Устройство пластинчатых насосов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Автодорожный факультет
Кафедра автомобили и технологические машины
Методические указания по выполнению практической работы
Устройство, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ пластинчатых насосов и гидромоторов
Пермь 2018
УДК 621.22.+612.542] (072.8)
П88
Составитель: д.т.н., профессор кафедры АТМ К.Г.Пугин
Рецензент:
канд. техн. наук, доцент И.М. Громов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Приведен учебно-методический материал по курсу «Гидравлические и пневматические системы транспортно-технологических машин», позволяющий произвести расчет и выбор основных элементов гидропривода транспортных и дорожных машин в зависимости от заданной нагрузки на рабочих органах. Предназначено для студентов очной и заочной форм, обучающихся по направлению 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов».
Цель работы
Изучить устройство пластинчатых насосов и гидромоторов.
Порядок выполнения практической работы:
1. Ознакомится с теоретическим материалом, который представлен в данных методических указаниях;
2. Произвести осмотр макетов с целью определения (нахождения) всех составных частей насоса.
|
|
|
3. Зарисовать в тетради для оформления отчета разрез насоса с указанием всех его основных частей;
4. Согласно варианту сделать расчет предлагаемой задачи;
5. Ответить на вопросы, приведенные в конце методических указаний;
6. Оформить отчет. Отчет должен содержать: название работы, цель, рисунок насоса, решение задачи и ответы на вопросы.
7. Сдача отчета осуществляется студентом лично.
Критерии оценки и формы контроля
Работа считается успешно выполненной при правильно решенной задаче (с объяснением выполненного расчета), ответе на контрольные вопросы, при наличии полностью заполненного отчета.
Теоретическая часть
Термины и определения
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.
Производительность насоса (подача) - это отношение объема подаваемой жидкости ко времени.
Теоретическая производительность насоса QT - это расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из его полости нагнетания.
Действительная производительность насоса QД уменьшается на величину ΔQН из-за обратного течения жидкости в насосе из полости нагнетания в полость всасывания и из-за утечки жидкости во внешнюю среду.
Поэтому
QД = QТ – ΔQН
|
|
где ηоб.н. - объемный КПД насоса.
Объемные потери и объемный КПД гидромотора. При работе машины в режиме гидромотора в приемную его полость поступает жидкость под давлением от насоса. Объемные потери в гидромоторе сводятся в основном к утечкам жидкости через зазоры между сопрягаемыми элементами. Это приводит к тому, что подводимый объем жидкости QП превышает теоретическое значение QT. Поэтому
|
|
|
|
|
где ΔQm - величина утечек в гидромоторе (объемные потери).
Мощность и крутящий момент на валу гидромотора. Фактическая мощность развиваемая гидромотором при данном перепаде давлений ΔP.
|
|
где qM - рабочий объем гидромотора; nм - частота вращения гидромотора; ηм - общий КПД гидромотора.
Выразив крутящий момент через теоретическую мощность NT = ΔPqn и угловую скорость ω = 2πn, получим теоретическую величину крутящего момента для гидромашины:
Устройство пластинчатых насосов
Пластинчатые насосы и гидромоторы так же, как и шестеренные, просты по конструкции, компактны, надежны в эксплуатации и сравнительно долговечны. В таких машинах рабочие камеры образованы поверхностями статора, ротора, торцевых распределительных дисков и двумя соседними вытеснителями-платинами. Эти пластины также называют лопастями, лопатками, шиберами.
Пластинчатые насосы могут быть одно-, двух- и многократного действия. В насосах однократного действия одному обороту вала соответствует одно всасывание и одно нагнетание, в насосах двукратного действия - два всасывания и два нагнетания.
|
|
|
Схема насоса однократного действия приведена на рис.1. Насос состоит из ротора 1, установленного на приводном валу 2, опоры которого размещены в корпусе насоса. В роторе имеются радиальные или расположенные под углом к радиусу пазы, в которые вставлены пластины 3. Статор 4 по отношению к ротору расположен с эксцентриситетом е. К торцам статора и ротора с малым зазором (0,02...0,03 мм) прилегают торцевые распределительные диски 5 с серповидными окнами. Окно 6 каналами в корпусе насоса соединено с гидролинией всасывания 7, а окно 8 - с напорной гидролинией 9. Между окнами имеются уплотнительные перемычки 10, обеспечивающие герметизацию зон всасывания и нагнетания. Центральный угол в, образованный этими перемычками, больше угла Р между двумя соседними пластинами.
При вращении ротора пластины под действие м центробежной силы, пружин или под давлением жидкости, подводимой под их торцы, выдвигаются из пазов и прижимаются к внутренней поверхности статора. Благодаря эксцентриситету объем рабочих камер вначале увеличивается - происходит всасывание, а затем уменьшается - происходит нагнетание. Жидкость из линии всасывания через окна распределительных дисков вначале поступает в рабочие камеры, а затем через другие окна вытесняется из них в напорную линию.
При изменении эксцентриситета е изменяется подача насоса. Если е = 0 (ротор и статор расположены соосно), платины не будут совершать возвратно-поступательных движений, объем рабочих камер не будет изменяться, и, следовательно, подача насоса будет равна нулю. При перемене эксцентриситета с +е на -е изменяется направление потока рабочей жидкости (линия 7 становится нагнетательной, а линия 9 - всасывающей). Таким образом, пластинчатые насосы однократного действия в принципе регулируемые и реверсируемые.
Рис. 1. Схема пластинчатого насоса однократного действия:
1 - ротор; 2 - приводной вал; 3 - пластины; 4 - статор; 5 - распределительный диск; 6, 8 - окна; 7 - гидролиния всасывания; 9 - гидролиния нагнетания.
Действительную подачу пластинчатого насоса однократного действия определяют по формуле
где b - ширина пластин; е - эксцентриситет; D - диаметр статора; z - число платин; t - толщина платин; n - частота вращения ротора; ηоб – объемный КПД.
Число пластин z может быть от 2 до 12. С увеличением числа пластин подача насоса уменьшается, но при этом увеличивается ее равномерность.
В насосах двойного действия (рис.2) ротор 1 и 2 статор соосны. Эти насосы имеют по две симметрично расположенные полости всасывания и полости нагнетания. Такое расположение зон уравновешивает силы, действующие со стороны рабочей жидкости, и разгружает приводной вал 2, который будет нагружен только крутящим моментом. Для большей уравновешенности число пластин 3 в насосах двойного действия принимается четным. Торцевые распределительные диски 5 имеют четыре окна. Два окна 6 каналами в корпусе насоса соединяются с гидролинией всасывания 7, другие два 8 - с напорной гидролинией 9. Так же как и в насосах однократного действия, между окнами имеются уплотнительные перемычки 10. Для герметизации зон всасывания и нагнетания должно быть соблюдено условие, при котором в > р.
Рис. 2. Схема пластинчатого насоса двойного действия:
1 - ротор; 2 - приводной вал; 3 - пластины; 4 - статор; 5 - распределительный диск; 6, 8 - окна; 7 - гидролиния всасывания; 9 - гидролиния нагнетания
Профиль внутренней поверхности статора выполнен из дуг радиусами R1 и R2 с центром в точке О. Пазы для пластин в роторе могут иметь радиальное расположение под углом 7...15° к радиусу, что уменьшает трение и исключает заклинивание пластин. Насосы с радиальным расположением пластин могут быть реверсивными.
|
|
а) 1, 7 - распределительные диски; 3 - статор; 4 - ротор; 5 - пластины; 6, 8 - окна напорной полости; 2, 12 - окна всасывающей полости; 9 - штифт; 10 - внутренняя поверхность статора; 11 - отверстие
б) 1 - крышка; 2, 8 - подшипники; 3, 7 - диски; 4 - окно; 5 - статор; 6 - ротор; 9 - фланец; 10 - манжеты; 11 - вал приводной; 12 - пружина; 13 - камера под давлением; 14 - окно всасывания; 15 - корпус; 16 - пластины; 17 - отверстие; 18 - штифт; 19 - окно
Рис.3 Рабочий комплект (а) и конструкция (б) пластинчатого насоса двойного действия Г12-2М
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 (рис.3, а), состоящий из распределительных дисков 1 и 7, статора 3, ротора 4 и пластин 5. Диски и статор, зафиксированные в угловом положении относительно корпуса штифтом 9, прижимаются друг к другу пружинами (не показаны), а также давлением масла в напорной линии. При вращении ротора 4, связанного через шлицевое соединение с приводным валом, в направлении, указанном стрелкой, пластины 5 центробежной силой и давлением масла, подведенного в отверстия 11, прижимаются к внутренней поверхности 10 статора 3, 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 1 и 7, увеличиваются, и масло заполняет рабочие камеры через окна 2 и 12 диска 1, связанные со всасывающей линией. При движении в пределах участков ВС и DА объемы камер уменьшаются, и масло вытесняется в напорную линию гидросистемы через окна 6 и 8 диска 7. Поскольку зоны нагнетания (ВС и DА) и всасывания (АВ и CD) расположены диаметрально относительно ротора, на него не действуют радиальные усилия, что положительно сказывается на долговечности подшипников приводного вала.
Конструкция насоса показана на рис.3.5, б. В расточках корпуса 15 и крышки 1 установлен рабочий комплект (диски 3 и 7, статор 5, ротор 6, пластины 16). Ротор через шлицевое соединение связан с приводным валом 11, опирающимся на шарикоподшипники 2 и 8. Наружные утечки или подсос воздуха по валу исключается манжетами 10, установленными в расточке фланца 9. Комплект сжимается тремя пружинами 12 и давлением масла в камере 13. Окна 4 диска 3 через отверстия 17 статора соединены с глухими окнами всасывания 14 диска 7, благодаря чему масло из всасывающей линии поступает в ротор с двух сторон, что облегчает условия всасывания. В напорную линию масло вытесняется через окна 19 диска 7. Поворот комплекта предотвращается штифтом 18 (или винтами), проходящими через отверстия в деталях 1, 3, 5, 7 и 15.
Подачу пластинчатого насоса двойного действия определяют по формуле
где b - ширина ротора; R1 и R2 - радиусы дуг, образующих профиль внутренней поверхности статора; t - толщина платин; z - число пластин; α - угол наклона пластин к радиусу.
Пластинчатые гидромоторы могут быть также одно-, двух- и многократного действия. Пластинчатые гидромоторы от пластинчатых насосов отличаются тем, что в их конструкцию включены устройства, обеспечивающие постоянный прижим пластин к статорному кольцу.
а для гидромоторов двойного действия
При подводе к машине жидкости на рабочую поверхность пластин действует сила, создающая крутящий момент на валу гидромотора, который для гидромоторов однократного действия определяется по формуле:
Гидромоторы двойного действия так же, как и насосы двойного действия, нерегулируемые.
Надежность и срок службы пластинчатых гидромашин зависят от материала пластин и статорного кольца. Во избежание отпуска материала пластин из-за нагрева от рения о статорное кольцо пластины изготовляют из стали с высокой температурой отпуска. Статорное кольцо цементируется и закаливается. Ротор изготовляют из закаленной хромистой стали, а торцевые распределительные диски из бронзы.
В автоматических коробках передач современных легковых автомобилей используют регулируемые пластинчатые насосы, обеспечивающие переменную подачу рабочей жидкости при постоянной частоте вращения двигателя. Необходимо отметить, что регулируемые пластинчатые насосы являются насосами однократного действия (рис. 4).
Рис. 4. Регулируемый пластинчатый гидронасос:
1 – корпус; 2 – подвижное кольцо; 3 – пластины; 4 – ротор;
5 – шарнирная опора подвижного кольца; 6 – уплотнение;
7 – возвратная пружина; 8 – распорное кольцо; 
– эксцентриситет;
– линия всасывания; 
– линия нагнетания; 
– управляющее давление;
– линия утечек; 
– рабочая камера
Подвижное кольцо 2 имеет одну шарнирную опору 5, относительно которой оно может поворачиваться в пределах внутреннего пространства корпуса 1, и таким образом, изменять свое положение относительно ротора 4. Это позволяет увеличивать или уменьшать эксцентриситет , что в свою очередь позволяет изменять подачу насоса в зависимости от величины давления в напорной линии. В случае, если подвижное кольцо займет крайнее левое положение (максимальный эксцентриситет), то подача будет максимальной, если крайнее правое (минимальный эксцентриситет) – минимальной или вовсе отсутствовать.
В процессе работы насоса возникают утечки жидкости, которые могут оказывать нежелательное давление при перемещении подвижного кольца. Во избежание этого внутреннюю полость между корпусом и кольцом соединяют со сливной магистралью.
Пружина 7 возвращает подвижное кольцо 2 в исходное положение в случае снижения давления управления, тем самым увеличивая величину эксцентриситета е и подачу насоса. Кольцо 8 обеспечивает поджим пластин к внутренней поверхности статорного кольца.
Гидронасос 5Г12 – 2М
Однопоточный насос с постоянным по величине и направлению потоком рабочей жидкости предназначен для подачи при номинальном давлении минерального масла в гидросистемы машин (рис. 5).
Пластины 8, установленные в пазах ротора 9, под действием центробежной силы в момент пуска и в дальнейшем под действием подводимого под их торцы давления жидкости, всегда прижаты к внутренней поверхности статорного кольца 2. За счёт эксцентриситета статорного кольца попеременно происходит увеличение рабочих камер 
(при всасывании жидкости) и их уменьшение (при вытеснении жидкости в напорную линию). При наличии двух эксцентриситетов каждая рабочая камера принимает участие в нагнетании жидкости в напорную линию дважды.
Рис. 5. Пластинчатый нерегулируемый насос 5Г12 – 2М:
1 – крышка; 2 – статор; 3 – корпус; 4 – диск с шейкой; 5 – пружина; 6 – фланец;
7 – вал; 8 – пластина; 9 – ротор; Б – всасывающий канал; В – напорный канал;
Г – отверстия статора
Подвод жидкости из всасывающего отверстия 
и отвод в нагнетаемое отверстие 
осуществляется через окна в распределительных дисках 4 и 10. Поджим распределительного диска к ротору в момент пуска осуществляется пружинами 5, при дальнейшей работе за счёт создаваемого давления в напорной линии.
Гидронасос ГУР а/м "ЗИЛ" – 4331
Поскольку двигатель автомобиля работает на различных частотах вращения, насос гидроусилителя должен быть высокопроизводительным, чтобы уже при невысокой частоте вращения коленчатого вала обеспечивать поворот рулевых колёс с требуемой быстротой и легкостью. Для обеспечения этого условия насос имеет двойной достаточно большой эксцентриситет (рис. 6).
Рабочая жидкость из бачка 12 через полость в корпусе насоса попадает в пространство между лопастями и вытесняется при дальнейшем вращении ротора (из – за уменьшения объёма рабочих камер) через отверстия в распределительном диске 4 в напорную линию через дросселирующее отверстие 6.
При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя разность давлений на торцах предохранительного клапана 10 растет (из – за перепада давлений в дросселирующем отверстии 6). При повышении давления до 6,7 ÷ 7 МПа в выходной линии насоса клапан 10 смещается вправо, преодолевая усилие пружины, и сообщает полость нагнетания с бачком 12 через коллектор 11.
Предохранительный клапан 10 установлен внутри перепускного клапана 7, который ограничивает количество масла, подаваемого насосом к гидроусилителю, при повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Рис. 6. Пластинчатый гидронасос ГУР а/м "ЗИЛ":
1 – корпус; 2 – приводной вал; 3 – статор; 4 – ротор; 5 – распределительный диск; 6 – калиброванное отверстие; 7 – перепускной клапан;
8 – дросселирующая шайба; 9 – седло предохранительного клапана;
10 – предохранительный клапан; 11 – коллектор; 12 – масляный бачок;
13 – сапун; 14 – заливной сетчатый фильтр; 15 – масляный фильтр
Перепускной клапан работает следующим образом. Гнездо клапана соединено с одной стороны с полостью нагнетания насоса, а с другой – с линией нагнетания системы гидроусилителя, которая соединена с полостью нагнетания насоса калиброванным отверстием 6. При увеличении подачи масла в выходной линии насоса (в результате возрастания частоты вращения коленчатого вала двигателя) разность давлений в полости нагнетания насоса и линии нагнетания системы из – за наличия сопротивления отверстия 6 повышается, увеличивается разность давлений на торцах перепускного клапана. При определенной разности давлений усилие, стремящееся сдвинуть клапан вправо, возрастает настолько, что пружина сжимается, и клапан, перемещаясь, соединяет полость нагнетания с бачком, и дальнейшее увеличение подачи масла в систему почти прекращается.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 249; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!