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

ГЛ АВ А I I I . Р А Д И А Л Ь Н О -П О Р Ш Н Е В Ы Е Г И Д Р О М А Ш И Н Ы

§1. Анализ схем регулирования

Вотличие от пластинчатых и аксиально-поршневых гидромашин, которые снабжаются преимущественно торцевым рас­ пределителем, радиально-поршневые машины, в основном, име­ ют цапфовое распределение (ем. рис. 3). Это в определенной степени отражается на протекании рабочих процессов гидрома­ шины. Поэтому полученные в гл. I аналитические зависимости оказываются пригодными только в определенной степени.

При регулировании подобных машин посредством изменения фаз распределения жидкости самое существенное значение при­ обретает рациональное профилирование рабочих участков на­ правляющей статора, по которой катятся (или скользят) голов­ ки поршней (или связанные с поршнями детали). Естественно,

ипроцессы, протекающие в цилиндрах при прохождении ими перемычки между окнами распределителя, продолжают играть важную роль.

Рабочие процессы радиально-поршневых гидромашин рас­ смотрим на примере гидромотора, принцип действия которого описан во Введении (см. рис. 3).

Схема 1. На рис. 3.1 дан график приведенных скоростей участка направляющей и указаны соответствующие ему окна распределения. Рассмотрим регулирование ра(бочего объема ГМ при повороте распределителя.

Рабочие и сливные участки направляющей одинаковы. Рабо­ чий участок профиля состоит из двух частей cpi и фг (положе­ ние 1). На участках направляющей, соответствующих Д, пор­

профиля фр. Оно постоянно соединяется с напорным давлением

направляющей фр.

Жидкость под высоким давлением подводится в поршневые группы, движущиеся по рабочему участку на части его подъема,

91

соответствующей углу фь При переходе поршней на участок ф2 их полости соединяются через окно bic„,a со сливными канала­ ми распределителя. Под действием этого давлен,ия поршни дви­ жутся вверх, однако работу они не совершают. В отличие от нерегулируемых гидромоторов здесь переход поршней с напор­ ного на сливной участки профиля происходит не при скорости движения поршня в радиальном направлении оф = 0, а при ко­

нечном ее значении, т. е. оф2 Ф0. Поэтому при наличии пере­ крытий между напорными Ь\п.п и сливными Ащл.п окнами рас­ пределителя поршневая полость при переходе от напорной ча­ сти профиля к сливной не соединяется ни с напорной, ни со сливной магистралями.

Для устранения этого явления необходимо уменьшить вели­

которые обеспечивают наилучшее заполнение графика нф по ф, что соответствует наименьшему значению v<p2;

■б) увеличением участка фг, на котором происходит регули­ рование.

Наиболее рациональной кривой на участке фг для обеспече­ ния минимальных значений o<p2 является спираль Архимеда, обеспечивающая постоянство оф2 на этом участке (см. рис. 3.1). Из анализа этого рисунка видно, что уменьшить vVl посредст­ вом увеличения участка ф2 не удается даже при небольших хк (хк —кратность гидромотора). Это объясняется наличием боль­ ших участков А, на которых поршни не выполняют полезную работу.

Коэффициент неравномерности скорости вращения вала гид­ ромотора может быть определен по следующей зависимости:

хк — количество рабочих ходов поршня за 1

вания; ?таХ; <7К —максимальное и текущее значение рабо­

чего объема;

( Е у<р)тах’> (2 уф)ш1п —максимальная и минимальная суммы приведенных скоростей движения порш­

ня в радиальном направлении;

93

Р и с . 3.2. Профилирование направляющей и размещение окон распре­ делителя г.идромотора по схеме 2:

94

При больших значениях v4>2 (неизбежных при данной схеме) возрастает неравномерность работы гидромотора, так как вели­

чина ( 2 п » х » < р - 2 ш « п * ф ) не может быть равна нулю (поршни переходят с напорного участка на слив не при нулевом значении

Цр). Как будет показано, 2шаХ^Ф — 2пНгЛр = (>в лучшем слу­ чае), т. е. разность равна величине скачка, совершаемого порш­ нем при переходе с рабочего участка на сливной.

Диапазон регулирования гидромотора, выполненного по схе­

рабочего участка профиля, и, следовательно, его кривизна вели­ ка. Это также увеличивает угол бокового давления на поршень. Поэтому создание долговечной конструкции с небольшими габа­ ритными размерами по схеме 1 затруднительно.

Схема 2. На рис. 3.2 показаны график и принципиальная конструкция распределительных окон гидромотора с другим

тель' многоступенчатый. Окно Ь1ял соответствует участку qn на­ правляющей и соединено с напорной магистралью. Это окно неподвижно. Окна Ь2н.п и 63н.п соответствуют участку ф2 и срз на регулируемой части профильной направляющей. Эти окна так­ же соединяют с напорными каналами, однако их размещают на поворотных частях распределителя. Сливному участку направ­ ляющей фс соответствует окно bicll.u, соединенное со сливом и связанное с неподвижной частью распределителя.

■На сливном фс участке располагаются и другие окна распре­ делителя Ь2сл.п и Ьзсл.п, которые также соединены со сливом. Они находятся на поворотных частях распределителя, где раз­ мещены соответственно окна 62н.п и Ь3нл.

На рис. 3.2 показано изменение величины рабочего хода при повороте подвижных частей распределителя и положение окон распределителя относительно криволинейных направляющих статора. Здесь ф2 и ф3 имеют большую по сравнению со схемой 1

напряженности, долговечности гидромотор схемы 2 значительно эффективнее гидромотора схемы 1. Однако это достигнуто

95

ценою усложнения распределителя. Конструктивное выполне­ ние схемы 2 показано «а рис. 3.3. Распределитель 1 имеет не­ подвижную часть 2 и две поворотных 3 и 4. В поворотных дета­ лях выполнены радиальные 6 и торцовые 5 коллекторы, уплот­ ненные резиновыми 'кольцами 7 и 8, которые препятствуют вы­ теканию рабочей жидкости. Поворотные детали связаны между собою пальцами, и при повороте центрального стержня они смещаются относительно направляющей статора ,в определенной последовательности. Для упрощения конструкции распредели­

теля и более эффективной работы гидромотора была предложе­ на схема 3.

Схема 3. На рис. 3.4 представлен график приведенной ско­ рости оф рабочего и сливного участков направляющей и дано расположение соответствующих этим участкам окон распределе­ ния по схеме 3. В схемах 1 и 2 профилирование сливного участ­ ка фс производилось кривыми, отличными от кривых рабочего участка. Сливной фс участок'всегда находился под действием сливного давления и не участвовал в формировании рабочего объема Л1кр гидромотора.

В схеме 3 участки натравляющей равны между собой (фр—Фс). Рабочий и сливной участки выполнены одинаковыми

меда. Окна &1н.п и &1сл.п соответствуют рабочему фр и сливному Фс участкам направляющей соответственно.

96

При повороте распределителя окна biH.n и &]Сл.п 'смещаются относительно криволинейной направляющей статора. Величина рабочего участка, находящегося под действием напорного дав­ ления, при этом уменьшается, что приводит к уменьшению рабо­ чего объема гидрамотора и крутящего момента. Одновременно жидкость под давлением (из сместившегося на сливной участок

-Поборот распределителя

Р и с . 3.4. Профилирование направляющей и размещение окон рас­ пределителя гидрометора по схеме 3 (обозначения такие же, ках в рис. 3.1).

окна йш.п) поступает в полости -поршневых групп, находящихся на сливных участках профиля. Эти поршни создают отрицатель­ ный Мкр (—М), противодействующий положительному

М |кр (+ М ).

Таким образом, включение при регулировании в работу слив­ ного участка профиля приводит к тому, что величина хода, на который уменьшается рабочий ход профиля, складывается из

суммы ходов Арсг.р и /гРег.сл- Это позволяет в два раза умень­ шить 'величину приведенной скорости оф, на регулируемых уча­ стках ф2 (напорной и еливной частей профиля) по сравнению со значением vVt и на регулируемых участках направляющей при регулировании по схеме 2. Снижение скорости приводит к увеличению КПД при регулировании, уменьшению неравномер­ ности работы мотора ,в режимах регулирования, уменьшению удельной нагрузки. Конструкция распределителя проста ипрак­

тически не отличается от распределителя нерегулируемого гидромотора.

Произведем сравнение рассмотренных вариантов регулиро­ вания (рис. 3.5). Гидромотор имеет z —13 поршней, количество рабочих ходов за один оборот (кратность) х„=3, величина хода h одинаковая для всех рассматриваемых случаев. Диапазон ре­ гулирования Z)=2,7. Из анализа рассмотренных схем очевидно,

что на участке Ф* располагается — поршней.

2

98

Для обеспечения нормальной работа гидромотора необходи­ мо, чтобы при регулировании на участке <pi размещалось не ме­ нее двух поршней, т. е.

Но так как -2--—*pi = 3A, то на участке <pi размещается поршней

На регулируемом участке ф2 профиля расположено zpi = = —-— = 1,5 поршня.

При схеме 2, соблюдая условие (3.2), можно установить, что на регулируемом участке размещаются поршни, количество которых можно определить по формуле

Из рис. 3.5 видно, что величина скорости на регулируемом участке для гидромотора по схеме 2 почти в 4 раза меньше, чем в первом случае, т. е.

На регулируемом участке ф2 для схемы 3 гр,.=------ порш­

ней, т. е. так же, как и в схеме 2. Однако при этом приведенная

отличие от схем 1 и 2, где рабочая жидкость при регулировании циркулирует в напорных каналах, в последнем случае рабочая жидкость при регулировании циркулирует как в напорных, так и в сливных каналах, вызывая дополнительные гидравлические потери.

Регулирование гидромотара осуществляется -поворотам .рас­ пределителя (см. рис. 3, Введение). При этом окна 4 и 5 'Смеща­ ются относительно профилированной поверхности статора, что вызывает уменьшение рабочего объема гидромотора. Окна раз­ мещаются в соответствии с рис. 3.4.

При регулировании скорости гидромотора соединение ци* лин-дров с окнами распределителя осуществляется при скорости поршня отличной от нуля. Происходит защемление жидкости.

Использование цапфового распределителя в радиально-пор­ шневых гидромашииах не позволяет применить для разгрузки защемленных объемов метод синхронного изменения сечений.