Основные понятия. Отличительным признаком любой объемной гидромашины является наличие нескольких рабочих камер, способных периодически изменять свой объем

ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОПРИВОДЫ

Отличительным признаком любой объемной гидромашины является наличие нескольких рабочих камер, способных периодически изменять свой объем. Камеры при увеличении объема соединяются со всасывающей линией и заполняются жидкостью. При уменьшении объема камер жидкость вытесняется в напорную линию. Объемные машины вытесняют или потребляют поток жидкости отдельными порциями.

В объемном насосе подвижный орган, замыкающий камеру, соединен приводным механизмом с первичным двигателем и сообщает жидкости дополнительную энергию, расходуемую потребителями гидравлической энергии. В объемном гидродвигателе при заполнении камеры подвижный замыкающий элемент, например, поршень гидроцилиндра, перемещается под воздействием давления жидкости и совершает работу, необходимую для преодоления силы или момента, приложенных извне, со стороны выхода.

Насос, таким образом, является функциональным преобразователем механической энергии привода в гидравлическую энергию потока жидкости. Двигатель выполняет противоположную функцию – преобразует гидравлическую энергию потока в механическую работу.

По характеру процесса вытеснения жидкости насосы разделяют на поршневые и роторные.

В поршневом насосе рабочие камеры неподвижны и жидкость из них вытесняется поршнями.

Характерный признак роторной машины – наличие подвижных рабочих камер, жидкость из которых вытесняется за счет вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей. К основным типам авиационных роторных насосов относят шестеренные, пластинчатые и поршневые (радиально-поршневые и аксиально-поршневые) насосы.

Простейшим объемным насосом является поршневой кривошипный насос, схема которого показана на рис. 1.1.

При вращении кривошипа 4 поршень 2, шарнирно связанный с шатуном 3, будет совершать возвратно-поступательные движения в цилиндре 1. За каждый оборот кривошипа поршень совершит два хода, из которых один используется для заполнения цилиндра и другой – для нагнетания жидкости. Для распределения потоков жидкости насос снабжен двумя самодействующими клапанами – всасывающим 5 и нагнетательным 6, первый из которых соединен с линией. Ведущей в бак, а второй – с нагнетательной линией.

Рис. 1.1. Гидрокинематическая схема поршневого кривошипного насоса

При ходе поршня вправо объем рабочей камеры увеличивается и в ней создается вакуум, в результате чего жидкость засасывается через открытый клапан 5. При ходе поршня влево объем рабочей камеры уменьшается и жидкость вытесняется через нагнетательный клапан 6 в линию высокого давления.

Аксиально-поршневая гидромашина, схема которой показана на рис. 1.2, состоит из распределительного устройства 1, цилиндрового блока 2, поршней 3, головки которых снабжены гидростатическими опорами 4, наклонного диска (шайбы) 5 и пружины 6, обеспечивающей прижим поршней к наклонному диску. Угол наклона диска 5 к оси блока цилиндров

При вращении блока цилиндров, если поршни, ведомые наклонным диском, совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах. Удаляясь от распределительного устройства, поршни всасывают жидкость, а приближаясь к нему, - вытесняют ее. Подвод жидкости к цилиндрам и отвод от них осуществляется через отверстия в торце блока, которые через распределительное устройство попеременно сообщаются то с линией, ведущей в бак, то с нагнетательной линией. Линия всасывания отделена от линии нагнетания в распределительном устройстве перемычками, ширина которых превышает диаметры каналов в торце блока цилиндров ( > ).

Рис. 1.2. Гидрокинематическая схема

аксиально-поршневого насоса с наклонным диском

Если вал такой машины соединить с первичным двигателем, а линию всасывания – с баком гидросистемы, то машины будет работать как насос. Если подводящую линию соединить с источником давления, а отводящую – с баком, то поршни при цикле заполнения вытесняются из цилиндров давлением и, скользя по наклонной поверхности диска 5 (рис. 1.2), создадут момент на выходном валу. Следовательно, такая машина может работать как насос и как гидродвигатель и является обратимой.

Гидравлические двигатели, создающие момент и сообщающие ведомому валу непрерывное вращение, называют гидромоторами. Большинство объемных машин обратимо, в том числе все роторные, в которых рабочие элементы совершают вращательное движение.

Размер объемного насоса зависит от его рабочего объема. Рабочий объем и частота рабочих циклов насоса определяют его идеальную подачу. Идеальной подачей объемного насоса называют подачу несжимаемой жидкости при отсутствии утечек через зазоры в единицу времени. Осредненная по времени идеальная подача объемного насоса однократного действия

где рабочий объем насоса, т. Е. идеальная подача за один оборот вала насоса; частота вращения вала.

В соответствии с ГОСТ 13824–80 и 13825–80 рабочие объемы насосов и гидромоторов составляют 10, (11,2), 12,5, (14), 16, (18), 20, (22,4), 25, (28), 32, (36), 40, (45), 50, (56), 63 см³ и т. д. В скобках показаны числа дополнительного ряда. При выборе значений номинальных объемов предпочтение отдают основному ряду. Для авиационного гидропривода рабочие объемы ограничены диапазоном значений = 0,5…50 см³.

Частота вращения вала измеряется секундой в минус первой степени. Допускается применение единицы частоты вращения, выраженной оборотом в секунду и оборотом в минуту. Номинальные частоты вращения насосов с приводом от авиадвигателей составляет 2200 и 4000 об/мин.

Действительная подача насоса меньше идеальной вследствие утечек из рабочих камер через зазоры, а при больших рабочих давлениях еще и за счет сжимаемости жидкости.

Отношение действительной подачи к идеальной называется коэффициентом подачи:

где расход утечек; расход сжатия.

Когда сжатие жидкости пренебрежимо мало, коэффициент подачи равен объемному КПД насоса ():

Приращением кинетической энергии в объемном насосе обычно пренебрегают. Поэтому приращение удельной энергии жидкости, перекачиваемой насосом, определяется разностью давлений на его выходе и входе :

Теоретическую (индикаторную) мощность, сообщаемую насосом потоку жидкости, рассчитывают по уравнению:

(1.1)

где теоретический момент; угловая скорость вала.

Теоретическое значение момента на валу насоса можно найти из уравнения (1.1). Откуда

где

Затрачиваемый на привод насоса момент больше теоретического на величину момента трения

Гидромотор создает крутящий момент меньше теоретического значения:

Эксплуатационное давление насоса зависит от сопротивления гидролинии, через которую он прокачивает жидкость. В системе, изображенной на рис. 1.3, а, постоянная часть давления создается нагрузкой на штоке силового цилиндра 2, переменная – настройкой регулирующего дросселя 1.

Рис. 1.3. Характеристики системы:

а – насос–дроссель–цилиндр; б – насос–дроссель

Без учета потерь в трубопроводах уравнение перепадов давления можно записать в виде

где перепад давления на дросселе; давление нагрузки; коэффициент характеристики дросселя; расход жидкости через дроссель; площадь поршня цилиндра.

Характеристику дросселя можно получить из уравнения Торричелли

откуда

где коэффициент расхода дросселя; площадь сечения дросселя; плотность жидкости.

Совместное графоаналитическое решение уравнений

и

Позволяет найти рабочую точку системы с соответствующими расходом и эксплуатационным давлением

Закрывая дроссель, можно перейти из рабочей точки в точку с давлением > и меньшим расходом жидкости > . Если система не имеет постоянной нагрузки (рис. 1.3, б), то уровень давления насоса 1 зависит от настройки дросселя 2.

Под номинальным давлением гидромашины понимают наибольшее (расчетное) давление, при котором гидромашина должна работать в течение установленного срока службы с сохранением параметров в пределах установленных норм. Номинальные давления установлены ГОСТ 12445–80. В гидравлических системах ВС номинальные давления равны 11, 16, 21, 28, 32 МПа.

Дата добавления: 2015-04-30