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

верхности, под действием потока жидкости и опускаются на эту поверхность под действием пружины.

Движение и открытие нагнетательного клапана рассчитывается по уравнению равенства объемов жидкости, вытесняемой порш­ нем и протекающей через каналы клапана:

При известных условиях может возникнуть стук клапанов, вызванный ударами их о седло, в результате которых узел рас­ пределения может выйти из строя. Стук клапана, нагруженного пружиной, обычно возникает при совпадении собственных колеба­ ний подвижных его частей с вынужденными колебаниями (пуль­ сацией) давления жидкости.

За критерий безударной работы клапана обычно принимается

с > т о 2,

где с — жесткость пружины; т — масса клапана;

со — частота пульсаций давления.

Вероятность появления указанных дефектов в работе клапа­ нов повышается с увеличением частоты вращения насоса. Опыт показывает, что при рациональном подборе параметров клапана можно обеспечить надежную его работу при частоте вращения вала до 6000—8000 об/мин.

Сцелью снижения сопротивления потоку жидкости скорость

еетечения через всасывающий клапан самовсасывающих насосов выбирают примерно 1,5 м/с и лишь при применении в качестве рабочей жидкости маловязких масел — до 3 м/с.

Следует отметить, что насос с клапанным распределением не может быть использован в качестве гидромотора, т. е. машина с клапанным распределением необратима. Кроме того, подобный насос не допускает изменения направления вращения.

Для большей компактности рассматриваемых насосов цилиндры обычно располагают звездообразно с пересечением их осей в об­ щем центре 5 (рис. 48, а). Привод поршней 1 осуществляется кулачком 4, к которому поршни прижимаются пружинами 2 через проставки 3. Центр 5 вращения кулачка 4 смещен относи­ тельно геометрической оси на величину е, определяющую ход поршня.

160

Выпускаются также многорядные насосы с расположением цилиндров в ряд по оси кулачкового вала (рис. 48, б), несущего соответствующее число эксцентриковых кулачков, фазы которых смещены на угол Р = 360/z, где z — число цилиндров. Средняя расчетная подача этого насоса определится по выражению

QT = 2efzn.

В насосах с приводом поршней от коленчатого вала (рис. 48, б) ввиду необходимости расположения цилиндров вдоль оси (в ли­ нию) увеличиваются габариты насоса в осевом направлении. Кроме этого недостатка, при применении большого числа цилинд­ ров усложняются вопросы обеспечения жесткости вала. Ввиду

Рис. 48. Схемы насосов с кулачковым приводом

этого число цилиндров в насосах такого типа ограничено обычно тремя-четырьмя.

Насос подобного типа может быть выполнен также по схеме, изображенной на рис. 48, в. Привод поршней 6 в этом насосе осу­ ществляется при помощи эксцентрикового (кривошипного) ва­ лика 8, при вращении которого внешняя обойма 9 шарикопод­ шипника, посаженного на кривошип, сообщает качательные дви­ жения рычагам 7, которые, в свою очередь перемещают поршни 6. Перемещение поршней к центру (ход всасывания) осуществляется

На эксцентричной шейке приводного вала 4 помещен роликовый подшипник 5; его внешняя поверхность выполнена в виде призма-

т

162

Нагрузка эксцентрика со стороны каждого цилиндра опреде­ ляется давлением р жидкости на площадь / сечения цилиндра:

ndj Р = Р[ = ~4~Р,

причем часть этой нагрузки передается непосредственно через жидкость, омывающую эксцентрик:

я4

РЖ= Р 4

Рис. 50. Гидромашины с полыми поршнями

а часть — через полый поршень:

р_ я (di ~ dl)

ставляется возможным уменьшить контактное напряжение до любого малого значения, при котором была бы обеспечена проч-

164

ность полого поршня, нагружаемого внутренним давлением жидкости.

Для возможности снижения контактного напряжения без на­ рушения механической прочности поршневой втулки внутренний ее конец, которым она опирается на эксцентрик, выполнен утол­ щенным с диаметром d3 > сД. Контактное давление в этом случае определится из выражения

Применение полых поршней имеет преимущество также и в на­ сосах с плоскими опорами (рис. 50, б; см. также рис. 49, а). Внутренний конец поршня 1 с плоским уширенным основанием опирается на плоскую опору 3 эксцентрика. Соответствующим выбором размеров уширенного основания поршня представляется возможным уменьшить контактное напряжение до требуемого значения при одновременном обеспечении прочности поршня.

Последние насосы, помимо отмеченных выше положительных качеств (см. стр. 163), позволяют обеспечить высокую герметич­ ность торцового стыка поршня и плоской опоры. Распределение жидкости производится обычно с помощью золотников 4, сидя­

стоте вращения 300 об/мин и выпускаются на крутящий момент до 1000 кгс-м при давлении 250 кгс/см2.

Дальнейшим усовершенствованием гидромашин с полыми

с помощью пружины 8 к эксцентрику 10, и второй поршень 7, надетый на поршень 6 и опирающийся на сферическую про­ ставку 5. Герметизация контакта торца поршня 6 с эксцентри­ ком 10 и торца поршня 7 по проставке 5 достигается приработкой этих поверхностей, а герметизация поршней б и 7 между собой — с помощью круглого резинового кольца 9.

Применение телескопической схемы упростило герметизацию соединений.

§41. Эксцентриковые насосы

склапанно-щелевым распределением

Ввиду того, что всасывающие клапаны ограничивают частоту вращения насосов, а насосы с принудительным приводом клапанов (рис. 51, а) громоздки, применяют насосы с клапанно-щелевым распределением, в которых клапаны устанавливают лишь в на­ гнетательных гидролиниях цилиндров, всасывание же осуще­ ствляется через специальные окна (щели) в стенках цилиндров.

165

Схема поршневого элемента эксцентрикового насоса с подоб­ ным распределением показана на рис. 51, а. Поршни условно изо­ браженных двух цилиндров находятся в противоположно край­ них положениях, всасывание происходит через каналы а после того, как плунжер b при своем движении откроет круговую про­ точку с в цилиндре, связанную с этим каналом. Величина эксцен­ триситета е приводного кулачка d в подобном насосе определяет

Рис. 51. Схема (а) и график подачи (б) насоса с клапанно-щелевым распреде­ лением

полный геометрический ход плунжера (h — 2е), однако рабочим ходом является лишь часть этого хода. Вытеснение жидкости происходит (на пути йраб) после того, как плунжер, утапливаясь в цилиндр, отсечет кро>мки всасывающей камеры с; всасывание жидкости (на пути hBC) — после того, как плунжер при движении к оси эксцентрика отсечет кромки всасывающей камеры, соеди­ нив ее с цилиндром. Всасывание (заполнение жидкостью цилиндра) будет продолжаться также и при обратном проходе поршнем этого пути (hBC) и в цикле нагнетания (до перекрытия поршнем всасы­ вающего окна).

Поскольку вытеснение жидкости в нагнетательную линию происходит в этом насосе лишь на части хода плунжера, подача, а также характер потока, будут существенно отличаться от этих параметров ранее рассмотренных насосов.

Из схемы на рис. 51, а видно, что рабочий ход плунжера

/ i p t g h 2е /гвс,

166

где /iBC= h — Драб — ход всасывания, равный пути плунжера, совершаемому им в режиме всасывания от места от­ сечки кромок камеры с до нейтрального (максималь­ ного выдвинутого) положения, или величина пути плунжера от начала хода вытеснения жидкости до перекрытия им кромок всасывающей камеры.

В воответствии о этим средняя расчетная подача насоса

Qт 3t* fhраб^П=== J '* 2 hBC) И,

где z и п — число цилиндров и частота вращения насоса. Практически ход всасывания выбирается в зависимости от

ние Авс может привести к неполному заполнению цилиндра жид­ костью и соответственно к снижению подачи насоса и ухудше­ нию режима его работы.

Угол поворота эксцентрика (вала) от нейтрального (уплотнен­ ного) положения плунжера до положения, при котором торец подходит в режиме хода всасывания к кромке всасывающей ка­ меры (проточки) с (или, иначе, угол от начала движения плун­ жера в ходе всасывания, в пределах которого жидкость в ци­ линдр не поступает и в нем развивается вакуум), обычно равен 55—60°. При уменьшении этого угла ухудшается всасывание насоса, а при увеличении растут пульсации давления вследст­ вие наличия обратного потока жидкости в цилиндр.

Учитывая, что движение поршня происходит по закону синуса,

Поскольку рабочий ход плунжера насоса с подобным распреде­ лением составляет лишь часть полного (геометрического) хода, неравномерность подачи, а следовательно, и пульсация давления будет выше, чем у насосов, в которых геометрический ход является и рабочим ходом.

Связь плунжеров b с кулачком й осуществляется с помощью пружин или иных средств.

На рис. 51, б представлен график потоков, создаваемый порш­ нями подобного насоса. Заштрихованная площадка характери­ зует подачу одним цилиндром на пути Лраб, незаштрихованная — ход всасывания Лвс.

Клапанно-щелевое распределение обеспечивает высокую гер­ метичность и по сравнению с другими видами распределения менее

167

чувствительно к загрязнению жидкости. Однако такие распреде­ лительные устройства имеют большие габариты и не допускают реверсивности работы насоса при высокой частоте вращения (превышающей 4000—6000 об/мин). Отличительной особенностью насоса с клапанно-щелевым распределением является его необра­ тимость, т. е. этот насос не может работать как гидромотор.

На рис. 52 представлена конструкция многопоршневого насоса с клапанно-щелевым распределением. Цилиндры выполнены в виде съемных сегментов 14, монтируемых на неподвижном цилиндро­ вом блоке. Каналы цилиндров, ведущие от клапанов нагнетания, соединены круговым литым каналом 1 в корпусе 10 с каналом нагнетания 11. Уплотнение в месте стыка этих каналов, т. е. стыка сегментов 14 с плоскостью корпуса 10, осуществлено при помощи резинового кольца 3. Сегменты 14 к корпусу 10 прикре­ пляются шпильками 9.

Жидкость из бака через всасывающий штуцер 12 поступает во внутреннюю полость корпуса насоса, откуда через проточки (окна) 5 в стенках цилиндров и сверления 15 всасывается в ци­ линдры при ходе поршней в направлении к центральной части насоса.

Процесс всасывания и нагнетания происходит в следующем порядке. При ходе какого-либо поршня 4 к центру насоса соответ­ ствующий клапан нагнетания 2 закрывается и поршень создает в цилиндре вакуум. После того как поршень при дальнейшем движении откроет проточку 5, жидкость из полости корпуса, соединенной с резервуаром, поступит через нее в цилиндр. Пор­ шень 4 при движении от центра насоса после того как проточка 5 будет перекрыта, выдавливает жидкость через клапан 2 в канал 1 нагнетания насоса^

Привод поршней 4 осуществляется эксцентриковым валиком 8, несущим кольцо 7, с которым при помощи пальца 6 и сухарей 13 связаны поршни.

§ 42. Радиально-поршневые высокомоментные гидромоторы

При необходимости получения большого крутящего момента применяют высокомоментные гидравлические двигатели (гидро­ моторы) однократного и многократного действия, причем в мо­ торах многократного действия в каждой рабочей камере совер­ шается за один оборот выходного вала соответственно несколько рабочих циклов. Эти гидромоторы нашли применение в строитель­ ных и дорожных машинах, в горных машинах и др.

Благодаря малым габаритам и высоким динамическим каче­ ствам двигателя, а также простоте автоматизации управления применение таких гидродвигателей особенно рационально в гор­ ных машинах, эксплуатирующихся в стесненных условиях

169