Файл: Энгель, В. Ю. Основы теории и расчет объемных гидромашин с фазовым регулированием учебное пособие.pdf

Нагнетание

профиль статора

Ф-4-50,

Р и с . 1. Схема регулирования расхода пластинчатого «атаса.

8

Рассмотрим пластинчатый насос двойного действия, регули­ рование подачи которого осуществляется путем углового пере­ мещения рабочего профиля статора относительно распредели­ тельных окон. Насос, работающий по этому принципу, схемати­ чески изображен на рис. 1.

Насос состоит из статора 6, с которым жестко соединено кольцо 7, имеющее рукоятку 3. Внутри статора расположен ро­ тор 5. Направление вращения ротора указано стрелкой. В пазах ротора перемещаются пластины 2. Внутренняя поверх­ ность статора образована дугами окружности большого и малого диаметров. Эти дуги сопряжены поверхностями переменной кривизны. По обоим торцам статора расположены распредели­ тельные диски со всасывающими 1 и напорными 4 окнами.

Насос работает следующим образом. Когда статор занима­ ет положение, изображенное на рис. 1 ,а, процессы всасывания и нагнетания рабочей жидкости происходит так же, как в обыч­ ных лопастных насосах постоянной производительности.

Величина производительности максимальна для данного насоса.

На рис. 1,6 показано положение, которое займет статор при повороте его на 45° относительно неподвижных распределитель­ ных дисков. В этом случае при вращении ротора рабочая жид­ кость из камер с уменьшающимся объемом будет перетекать в камеры с увеличивающимся объемом. Такое перетекание жид­ кости объясняется тем, что при любом положении вращающего­ ся ротора камеры с уменьшающимся и увеличивающимся объе­ мом постоянно соединены друг с другом с помощью распреде­ лительных окон 1 и 4 (рис. 1,а). При положении статора, изо­

поверхностям с переменной кривизной, расположенным в обла­ сти окон 4, их объем увеличивается, а в области окон 1 умень­ шается. Иными словами направление потока жидкости станет противоположным тому, которое изображено на рис. 1,а. Про­ изводительность насоса при этом снова максимальна.

При всех промежуточных (но сравнению с показанными на рис. 1) положениях статора производительность насоса в про­ цессе подачи рабочей жидкости в гидросистему будет меньше максимальной и больше нуля.

Очевидно, принцип регулирования не изменятся, если осу­ ществлять поворот распределительных окон относительно непод­

вижного статора.

Хотя количественно регулирование производительности не зависит от того, статор ли смещается относительно распредели­

9

тельных окон или, наоборот, окна относительно статора, тем не менее последний случай заслуживает предпочтения, поскольку при этом требуется значительно меньшее усилие для перемеще­ ния органа, регулирующего •производительность. Это объясняет­

ся тем, что в первом случае к статору должен быть приложен момент, равный полному крутящему моменту насоса, тогда как во втором требуется преодолеть лишь силу трения между рас­ пределительными дисками и уплотняющими элементами, вели­ чину которой можно уменьшить до заданных пределов с по-

Р и с . 2. Схема регулирования аксиально-поршневого насоса.

мощью известных конструктивных мер (уменьшением поверхно­ стей трения в резиновых уплотнениях, гидравлической разгруз­ кой диакон от сил, прижимающих диски к корпусу насоса и т. п.).

Перейдем к рассмотрению схемы аксиально-поршневого на­ соса с регулированием расхода посредством разворота распре­ делительного диска. При таком повороте нейтральная ось рас­ пределительного диска 1 (рис. 2) сместится на фазовый угол а относительно нейтральной оси наклонного диска 3. При этом под нейтральной осью распределительного диска подразумева­ ется ось, лежащая в пересечении двух взаимно перпендикуляр­ ных плоскостей, одна из которых совпадает с рабочей лонерхно-

10

угол должен быть в пределах от 90° до 180°, причем при фазевом угле, равном 0 или 180°, подача натеса максимальна, а при угле, равном 90°, подача насоса прекращается.

Принцип действия радиально-поршневой гидромашины рас­ смотрим на примере гидромотора.

Работа гидромотора на нерегулируемом режиме схематиче­ ски изображена на рис. 3, а. При обкатывании поршневой (группы /порабочему (напорному) участку профиля2 жидкость:под вы­ соким давлением через окно 5 распределителя подводится в по­ лость поршня/. Когда поршень /переходит на сливной участок.? профиля, подпоршневое пространство соединяется с окном 4 распределителя, рабочая жидкость вытесняется на слив. Таким образом, на рабочем участке 2, ранном фр, совершается рабо­ чий ход поршней, равный подъему профиля h.

-Схема регулирования показана на рис. 3,6. При повороте распределителя происходит уменьшение ширины окна 5. Поэто­ му поршень 1, перемещаясь по рабочему (напорному) участку 2 направляющей, соединен с окном 5 не на всем участке <рр, а только на части его— (фр—кх). Величина рабочего хода порш­ ня уменьшится, т. е. hi<h.

Дальнейший подъем поршневой группы / по участку 2 профиля происходит под действием сливного давления рабочей жидко­ сти, которая поступает из окна 4 распределителя. Конструкцией распределителя предусматривается, что при его повороте уве­ личивается окно 4. После подъема поршень / переходит на уча­ сток 3 и при перемещении вниз вытесняет жидкость в сливную магистраль через окно 4.

При повороте распределителя на угол /а происходит умень­ шение рабочего объема гидромотора и соответственно увеличе­ ние его оборотов при постоянном расходе жидкости, подводи­ мой к гидромотору. Одновременно уменьшается крутящий мо­ мент на валу гидромотора, поскольку момент пропорционален рабочему объему.

Фазовое регулирование гидромашин сопровождается уведичением гидравлических потерь, ростом неравномерности подачи (скорости), возникновением защемленных объемов.

Увеличение гидравлических потерь связано с присущей фа­ зовому способу повышенной циркуляцией жидкости внутри гид­ ромашины. Причем росту потерь способствует еще увеличение скорости движения жидкости по внутренним каналам. Так, например, с увеличением фазового угла при регулировании радиально-поршневых гидромоторов переход поршневых групп с напорного участка на сливной происходит при сильно отлича­ ющейся от нуля скорости их движения в радиальномнаправле­ нии (ом. рис. 3,6). Одновременно с этим заметно уменьшаются размеры проходного сечения распределительных окон. Поэтому скорость протекания жидкости через окна возрастает, что при­ водит к увеличению гидравлических потерь.

12

Глава I. ПЛАСТИНЧАТЫЕ ГИДРОМАШИНЫ

Пластинчатые гидрамашины обычно подразделяются на ма­ шины однократного, двойного и многократного действия. В сов­ ременных системах гидропривода и гидроавтаматики применя­ ются, главным образом, машины двойного действия.

'Пластинчатые гидромашины двойного действия изготовля­ ются .нерегулируемыми. Попытки создания гидромашин, бесступенчато регулируемых изменением рабочего объема, не увенча­ лись успехам из-за значительного усложнения конструкции по сравнению с нерегулируемыми образцами. Это обусловлено тем, что пластинчатые гидромашины этого типа в отличие от однои­ менных машин однократного действия не имеют эксцентрисите­ та, и для того чтобы изменить их рабочий объем, необходимо вводить в конструкцию ряд устройств, позволяющих тем 'ИЛИ иным способом изменять действующую ширину пластин, напри­ мер, вдвигать их в ротор с помощью специального механизма. Из-за сложности и громоздкости подобные способы распространения ,не получили.

Вместе с тем, пластинчатые гидромашины двойного действия, в особенности насосы, находят .весьма широкое применение в гидроприводе. Только в США выпускается более 500 типораз­ меров насосов этого вида. Подобные гидромашины выпускает большое количество фирм и в Европейских странах. В СССР

выпуском насосов и гидрамоторов двойного действия занима­ ется ряд заводов (Елецкий «Гидропривод», Андижанский маши­ ностроительный завод в Узбекистане, Московский им. Лиха­ чева и др.).

Столь широкое распространение объясняется положитель­ ными качествами этих насосов: хорошими габаритно-весовыми характеристиками, низкой стоимостью, простотой конструкции, минимумом пульсаций расхода и давления. Все перечисленные качества, как показывают испытания и исследования насосов двойного действия, присущи и машинам с фазовым регулирова­ нием.

Гидрамашины однократного действия по сравнению с образ­ цами двойного действия имеют существенный недостаток, за­ ключающийся .в возникновении значительного одностороннего усилия от давления нагнетания на подшипники вала ротора, что вызывает необходимость ограничить давление. Поэтому такие машины мало применяются в гидроприводе и в данной работе не рассматриваются.

14

§ 1. Мгновенный расход (пластинчатых насосов двойного действия

Рассмотрим процесс вытеснения жидкости в окно нагнетания пластинчатого насоса двойного действия. Примем следующие параметры:

1)расположение пластин в роторе радиальное;

2)центральные углы, охватывающие распределительные ок­ на, участки постоянной и переменной кривизны статора и оси двух соседних пластин, равны друг другу;

3)объем пластин пренебрежимо мал;

4)жидкость несжимаемая;

5)рабочие камеры насоса, заключенные между двумя со­ седними пластинами, ротором, статором и распределительными дисками, полностью герметичны.

Пластинчатые насосы двойного действия с фазовым регули­ рованием подачи и реверсом подачи должны иметь одинаковые углы, охватывающие распределительные окна, участки статора постоянной и переменной кривизны. С другой стороны, макси­ мально возможный (теоретически) угол между двумя соседни­

ному углу перемычки между окнами. Этим обусловлен п. 2 при­ нятых выше допущений.

Вначале рассмотрим вытеснение жидкости насосом, подача которого максимальна (ц=0). Пластины такого насоса (при сделанных нами допущениях) можно представить в виде ради­

усов-векторов.

За время dt радиус-вектор ОА (рис. 1Л,а) повернется вме­

Обозначим ширину пластины в направлении, перпендику­ лярном плоскости чертежа, через В. Тогда элементарный объем с основанием dFi и высотой В можно выразить в виде

Если объем заполнен несжимаемой жидкостью, то при пово­ роте пластины на угол dtр образуется элементарный поток

15