Лекция 6
Гидравлика
Объемные гидравлические машины
Поршневые насосы
Поршневой насос состоит из рабочего цилиндра, снабженного двумя клапанами (всасывающим и нагнетательным), и поршня. Поршень совершает возвратно- поступательные движения. Всасывающий трубопровод соединяет камеру цилиндра с резервуаром.
При ходе всасывания (поршень движется вправо) объем камеры увеличивается и создается разрежение. Всасывающий клапан открывается, и жидкость заполняет рабочую камеру цилиндра. Цилиндр заполняется жидкостью до тех пор, пока поршень не займет крайнее правое положение.
При ходе поршня влево в цилиндре увеличивается давление, под действием которого всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод.
Поршневые насосы
В процессе возвратно-поступательного движения поршня жидкость перемещается по всасывающему трубопроводу в цилиндр насоса, а из него – в нагнетательную трубу и затем
– к потребителю.
Различают насосы одинарного, двойного, тройного действия, а также дифференциальные.
Поршневой насос одинарного действия – это насос, в котором за один двойной ход поршня происходит одно всасывание и одно нагнетание жидкости.
Поршневой насос двойного действия
– это насос, который за один двойной ход поршня два раза всасывает и два раза нагнетает жидкость.
Поршневые насосы могут различаться также по числу цилиндров.
Основные детали поршневых насосов – цилиндры, поршни, клапаны и сальники.
Основные параметры поршневых насосов
Основные параметры поршневого насоса – рабочий объем q0, подача Q, напор Н, мощность N, высота всасывания Нвс и полный КПД насоса ηн.
Рабочий объем qо – основная характеристика любой объемной гидравлической машины непрерывного действия, он показывает, какой объем рабочей жидкости проходит через гидромашину за один оборот вала приводного двигателя.
Величина рабочего объема определяется отношением расхода рабочей жидкости Q к частоте вращения n выходного вала приводного двигателя:
|
qо = Q/n |
|
Рабочий объем зависит от геометрических характеристик гидравлической машины.
Основные параметры поршневых насосов
Рабочий объем насоса одинарного действия:
|
qо = η0Sh , |
|
где ηо – объемный КПД насоса; S – площадь поршня; h – ход поршня.
Другие параметры поршневого насоса определяются по общим зависимостям.
К достоинствам поршневых насосов относятся высокий КПД, независимость напора от подачи и хорошая всасывающая способность.
Недостатки поршневых насосов – неравномерная работа и резкие колебания давления, тихоходность машин и высокая металлоемкость. Неравномерность подачи уменьшается для насосов двойного и тройного действия. Для устранения этого явления применяют воздушные колпаки и другие демпфирующие устройства.
Роторные гидравлические машины
Роторные гидравлические машины – это объемные роторные насосы и гидравлические моторы.
В роторных гидравлических машинах подвижные рабочие элементы, образующие рабочие камеры, совершают вращательное или вращательное и возвратно- поступательное движение.
Роторные гидравлические машины имеют три основных рабочих элемента: ротор, статор и вытеснитель (замыкатель).
Ротор – основной рабочий элемент, который вращается во время работы синхронно с валом приводящего двигателя.
Статор – рабочий элемент, имеющий приемную и отдающую камеры.
Вытеснитель – рабочий элемент, герметично соприкасающийся со статором и ротором и разделяющий приемную и отдающую камеры. Вытеснители совершают строго циклическое движение, период которого пропорционален частоте вращения ротора.
Роторные гидравлические машины
Рабочие процессы роторных гидравлических машинах происходят в рабочих камерах.
Рабочая камера – пространство объемной гидравлической машины, ограниченное рабочими поверхностями рабочих элементов, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с местами входа и выхода рабочей жидкости.
Рабочий цикл гидромашины состоит из следующих рабочих процессов: в насосах – всасывания и вытеснения (нагнетания), в гидромоторах – нагнетания и вытеснения.
Разделение рабочих процессов осуществляется при помощи распределительных устройств, которые могут быть торцовыми, цапфенными, клапанными и клапанно-щелевыми.
По конструкции рабочих элементов роторные гидравлические машины разделяют на шестеренные, пластинчатые, радиально- поршневые, аксиально-поршневые и винтовые.
Роторные гиромашины, кроме машин с клапанным распределением, могут быть обратимыми (насос-моторами), т.е. могут работать в режиме как насоса, так и гидромотора.
Основные параметры роторных гидравлических машин
Основные параметры роторных гидравлических машин – рабочий объем q0, подача Q, номинальное давление р, перепад давлений Δр, мощность N, частота вращения приводящего вала n, вращающий момент М и коэффициент полезного действия η.
Рабочий объем qо насоса или гидромотора – это разность наибольшего и наименьшего значений объемов всех рабочих камер за один оборот его вала.
Чем больше рабочий объем насоса, тем больший объем рабочей жидкости вытесняет насос за один оборот вала. Чем больше рабочий объем гидромотора, тем больший объем рабочей жидкости необходим для поворота его вала на один оборот.
Основные параметры роторных гидравлических машин
При конструировании рабочие объемы гидромашин определяют по формуле:
|
q0 = Vкzi , |
|
где Vк – объем рабочей камеры, рассчитанный по ее геометрическим размерам; z – число рабочих камер; i - число рабочих циклов, совершаемых за один оборот вала.
Номинальное рабочее давление р – наибольшее давление рабочей жидкости (на выходе насоса и на входе гидромотора), при котором гидромашина должна работать в течение установленного срока службы с сохранением параметров в пределах заданных норм.
Перепад давлений Δр - разность между давлениями рабочей жидкости на выходе и входе насоса, входе и выходе гидромотора.
Вращающий момент М - момент на приводящем валу, определяется по формуле:
|
М = ΔрQ/2πn |
|
|
|
|
Рабочие характеристики роторных машин
Рабочие характеристики роторных насосов – это графические зависимости (при постоянной частоте вращения) подачи, мощности и коэффициента полезного действия от давления на выходе из насоса.
|
Q = ƒ(р); N = ƒ(р); η = ƒ(р) |
|
Рабочие характеристики роторных гидромоторов - это графические зависимости частоты вращения от расхода, частоты вращения от перепада давлений, вращающего момента от частоты вращения и коэффициента полезного действия от частоты вращения.
n = ƒ(Q) при Δр = соnst ; М = ƒ(n) при Δр = соnst ;
n = ƒ(Δр) при Q = соnst ; η = ƒ(n) при Δр = соnst
Эти характеристики гидравлических машин приводятся в таблицах или в виде диаграмм в справочной литературе и в каталогах насосов.