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

тельных окон или, наоборот, окна относительно статора, тем не менее последний случай заслуживает предпочтения, поскольку при этом требуется значительно меньшее усилие для перемеще­ ния органа, регулирующего •производительность. Это объясняет­

ся тем, что в первом случае к статору должен быть приложен момент, равный полному крутящему моменту насоса, тогда как во втором требуется преодолеть лишь силу трения между рас­ пределительными дисками и уплотняющими элементами, вели­ чину которой можно уменьшить до заданных пределов с по-

Р и с . 2. Схема регулирования аксиально-поршневого насоса.

мощью известных конструктивных мер (уменьшением поверхно­ стей трения в резиновых уплотнениях, гидравлической разгруз­ кой диакон от сил, прижимающих диски к корпусу насоса и т. п.).

Перейдем к рассмотрению схемы аксиально-поршневого на­ соса с регулированием расхода посредством разворота распре­ делительного диска. При таком повороте нейтральная ось рас­ пределительного диска 1 (рис. 2) сместится на фазовый угол а относительно нейтральной оси наклонного диска 3. При этом под нейтральной осью распределительного диска подразумева­ ется ось, лежащая в пересечении двух взаимно перпендикуляр­ ных плоскостей, одна из которых совпадает с рабочей лонерхно-

10

угол должен быть в пределах от 90° до 180°, причем при фазевом угле, равном 0 или 180°, подача натеса максимальна, а при угле, равном 90°, подача насоса прекращается.

Принцип действия радиально-поршневой гидромашины рас­ смотрим на примере гидромотора.

Работа гидромотора на нерегулируемом режиме схематиче­ ски изображена на рис. 3, а. При обкатывании поршневой (группы /порабочему (напорному) участку профиля2 жидкость:под вы­ соким давлением через окно 5 распределителя подводится в по­ лость поршня/. Когда поршень /переходит на сливной участок.? профиля, подпоршневое пространство соединяется с окном 4 распределителя, рабочая жидкость вытесняется на слив. Таким образом, на рабочем участке 2, ранном фр, совершается рабо­ чий ход поршней, равный подъему профиля h.

-Схема регулирования показана на рис. 3,6. При повороте распределителя происходит уменьшение ширины окна 5. Поэто­ му поршень 1, перемещаясь по рабочему (напорному) участку 2 направляющей, соединен с окном 5 не на всем участке <рр, а только на части его— (фр—кх). Величина рабочего хода порш­ ня уменьшится, т. е. hi<h.

Дальнейший подъем поршневой группы / по участку 2 профиля происходит под действием сливного давления рабочей жидко­ сти, которая поступает из окна 4 распределителя. Конструкцией распределителя предусматривается, что при его повороте уве­ личивается окно 4. После подъема поршень / переходит на уча­ сток 3 и при перемещении вниз вытесняет жидкость в сливную магистраль через окно 4.

При повороте распределителя на угол /а происходит умень­ шение рабочего объема гидромотора и соответственно увеличе­ ние его оборотов при постоянном расходе жидкости, подводи­ мой к гидромотору. Одновременно уменьшается крутящий мо­ мент на валу гидромотора, поскольку момент пропорционален рабочему объему.

Фазовое регулирование гидромашин сопровождается уведичением гидравлических потерь, ростом неравномерности подачи (скорости), возникновением защемленных объемов.

Увеличение гидравлических потерь связано с присущей фа­ зовому способу повышенной циркуляцией жидкости внутри гид­ ромашины. Причем росту потерь способствует еще увеличение скорости движения жидкости по внутренним каналам. Так, например, с увеличением фазового угла при регулировании радиально-поршневых гидромоторов переход поршневых групп с напорного участка на сливной происходит при сильно отлича­ ющейся от нуля скорости их движения в радиальномнаправле­ нии (ом. рис. 3,6). Одновременно с этим заметно уменьшаются размеры проходного сечения распределительных окон. Поэтому скорость протекания жидкости через окна возрастает, что при­ водит к увеличению гидравлических потерь.

12

Глава I. ПЛАСТИНЧАТЫЕ ГИДРОМАШИНЫ

Пластинчатые гидрамашины обычно подразделяются на ма­ шины однократного, двойного и многократного действия. В сов­ ременных системах гидропривода и гидроавтаматики применя­ ются, главным образом, машины двойного действия.

'Пластинчатые гидромашины двойного действия изготовля­ ются .нерегулируемыми. Попытки создания гидромашин, бесступенчато регулируемых изменением рабочего объема, не увенча­ лись успехам из-за значительного усложнения конструкции по сравнению с нерегулируемыми образцами. Это обусловлено тем, что пластинчатые гидромашины этого типа в отличие от однои­ менных машин однократного действия не имеют эксцентрисите­ та, и для того чтобы изменить их рабочий объем, необходимо вводить в конструкцию ряд устройств, позволяющих тем 'ИЛИ иным способом изменять действующую ширину пластин, напри­ мер, вдвигать их в ротор с помощью специального механизма. Из-за сложности и громоздкости подобные способы распространения ,не получили.

Вместе с тем, пластинчатые гидромашины двойного действия, в особенности насосы, находят .весьма широкое применение в гидроприводе. Только в США выпускается более 500 типораз­ меров насосов этого вида. Подобные гидромашины выпускает большое количество фирм и в Европейских странах. В СССР

выпуском насосов и гидрамоторов двойного действия занима­ ется ряд заводов (Елецкий «Гидропривод», Андижанский маши­ ностроительный завод в Узбекистане, Московский им. Лиха­ чева и др.).

Столь широкое распространение объясняется положитель­ ными качествами этих насосов: хорошими габаритно-весовыми характеристиками, низкой стоимостью, простотой конструкции, минимумом пульсаций расхода и давления. Все перечисленные качества, как показывают испытания и исследования насосов двойного действия, присущи и машинам с фазовым регулирова­ нием.

Гидрамашины однократного действия по сравнению с образ­ цами двойного действия имеют существенный недостаток, за­ ключающийся .в возникновении значительного одностороннего усилия от давления нагнетания на подшипники вала ротора, что вызывает необходимость ограничить давление. Поэтому такие машины мало применяются в гидроприводе и в данной работе не рассматриваются.

14

§ 1. Мгновенный расход (пластинчатых насосов двойного действия

Рассмотрим процесс вытеснения жидкости в окно нагнетания пластинчатого насоса двойного действия. Примем следующие параметры:

1)расположение пластин в роторе радиальное;

2)центральные углы, охватывающие распределительные ок­ на, участки постоянной и переменной кривизны статора и оси двух соседних пластин, равны друг другу;

3)объем пластин пренебрежимо мал;

4)жидкость несжимаемая;

5)рабочие камеры насоса, заключенные между двумя со­ седними пластинами, ротором, статором и распределительными дисками, полностью герметичны.

Пластинчатые насосы двойного действия с фазовым регули­ рованием подачи и реверсом подачи должны иметь одинаковые углы, охватывающие распределительные окна, участки статора постоянной и переменной кривизны. С другой стороны, макси­ мально возможный (теоретически) угол между двумя соседни­

ному углу перемычки между окнами. Этим обусловлен п. 2 при­ нятых выше допущений.

Вначале рассмотрим вытеснение жидкости насосом, подача которого максимальна (ц=0). Пластины такого насоса (при сделанных нами допущениях) можно представить в виде ради­

усов-векторов.

За время dt радиус-вектор ОА (рис. 1Л,а) повернется вме­

Обозначим ширину пластины в направлении, перпендику­ лярном плоскости чертежа, через В. Тогда элементарный объем с основанием dFi и высотой В можно выразить в виде

Если объем заполнен несжимаемой жидкостью, то при пово­ роте пластины на угол dtр образуется элементарный поток

15

где со= const — угловая скорость ротора;

dy — a-dt —угол поворота ротора за время dt.

Поток, создаваемый пластиной 1 (рис. 1.1,6) может вытес­ няться только через окно нагнетания 3, поскольку согласно по­ следнему из принятых нами допущений отсутствует движение жидкости через зазоры между пластиной 1 и -сопрягаемыми с ней элементами конструкции насоса.

Пластина 4 за рассматриваемый отрезок времени повернет­ ся на такой же угол. Следовательно, рассуждая аналогичным образом, получим следующие зависимости:

Необходимо учитывать, что в отличие от пластины 1, пласти­ на 4 выносит поток из окна 3, поскольку расстояние между нею и окном со временем увеличивается, тогда как расстояние меж­ ду этим -окном и пластиной 1 с ростом времени уменьшается.

Пластина 2 находится в данный момент времени против ок­ на 3 и потока не создает, так как объем, описанный передней (по вращению) кромкой этой пластины, равен объему, описан­ ному задней «рамкой, между тем объемы эти соединены друг с

16

Рассматривая потоки конечных размеров, получим

Таким образом, имеем два потока. Первый образован пла­ стиной 1, движущейся по участку статора радиуса R, а второй — пластиной 4, движущейся по участку радиуса г. При этом на­ правления движения потоков относительно окна 3 оказываются противоположяыми.

Потоки являются аддитивными величинами. Следовательно, поток, вытесняемый в окно нагнетания,

У наоосов двойного действия симметрично окну 3 расположено окно нагнетания 6, в которое вытесняется поток, равный рас­ смотренному. Учитывая это, можно записать, что мгновенная подача насоса

Насосы двойного действия характеризуются тем, что внутри круга, описанного из центра ротора, размещаются четыре рас­ пределительных окна и четыре перемычки между ними. Из сде­ ланного допущения о равенстве угловых размеров окон и пере­ мычек следует, что центральный угол, охватывающий окна и перемычки,

Из того же допущения (ом. и. 2) вытекает, что и угол между осями пластин

Таким образом, если пренебречь объемом пластин, то расход жидкости в окна нагнетания описывается выражением (1.12) и не зависит ни от числа пластин, ни от закона изменения кривиз­ ны участков статора, расположенных против этих окон.

Рассмотрим теперь процесс всасывания. Пластина 4 одно­ временно с выносом жидкости из окна 3, осуществляемым зад­

по участку переменной кривизны. Участки переменной кривизны

профиль обеспечивает отсутствие ударов первого рода пластин о статор. Графики скорости и ускорения одной из пластин пред­ ставлены на рис. 1.2. Величина ускорения отстается постоянной, изменяется только ее знак.

'При изменении утла q>в интервале от 0 до у/2 условие посто­ янства ускорения можию записать в виде

18