Лекция № 8 Гидромашины прямолинейного движения

1. Поршневые и плунжерные насосы

Бывают: одностороннего, двухстороннего, дифференциального действия, одноцилиндровые, многоцилиндровые, звёздообразные, горизонтальные, вертикальные, с ручным приводом, с приводом от кривошипно-шатунного механизма, прямодействующие и т.д.

Рассмотрим только принцип действия одноцилиндровых насосов 1-о стороннего и 2-х стороннего действия с приводом от кривошипно-шатунного механизма.

Поршневые отличаются от плунжерных только конструкцией рабочего органа. Поршни обычно имеют уплотнительные элементы, а плунжеры – высокую чистоту обработки, большую длину. Уплотнение создаётся за счёт малого зазора между плунжером и цилиндром и большой длины зазора.

Схема насоса одностороннего действия приведена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Схема одноцилиндрового поршневого насоса:

1 – нагнетательный клапан; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – шатун;

5 – кривошип; 6 – вал; 8 – всасывающий клапан; 10 – нагнетательная

линия; 11 – ёмкость

Принцип работы заключается в следующем: при ходе поршня вправо под действием разряжения открывается всасывающий клапан, нагнетательный закрыт под действием собственного веса и разряжения. Происходит всасывание жидкости. При ходе влево всасывающий клапан закрывается под действием собственного веса и давления жидкости, а нагнетательный открывается, происходит нагнетание жидкости.

Схема насоса двухстороннего действия приведена на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Схема насоса 2-х стороннего действия

При ходе поршня вправо открыты левый всасывающий клапан и правый нагнетательный клапаны. Происходит всасывание всей поверхностью поршня и нагнетание площадью поршня минус площадь штока. При ходе влево эти клапаны закрываются, всасывание осуществляется через правый всасывающий клапан, а нагнетание через левый нагнетательный. Происходит нагнетание всей поверхностью поршня.

Теоретическая подача поршневых насосов определяется по формуле

, (8.1)

где а – коэффициент, для насосов одностороннего действия а = 1, для насосов 2-х стороннего действия

, (8.2)

z – число рабочих камер;

F – площадь поршня;

f – площадь сечения штока;

S – ход поршня;

n – число двойных ходов поршня (оборотов кривошипа).

Предельная вакуумметрическая высота всасывания насоса Н_вс при работе на воде равна 10 м. Реальная высота всасывания равна

, (8.3)

где р_о – давление окружающей среды, Па;

ρ – плотность жидкости, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

b – упругость паров жидкости при данной температуре, м.

2. Гидроцилиндры

2.1. Схемы гидроцилиндров

Гидроцилиндр – объемный гидродвигатель с прямолинейным возвратно-поступательным движением выходного звена относительно корпуса.

Схемы гидроцилиндров представлены на рис. 8.3. Жидкость действует на поршень, развивая усилие, преодолевающее трение и внешнюю нагрузку, приложенную к штоку 5. Различают гидроцилиндры с односторонним (а) и двусторонним штоком (б), одностороннего (в) и двустороннего действия (а и б). У первого движение выходного звена в одну сторону происходит за счет давления рабочей среды, а в противоположную – за счет иных сил (пружины, веса приводимого узла и пр.). У второго движение выходного звена в обе стороны происходит за счет давления рабочей среды.

Рис. 8.3. Схемы гидроцилиндров:

1- цилиндр; 2, 4 – уплотнения; 3 – поршень; 5 - шток

Поршневой гидроцилиндр с заданным соотношением площадей поршня 3 и штока 5 называют дифференциальным гидроцилиндром (а), а гидроцилиндр (в) – плунжерным гидроцилиндром. Последние отличаются про­стотой изготовления.

2.2. Движущее усилие, скорость поршня

Расчетное движущее усилие Р на штоке, развиваемое давлением жидкости на поршень упрощенно подсчитывается по формуле

, (8.4)

где р – давление жидкости;

F – рабочая (эффективная) площадь поршня.

Расчётная скорость поршня

, (8.5)

!!!где Q – подача насоса, которым закачивается жидкость.

Объём цилиндра равен

, (8.6)

где Н – ход поршня.

С учётом потерь на трение фактическое движущее усилие

, (8.7)

где η_мех = 0,85 ÷0,97 – механический к.п.д.

Фактический расход жидкости

, (8.8)

где v – расчётная скорость поршня,

f – площадь поршня,

– объёмный к.п.д.

v_ф – фактическая скорость поршня.

Объёмный к.п.д. при уплотнении поршня резиновыми манжетами = 1, а разрезными металлическими кольцами = 0,98…0,99.

2.3. Тандем-цилиндры

В случаях, когда ограничена возможность применения цилиндров больших сечений, но не ограничена их длина, применяют сдвоенные (тандем) цилиндры (рис. 8.4, а и б).

Развиваемое усилие Р и скорость v перемещения такого двухпоршневого тандем-цилиндра с односторонним штоком (рис. 4, а) , определяются по формулам

(8.9)

где F₁ и F₂ – площади рабочих сечений поршней;

. (8.10)

Тандем-цилиндры также распространены в гидроусилителях систем путевого управления машин (самолетов и пр.), где требуется дублирование управления. Для обеспечения этого каждый из цилиндров имеет автономное питание и управление.

Рис. 8.4. Схемы сдвоенных гидроцилиндров с односторонним (а)

и двусторонним (б) штоками