Л

Параметры радиально-поршневых насосов:

• давление – 10-15 МПа (малых размеров – до 100 МПа);

• подача – до 8000 л/мин;

• мощность – до 3000 кВт;

• число рядов поршней – до 6;

• число поршней в ряду – 5-13;

• русурс работы – значительный (зарубежные насосы – 20 000 - 40 000 ч).

екция 7-9.

Роторные радиально-поршневые машины

Роторная радиально-поршневая гидромашина представляет собой гидромашину (насос или гидромотор), у которой оси порш­ней (или плунжеров) перпендикулярны оси вращения ротора или составляют с ней углы более 45°.

В радиально-поршневой гидромашине ротор совершающего вращательное движение, а поршни (или плунжеры), вращающиеся вместе с ротором, совершают воз­вратно-поступательное движение в цилиндрах машины.

В общем случае роторная машина (насос, гидромотор) определяется как объемная машина с вращательным или вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих органов независимо от ха­рактера движения ведущего звена.

Классификация радиально-поршневых машин

Радиально-поршневые машины подразделяются на:

1. однорядные и многорядные;

2. однократного и многократного действия;

3. регулируемые и нерегулируемые;

4. с распределением жидкости с помощью цилиндрического золотника (цапфы), плоского золотника (торцевого распределителя), клапанного распределителя, принудительного клапанного распределителя, золотникового распределителя, клапанно-щелевого распределителя;

5. эксцентриковые, кулачковые и с плоской направляющей.

Кинематические основы радиально-поршневого насоса

Кинематической основой этого насоса является рассмотренный ранее кривошипно-шатунный механизм, преобра­зованный так, что неподвижным звеном является кривошип 1 (рис. 1, а), цилиндр 3 вращается (приводится) с постоянной угловой скоростью вокруг оси О₂, а шатун 2 вращается с перемен­ной скоростью вокруг оси O₁. Расстояние е между этими осями (соответствует размеру г кривошипа исходной схемы) называется эксцентриситетом.

Поскольку поршень (ползун) 4 этого кривошипно-шатунного механизма связан, как и в прежней схеме с шату­ном 2, вращающимся вокруг оси О₁, он будет при вращении цилиндра 3 совершать в нем возвратно-поступательные переме­щения с ходом h = 2е, при которых объемы цилиндров будут последовательно (через каждые 180° поворота) увеличи­ваться и уменьшаться. Движение поршня в сторону увеличения камеры используется для засасывания жидкости в цилиндр, а в сторону уменьшения камеры — для вытеснения ее из цилиндра.

Взяв не один, а несколько звездообразно расположенных ци­линдров 3, оси которых пересекаются в общем центре вращения 0₂, а шатуны 2 поршней 4 шарнирно связаны с осью О₁, получим кине­матическую схему многопоршневого насоса с радиальным распо­ложением цилиндров (рис. 1, б). Поскольку цилиндры 3 в этой схеме вращаются вокруг неподвижной оси О₂, представляется возможным

использовать ее в качестве распределительной цапфы (золотника), в которой для Рис. 1. Кинематические схемы радиально-поршневых насосов

э

φ

того выполняются каналы всасыва­ния а и нагнетания b (рис. 2). Цилиндры 3 последней схемы поса­жены своим основанием на распределительную цапфу и отверстиями в своих донышках соединяются с осевыми сверлениями а и в, через которые отводится и подводится к цилиндрам жидкость. Кинематика механизма сохранится, если ведение поршней здесь осуществлено с помощью кольца 2, радиус которого равен ра­диусу R шатуна прежней схемы (см. также штрих пунктирную окружность на рис. 1, б). Для этого поршни связываются тем или иным способом (с помощью пружин, давления жидкости подкачивающих насосов и пр.) со статорным кольцом 2, ось кото­рого смещена относительно оси вращения цилиндрового блока 1.

Р ис. 2. Принципиальная схема роторно-поршневого насоса радиального типа

Из приведенного следует, что радиально-поршневой насос, схема которого представлена на рис. 2, построен на базе ранее рассмотренного кривошипного механизма, в соответствии с чем выведенные ранее кинематические зависи­мости будут справедливы и для насоса данной схемы.

Подача насоса

Рабочий объем радиально-поршневого насоса

где d,h и z – диаметр, ход поршня и число поршней;

- площадь поршня.

Учитывая, что ход h = 2e поршня равен двойному эксцентриситету, получим

В соответствии с этим средняя теоретическая подача насоса в единицу времени равна

или

где ώ и n – угловая скорость и частота вращения.

Регулирование величины и реверсирование подачи жидкости насосом осуществляется изменением соответственно величины или знака эсцентриситета е.

Рабочий объем регулируемого насоса можно представить, введя безразмерное значение эсцентриситета

где - относительный (безразмерный) эсцентриситет, изменяющийся от 0 до ±1;

и - максимальный и текущий рабочие объемы;

и - максимальное и текущее значение эсцентриситета.

В соответствии с этим расчетная подача регулируемого насоса

Для нерегулируемого насоса

При работе гидравлической машины в режиме гидродвигателя (гидромотора) жидкость под давлением подается принудительно в ее рабочую полость. Угловая скорость ω вращения двигателя зависит от подачи жидкости и определяется по формуле

где w – характерный объем машины.

Перемещение, скорость и ускорение поршня при движении в цилиндре

При вращении блока цилиндров гидромашины поршни перемещаются в цилиндрах по законам кинематики кривошипно-шатунного механизма.

Рис. 3. Расчетно-кинематическая схема радиально-поршневого насоса.

Из расчетной схемы поршневой пары насоса (рис. 3) следует, что при повороте цилиндра из верхнего вертикального положения на угол φ= ωt (где ω – угловая скорость, t – время) поршень переместится на величину (допускаем, что точка контакта поршня со статорным кольцом находится на оси поршня)

х = О₂А – О₂В,

или

.

Это выражение можно записать

При определении перемещения х поршня в однопоршневом насосе (см. лекцию 3-4) было получено аналогичное уравнение, но вместо величины эксцентриситета е в выражении использовался радиус кривошипа r ( ).

Тогда по аналогии с выкладками, приведенными в лекциях 3-4, величина перемещения поршня в радиально-поршневом насосе составит

Текущая (мгновенная) скорость относительного движения поршня v в цилиндре

Тогда (по аналогии с лекцией 3-4) текущая (мгновенная) скорость относительного движения поршня

Ускорение поршня в относительном движении в цилиндре

Т.о., перемещение, скорость и ускорение поршня при движении в цилиндре

Пренебрегая последними членами этих уравнений (поскольку значение е/R обычно составляет <0,08-0,09), получим

Ускорение поршня должно учитываться при расчете неразрывности потока жидкости, а сила инерции – при расчете действующих на него сил, и, в частности, при расчете давления подпиточных насосов.

Сила инерции. Максимальное значение силы инерции поршня в относительном движении с достаточной точностью описывается выражением

где m – масса поршня.