Аварийные источники питания

В качестве аварийных источников энергии используются:

- электропривод, с питанием от электрических аккумуляторов или генераторов;

- пневмотурбопривод или объемный газовый привод, работающие на воздухе от компрессора основного двигателя или ВСУ, а так же газов из газогенераторов или баллонов;

- ветродвигатели, работающие от набегающего потока.

Рис 12 Схемы установки на двигателях основных и аварийных ИП.

Анализ применяемых АНС позволяет сделать следующие выво­ды:

1. Использование электродвигателей постоянного тока для при­вода аварийного насоса целесообразно при небольших мощностях АНС (до 2 кВт). Кроме того, при этом необходимо устанавливать дополнительный гидроаккумулятор в бустерную систему.

2. При­менение ветродвигателя в качестве привода аварийного насоса становится все более распространенным, однако следует учитывать некоторые ограничения при малых скоростях полета. Так мощность воздушной турбины падает с уменьшением скорости полета, что снижает мощность приводимого ею аварийного насоса за счет уменьшения его подачи или давления. Очевидно, что рационально уменьшать давление и стремиться сохра­нить подачу АНС (так как шарнирные моменты при посадке самоле­та на рулях падают, а потребные скорости перекладки рулей растут).

3. Заслуживают внимания блоки питания, размещаемые на авто­номных коробках приводов, связанных с двумя двигателями и турбостартером.

В качестве ава­рийных источников питания на самолетах используются насосы как постоянной, так и переменной подачи, причем последние применя­ются чаще.

Наиболее распространенным приводом аварийных насосов явля­ется электрический. Это позволяет совместить основную функцию электроприводных аварийных насосов с функцией аэродромных гид­роустановок для проверки гидросистем на земле (с неработающими двигателями и ВСУ). Встречается реализация турбопривода аварий­ных насосов от ВСУ и применение привода от воздушных турбин.

Потребная подача аварийной насосной станции зависит не только от взлетной массы самолета, но и от его центровки или запаса устойчивости, наличия или отсутст­вия активной системы управления, принятой стратегии посадки и т. п.

Ручные насосы в качестве аварийных источников питания применяются крайне редко и лишь в совокупности с другими АНС для осуществления огра­ниченного числа рабочих операций при полностью отказавшей (или отключен­ной) энергетике самолета.

Схемы подключения аварийных ис­точников питания достаточно разнооб­разны и группируются в основном сле­дующим образом:

АНС имеется в каждой из гидросистем;

АНС установлена только в некоторых гидросистемах;

АНС установлена в отдельной аварийной гидросистеме и обслу­живает лишь часть потребителей;

АНС установлена только в части гидросистем, но имеется возможность передачи мощности из них во все другие гидросистемы;

АНС образует резервный блок питания, который может быть подключен к любой гидросистеме (по последним требованиям — без "общих точек").

Имеются аварийные блоки питания, содержащие два насоса: ре­зервный с электроприводом и аварийный, приводимый воздушной турбиной. Селекторные краны обеспечивают "скользящий" резерв по питанию, переключая аварийный блок питания на любую отка­завшую гидросистему. Таким образом, даже при остановке всех двигателей сохраняется возможность выполнения всех нормальных маневров для окончания полета, включая посадку.

1.5 Выбор основных параметров ИП и потребителей.

По выбранной структуре гидросистемы, произведится расчет шарнирных моментов рулей и принимается необходимая величина избыточности при резерви­ровании, в каждом канале управления. Определяются:

-шарнирный момент, преодолеваемый одним гидроприводом (гидроусилителем, гидромотором);

-основные характеристики гидропривода (максимальные усилия, скорость, ход);

-подача, потребная для питания гидропривода независимой гидросистемы.

После определения основных параметров приводов можно рассчитать потреб­ную подачу основных и аварийных насосов.

За расчетную подачу основных насосов одной независимой гидосистемы рекомендуется принимать наибольшее значение из подсчитанных в трех случаях:

1) на режиме посадки для обеспечения одновременного отклонения всех рулей с потребными скоростями;

2) на режиме посадки для обеспечения отклонения всех рулей с минималь­ными скоростями и одновременного выпуска шасси;

3) на режиме посадки для обеспечения отклонения всех рулей с минималь­ными скоростями и одновременного выпуска закрылков.

Подачу аварийных насосов рекомендуется определять из условия обеспечения минимально допустимых скоростей отклонения всех рулей.

Затем рассчитываются приближенные значения диаметров трубопроводов (для напорного трубопровода значение относительных потерь принимается равным 0,2, для сливного – 0,1). Для полученных значений диаметров необхо­димо определить скорость течения жидкости в каждом из трубопроводов и сравнить с допускаемым значением (10...15 м/с); если полученное значение пре­вышает допустимое, диаметр трубопровода следует несколько увеличить.

Лекция 2

1.6 Обеспечение требуемой надежности ИП путем резервирования.

Основ­ным способом обеспечения надежности ГС является их резервирование. При резервировании наряду с основными элементами или запа­сами работоспособности, необходимыми для выполнения системой.заданных функций, предусматриваются резервные элементы (за­пасы работоспособности), так называемый резерв. В соответствии с ГОСТ 27.002—83 различают

нагруженный,

облегченный

нена­груженный резерв,

восстанавливаемый и невосста­навливаемый резерв.

В гидросистемах ВС применяют, как правило, вос­станавливаемый резерв, т. е. в случае обнаружения отказа резерв­ных элементов в процессе эксплуатации осуществляется их ремонт или замена с последующей проверкой работоспособности системы.

Понятие нагруженного, облегченного и ненагруженного резер­ва применяется для разграничения однотипных резервных эле­ментов по уровню их безотказности и долговечности.

При этом

- элементы нагруженного резерва имеют тот же уровень безотказ­ности и долговечности, что и резервируемые ими основные элемен­ты системы;

- элементы облегченного резерва обладают более высо­ким уровнем безотказности и долговечности,

- для элементов ненагруженного резерва условно полагают, что они, находясь в этом режиме, никогда не отказывают и не достигают предельного состояния.

Примером применения нагруженного резерва является установ­ка в системе управления самолета Ту-154 трехкамерных рулевых приводов, работающих от трех независимых гидросистем. В этом случае все три камеры рулевого привода и их золотниковые рас­пределители работают в одинаковых условиях и имеют одинако­вую вероятность безотказной работы.

В случае использования облегченного резерва резервные эле­менты испытывают меньшие, чем основные, нагрузки или имеют облегченные условия работы. Так, дублирующая гидросистема вертолета Ми-8 до отказа основной гидросистемы находится под давлением, равным давлению слива, вследствие чего насос дубли­рующей гидросистемы испытывает небольшие нагрузки и изнаши­вается гораздо меньше.

Ненагруженный резерв часто применяют в качестве аварийных источников гидроэнергии.

Основным параметром, характеризующим резервирование, явля­ется кратность. Под кратностью резервирования понимается отно­шение числа резервных элементов к числу резервируемых ими ос­новных элементов системы, выраженное несокращенной дробью.

K=m/l=(n—l)/l, (1.7)

где т — число резервных элементов; п — общее число элементов; I — число основных элементов, необходимых для нормального функционирования системы.

Например, для трехкамерного рулевого привода системы управ­ления самолета Ту-154, обеспечивающего требуемые характеристи­ки управляемости самолета при работе любой одной камеры, крат­ность резервирования К= (3—1)/1=2. Резервирование с кратностью резерва один к одному называется дублированием.

Типовые схемы резервирования. Рассмотрим несколько приме­ров типовых схем раздельного резервирования отдельных элемен­тов агрегатов авиационного гидропривода,

На рис. 1.11 представлена схема дублирования уплотнений што­ков гидроцилиндров высокого давления. Первая ступень уплотне­ния представляет собой манжету 2 с тонким усом, прижимаемую к штоку 4 давлением жидкости в полости гидроцилиндра, а вторая—резиновое кольцо 3 круглого сечения. Канал а в корпусе гидроцилиндра 1 соединяет полость между двумя уплотнениями со сливам. В авиационном гидроприводе нашли также применение узлы уплотнении с тремя и более уплотняющими элементами.

Рис. 1.11. Схема резервирования уплотнений штоков гидроцилинд­ров высокого давления

Рис. 1.12. Схема резервирования золотникового гидрораспределите­ля методом замещения

Для предотвращения отказов, связанных с заклиниванием зо­лотниковых распределителей, применяется резервирование мето­дом замещения. На рис. 1.12 приведена одна из распространенных схем такого резервирования. При исправной работе золотникового устройства управление движением поршня гидроцилиндра проис­ходит за счет перемещения золотника 4 относительно гильзы 3, фиксируемой в корпусе 2 с помощью пружины 1. Усилие предва­рительного поджатия пружины больше усилия трения золотника о гильзу. В случае заклинивания золотника усилие управления, приложенное к нему, начнет перемещать гильзу относительно кор­пуса, обжимая пружину. Гильза в этом случае будет играть роль золотника и управление движением поршня гидроцилиндра будет осуществляться с увеличенным усилием, необходимым для сжатия пружины.

При выборе оптимальной кратности резервирования следует учитывать, что при увеличении кратности одновременно с возрас­танием безотказности увеличиваются стоимость, масса и габарит­ные размеры системы, возрастают трудоемкость и стоимость тех­нического обслуживания, а также увеличивается общее число от­казов и неисправностей в системе, требующих устранения при техническом обслуживании. Системы с трех- и четырехкратным резервированием требуют наличия более сложной системы встро­енного контроля. В связи с этим кратность резервирования гидро­системы ВС должна быть минимально возможной, обеспечиваю­щей при этом все требования к безопасности полетов.

Однако следует еще раз подчеркнуть, что выбор вида и крат­ности резервирования, а также схемы подключения гидропитания к потребителям—исполнительным гидромеханизмам различных функциональных систем ВС—определяется прежде всего влияние возможных отказов потребителя на безопасность полетов.

Потребители, отказы которых даже при правильных действиях экипажа могут привести к катастрофе, как правило, имеют три или более источника гидропитания и резервируются в большинстве случаев по схеме с нагруженным резервом. Все элементы рас­пределительных и вспомогательных устройств таких потребителей также резервированы.

Потребители, отказы которых даже при правильных действи­ях экипажа могут привести к аварии, имеют гидропитание от двух независимых гидросистем. При этом используются схемы как с по­стоянным, так и с динамическим резервированием. Потребители, отказы которых приводят к ситуации не худшей, чем усложнение условий полета, в большинстве случаев имеют одну гидросистему питания. Однако в отдельных гидросистемах современных ВС мо­гут иметь место отступления от такого подхода к резервированию гидропитания потребителей, что объясняется индивидуальными особенностями их работы на конкретных ВС либо традициями в проектировании отдельных авиационных фирм.

Легкие и средние самолеты и вертолеты, применяемые в граж­данской авиации, имеют две, а иногда и три независимые гидроси­стемы. Тяжелые дозвуковые и сверхзвуковые ВС оборудованы тремя или четырьмя самостоятельными, независимыми друг от друга гидросистамами. И то, и другое схемное решение позволяет совершать полет при двух последовательных отказах гидросистсм питания.

В соответствии с требованиями НЛГС одна (или даже две для тяжелых самолетов и вертолетов) из независимых гидросистем выделяется для обслуживания рулевых приводов и рулевых агрегатов системы управления. Такая гидросистема называет­ся бустерной. Другие независимые гидросистемы обеспечивают питание как рулевых приводов системы управления, так и других потребителей. Они получили название общих. Так, самолет" Бо­инг-747 оборудован двумя бустерными и двумя общими гидросистемами.

На ряде зарубежных ВС в общих гидросистамах устанавлива­ются отсекающие клапаны (клапаны приоритета), отключающие при появлении неисправности потребители с меньшей функциональ­ной значимостью.

Системы бустерного управления самолетов, в которых предус­мотрена возможность перехода на ручное управление, имеют, как правило, питание от одной основной и одной дублирующей гидро­системы.

Переключение гидропитания рулевых приводов с основной на дублирующую происходит автоматически при понижении давления в основной гидросистеме ниже установленного значения. Если в системе управления не предусмотрена возможность перехода на ручное управление, то гидропитание рулевых приводов осуществля­ется одновременно от нескольких независимых гидросистем то схе­ме с нагруженным резервом, что позволяет обеспечить выполнение требований системы управления ВС к «мягкости» отказов.

В последнее время распространение получило так называемое секционирование рулевых поверхностей, применяемое на тяжелых самолетах. В этом случае каждая секция управляется одним или несколькими рулевыми приводами, питающимися от независимых гидросистем. В случае отказа рулевых приводов, управляющих од­ной секцией рулевой поверхности, предусматривается ее установка в нейтральное положение, а управление самолетом обеспечивается с помощью оставшихся работоспособных секций.

Схемы подключения приводов стабилизаторов, предкрылков и закрылков к гидросистемам предусматривают как постоянное, так и динамическое резервирование. Встречаются случаи резервирова­ния этих подсистем замещением вышедшей из строя гидросистемы негидравлической.

На большинстве самолетов гидроприводы системы уборки и вы­пуска шасси подключены к основной гидросистеме и через переклю­чающее устройство — к резервной. В ряде случаев предусмотрено аварийное дублирующее питание системы выпуска шасси от бустер­ной гидросистемы самолета. Для некоторых самолетов предусмат­ривается выпуск шасси под действием собственного веса.

Для систем управления поворотам колес передней опоры шас­си обычно используется схема с динамическим резервированием:

гидропитание обеспечивается от одной из независимых гидроси­стем самолета. В случае ее отказа включается дублирующее гид­ропитание от другой гидросистемы.

В системах управления тормозами колес применяются различ­ные виды резервирования. Гидропитание системы торможения, как правило, осуществляется от одной независимой гидросистемы с переключением на дублирующую в случае ее отказа. В качестве аварийных источников гидроэнергии применяются гидроаккумуля­торы и насосные станции с электроприводом, позволяющие обес­печить работу системы торможения в случае отказа авиадвигате­лей. С их помощью обеспечивается также стояночное торможение.

Особенностью работы гидросистемы вертолетов является воз­можность установки гидронасосов на редукторах несущих винтов, что позволяет обеспечить гпдропитанием большинство потребите­лей при полете вертолета в режиме авторотации. Основные потре­бители гидроэнергии на вертолетах -рулевые приводы путевого, продольного, поперечного управлении и управления общим шагом. В гидросистемах зарубежных вертолетов, как правило, применя­ются двухкамерные гидроусилители, имеющие постоянное питание от двух независимых гндросистем. В отечественном вертолетостроении в большинстве случаев используются схемы динамического резервирования с установкой клапанов переключения основной гидросистемы питания однокамерных гидроусилителей на дублирующую.

На зарубежных вертолетах резервирование применяется толь­ко для гидропитания гидроусилителей системы управления. Дру­гие потребители, как правило, не резервируются. На тяжелых оте­чественных вертолетах резервированное гидропитание имеют все потребители, включая и гидроусилители систем управления.

Другая особенность гидросистем отечественных вертолетов— использование насосов постоянной подачи, работающих в сочета­нии с автоматами разгрузки насосов.

Для повышения надежности работы в гидросистемах ВС как у нас, так и за рубежом широкое распространение получили элек­троприводные насосные станции, которые используются в качестве резервных источников питания и для наземных проверок гидроси­стемы при ее техническом обслуживании. В гидросистемах зару­бежных самолетов встречается резервирование источников давле­ния электроприводными насосными станциями, питаемыми от ге­нераторов, приводимых в действие воздушной турбиной «ветрян­кой», например на самолетах А-ЗООВ и DC-10. При таком резер­вировании работоспособность гидросистемы сохраняется при пол­ном обесточивании самолета.

Для обеспечения гидропитания при отказе двигателей и для на­земных проверок на зарубежных самолетах применяют турбонасосные установки с питанием их воздухом, отбираемым от ВСУ.

На многих зарубежных самолетах (DC-9, DC-10, L-1011, C-5A, Боинг-747, А-ЗООВ) в гидросистемах применяются агрегаты переда­чи мощности (блоки гидродвигателей). Агрегат представляет собой насосно-моторный блок в обратимом или необратимом испол­нении, предназначенный для передачи энергии от одной независимой гидросистемы к другой без обмена рабочей жидкостью. Применение таких блоков позволяет сохранять работоспособность гидросистемы путем автоматической передачи энергии из системы в систему при отказах источников давления или гидродвигателей.

На ряде зарубежных самолетов отдельные независимые гидро­системы связаны между собой клапанами кольцевания, что позво­ляет обеспечивать работу потребителей при отказе.одной или да­же двух гидросистем.

Разнообразие видов и схем резервирования, применяемых в гид­росистемах как отечественных, так и зарубежных ВС, свидетельст­вует об отсутствии единого подхода в достижении компромисса между требованиями к высокой надежности, обеспечивающей без­опасность полета, с одной стороны, и к экономичности, определяе­мой массовыми, энергетическими и другими характеристиками си­стемы, с другой.

1.8 Основные потребители энергии ГС. Силовые приводы.

СИЛОВЫЕ ЦИЛИНДРЫ

Силовой цилиндр (гидроцилиндр) является объемным гидродвига­телем с прямолинейным или поворотным возвратно-поступательным движением рабочего органа (поршня или плунжера) относительно кор­пуса цилиндра.

На рис. приведены схемы цилиндров прямолинейного движения двух основных типов: двухстороннего (а и б) и одностороннего (в) дей­ствия; поршень (скалка) последнего цилиндра совершает обратный ход под действием пружины или внешних сил.

Рис. 138. Схемы силовых ци­линдров

Движущее усилие Р на штоке цилиндра и скорость v его перемеще­ния без учета потерь на трение, противодавления и утечек жидкости определяют по формулам

P=ps и υ = Q/s

где Q —расход жидкости. s— рабочая площадь поршня:

Для цилиндра, представленного на рис. 138, а, при подаче жидкости в полость, противоположную штоку s=πD²/4

для цилиндра, представленного на рис. 138, а, при подаче жидкости в полость со стороны штока и для цилиндра, представленного на рис. 138, б; s=π(D² –d²) /4 где D и d — диаметры поршня и штока (рис. 138. а и б).

Для цилиндра одностороннего действия (рис. 138, в) рабочей пло­щадью является площадь сечения штока (скалки) s=πd²/4 —. Эти цилиндры просты в изготовлении, поскольку обработке подлежат лишь поверх­ность d буксы под шток (скалку) и отпадает необходимость в обра­ботке зеркала внутренней поверхности цилиндра.

Цилиндры с двухсторонним штоком более сложны в изготовлении, так как необходимо выдержать строгую концентричность трех поверхностей — внутренних в цилиндре и внешних на поршне и штоках.

Для получения больших ходов применяют телескопические цилинд­ры, состоящие из нескольких (до шести) цилиндров (рис. 141). Под телескопическим силовым гидроцилиндром в общем случае понимают силовой гидроцилиндр, общий ход штоков которого превышает длину корпуса цилиндра.

к. п. д. силовых цилиндров.

Рассмотренная ранее величина движущего усилия не учитывала потери от трения движущихся частей. Данный вид потерь учитывается механическим КПД величина которого составляет η_мех= 0,85….0,97.

Фактический расход жидкости, скорость движения поршня цилинд­ра и площадь живого сечения поршня связаны зависимостью

где Q —потребный расход жидкости в рабочем цилиндре;

η_об = υ /υ_т объемный к. п. д. силового цилиндра;

υ и υ_т — действительная и теоретическая скорость поршня.

В цилиндрах, поршни которых уплотнены резиновыми или кожа­ными манжетами или резиновыми кольцами круглого сечения, утечки жидкости практически отсутствуют, поэтому объемный к. п. д. можно принять равным единице. При уплотнении поршня разрезными метал­лическими кольцами объемный к. п. д. может составлять 0,98—0,99.

При выборе конструкции уплотнения поршня необходимо исходить из следующего: при отношении длины хода L к внутреннему диаметру D цилиндра L/D < 15, т. е. для коротких цилиндров, когда можно обеспе­чить необходимую точность обработки цилиндра, допустимо применять притертые поршни и поршни с металлическими уплотняющими коль­цами. При относительной длине цилиндра L/D>15 рекомендуется при­менять мягкие уплотнения.

Не следует допускать боковых нагрузок на поршневой шток ци­линдра, которые приводят к быстрому выходу из строя уплотнительного узла штока и износу деталей цилиндра. При подобных нагрузках следует максимально улучшать направление штока и увеличивать базу его заделки в цилиндре, т. е. увеличивать расстояние от средней части поршня до средней части направляющей буксы штока при крайнем выдвинутом его положении. Для цилиндров, ход штока которых не пре­вышает размера диаметра цилиндра, минимальная величина базы за­делки штока должна быть не меньше 10% длины его хода. При увели­чении отношения длины L хода штока к его диаметру d этот процент должен быть увеличен, чтобы при отношении длины хода L к диамет­ру d L/d=10 заделка была не меньше 20%.

Отношение длины L хода поршня к его диаметру D не ограничено, однако практически это отношение для цилиндров, нагружаемых в обоих направлениях, не превышает L/D) = 4….6, хотя в некоторых слу­чаях оно достигает L/D = 15 и более.

Предельное отношение длины цилиндра к его диаметру исходя из технологических возможностей рекомендуется принимать не более 20. Штоки в этих случаях необходимо проверять на продольную устойчи­вость.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ЗАМКИ ДЛЯ ФИКСИРОВАНИЯ ПОРШНЯ

Для фиксирования поршня цилиндра в крайних положениях зачас­тую применяются механические замки, из которых наибольшее распро­странение получил шариковый замок (рис. 146). Поршень 5 цилиндра 7 имеет два ряда шариков 4 и 6 (по 8—12 в ряду), заключенных в обой­мы. В конечных положениях поршня 5 один из рядов шариков, распираясь гильзами плунжеров 2, находящихся под действием пружин 1, западает в соответствующую кольцевую проточку кольца 3 и фиксирует положение поршня.

При подаче жидкости в противоположную полость плунжер 2 пере­мещается под ее действием в направлении сжатия пружины 1 и дает возможность шарикам выйти из проточки, освобождая поршень 5.

Фиксирование поршня осуществляется пружиной 1 замка, которая должна иметь достаточный запас усилия для преодоления трения в ман­жетах, уплотняющих распорный плунжер 2.

Недостатком замка является большое удельное давление шариков на опорную поверхность канавок, ввиду чего требуются специальные материалы для изготовления соответствующих деталей, цилиндров.

Рис. 146. Шариковый замок

Возможны и другие схемы фиксации штока, например с помощью штыря, движение которого в одну сторону происходит под действием вспомогательного гидро или пневмопривода, а в другую за счет действия пружины.

ЦИЛИНДР С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯ

Силовые цилиндры зачастую используются для возвратно-поступа­тельных перемещений тяжелых деталей с большими ускорениями, при которых силы инерции достигают значительных величин. В качестве примера можно привести случай выпуска шасси самолета.

В этом случае для устранения удара в конце хода поршня приме­няют силовые цилиндры с устройствами для поглощения (демпфирова­ния) кинетической энергии массы путем изменения ее состояния (пре­вращения в тепло).

Одна из возможных схем подобных демпферов простейшего типа представлена на рис. 148. Поршень 4 снабжен цилиндрическим выступом 3 (с одной или с обеих сторон), который перед концом хода поршня входит с большей или меньшей плотностью в камеру, 5, запирая тем самым в нерабочей (сливной), полости цилиндра некоторый объем жидкости. Нетрудно видеть, что скорость дальнейшего движения поршня будет ограничена, поскольку блокированная (запертая) в нерабочей полости цилиндра жидкость должна быть выдавлена через цилиндров узкую радиальную щель (зазор) образованную выступом 3 и стенками камеры 5, в результате в этой полости создается противодавление, препятствующее движению поршня. Для регулирования этого противодавления (эффективности демпфирова­ния) обычно применяют игольчатый вентиль 1. При обратном ходе поршня жидкость движется через обратный клапан 2, в обход дросселя.

Применяются также иные схемы демпфирования большей или мень­шей сложности и, в частности, демпферы с переменным по ходу поршня с противлением (дросселированием).

Рис. 148. Расчетная схема гидравлических демпферов силовых цилиндров.

МОМЕНТНЫЙ ГИДРОЦИЛИНДР (ДВИГАТЕЛЬ)

Для угловых перемещений приводимых узлов с углом поворота<360° применяют моментный гидроцилиндр, который представляет собой объемный гидродвигатель с возвратно-поворотным относительно корпуса движением рабочего органа (рис. 150). Угол поворота однопластинчатого цилиндра может быть равен 270—280°. Подобные цилиндры получили название гидродвигателей (цилиндров) поворотного движения или «квадрантов». Применение этих цилиндров зачастую упро­щает кинематику приводных механизмов. Их практически можно счи­тать безинерционными двигателями, способными развивать большие крутящие моменты при больших и малых скоростях движения.

Рис. 150. Моментный гидро­цилиндр Рис. 151. Схемы многопластинчатых гидродвигателей поворотного типа

Теоретическую величину крутящего момента М и угловой скоро­сти со на валу однопластинчатого цилиндра поворотного действия (см. рис. 150) рассчитывают по формулам:

М= Pb = p b(D² –d²) /8 и ω = 8Q/ b (D² –d²)

где М — крутящий момент, развиваемый цилиндром;

Q — расход жидкости;

р — рабочее давление (перепад давления); b и d — ширина и диаметр вала, несущего пластину;

D — внутренний диаметр цилиндра;

ω— угловая скорость вала.

Однопластинчатые цилиндры строятся на крутящий момент от 17 до 1000 кГ • м при давлении 10 кГ/см2.

Применением многопластинчатых гидроцилиндров (рис. 151) мож­но соответственно увеличить крутящий момент, однако угол поворота при этом уменьшается.

Для многопластинчатого цилиндра

М= Pb = p z b(D² –d²) /8 и ω = 8Q/ z b (D² –d²)

где z — число пластин.

Основная трудность при создании таких двигателей заключается в обеспечении герметичности. Уплотнение пластины (см. рис. 150) осу­ществляется как по торцу, так и по радиальному зазору с помощью приклеенных к ней резиновых манжет. С помощью манжет осущест­вляют также уплотнение вала, несущего пластину.

В некоторых конструкциях пластина помещается в пазу вала сво­бодно и прижимается к поверхности цилиндра давлением жидкости,.

Рис. 152. Схема поворотного гидродвигателя с гидравлическим поджимом пластины

подводимым в камеру под пластину (рис. 152,а). Для предварительно­го прижатия пластины к цилиндру под нее помещают небольшие пру­жины.

Для снижения трения пластину зачастую выполняют по схемам, представленным на рис. 152,6.

В первой схеме прижатие пластины зачастую выполняется за счет утечек жидкости. Для этого на пластине по площади контакта с цилинд­ром выполняют канавку а, которую соединяют с помощью канала b с камерой с. Нетрудно видеть, что в камере с будет действовать в этой схеме давление р_с, равное средней величине перепада давления р_с = (Рраб- Рсл)/2

где Рраб и Рсл — рабочее давление и давление сливной линии.

Разгрузка во второй схеме достигается тем, что рабочее давление под­водится через жиклер в продольный прорез (канавку), выполненный на торце пластины, контактирующем с цилиндром.

1.9 Агрегаты регулирования потока рабочего тела по расходу и давлению.

В гидросистемах применяются различные устройства для регулирования давления и расхода или изменения направления (распределения) потока жид­кости.

Общим для регулирующих устройств, несмотря на разнообразие конструк­ций, является то, что изменение расхода и давления жидкости в них проис­ходит за счет потери энергии потока в дросселирующем элементе. Закон изме­нения расхода и давления определяется в основном геометрическими разме­рами (площадью) и формой проходного сечения рабочего окна дросселирую­щего элемента.

В распределительных устройствах применяют комбинации из несколь­ких рабочих окон, размеры которых могут изменяться в оп­ределенной последовательности. Это позволяет, помимо изменения давления и расхода, производить также изменение направления движения рабочей жидкости.

В зависимости от назначения дросселирующего элемента рабочие окна в процессе работы могут иметь постоянную или переменную площадь. По­стоянную площадь рабочих окон имеют дроссели, выполненные в виде диа­фрагм, капилляров и т. п. К устройствам, у которых в процессе работы пло­щадь рабочих окон изменяется от воздействия внешней силы, относятся распределительные золотниковые пары, вентили, регулируемые дроссели и т. д. Размеры рабочих окон могут изменяться также от воздействия давления по­тока жидкости. К устройствам такого типа относятся обратные, предохра­нительные, редукционные и демпферные клапаны; ограничители расхода и давления; дозаторы и т. п.

Рабочие окна дроссельных щелей регулирующих и распределительных устройств образуются типовыми конструктивными элементами (золотнико­выми парами, клапанами и дросселями).

Основными рабочими параметрами этих элементов являются расход жид­кости через рабочее окно, потери давления и мощности, нагрев жидкости при дросселировании потока.

Расход жидкости. Большинство дросселирующих элементов представляет собой местные сопротивления течению жидкости, в которых происходят по­тери давления за счет резкой деформации потока. Расход жидкости через дросселирующий элемент определяется по формуле

Q=vs

Q=s μ(2 Δp/ ρ)^0,5

где v — скорость течения жидкости, см/с; s-— площадь струи жидкости; μ — коэффициент расхода; ρ — плотность жидкости, тяжести,; Δp = р — p₁ — перепад давления на рабочем окне (отверстии); р — давление на входе в дроссельное окно,; р₁— давление на выходе из ок­на.

При выборе рабочих параметров следует учитывать, что в дросселирую­щих элементах с одной рабочей щелью минимальный стабильный расход жид­кости может быть не менее 1—3 см³/с. При ширине щели менее 0,1 мм на рас­ход жидкости влияет облитерация щели; в этих случаях с целью обеспече­ния стабильного расхода расчетное значение Qmin повышается.

На расход жидкости, особенно через длинные дроссельные щели (капил­ляр, винтовая канавка, зазор и т. п.) и щели со скругленными рабочими кром­ками, существенное влияние оказывают изменения температуры жидкости и окружающей среды. Поэтому в устройствах, где требуется обеспечить ста­бильный расход жидкости в широком диапазоне температур, применяют зо­лотниковые пары, клапаны и диафрагмы с острыми рабочими кромками.

Перепад давления на дросселирующем элементе. Определяется по формуле расхода:

Δp = ρ (Q/s μ) ²/2

Нагрев жидкости. Часть энергии потока жидкости при дросселирова­нии превращается в тепловую и вызывает нагрев жидкости, дроссельного устройства и гидросистемы в целом. Для минеральных масел (ρ= 850 кг/м³; теплоемкостью с= 0,45...0,5 Ккал/кг.град) перепад давления в 10 кГ/см² вызывает нагрев вытекающей жидкости пример­но на 0,5° С.

Дата добавления: 2014-01-20