Файл: Полубояринов Ю.Г. Основы машиностроительной гидравлики и пневматики учеб. пособие.pdf

Фактическая подача насоса отличается от расчетной на вели­

Рис. 19

нием жидкости показана на рис. 19, б. В корпусе / размещен экс­ центрично к статору 2 ротор 3, вращающийся вокруг распредели­ тельной цапфы 4. В цапфе устроены поперечные пазы 5 и продоль­ ные каналы 6, по которым рабочая жидкость поступает в цилиндры 7 при всасывании и подается в систему при нагнетании. Статор уста­ новлен на подшипниках, внутренняя обойма которых запрессована в шейке рамы 8. С помощью механизма 9 рама со статором имеет возможность перемещаться по направляющим, изменяя при этом величину эксцентриситета е. В цилиндрах размещены поршни, ко­ торые при вращении ротора совершают возвратно-поступательное движение, осуществляя всасывание и нагнетание рабочей жйдко-

60

сти. Движение поршней в цилиндрах происходит под действием центробежной силы и реакции со стороны статора.

Удельная подача насоса рассчитывается по формуле

q = -^-2ez, . (60)

где d— диаметр поршня (плунжера); е — эксцентриситет;

z — число поршней.

Из формулы (60) видно, что при изменении величины е будет изменяться удельная (а следовательно, и полная) подача насоса.

Поршневые насосы радиального исполнения обычно приме­ няются в установках, которые работают в весьма тяжелых условиях и к которым не предъявляются высокие требования с точки зрения компактности, герметичности и быстроходности. Подача насосов Q составляет 15—400 л/мин, а давление 50—200 кГ/см2. Объемный к. п. д. этих насосов составляет 0,93 - г - 0,97.

Конструктивная схема (в продольном разрезе) поршневого ро- -• тационного насоса аксиального исполнения с торцевым распреде­ лением жидкости показана на рис. 19, в. В корпусе 1 размещен барабан 2, который вращается на валу 10. В барабане имеются ци­ линдры 4, внутри которых помещены поршни 3, соединенные шар­ нирами 12 с наклонной шайбой 11. При вращении барабана поршни совершают возвратно-поступательное движение, производя всасы­ вание и нагнетание рабочей жидкости. Распределение жидкости осуществляется с помощью торцевого распределителя 5, соединен­ ного с корпусом насоса. В распределителе имеются два серповидных окна 6, сообщающиеся с соединительными отверстиями 7 и с отвер­ стиями цилиндров. Передача вращения от вала к наклонной шайбе производится через карданный узел 9, а изменение угла (3 наклон­ ной шайбь^ осуществляется с помощью механизма 8.

2 — число поршней.

Из формулы (61) видно, что при изменении угла |3 будет изме­ няться удельная (а следовательно, и полная) подача насоса.

Поршневые ротационные насосы аксиального исполнения на­ ходят широкое применение во многих отраслях машиностроения, что объясняется такими их преимуществами, как малый вес, при­ ходящийся на единицу мощности (0,95-г- 4,2 кПквт), компактность и высокий коэффициент полезного действия. Подача насосов со­ ставляет 9—800 л/мин, а рабочее давление доходит до 350 кГ/см2. Объемный к. п. д. насоса составляет 0,95 ч- 0,99,

61

Конструктивная схема (в поперечном разрезе) пластинчатого насоса однократного действия показана на рис. 19, г. В корпусе 1 размещен эксцентрично к статору 2 барабан 3, который вращается на валу 4. В барабане устроены пазы 5 прямоугольного сечения, внутри которых расположены пластинки 6. В торцевой стенке кор­ пуса образованы две фигурные прорези 7, через которые произво­ дится всасывание и нагнетание рабочей жидкости. При вращении барабана пластинки под действием центробежных сил выходят из пазов в зоне прорези всасывания и образуют замкнутое простран­ ство между барабаном и статором, в котором находится жидкость. В зоне прорези нагнетания пластинки под действием реакции ста­ тора входят в пазы, а перекачиваемая жидкость направляется в про­ резь 7. Таким образом, за один оборот вала каждая пластинка совершает однократный процесс всасывания и нагнетания. Этот насос, так же как поршневой ротационный насос радиального ис­ полнения, может иметь механизм для перемещения статора, что позволяет изменять величину эксцентриситета е.*

Удельная подача насоса определяется по формуле

где b и б — ширина и толщина пластинки;

D —диаметр внутренней расточки статора; 2—число пластин.

Из формулы (62) видно, что при изменении величины е будет изменяться удельная (а следовательно, и полная) подача насоса.

Пластинчатые насосы отличаются простотой и надежностью кон­ струкции, компактностью и малым весом. Подача насосов состав­ ляет 3—400 л/мин, а рабочее давление доходит до 175 кГ/см2. Объем­ ный к. п. д. пластинчатых насосов несколько ниже, чем у поршне­ вых ротационных насосов, и составляет 0,64 ч - 0,93.

Конструктивная схема шестеренчатого насоса с внешним зацеп­ лением дана на рис. 19, д. Насос состоит из двух шестерен 4 и 7, размещенных в корпусе 2. В корпусе устроены отверстия 1 и 5 для присоединения всасывающей и нагнетательной трубы. Вал 3 веду­ щей шестерни соединен с валом приводного механизма. При враще­ нии шестерен рабочая жидкость по всасывающей трубе поступает во всасывающую полость насоса там, где зубья выходят из зацепле­ ния. Далее жидкость перемещается замкнутыми объемами по пе­ риферии насоса и попадает в полость нагнетания там, где зубья вхо­ дят в зацепление. Из полости нагнетания жидкость через отверстие 5 направляется в нагнетательную трубу. Небольшая часть жидко­ сти, оставшаяся в межзубном пространстве, возвращается по раз­ грузочной канавке 6 в полость всасывания.

* В пластинчатых насосах двукратного действия расточка статора имеет форму, близкую к овалу, барабан размещен концентрично, а в торцевой стенке образованы четыре прорези (две — на всасывание и две — на нагне­ тание). Удельная подача этих насосов не регулируется.

62

где. £>н — диаметр начальной окружности;

т— модуль зацепления;

Ь— ширина зуба.

Формула (63) показывает, что удельная подача шестеренчатого насоса не регулируется.

Шестеренчатые насосы отличаются простотой и надежностью конструкции, компактностью и малым весом (2 кПквт). Подача на­ сосов составляет 5—140 л/мин, а давление доходит до 210 кГ/см2. Объемный к. п. д. насоса составляет 0,7 - г - 0,92.

Конструктивная схема (в продольном разрезе) трехвинтового насоса показана на рис. 19, е. В насосе имеется один ведущий винт 1 с циклоидальным зацеплением и два ведомых винта 2, размещен­ ные в корпусе 3. Нарезки ведущего и ведомых винтов имеют проти­ воположное направление. Вал ведущего винта соединяется с валом приводного механизма. При работе насоса жидкость через отверстие 4 из полости всасывания 5 поступает в пространство между винтами и, перемещаясь в продольном направлении, попадает в полость нагнетания 6.

Удельная подача насоса определяется по формуле

где DH — диаметр начальной окружности винта.

Формула (64) показывает, что удельная подача винтового на­ соса не регулируется.

Винтовые насосы более громоздки, чем шестеренчатые, и имеют более сложную конструкцию. Наибольшая подача насосов состав­ ляет 9000 л/мин* а рабочее давление доходит до 175 кГ/см2. Объем­ ный к. п. д. насоса — 0,33 -~ 0,85.

* В среднем подача винтовых насосов составляет 48—1500 л/мин.

63

Выше указывалось, что в качестве источников питания гидрав­ лических систем, наряду с насосами, могут служить и гидравлические аккумуляторы — резервуары, содержащие рабочую жидкость под давлением. Из различных видов гидроаккумуляторов наиболее распространены газогидравлйческие аккумуляторы, избыточное давление в которых обеспечивается сжатым газом (воздухом или азотом). Схема такого аккумулятора показана на рис. 20, а.

• Аккумулятор состоит из баллона 7, в верхней части которого установлен вентиль 2 для зарядки баллона газом. В нижней части

Гидравлическая характеристика аккумулятора, представлен­ ная на рис. 20, б,-показывает, что при работе аккумулятора с пере­ менным расходом Q давление р с увеличением Q уменьшается. Если предусмотреть устройство для автоматической подзарядки, то можно обеспечить постоянное давление р == р 0 = const.

Рабочая жидкость,' поступающая в гидравлическую систему от источника питания, не должна содержать в своем составе механи­ ческих примесей. Очистка жидкости от примесей (фильтрация) про­ изводится в фильтрах с различным фильтрующим материалом (сет­ чатые, пластинчатые, войлочные, бумажные и матерчатые фильтры).

На рис. 21 показана конструкция пластинчатого фильтра. В кор­ пусе 2 установлен пакет пластин 3 с зазором от 0,08 до 0,20 мм. Жид­ кость подается в отверстие 8 и после очистки поступает через от­ верстие 6 в трубопровод. Периодическая очистка пластин произво­ дится скребками 5, которые закреплены на оси 4. При повороте рукоятки 7 скребки входят в зазоры между пластинами и счищают

64

с них примеси. Удаление примесей из фильтра происходит через отверстие 1.

Требование тщательной очистки сжатого воздуха предъявляется к пневматическим системам. Первичная очистка воздуха произво­ дится непосредственно в компрессорных установках, из которых воздух поступает в магистральные воздуховоды. Вторичная, более тщательная очистка производится через тонкие фильтры в инди­ видуальных узлах пневматической системы. По способу очистки фильтры подразделяются на сухие, мокрые, центробежные и элек­ трические. Наиболее распространены сухие фильтры с пористым или волокнистым фильтрующим материалом.

Особо высокие требования к качеству сжатого воздуха предъяв­ ляются в пневматических измерительных системах (см. гл. 3).

§ 9. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ (ГИДРО- И ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ)

Исполнительные механизмы преобразуют энергию потока ра­ бочей среды (жидкости или газа) в энергию механического движе­ ния, совершаемого с определенной скоростью.

Все механизмы имеют одну или несколько камер, называемых рабочей полостью или объемом, внутри которых рабочая среда со­ вершает полезную работу, преодолевая действие внешних сил. Гид­ равлической характеристикой исполнительного механизма является зависимость давления р от расхода Q. Крутизна этой характери­ стики, т. е. отношение называется импедансом нагрузки.

В системах управления применяются исполнительные меха­ низмы поступательного и вращательного движения.

Исполнительные механизмы поступательного движения могут быть двухстороннего и одностороннего действия. В механизмах двухстороннего действия перемещение подвижных элементов при прямом и обратном ходе производится под воздействием сил давле­ ния рабочей среды. В механизмах одностороннего действия пере­ мещение при прямом ходе производится под воздействием сил дав­ ления, а при обратном ходе — с помощью возвратной пружины или груза. Подвижные части исполнительных механизмов поступатель­ ного движения могут быть типа поршней (или плунжеров) и типа мембран (диафрагм).

Поршневые конструкции применяются в силовых цилиндрах с относительно большим перемещением, а мембранные механизмы— при малых перемещениях. Эти механизмы отличаются более высокой чувствительностью, быстродействием в сравнении с поршневыми двигателями и менее чувствительны к загрязнению рабочей среды.

На рис. 22 даны схемы некоторых исполнительныхмеханизмов поступательного движения. На рис. 22, а показана схема поршне-- вого силового цилиндра двухстороннего действия. В гильзе 2 раз-

мещен поршень 3, соединенный со штоком 6. Отверстия 4 и / служат для подачи и выпуска из цилиндра, рабочей среды. При выполне­ нии рабочего (прямого) хода рабочая среда подается в левую (порш­ невую) полость 5. Из правой (штоковой) полости 7 рабочая среда поступает на слив (жидкость )или выпускается наружу (газ). Гер­ метизация полостей обеспечивается с помощью уплотнений 5 поршня и штока. В качестве уплотнений обычно применяются резиновые и чугунные кольца или манжеты шевронного и U-образного типа.

При выполнении обратного (холостого) хода подача рабочей среды производится в штоковую полость. Одновременно из поршне­ вой полости производится опорожнение.

Рис. 22

Внекоторых гидравлических механизмах для ускорения обрат­ ного хода обе полости силового цилиндра в этом случае соединяются по схеме, показанной на рис. 22, б.

Впоршневых исполнительных механизмах одностороннего дей­ ствия (рис. 22, в) при рабочем ходе поршня заполняется рабочей средой полость /. Поршень, двигаясь вправо, сжимает возвратную пружину 2. При обратном ходе поршня пружина разжимается, полость / опоражнивается.

Разновидностью пневматических исполнительных механизмов одностороннего действия является сдвоенный силовой цилиндр, схема которого изображена на рис. 22, г. В этом цилиндре при ра­ бочем ходе поршни движутся в разные стороны. При обратном ходе поршни сходятся вместе под действием возвратных пружин.

Для увеличения развиваемого усилия применяются пневмати­ ческие силовые цилиндры со сдвоенным поршнем (рис. 22, д). Вну-

66

три цилиндра устроена перегородка 3, через которую проходит со­ единительный шток 5. При рабочем ходе сжатый воздух подается через отверстия 6 и 2 в рабочие полости 7 и 9; из полостей 8 я 10 воздух выходит наружу через отверстия 4 и 1.

На рис. 22, е показана схема пневматического силового цилиндра с двухступенчатым поршнем. С помощью такой конструкции можно получить разную величину усилия на штоке. Меньшее усилие по­ лучается при подаче сжатого воздуха в полость 3 (полости /, 2 и 4 соединены с атмосферой). Большее усилие создается при подаче сжатого воздуха в полости / и 3 (полости 2 и 4 соединены с атмо­ сферой.)

Рис. 23

Схемы мембранных (диафрагменных) механизмов представлены на рис. 23: а — механизм одностороннего действия с возвратной пружиной; б — механизм двухстороннего действия; в — механизм со сдвоенной мембраной. Основными частями мембранных меха­ низмов являются: корпус /, мембрана 2 (плоской, гофрированной или чулкообразной формы), шток 3, пружина 4, присоединительные штуцеры 5. Действие мембранных механизмов зависит от величины прогиба мембраны. Величина прогиба зависит от типа и размера мембраны, давления рабочей среды и упругих свойств материала мембраны. К разновидности мембранных механизмов можно отне­ стих с и л ь ф о н н ы й механизм, схема которого дана на рис. 23,г. Основной частью механизма является сильфон 3, представляющий собой гофрированную пружину. Сильфон размещается в герметич­ ной камере 2, в которую через штуцер 1 подается рабочая среда под давлением р. Во внутренней полости сильфона давление среды рг. Смещение штока 4 в осевом направлении происходит под дейст­ вием разности сил давления, приходящихся на наружную и внут­ реннюю поверхность сильфона.