Насосы и гидромоторы

Насос - гидравлическая машина, в которой механическая энергия, приложенная к выходному валу, преобразуется в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости.

Гидродвигатель - машина, в которой энергия потока рабочей жидкости преобразуется в энергию движения выходного звена. Если выходное звено получает вращательное движение, то такой гидродвигатель называют гидромотором, если поступательное, то силовым цилиндром.

Гидромашина, которая может работать в режиме насоса или гидромотора, называется обратимой.

Рабочий объем гидромашины в насосе - это объем жидкости вытесняемый в систему за один оборот вала насоса; в гидромоторе - объем жидкости, необходимый для получения одного оборота вала гидромотора. Гидромашины изготавливаются с постоянным и переменным рабочим объемом. В соответствии с этим с постоянным рабочим объемом называются нерегулируемые, а с переменным - регулируемые.

Гидролиния - это трубопровод, по которому транспортируется рабочая жидкость. Различают магистрали всасывающие, напорные, сливные и дренажные.

Производительность насоса - это отношение объема подаваемой жидкости ко времени.

Теоретическая производительность насоса Q_Т - это расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из его полости нагнетания.

Действительная производительность насоса Q_Д уменьшается на величину QН из-за обратного течения жидкости в насосе из полости нагнетания в полость всасывания и из-за утечки жидкости во внешнюю среду. Поэтому

Q_Д = Q_Т - Q_Н,

где ДQ_М - величина утечек в гидромоторе.

Мощность и крутящий момент на валу гидромотора. Фактическая мощность, развиваемая гидромотором при данном перепаде давлений

N_{M факт} = ДPq_Mn_Mз_M

где q_м - рабочий объем гидромотора;

n_м - частота вращения гидромотора;

з_м - общий КПД гидромотора.

Выразив крутящий момент через теоретическую мощность N_Т = ДPqn и угловую скорость щ= 2рn, получим теоретическую величину крутящего момента для гидромашины:

Шестеренные насосы с внутренним зацеплением сложны в изготовлении, но дают более равномерную подачу и имеют меньшие размеры. Внутренняя шестерня имеет на два-три зуба меньше, чем внешняя шестерня. Между внутренней и внешней шестернями имеется серпообразная перемычка, отделяющая полость всасывания от напорной полости. При вращении внутренней шестерни жидкость, заполняющая рабочие камеры, переносится в напорную полость и вытесняется через окна в крышках корпуса в напорный трубопровод.

Равномерность подачи жидкости шестерным насосом зависит от числа зубьев шестерни и угла зацепления. Чем больше зубьев, тем меньше неравномерность подачи, однако при этом уменьшается производительность насоса. Для устранения защемления жидкости в зоне контакта зубьев шестерен в боковых стенках корпуса насоса выполнены разгрузочные канавки, через которые жидкость отводится в одну из полостей насоса.

Шестеренные гидромоторы. Работа шестеренных гидромоторов осуществляется следующим образом. Жидкость из гидромагистрали поступает в полость гидродвигателя и, воздействуя на зубья шестерен, создает крутящий момент.

Рассмотрим еще раз устройство и принцип работы пластинчатого насоса двойного действия на примере насоса Г12-2М. Основными деталями насоса является корпус с крышкой, приводной вал с подшипниками и рабочий комплект, состоящий из распределительных дисков, статора, ротора и пластин. Диски и статор, зафиксированные в угловом положении относительно корпуса штифтом, прижимаются друг к другу пружинами, а также давлением масла в напорной линии. При вращении ротора, связанного через шлицевое соединение с приводным валом, в направлении, указанном стрелкой, пластины центробежной силой и давлением масла, подведенного в отверстия, прижимаются к внутренней поверхности статора, имеющей форму овала, и, следовательно, совершают возвратно-поступательное движение в пазах ротора.

Во время движения пластин от точки А до точки В и от точки С до точки D объемы камер, образованных двумя соседними пластинами, внутренней поверхностью статора, наружной поверхностью ротора и торцевыми поверхностями дисков, увеличиваются, и масло заполняет рабочие камеры через окна диска, связанные со всасывающей линией. При движении в пределах участков ВС и DА объемы камер уменьшаются, и масло вытесняется в напорную линию гидросистемы через окна диска. Поскольку зоны нагнетания и всасывания расположены диаметрально относительно ротора, на него не действуют радиальные усилия, что положительно сказывается на долговечности подшипников приводного вала.

В расточках корпуса и крышки установлен рабочий комплект. Ротор через шлицевое соединение связан с приводным валом, опирающимся на шарикоподшипники. Наружные утечки или подсос воздуха по валу исключается манжетами, установленными в расточке фланца. Комплект сжимается тремя пружинами и давлением масла в камере. Окна диска через отверстия статора соединены с глухими окнами всасывания диска, благодаря чему масло из всасывающей линии поступает в ротор с двух сторон, что облегчает условия всасывания. В напорную линию масло вытесняется через окна диска. Поворот комплекта предотвращается штифтом, проходящими через отверстия в деталях.

Ротор вращается от приводного вала через муфту. При вращении ротора в направлении, стрелкой, поршни вначале выдвигаются из цилиндров, а затем вдвигаются. Соответственно рабочая жидкость вначале заполняет цилиндры, а затем поршнями вытесняется оттуда в канал и далее в напорную линию гидросистемы. Поршни выдвигаются и прижимаются к статору центробежной силой или принудительно.

В станкостроении применяют регулируемые радиально-поршневые насосы однократного действия типа НП, которые выпускают с максимальной подачей до 400 л.

Насос работает следующим образом. При вращении ротора поршни под действием центробежной силы выдвигаются из цилиндров и прижимаются к реактивным кольцам обоймы. При этом если между ротором и обоймой есть эксцентриситет, то поршни, кроме вращательного, будут совершать и возвратно-поступательные движения. Изменение эксцентриситета вызывает соответствующее изменение хода поршней и подачи насоса. Вместе с ротором во вращение вовлекается обойма, вращающаяся в своих подшипниках. Такая конструкция позволяет уменьшить силы трения и повысить КПД гидромашины.

Во время работы насоса при вращении вала приходит во вращение и блок цилиндров. При наклонном расположении упорного диска или блока цилиндров поршни, кроме вращательного, совершают и возвратно-поступательные аксиальные движения. Когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание, а когда вдвигаются - нагнетание. Через окна в распределительном устройстве цилиндры попеременно соединяются то с всасывающей, то с напорной гидролиниями. Для исключения соединения всасывающей линии с напорной блок цилиндров плотно прижат к распределительному устройству, а между окнами этого устройства есть уплотнительные перемычки, ширина которых b больше диаметра d_к отверстия соединительных каналов в блоке цилиндров. Для уменьшения гидравлического удара при переходе цилиндрами уплотнительных перемычек в последних сделаны дроссельные канавки в виде небольших усиков, за счет которых давление жидкости в цилиндрах повышается равномерно.

Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов являются цилиндры, аксиально расположенные относительно оси ротора, а вытеснителями - поршни. По виду передачи движения вытеснителям аксиально-поршневые насосы подразделяются на насосы с наклонным блоком и с наклонным диском. Известные конструкции аксиально-поршневых насосов выполнены по четырем различным принципиальным схемам.

Насосы с силовым карданом приводной вал соединен с наклонным диском силовым карданом, выполненным в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. Поршни соединяются с диском шатунами. При такой схеме крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через кардан и наклонный диск. Начальное прижатие блока цилиндров распределительному устройству обеспечивается пружиной, а во время работы насоса давлением жидкости. Передача крутящего момента блоку цилиндров необходима для преодоления сил трения между торцом блока цилиндров и распределительным устройством.

Аксиально-поршневые машины бескарданного типа блок цилиндров соединяется с ведущим валом через шайбу и шатуны поршней. По сравнению с гидромашинами с карданной связью машины бескарданного типа проще в изготовлении, надежнее в эксплуатации, имеют меньший габарит блока цилиндров. По данной схеме отечественной промышленностью выпускается большинство аксиально-поршневых машин серии 200 и 300.

Аксиально-поршневой гидромотор типа Г15-2: 1 - вал; 2 - манжета; 3 - крышка; 4, 9 - корпус; 5, 16 - подшипник; 6 - радиально упорный подшипник; 7 - барабан; 8 - поводок; 10 - ротор; 11 - пружины; 12 - дренажное отверстие; 13 - распределительное устройство; 14 - полукольцевые пазы; 15 - отверстие напорное; 17 - поршни; 18 - шпонка; 19 - толкатель

насос гидромотор поршневой давление

Литература

1. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - 464 с.

2. Схиртладзе А.Г., Иванов В.И., Кареев В.Н. Гидравлические и пневматические системы. - Издание 2_е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус_К», 2003 г. - 544 с.

Размещено на Allbest.ru