижного статора.

Хотя количественно регулирование производительности не зависит от того, статор ли смещается относительно распредели­

9