книги из ГПНТБ / Башта, Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем учебник

цилиндров. Поршни 4 прижимаются к статорному кольцу 2 под действием центробежных сил и усилий пружин 5. Эти насосы называют часто звездообразными, понимая под этим насосы, у которых рабочие органы расположены на нескольких пересе­ кающихся осях.

Оси цилиндров блока этого насоса расположены в общей пло­ скости и пересекаются в центре 0 2 вращения блока. Распреде­ ление жидкости осуществляется через выполненные в цапфе 1 окна an b (рис. 29, б), с которыми при вращении блока поочередно соединяются цилиндры через отверстия в их донышках (размер k). Распределительные окна через осевые каналы цапфы соединяются с всасывающей и нагнетающей магистралями.

Рис, 29. Конструктивная схема многопоршневого радиально-поршневого насоса

При ходе поршней 4 от центра блока 3 (величина хода порш­ ней равна двойной величине эксцентриситета е) жидкость будет засасываться поршнями через окно а, а при ходе к центру — на­ гнетаться через окно Ь. При переходе цилиндров через нейтраль­ ное положение (вертикальную ось) они перекрываются уплотни­ тельной частью (перевальной перемычкой) распределительной цапфы, ширина s которой больше размера отверстия в донышках цилиндров s > k.

При работе машины в качестве насоса поршни связываются с барабаном при помощи различных механических устройств или пружин, помещенных в цилиндры, а также при помощи сил давле­ ния жидкости вспомогательного насоса (насоса подкачки). В не­ которых конструкциях радиальных насосов эта связь осуще­ ствляется с помощью одной лишь центробежной силы поршней. Поршни под действием указанной силы прижимаются к статор­ ному кольцу 2, вступая с ним во фрикционное взаимодействие.

Для снижения сил трения поршней о статорное кольцо по­ следнее выполняется обычно в виде обоймы роликового подшип-

110

стием втулки ротора и цапфой 0,04 мм — для малых (до 40 мм) и 0,09 — для больших (>100 мм) диаметров цапфы.

Основными узлами насосов поршневых типов являются меха­ низм подачи и узел распределения жидкости; у насосов регули­ руемой производительности к ним относятся также механизм ре­ гулирования. Механизм подачи поршневого насоса обеспечивает возвратно-поступательное движение поршней (вытеснителей). Обычно эти механизмы построены на базе кривошипно-шатунных или кулисных механизмов. Узел распределения жидкости обеспе­ чивает питание цилиндров жидкостью в процессе хода всасывания

ивытеснение ее при рабочем ходе в нагнетательную магистраль,

аузел регулирования — изменение величины и направления подачи жидкости.

§ 31. Подача насоса

Средняя расчетная (теоретическая) подача такого насоса за один оборот (рабочий объем насоса) равна объему, описываемому его поршнями:

насосом осуществляется изменением соответственно величины или знака эксцентриситета е. В схеме, представленной на рис. 29, а, это достигается смещением в направляющих корпуса со статор­ ным барабаном относительно оси 0 2 блока цилиндров 3, осуще­ ствляемым с помощью различных устройств. Нетрудно видеть, что при е = 0 расчетная подача будет также равна нулю. При отрицательном значении (при смещении центра Ог статорного ба­ рабана 2 ниже центра 0 2 цилиндрового блока) подача будет отри­ цательной, т. е. нагнетающая и всасывающая полости насоса поменяются местами.

\

В схеме насоса, представленной на рис. 32, регулирование достигается путем углового смещения качалки 6, несущей ста­ торное кольцо 7, с помощью силовых цилиндров 2 и 4, которые размещаются обычно в корпусе насоса. При повороте статорного кольца 7 относительно оси 8 изменяется положение центра кольца относительно неподвижной оси ротора 9 (изменяется величина эксцентриситета). Ход поршней, а следовательно — величина эксцентриситета ограничивается винтовыми упорами / и 5. Для

в ее рабочую полость. Угловая скорость со вращения двигателя зависит от подачи жидкости и определяется по формуле

где w — характерный (удельный) объем машины;

я

2л

114

§ 32. Скорость и ускорение поршня при движении в цилиндре

Скорость поршня. При вращении блока цилиндров гидрома­ шины поршни перемещаются в цилиндрах по законам кинематики кривошипно-шатунного механизма.

Из расчетной схемы поршневой пары насоса, представленной на рис. 33, а, следует, что при повороте цилиндра из верхнего вертикального положения на угол у = <ot (где со — угловая скорость и t — время) поршень переместится на величину (до-

Рис, 33. Расчетные схемы радиально-поршневого насоса

пускаем, что точка контакта поршня со статорным кольцом нахо дится на оси поршня) (см. также стр. 56)

~х = (е -J- R) — (е cos у + R cos а).

Текущая (мгновенная) скорость относительного движения поршня уотк в цилиндре при указанном допущении

•dx

vOTH~ Х — ~df-

Так как угловая скорость w = yjj> получим

dx

иОТН = Wdy'

Учитывая, что — = , находим в результате дифференци­

рования и упрощений, обусловленных малостью некоторых вели­ чин, выражение для мгновенной скорости поршня:

Графически скорость оОТ1| движения поршня меняется по за­ кону суммы полусинусоиды и полной синусоиды.

Пренебрегая последним членом этого уравнения (поскольку

значение ~ обычно составляет <0,08—0,09), получим

К

^отн = ер Sin у.

Ускорение поршня в относительном движении в цилиндре [см. также выражение (4) ]

или пренебрегая последним членом этого уравнения, получим w = ею2 cos у.

Ускорение поршня должно учитываться при расчете неразрыв­ ности потока жидкости, а сила инерции — при расчете действу­

ющих на него сил, и, в частности, при расчете давления подпиточных насосов (см. стр. 248).

Сила инерции. Максимальное значение силы инерции поршня в относительном движении с достаточной точностью описывается

§ 33. Равномерность подачи (потока) жидкости

Равномерность подачи. Мгновенная расчетная (геометрическая) подача одного поршня пропорциональна относительной ско­ рости 1>отн его движения в цилиндре

Подставив в данное выражение значение потн из уравнения (44), получим выражение для мгновенной подачи одного поршня:

Подача жидкости насосом имеет неравномерный пульсиру­ ющий характер. Она слагается из суммы подач отдельных порш­

мент с полостью нагнетания.

116

Иначе, суммарная мгновенная подача всех поршней, находя­ щихся в рабочей полости, составит

жений.

Индекс п означает суммирование по всем поршням, одновре­ менно находящимся в полости нагнетания. Для четного значения г

z z+ 1 z— 1

индекс равен у , а для нечетного —£— или —^— •

Выражение для подачи жидкости гидромашины может быть представлено также в виде (см. стр. 75)

Отношение расхода QTжидкости к удельному объему до опре­ деляет угловую скорость вращения вала гидромашин:

При равномерном угловом размещении цилиндров в блоке 1

В полости нагнетания (в одной полуплоскости относительно нейтральной оси — вертикальной для рис. 29 и 33 и горизонталь­

117

Из выражения (49) следует, что поскольку одновременно действует несколько поршней (замыкателей), каждый из которых принимает участие в процессе нагнетания в течение конечного, весьма краткого промежутка времени, и подача каждого носит дискретный характер, расчетная подача жидкости насосом будет пульсирующей, причем чем больше число поршней, тем меньше будет амплитуда и больше частота пульсаций подачи. Для одно­ рядных насосов с четным числом цилиндров число пик, приходя­ щееся на угол поворота 180°, равно числу цилиндров, а для на­

сосов с нечетным числом — удвоенному числу цилиндров. Ампли­ туда пульсаций подачи при нечетном числе цилиндров будет со­ ответственно меньшей, чем при четном.

Так как по окружности блока цилиндров расположено г порш­ ней, то образуется z сдвинутых по фазе 2я/г кривых подачи от­ дельных поршней. В результате колебание суммарного расхода поршней составляет относительно небольшую величину.

На рис. 34, а приведены расчетные графики колебаний подачи жидкости с числом цилиндров z = 5 и z = 6 в функции угла у =

118

= cot поворота цилиндрового блока, рассчитанные по формуле (49). Заштрихованные участки характеризуют степень неравномер­ ности подачи. Более высокая неравномерность подачи при четном числе цилиндров обусловлена тем, что цилиндры расположены диаметрально противоположно, т. е. в мертвом положении здесь одновременно будут находиться два цилиндра.

Поскольку величина г значительно превышает величину эксцентриситета е, правым членом уравнения (44) можно прене­ бречь; в результате получим чисто синусоидальный закон мгно­ венной подачи одним поршнем

Применение этой упрощенной формулы отразится на харак­ тере пульсаций подачи, характер колебаний которых будет гар­ моническим.

На рис. 34, б приведены графики колебаний подачи, построен­ ные по закону синуса по уравнению (50).

Пульсация подачи жидкости оказывает влияние на поведение системы в переходных режимах работы, возбуждая колебания давления жидкости. Колебания подачи являются одной из основ­ ных причин возникновения вынужденных колебаний гидропри­ вода, могущих привести к резонансу. Частота колебаний, рав­ ная /, = zn при четном числе цилиндров z и /, = 2zti — при не­ четном z (где п — частота вращения в об/с), называется Коммута­ ционной частотой.

Неравномерность (пульсацию) потока жидкости обычно оцени­ вают коэффициентом, характеризующим отношение изменения текущего расхода (амплитуды волны мгновенной подачи) к сред­ нему его значению:

ства г цилиндров, так и от четности или нечетности их числа.

119