Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Элементы объемного гидропривода. Учебное пособие
.pdf
31
изменение подачи от нулевой до максимальной осуществляется
32 4 5
8
7
d
b
1
a
h
6
D
D
D
в некоторых типах этих насосов за 0,04 с [2].
В этих гидромашинах наиболее распространенное число
цилиндров 7–9 с диаметрами 10–50 мм. Типовая частота вращения 1000 – 2000 об/мин, но известны насосы с частотами вращения 5–10 об/мин и 20000–30000 об/мин.
Насосы и гидромоторы с аксиальным расположением
цилиндров применяются при давлениях 21 – 35 МПа и имеют
объемный КПД о=0.97 – 0.98. Общий КПД машин этого типа
около 0.95.
Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов
являются цилиндры, аксиально расположенные относительно
оси ротора, а вытеснителями – поршни. В зависимости от
конструк-тивного исполнения аксиально-поршневые
гидромашины бывают двух типов: гидромашины с наклонным
блоком цилиндров (оси вращения ротора и ведущего звена
пересекаются) (рис. 3.8) и с наклонным диском (оси вращения
ротора и ведущего звена совпадают) (рис. 3.10).
Рис. 3.8. Гидромашины с наклонным блоком цилиндров:
1 – золотник; 2 – блок цилиндров; 3 – поршень; 4 – шатун; 5 –
ведущий диск; 6 – карданный шарнир; 7 – канал для жидкости; 8
– ведущий вал
32
В гидромашинах с наклонным блоком ось 2 вращения блока
цилиндров наклонена к оси вращения вала 8. В ведущий диск 5
вала заделаны сферические головки шатунов 4, закрепленных
также при помощи сферических шарниров в поршнях 3.
Синхронизация вала и блока в машине осуществляется
шатунами, которые, проходя поочередно через положение
максимального отклонения от оси поршня. При вращении блока
цилиндров и вала вокруг своих осей поршни совершают
относительно цилиндров возвратно-поступательное движение.
Внешний вид машины с наклонным блоком приведен на
рис. 3.9.
Рис. 3.9. Гидромашины с наклонным блоком цилиндров
Поршни 3 скользят в цилиндрах практически без
поперечных нагрузок и их функции сводятся к герметизации
цилиндров. Крутящий момент снимается с ведущего диска 5.
Поэтому, с одной стороны, устраняется износ поршней и
цилиндров и обеспечивается высокий механический КПД
машины, а с другой стороны, требуются применение мощных
опор и подшипников качения. Угол наклона вала 8
относительно оси блока цилиндров 2 определяет величину хода
h поршня, от которой зависит идеальная подача Q.
33
3
d
1
2
D
h
a
7 1
b
Рис. 3.10. Гидромашиныс наклонным диском:
1 – пружина; 2 – поршень; 3 – наклонный диск
В машинах с наклонным диском (рис. 3.10) поршни 2
опираются на наклонный диск 3 через сферические головки.
Развиваемое ими усилие вращения передается в результате
скольжения поршней по наклонному диску на блок цилиндров.
Крутящий момент передается через поршни на блок цилиндров
и далее на центральный вал. Поршни в этом случае работают на
изгиб.
Угол отклонения наклонного диска ограничен величиной
15...18° в результате роста контактных нагрузок. У гидромашин
с наклонным блоком цилиндров значение ограничено только
условиями конструкции, обычно =25…30.
Рис. 3.11. Гидромашиныс наклонным диском
Важнейшим узлом роторно-поршневых гидромашин
является система распределения. В аксиально-поршневых
машинах, как правило, применяют системы распределения
34
торцового типа (рис. 3.11) При работе машины торец блока
цилиндров скользит по поверхности распределительного
золотника 1. Причем цилиндры попеременно соединяются с
окнами a или b золотника, а далее с магистралями всасывания и
нагнетания.
С одной стороны, система распределения жидкости
является упорным подшипником, воспринимающим сумму сил
давления от всех цилиндров. С другой стороны, она является
переключателем соединения цилиндров с линиями p1 и p2, а
также вращающимся уплотнением, разделяющим линии p1 и p2
одну от другой.
Рабочий объем аксиально-поршневой гидромашины может
быть вычислен по формуле
, (3.9)
где Dб – диаметр окружности расположения поршней в блоке
цилиндров; d – диаметр поршня.
Из (3.9) величину хода поршней можно определить по
формуле
h= . (3.10)
Диаметр поршня dнасоса приближенно подсчитывают по
формуле
где Vц – рабочий объем одного цилиндра; i=h
, (3.11)
/d (величину
max
iвыбирают обычно в пределах 1–2).
Для расчета диаметра d поршня гидромотора, исходя из его
рабочего объема Vo(расчетного расхода за один оборот) в см3,
используют практическое выражение
. (3.12)
Диаметр поршня гидромотора, исходя из крутящего
момента , можно рассчитывать по формуле
. (3.13)
Рекомендуемое число цилиндров гидромотора выбирают из
приведенного ряда:
35
Таблица 3.2
Расход на один
оборот в см
3
<100
100-250
>250
Число
цилиндров, z
7 9 11
Рекомендуемое число цилиндров гидромотора
Диаметр Dбокружности цилиндрового блока, на которой
расположены оси цилиндров, и наружный диаметр Dблока,
рассчитывают по формулам
Dб=(0.350.4)dz;
D=Dб+1.6d. (3.14)
Рассмотрим несколько расчетных примеров [2].
Пример 1. Рассчитать параметры аксиально-поршневого
насоса с подачей Q=162 л/мин при перепаде давления pн=70
кгс/см2.
Решение: Принимаем величину полного КПД п=0.9. В
этом случае приводная мощность определяется из формулы (2.8)
и (2.20)
.
Величина идеальной подачи при о=0.95 определяется по
формуле (2.5)
Qи=Q/o=162/0.95=170 л/мин.
Выбираем частоту вращения n=900 об/мин и число
цилиндров z=7; объем цилиндра для обеспечения этой подачи
находим из выражения (2.1)
,откуда
=0.0135 дм3=13.5 см3,
Sh=Vц=
где S и h - площадь и ход поршня.
Диаметр осевой окружности блока Dб=2Rи ход hпоршня
связаны соотношением (примем =20)
h=2Rtg()=2Rtg(20)=0.364R=0.364Dб/2,
где R=Dб/2– радиус окружности, проходящей через оси
цилиндров блока.
36
Предположим, что 75 % длины окружности 2R занято цилиндрами, получим выражение для расчета диаметра поршня:
d=2Rsin(
)=0.66R.
Учитывая, что VЦ=(d2/4)h=13.5 см3, имеем после
подстановки
; R= см; d=3.15 см.
Отсюда требуемый ход поршняh=1.75 см.
Ответ: Nп=20.6 кВт; Qи=170 л/мин; Vц=13.5 см2; d=3.15 см;
h=1.75 см.
Пример 2. Рассчитать основные параметры аксиально-
поршневого насоса с наклонным дискомс реальной подачей
Q=100 л/мин при давлении p=200 кгс/см2.
Решение: Принимаем число цилиндров z=9 и частоту
вращенияn=1500 об/мин. Выбрав величину объемного
КПДо=0.95,находим расчетную подачу насоса:
Qи=Q/o=100/0.95=105 л/мин = 105 000 см3/мин.
Рабочий объем насоса:
Vo=QИ/n=105000/1500 = 70 см3.
Рабочий объем одного цилиндра:
VЦ=Vo/z=70/9=7.7 см3.
Диаметр плунжера (поршня):
d=
В целях создания благоприятных условий нагружения
плунжеров боковой силой выбираем
i=h
/d=1.5.
max
В этом случае диаметр цилиндра
d=
=1.5 см = 15 мм.
Находим диаметр Dбокружности цилиндрового блока, на
которой расположены оси цилиндров
Dб=0.4dz=0.4159=52 мм.
Из выражения для вычисления рабочего объема насоса
Vo=Dбtg()(d2/4)zнаходим угол наклона диска, при котором
будет обеспечен при данных параметрах требуемый рабочий
объем насоса:
37
tg()=(4Vo)/(3.14Dб1,529)=0,82.
Расчетная мощность насоса
л.с. = 32.7 кВт.
Приняв значение механического КПД равнымм=0.9,
находим приводную мощность
л.с. (36.8 кВт).
Ответ: Qи=105 л/мин; Vo=70 см3; VЦ=7.7 см3; d=1.5 см;
D
=52 мм; =32.7 кВт;
б
=36.8 кВт.
Изучив свойства основных типов роторно-поршневых
гидромашин, можно сделать выводы о возможностях их
применения.
Радиально-поршневые насосы можно изготавливать без
подшипников качения для рабочих органов, уравновешивая их
целиком гидростатически, поэтому на чистой жидкости они
способны длительно работать при весьма высоких давлениях. У
них легко регулируется величина V0. Однако величина частоты
вращения этих насосов ограничена центробежными силами, а
момент инерции ротора и радиальные габаритные размеры
машин относительно велики. Поэтому радиально-поршневые
гидромашины редко используют в качестве быстроходных
гидромоторов [3].
Аксиально-поршневые гидромашины с наклонным диском
наиболее просты в изготовлении, благоприятны по
нагруженности подшипников, имеют малые габаритные размеры
и удобную для встраивания форму, легко регулируются, однако
уступают другим типам роторно-поршневых гидромашин по
КПД. Область их применения – насосы и гидромоторы
подвижных комплексов. Благодаря облегчению
подшипникового узла и соосности вала с поршнями, машины с
наклонным диском меньше по габаритным размерам и,
следовательно, удобны при встраивании в агрегаты.
Гидромашины с наклонным блоком цилиндров имеют
высокий КПД и хорошую жесткость характеристики. Однако
регулируемые насосы этого типа велики по габаритным
размерам. Нерегулируемые и регулируемые гидромоторы этого
типа из-за малых механических потерь и утечек имеют наиболее
38
широкий диапазон устойчивых частот вращения и высокого
КПД, хотя и уступают по удобству встраивания гидромашинам с
наклонным диском. Поэтому гидромашины с наклонным блоком
цилиндров благодаря хорошей жесткости характеристик и
значению КПД применяют в следящих гидроприводах высокой
точности.
В последние годы широкое распространение получили
гидропередачи подвижных комплексов, состоящих из насосов с
наклонным диском и гидромоторов с наклонным блоком
цилиндров, представляющих собой оптимальное сочетание по
встраиваемости, КПД и диапазону частот вращения выходного
вала [3].
3.4. Пластинчатые гидромашины
Пластинчатые гидромашины получили широкое
распространение благодаря малым габаритным размерам,
удобству встраивания и высокому КПД. Стоит, также отметить
относительно простое конструктивное исполнение этих
гидромашин при высоком рабочем объеме. Эти машины
получили в практике также название лопастных. Объемный
КПД таких машин о=0.7…0.93, а общий КПД =0.5…0.82.
Обычно пластинчатые гидромашины применяют до давлений 12
МПа.
Основными частями простейшего пластинчатого насоса
однократного действия (рис. 3.12) являются вращающийся ротор
3, помещенный с эксцентриситетом е в неподвижном кольце
статора 4. В пазах ротора 1 находятся пластины 5, способные
при вращении перемещаться радиально. Их наружные концы
скользят по окружности радиусом R. В статоре прорезаны окна 6
и 2, соединенные с подводящей и отводящей линиями
соответственно. Дуги перемычек между окнами 2 и 6
соответствуют угловому шагу между пластинами 2/z (где z–
число пластин). Пластинчатые насосы могут изготавливаться не
только с радиальным, но и тангенциальным расположением
пластин. Внешний вид пластинчатого насоса приведен на
рис. 3.13.
39
3
4
5
6
2
1
O
A
B
R
e
Q
н1
Q
н2
2e
d
p
1
p
2
r
a
r
Рис. 3.12. Основные части простейшего пластинчатого насоса
однократного действия
Рис. 3.13. Внешний вид пластинчатого насоса
Рабочий объем пластинчатой машины определяется
радиусом статора Rи активным радиусомrа ротора, связанными
соотношением R-rа=е. Радиус rабольше радиусаrротора на
величину минимального зазора между ротором и статором
против «мертвой» точки B. Если объем между двумя соседними
пластинами находится против нижней «мертвой» точки B, он
минимален, при нахождении против верхней «мертвой» точки
A– максимален. За один оборот ротора из области с давлением
p1в область с давлением p2переносится z объемов (по числу
пластин). Рабочий объем пластинчатой гидромашины
40
однократного действия найдем в соответствии с рис. 3.14 [7].
2
1
R
r
00
1
e
d
zz
Обозначим текущее расстояние координаты O1A=().
Приближенно рабочий объем найдем как произведение разности
максимального и минимального объемов рабочих камер 1 и 2 на
число z.
V
=bz
0п
=
= , (3.15)
где b – ширина ротора.
С учетом конечной толщины d пластины часть рабочих
камер теряется, поэтому величина потерянного объема равна
Vп=zbd[(R+e-r)-(R-e-r)]=2bedz (3.16)
и рабочий объем
V0=V0п-Vп=2be(2R-dz). (3.17)
Рис. 3.14. Схема для поиска рабочего объема
пластинчатойгидромашины однократного действия
Минимальный пусковой момент, развиваемый
пластинчатым гидромотором однократного действия, может
быть вычислен по формуле
M
При работе пластины должны быть прижаты к статору.
Начальный прижим пластин в насосе обычно осуществляется
=beRpм[2cos2(/2z)-(e/Rsin2(/z))]. (3.18)
min
под действием центробежных сил или пружин.Рабочий прижим
в машинах высокого давления производится под действием
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]