Пташкина-Гирина О.С.; Щирый В.Д. Гидравлика. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

131

Кроме того, поршневые насосы находят применение в тех

специальных областях, где требуется особенно высокое давление.

11.2. Роторные насосы

Роторный насос – это объемный насос с вращательным или

вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих

органов независимо от характера движения ведущего звена насо-

са. Таким образом, обязательным движением является враща-

тельное.

Основными представителями этой группы насосов согласно

классификации являются шестеренные, пластинчатые, радиаль-

но-поршневые и аксиально-поршневые.

Шестеренные насосы. На примере шестеренного насоса

рассмотрим особенности рабочего процесса всех роторных насо-

сов. Эти насосы (рис.11.9) чаще всего выполняются в виде пары

одинаковых зубчатых колес с эвольвентным зацеплением, заклю-

ченных в корпус.

Рис.11.9

Все роторные насосы состоят из трех частей: статора (не-

подвижная часть насоса), ротора и вытеснителей.

Рабочий процесс роторного насоса состоит из трех этапов.

1. Заполнение рабочих камер жидкостью. В шестеренном

насосе это происходит в момент выхода зубьев из зацепления.

Камерой является впадина зуба.

132

2. Изоляция (замыкание) камер от зоны входа и их перенос

из зоны входа в зону выхода.

3. Вытеснение жидкости из рабочих камер. В шестеренном

насосе это происходит в момент входа зубьев в зацепление.

Перенос рабочих камер в роторном насосе делает ненужны-

ми всасывающий и напорный клапаны. Благодаря этому ротор-

ные насосы обладают принципом обратимости, т.е. способностью

работать в качестве гидродвигателей (гидромоторов) в том слу-

чае, когда к ним подводится жидкость под давлением от другого

насоса (рис.11.10).

Рис.11.10

В связи с отсутствием клапанов роторные насосы более бы-

строходны, чем поршневые. В настоящее время они эксплуати-

руются на частотах вращения до 3000…5000 об/мин, а в отдель-

ных случаях и на более высоких. Благодаря этому они и более

компактны.

По сравнению с поршневыми роторные насосы обладают

значительно большей равномерностью подачи:

Q = W·n.

где W – рабочий объем насоса, т.е. объем вытесненной жидкости

за один оборот, см

Если конструкция насоса не позволяет изменить рабочий

объем, то такой насос считается нерегулируемым и на гидравли-

ческих схемах он обозначается так:

133

Если конструкция изменить рабочий объем, то насос счита-

ется регулируемым и на схемах обозначается так:

Шестеренные насосы выпускаются только нерегулируемы-

ми, и это является их основным недостатком.

Шестеренные насосы способны создавать давление до 160

атмосфер. Для получения более высоких давлений иногда приме-

няют многоступенчатые насосы. Такой насос составлен из не-

скольких шестеренных насосов, соединенных последовательно;

он создает давление, равное сумме давлений, развиваемых всеми

ступенями. При этом для обеспечения надежного заполнения по-

дача каждой предыдущей ступени многоступенчатого насоса

должна быть больше расхода через последующую ступень. Из-

лишки подачи отводятся через специальные сливные клапаны,

размещенные в каждой ступени и рассчитанные на соответст-

вующее давление.

Шестеренные насосы и гидромоторы являются наиболее

распространенными типами гидромашин, что объясняется про-

стотой изготовления и эксплуатации, малыми габаритами и мас-

сой, легкостью реверсирования, достаточной надежностью и вы-

соким КПД. Они допускают сравнительно большие кратковре-

менные перегрузки по давлению. Шестеренные гидромашины

классифицируются по характеру зацепления, форме зубьев шес-

терен, числу пар роторов, помещенных в общий корпус.

Роторные насосы, в том числе и шестеренные, применяют в

объемных гидроприводах на самых разнообразных машинах,

станках и установках.

Пластинчатые насосы. Пластинчатый насос – это ротор-

ный насос с рабочими органами в виде пластин.

Эти гидравлические машины (насосы и гидромоторы) явля-

ются наиболее простыми из существующих типов объемных гид-

ромашин.

134

Рис.11.11

Основными частями насоса (рис.11.11) являются ротор 1,

помещенный с эксцентриситетом е в статор 2. Ротор представля-

ет собой цилиндр с радиальными прорезями, в которых скользят

пластины-вытеснители 3, совершающие возвратно-поступатель-

ные перемещения относительно ротора. Под действием центро-

бежных сил пластины своими внешними торцами прижимаются к

внутренней поверхности статора и скользят на ней.

Жидкость заполняет пространство между двумя соседними

пластинами и поверхности ротора и статора. Это и есть рабочая

камера. На дуге АВС объем этой камеры увеличивается и проис-

ходит ее заполнение жидкостью. На дуге СДА объем ее умень-

шается и происходит вытеснение жидкости. В отличие от насоса

шестеренного в этом насосе совмещены процессы переноса каме-

ры с ее заполнением и вытеснением. Так как в пластинчатом на-

сосе путь переноса рабочей камеры сведен до минимума, а разде-

ление приемной и отдающей полостей осуществляется лишь кон-

тактом торца пластины и статора, то степень герметичности в на-

сосе невелика. Вследствие этого и давление, создаваемое пла-

стинчатым насосом, обычно несколько ниже, чем давление, соз-

даваемое другими насосами.

Эти насосы находят применение в металлорежущих станках

и различного рода погрузчиках. Развиваемое давление 10…12

МПа.

135

Насосы изготавливают с постоянной и регулируемой пода-

чей. Регулирование ее осуществляется путем изменения эксцен-

триситета е.

Пластинчатые насосы выпускают однократного и двукрат-

ного действия.

В качестве гидромоторов они могут развивать крутящий

момент 3,5…16,8 кН·м.

В радиально-поршневых насосах (рис. 11.12) ротор 1 рас-

положен эксцентрично относительно статора 2. В роторе про-

сверлены радиальные цилиндры. Поршни 3 при вращении ротора

совершают в цилиндрах возвратно-поступательное движение,

скользя своими сферическими головками по внутренней поверх-

ности статора 2. Ротор вращается на распределительном непод-

вижном валу 4, в теле которого просверлены всасывающий 5 и

нагнетательный 6 каналы.

Рис.11.12

При вращении ротора по часовой стрелке поршни на дуге

АВС, двигаясь от центра к периферии, заполняют свои рабочие

камеры жидкостью. На дуге СДА поршни перемещаются к цен-

тру, вытесняя жидкость. Таким образом, процессы заполнения и

вытеснения совмещены с переносом.

Для увеличения подачи радиально-поршневые насосы вы-

полняют многорядными, оси поршней в этом случае располагают

в параллельных плоскостях. Число поршней принимают нечет-

136

ным: 5, 7, 9. Конструктивно эти насосы выполняют как нерегули-

руемые, так и регулируемые. Подача регулируется изменением

эксцентриситета е.

Радиально-поршневые насосы развивают давление до 50

МПа, КПД их 0,7…0,9.

В настоящее время выпускают высокомоментные радиаль-

но-поршневые гидромоторы, которые создают номинальный кру-

тящий момент от 1,5 до 30 кН·м при давлении 10 МПа и частоте

вращения 3…196 об/мин и

...

Аксиально-поршневые насосы. Аксиально-поршневые на-

сосы и гидромоторы отличаются наибольшей компактностью и

наименьшей массой. Они способны быстро изменять частоту

вращения. Все это обусловило их широкое применение в качестве

регулируемых и нерегулируемых насосов и гидромоторов для

гидроприводов, обслуживающих подвижные комплексы машин и

следящие гидроприводы большой точности.

По кинематическим схемам, положенным в основу конст-

рукций, аксиально-поршневые гидромашины разделяют на гид-

ромашины с наклонным диском и с наклонным блоком.

Наиболее простым является аксиально-поршневой насос с

наклонным диском (рис.11.13а). При вращении ведущего вала 6

приводится во вращение блок цилиндров 3. В цилиндрах совер-

шают возвратно-поступательное движение поршни, прижимае-

мые пружинами (в режиме насоса) или давлением жидкости к по-

верхности наклонного диска 5 (при работе в режиме гидродвига-

теля). Наклонный диск 5 не вращается и устанавливается под уг-

лом

к вертикали. Торцевая часть вращающего блока цилиндров

прижимается к неподвижному распределительному устройству 1.

Торцевой распределитель имеет два серповидных окна: А и Б

(рис.11.13б), одно из которых соединяется с всасывающей, дру-

гое - с нагнетательной линиями. Рабочие камеры цилиндров со-

общаются с серповидными окнами через отверстия 7.

У этих насосов значительны контактные силы в месте со-

прикосновения головки поршня с диском, поэтому снижается

КПД. Рост контактных нагрузок можно ограничить назначением

угла наклона диска не более

=15…18

137

Рис. 11.13

Регулирование подачи насоса с наклонным диском и его ре-

версирование осуществляются изменением угла

влево или

вправо от вертикали. При реверсировании всасывающая и нагне-

тательная линии, естественно, поменяются местами.

Схема аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком

показана на рис. 11.13б. Ведущий вал 5 через валик с двойным

несиловым карданным шарниром передает вращение блоку ци-

линдров 2. Основное усилие от сил давления жидкости на порш-

ни переходит на блок цилиндров от фланца 4, установленного на

ведущем валу, через шатуны 6, шарнирнозакрепленные на флан-

це и поршнях.

Поршни при вращении ведущего вала совершают сложное

движение, вращаются вместе с блоком цилиндров и совершают

138

возвратно-поступательное движение в цилиндрах. При этом про-

исходят процессы всасывания и нагнетания рабочей жидкости.

Кинематической основой аксиально-поршневых гидромашин яв-

ляется кривошипно-шатунный механизм.

Угол наклона блока

ограничивается только конструктив-

ными соображениями;

= 25…30° для насосов,

= 40° для гид-

ромоторов.

Иногда насос и гидромотор объединяют в одном агрегате.

Промышленность выпускает аксиально-поршневые насосы с

давлением 5…25 МПа; гидромоторы с крутящим моментом

6…1170 Н·м при давлении 5…25 МПа.

139

Раздел 3

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД

12. КЛАССИФИКАЦИЯ

Гидравлическим приводом принято называть комплекс уст-

ройств для передачи механической энергии и преобразования

движения посредством жидкости.

Мы знаем, что удельная энергия жидкости выражается зави-

симостью

zе

где z – удельная потенциальная энергия положения, или геомет-

рический напор;

- удельная потенциальная энергия давления,

или пьезометрический напор;

- удельная кинетическая энер-

гия, или скоростной напор.

Передачу энергии жидкости можно осуществлять, изменяя

любой из членов написанного выражения.

Энергией положения в гидроприводах обычно пренебрега-

ют, поскольку разность высот z между отдельными элементами

гидросистемы малы.

Если в гидроприводе используется потенциальная энергия

давления жидкости, то гидропривод называют объемным, т.к. в

нем применяют объемные гидромашины; если используется ки-

нетическая энергия жидкости, то это будет гидродинамическая

передача.

13. ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД

13.1. Функциональная схема

Объемный гидропривод представляет собой совокупность

объемных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубо-

проводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для

140

передачи энергии и преобразования движения посредством жид-

кости.

К числу гидромашин относятся насосы и гидродвигатели,

которых может быть несколько. Гидроаппаратура – это устройст-

ва управления гидроприводом, при помощи которых он регули-

руется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и

низких давлений жидкости. К гидроаппаратуре относятся дроссе-

ли, клапаны разного назначения и гидрораспределители – уст-

ройства для изменения направления потока жидкости. Вспомога-

тельными устройствами служат кондиционеры рабочей жидко-

сти, обеспечивающие ее качество и состояние. Это различные

фильтры и центрифуги, теплообменники (нагреватели и охлади-

тели жидкости), гидроемкости, а также гидроаккумуляторы. Пе-

речисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по

которым движется рабочая жидкость. Функциональная схема

представлена на рис.13.1.

Рис.13.1

По виду источника энергии объемные гидроприводы разде-

ляют на три вида.

1. Насосный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая

жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входя-

щим в состав этого гидропривода. Он применяется наиболее ши-

роко. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гид-

роприводы разделяют на гидроприводы с замкнутой циркуляцией

жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает во всасываю-

щую линию насоса) и гидроприводы с разомкнутой циркуляцией

(жидкость от гидродвигателя поступает в гидроемкость). Мо-