Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Элементы объемного гидропривода. Учебное пособие
.pdf
21
Окончание таблицы 3.1
Наименование
Обозначение
Гидромотор, регулируемый с
нереверсивным потоком, с
неопределенным механизмом
управления, наружным дренажом,
одним направлением вращения и двумя
концами вала
Насос-мотор, нерегулируемый с одним
и тем же направлением потока (а), с
реверсивным направлением потока (б),
с любым направлением потока (в)
Насос-мотор, регулируемый с одним и
тем же направлением потока (а), с
реверсивным направлением потока (б),
с любым направлением потока, с
ручным управлением, наружным
дренажом и двумя направлениями
вращения (в)
Насосшестеренный
Насосвинтовой
Насоспластинчатый
Насосрадиально-поршневой
Насосаксиально-поршневой
22
Более полно графические обозначения гидромашин
Всасывание
1
2
3 4
5
6
Нагнетание
h
e
представлены в ГОСТ 2.782-96.
3.1.Радиально-поршневые гидромашины
В радиально-поршневых насосах вытеснителями являются
поршни или плунжеры, которые располагаются
перпендикулярно оси вращения.
На рис. 3.3 представлена конструктивная схема радиальнопоршневого насоса однократного действия с плунжерами в
качестве вытеснителей. Жидкость в таком насосе вытесняется из
рабочих камер в процессе вращательно-поступательного
движения вытеснителей. Основным элементом насоса является
ротор 4 с плунжерами 5, который вращается относительно
статора 6.
Рис.3.3. Конструктивная схема радиально-поршневого насоса:
1 – полость всасывания и нагнетания; 2 – перемычка; 3 –
пружина; 4 – ротор; 5 – плунжер; 6 – статор
Расстояние смещения оси ротора и статора называется
эксцентриситетом e. Полости всасывания и нагнетания роторно-
23
поршневого насоса располагаются в центре и разделены
перемычкой 2.
При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе с ротором
4 и одновременно скользят по статору 6. За счет этого действия
и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратнопоступательное движение плунжеров 5 относительно ротора 4.
Когда рабочая камера перемещается из верхнего положения в
нижнее, её объем увеличивается. При этом перемещении через
отверстие в роторе 4 она соединяется с полостью всасывания,
обеспечивается её заполнение рабочей жидкостью. При
обратном перемещении её рабочий объем уменьшается и
происходит вытеснение жидкости в полость нагнетания.
Таким образом,вытеснители, вращаясь вместе с блоком
цилиндров, участвуют одновременно в возвратнопоступательном движении в радиальном направлении, так как
они опираются на кольцевую направляющую поверхность
статора.
Поршни опираются на статор при работе машины в
качестве насоса при помощи пружин или при помощи сил
давления вспомогательного насоса. В некоторых радиальнопоршневых насосах поршни опираются на статор при помощи
центробежных сил. Силы трения поршней о статор уменьшают
путем изготовления промежуточной обоймы, вращающейся по
роликам.
Большой подачей и крутящим моментом обладают насосы с
цилиндрами, расположенными в несколько рядов, т.е. оси
рабочих органов располагаются в нескольких параллельных
плоскостях.
Рабочий объем насоса можно вычислить по формуле
V0=(d2/4)hz, (3.1)
где d, h и z – диаметр, ход поршня и число поршней.
С учетом того, что h=2e, получим:
V0=(d2/2)ez. (3.2)
Тогда идеальная подача для такого насоса в соответствии с
(1.1) будет следующая:
Qи=(d2/2)ezn. (3.3)
24
Наиболее простым способом регулирования величины и
Q
q
i
реверсирования подачи жидкости является изменение величины
и знака эксцентриситета e. При положительной величине
эксцентриситета e>0 подача будет положительной, при e=0
подача будет равна нулю, при e<0 (смещение оси ротора ниже
оси статора на рис. 3.2) нагнетающая и всасывающая полости
поменяются местами и подача будет отрицательной.
Подача жидкости гидронасосом имеет пульсирующий
характер и слагается из суммы подач отдельных поршней:
Q=
, (3.4)
где qi – текущие значения подачи i-го цилиндра;m – число
цилиндров, соединенных в текущий момент с полостью
нагнетания (m=(z1)/2).
Так как в каждый момент времени несколько поршней
принимают участие в нагнетании жидкости и подача каждого
носит дискретный характер, расчетная подача будет
пульсирующей. Очевидно, что чем больше поршней, тем
меньше будет амплитуда и больше частота пульсаций. На
рис. 3.4 приведена зависимость подачи функции угла поворота
блока цилиндров (=t) для z=5 [6].
Рис. 3.4. Зависимость подачи функции угла поворота блока
цилиндров
25
Амплитуда пульсаций при нечетном числе цилиндров
меньшая, чем при четном. Это обусловлено тем, что при четном
числе цилиндров их расположение диаметрально противоположное и в "мертвом" положении будут находиться одновременно
два цилиндра.
Колебания подачи вызовут пульсации давления на выходе
насоса. Колебания давления могут вызвать разрушение
трубопроводов и гидроаппаратуры. Примечательно то, что
характер колебаний различен даже для однотипных насосов.
При номинальных режимах работы пульсация потока не должна
превышать 5 %, а пульсация давления – 15 % от средней величины.
В отличие от насоса к гидромотору предъявляются более
жесткие требования к обеспечению равномерности вращения.
Даже при равномерном потоке рабочей жидкости и отсутствии
нагрузки на валу гидромотора возникающая неравномерность
обусловлена кинематическими и конструктивными
особенностями. Кинематический фактор выражается в
переменном значении потребляемого гидромотором объема
жидкости (различное заполнение цилиндров в каждый момент
времени). При высоких скоростях неравномерность угловой
скорости сглаживается силами инерции вращающихся масс и
жидкости, а при малых скоростях проявляется заметно.
Неравномерность угловой скорости у гидромоторов
устраняют конструктивно: либо путем расчета оптимального
количества поршней, либо путем изготовления машин с
двухрядными роторами с нечетным в каждом ряду числом
поршней и угловым смещением блоков цилиндров относительно
друг друга.
Пример 1: Рассчитать параметры радиально-поршневого
насоса при pн=20 MПа с идеальной подачей Qи=55 л/мин и
числом цилиндров z=5.
Определить приводную мощность Nп, действительную
подачу Q, рабочий объем одного цилиндра Vk, диаметр поршня
d. Необходимыми данными задаться.
Решение: Приводную мощность насоса можно выразить из
формулы (2.10)
Nн=Nп/н=Qиpн/н.
26
Зададимся общим КПД насоса н=0.8, получим
Nн=5520/0.8=1375
=1375
22,9 кВт.
Действительную подачу определим по формуле (2.5)
Q=Q
ио
.
Зададимся объемным КПД насоса о=0.98, получим
Q=550.98=53.9 л/мин.
Зададимся частотой вращения насоса n=1200 об/мин и
рассчитаем рабочий объем по формуле (2.1)
V0=Qи/n=55/1200=0.0046 л.
Примем кратность действия насоса k=1 и рассчитаем
рабочий объем одного цилиндра из формулы (2.1)
Vk=V0/z=0.0046/5=9210-5 л.
Диаметр поршня найдем из формулы (3.2), приняв
величину эксцентриситета e=0.001 м
d=
м = 2.4 см.
Ответ: Nн=22,9 кВт, Q=53.9 л/мин, Vk=9210-5 л, d=2.4 см.
3.2. Высококомпонентные радиально-поршневые
гидромоторы
Высокомоментныегидромоторы являются самой
распространенной модификацией радиально-поршневых
гидромашин.
Наибольшее распространение они получили в
гидропередачах, обеспечивающих медленное и равномерное
вращение приводимого механизма, которое не зависит от
момента его сопротивления. Большой крутящий момент в них
достигается за счет увеличения рабочих ходов поршней за один
оборот ротора, что приводит к увеличению рабочего объема
машины. Такие гидромоторы позволяют получить частоту
вращения от долей оборота до нескольких десятков оборотов в
минуту [2, 5].
Эти гидромашины пригодны только для работы в режиме
двигателя с малой частотой вращения. КПД высокомоментных
гидромоторов согласуется с показателями наиболее
27
совершенных аксиально-поршневых гидромашин. Благодаря
относительно невысокойчастоте вращения, эти гидромашины
отличаются высокой надежностью и большим сроком службы.
Кроме того, особым преимуществом является возможность
непосредственного присоединения гидромотора и рабочего
органа без промежуточных редукторов в связи с низкими
оборотами машины.
На рис. 3.5 приведена конструкция гидромотора
шестикратного действия [3].
Основными элементами гидромотора являются статор 1,
поршни 2, ротор 3. Ротор установлен в расточках статора на
подшипниках 4, 5 и имеет одиннадцать цилиндров. В цилиндрах
установлены поршни 2 с ползунами 6. Рабочая жидкость
подводится в цилиндры ротора через каналы 7 торцевого
распределителя 8. Поршни 2 опираются на статор 1 роликами 9 с
опорами качения 10. При вращении ротора поршни,
находящиеся под давлением выдвигаются, а остальные –
вдвигаются и вытесняют жидкость из своих цилиндров в
сливную магистраль. Переключение цилиндров с магистрали на
магистраль происходит в момент полного выбега поршней (с
напорной на сливную) и в момент перехода роликов через
выступы статора (со сливной на напорную). За один оборот
ротора каждый поршень совершает 6 рабочих ходов.
Графики объемного о и общего КПД как функции
частоты вращения n и давления p для гидромоторов типа ВГД
приведены на рис. 3.6. Зависимость =f(p) снималась при
n=40 об/мин, а зависимость =f(n) – при p=100 кг/см2 [6].
Момент на валу высокомоментного гидромотора в
соответствии с (2.17) можно выразить как
M=pмV0/(2)=pмVkzk/(2)= pмhSzk /(2), (3.5)
где S – площадь поршня.
Получили распространение радиально – поршневые
высоко-моментные гидромоторыс неподвижными поршнями [5].
Конструкция гидромотора с тремя неподвижными поршнями (а)
и внешний вид мотора с пятью поршнями (б), приведена на
рис. 3.7. Основными конструктивными узлами гидромотора
являются ротор (кулачок) 1, статор 2, поршни 3 и шарнирная
28
опора скольжения 4. Рабочие камеры ограничены
A
A
1
2
3
А-А
О
П
4
5
6
8
7
9
10
p
1
p
2
цилиндрическими поверхностями корпуса, торцевыми
поверхностями поршней и корпуса. При подаче давления
нагнетания в рабочую камеру 5 сила давления жидкости создает
вращающий момент, поворачивающий кулачок 1 по часовой
стрелке.
Рис.3.5. Конструкция гидромотора шестикратного действия
29
о=f(p)
о=f(n)
=f(n)
=f(p)
0.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.98
,
о
0 20 40 60 80 100 120
p, кг/см
2
0 10 20 30
40
50 60 n, об/мин
1
2
3
4
5
Рис. 3.6. Графики объемного о и общего КПД как функции
частоты вращения n и давления p для гидромоторов типа ВГД
Рис. 3.7. Конструкция гидромотора с тремя неподвижными
поршнями (а) и внешний вид мотора с пятью поршнями (б)
В таких гидромоторах можно удобно расположить
несколько цилиндров вокруг ротора, соединенных параллельно с
общим подводом и отводом, чтобы обеспечить непрерывную и
выровненную подачу.
30
Идеальная подача Qи каждого качающего узла
определяется, согласно выражению (2.1), рабочим объемом
Vk=hS=2rS (3.6)
и частотой вращения n вала:
Qи=Vkn=hSn, (3.7)
где h=2r– полный ход поршня; r– радиус кривошипа; S–площадь поршня.
Если в насосе z качающих узлов, тополную идеальную
подачу можно определить по формуле
Qи=V0n=zShn. (3.8)
Для осуществления регулирования гидромотора можно
отводить часть рабочей жидкости из напорной линии во
всасывающую через управляемый перепускной клапан.
Подобное решение неэкономично, так как вся энергия,
сообщенная отводимой жидкости, рассеивается в виде теплоты
при дросселировании в клапане. В связи с этим наиболее
экономично регулировать подачу Qпутем изменения на ходу
насоса радиуса кривошипа r и, следовательно, его рабочего
объемаV0.
3.3. Аксиально-поршневые гидромашины
Роторная аксиально-поршневая гидромашина – это машина,
у которой рабочие камеры вращаются относительно оси ротора,
а оси поршней и плунжеров параллельны оси вращения или
составляют с ней угол меньше 45 [2]. Аксиально-поршневые
гидромашины отличаются наибольшей компактностью и массой
по сравнению с другими поршневыми гидромашинами при
прочих равных условиях, обладающие высоким КПД. Эти
насосы и гидромоторы получили широкое применение на флоте
многих стран при выполнении функций управления судном и
его подсистемами.
Наличие в конструктивном исполнении рабочих органов с
малыми габаритными размерами и, следовательно, с малым
моментом инерции, позволяет быстро, а главное в
широкихпределах,изменять частоту вращения вала. Например,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]