3.3. Розрахунок вузла розподілу рідини
В об’ємних гідромашинах використовуються цапфенний, торцьовий, золотниковий, клапанний та клапанно-щільовий розподіли рідини.
Проектуючи вузол цапфенного розподілу, який використовується в радіально-поршневих, і рідше в аксіально-поршневих і пластинчастих гідромашинах, необхідно забезпечити слідуючі вимоги [2,3]:
1) напруження на згин у цапфі і вигин цапфи не повинні виходити за допустимі межі; вигин цапфи
, (17)
де δ – діаметральний зазор між втулкою ротора і цапфою. Як правило, δ = (0,41...0,81)10-3D і становить 0,03...0,04 мм (D – діаметр цапфи, мм).
2) швидкість ковзання втулки ротора і швидкість течії робочої рідини в отворах цапфи не повинні перевищувати допустимих значень. Для регульованих насосів швидкість ковзання приймають vc ≤ 4 м/с. У реверсивних гідромашин, які включаються в гідросхему з живильним насосом, середня швидкість рідини в отворах цапфи приймається vр = 2...5 м/с, причому більші значення беруться для машин більших розмірів. У нереверсивних машин на всмоктуванні vр = 0,5...1,5 м/с, на нагнітанні vр = 3...7 м/с.
Розміри каналів гідромашин також визначаються за середніми швидкостями vр протікання в них рідини. За СЭВ РС 3644-72 для напірних гідропроводів рекомендуються залежно від тиску такі швидкості протікання рідини в них (табл. 3.3).
Таблиця 3.3 - Швидкості протікання рідини в напірних гідропроводах
|
р, МПа |
2,5 |
6,3 |
16 |
32 |
63 |
100 |
|
vр, м/с, не більше |
2 |
3,2 |
4 |
5 |
6,3 |
10 |
Для ліній зливання рідини vр ≤ 2 м/с, всмоктування vр ≤ 1,2 ...1,5 м/с, дренажу vр ≤ 0,2 м/с.
3) ротор на розподільній осі повинен знаходитись у виваженому стані, для чого необхідно використовувати гідростатичне розвантаження.
Діаметри цапфи D і напрямляючої Dн (см) можуть бути попередньо визначені за емпіричними залежностями [1]
(18)
де k1, k2, k3 – коефіцієнти, значення яких залежно від тиску наведені в табл. 3.4; q – робочий об’єм, см3/об.
Таблиця 3.4 – Значення коефіцієнтів k1,k2,k3 в залежності від тиску
|
р, МПа |
k1 |
k2 |
k3 |
|
7,5 |
0,026 |
1,31 |
6,9 |
|
15 |
0,04 |
1,5 |
7,8 |
Відстань між осями отворів у цапфі приймають приблизно 0,19D, довжина l і зовнішній діаметр D3 втулки цапфи визначаються співвідношеннями l ≈ 1,68D; D3 ≈ 1,4D.
Площу
одного овального вікна втулки вибирають
приблизно такою, що дорівнює 0,47 від
площі поршня, а його ширину – 9,74 від
діаметра поршня. Величину позитивного
перекриття у вузлі приймають ∆ = 1 мм
для машин з
см;
∆=2 мм при
;
∆=3 мм при
.
Для торцьового розподілу рідини, що використовується в аксіально-поршневих, пластинчатих, рідше в радіально-поршневих гідромашинах, рекомендується проводити проектувальні [1] і перевірочні [19] обчислення. Тут на основі дослідних даних [15] повинні виконуватися такі співвідношення:
і
(19)
де ∆Р – різниця між силами, притискуючими блок циліндрів до розподілювача, і віджимаючими; Рн – рівнодіюча сил, що притискують блок до розподілювача; ∆М – перекидній момент блока циліндрів відносно площини розподілу; х – координата точки прикладення сили відносно осі блока циліндра.
За тиску нагнітання рн > 5 МПа у аксіально-поршневих і пластинчатих машин на розподільних вікнах виконуються розвантажувальні канавки, які запобігають виникненню гідравлічного удару і пульсації тиску при з’єднанні робочої камери з порожнинами машини, що віддають і приймають рідину. Розміри канавок обчислюються за [5,19].
Розрахунок золотникових розподілювачів наведено в [2,4,11,15,16,19-23].
Клапанний розподіл використовується, як правило, за тиску рідини понад 25 МПа [4,21,24-26].
За клапанно-щільового розподілу рідини відпадає необхідність в усмоктувальному клапані, що знижує втрати на усмоктуванні. Проте в цьому випадку не використовується повний хід поршня [2].
Знаючи розміри витіснювачів, робочих камер і вузла розподілу, приступають до виконання загального вигляду машини, проводячи паралельно необхідні обчислення.