Регулируемые аксиально - поршневые машины
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермский государственный технический университет
Кафедра «Строительных и дорожных машин»
АКСИАЛЬНО - ПОРШНЕВЫЕ ГИДРОМАШИНЫ
Методические указания к лабораторной работе
Издательство
Пермского государственного технического университета
2008
Составил: доцент, к.т.н. К.Г.Пугин
УДК 621.226
Рецензент
Доцент кафедры СДМ, к.т.н. В.И.Кычкин
Аксиально-поршневые гидромашины: Метод. указания к лабораторной работе / сост. К.Г.Пугин. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. - 16с.
ISBN
Приведены основные материалы по устройству, выбору, и эксплуатации аксиально-поршневых гидромашин.
Предназначены для студентов специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».
ISBN
Ó ГОУ ВПО «Пермский государственный
технический университет» 2008
Цель работы : ознакомится с устройством и работой аксиально-поршневых гидромашин.
Порядок выполнения: 1. Ознакомится с теоретической частью.
2. Согласно варианту сделать расчет.
3. Ответить на вопросы.
4. Сделать отчет.
Теоретическая часть
Нерегулируемые аксиально-поршневые гидромашины.
Аксиально-поршневые гидромашины при передаче равной мощности по сравнению с другими поршневыми гидромашинами отличаются наибольшей компактностью и, следовательно, наименьшей массой. Имея рабочие органы с малыми радиальными габаритными размерами и, как следствие, с малым моментом инерции, они способны быстро изменять частоту вращения вала. Специальные свойства аксиально-поршневых гидромашин обусловили их широкое применение в качестве регулируемых и нерегулируемых насосов и гидромоторов для гидропередач, обслуживающих подвижные комплексы (дорожные, строительные, транспортные машины, авиационные и судовые системы), а также в следящих гидроприводах большой точности.
|
|
|
По кинематическим схемам, заложенным в основу конструкций, аксиально-поршневые гидромашины разделяют на гидромашны с наклонным блоком цилиндров (рис. 1) и с наклонным диском (рис. 2).
В гидромашинах с наклонным блоком (см. рис. 1) ось вращения блока цилиндров наклонена к оси вращения вала 1. В ведущий диск 2 вала заделаны сферические головки 12 шатунов 10, закрепленных также при помощи сферических шарниров 9 в поршнях 8.
При вращении блока цилиндров и вала вокруг своих осей поршни совершают относительно цилиндров возвратно-поступательное движение.
Синхронизация вала и блока в машине осуществляется шатунами, которые, проходя поочередно через положение максимального отклонения от оси поршня, прилегают к его юбке и, давя на нее, сообщают вращение блоку цилиндров. Для этого юбки поршней выполнены длинными, а шатуны снабжены точными конусными шейками.
|
|
|
В гидромашинах с наклонным диском (см. рис. 2) блок 1 цилиндров с поршнями 9 вращается вместе с валом 4. Поршни опираются на наклонный диск 11 и благодаря этому совершают возвратно-поступательное движение.
Рис. 1. Аксиально-поршневая гидромашина с наклонным блоком цилиндров:
1 — вал; 2 — ведущий диск; 3 — пружина; 4 — ось вращения блока цилиндров; 5 — торец распределителя; 6 — торец блока цилиндров; 7 — распределитель; 8 — поршень; 9 — сферический шарнир; 10 — шатун; 11 — втулка; 12 — головка шатуна; 13 — подшипники; О — камера отвода; П — камера подвода; dп — диаметр поршня; Dp — диаметр расположения точек контактов головок поршней с поворотной шайбой; Dц — диаметр расположения осей отверстий в блоке цилиндров; h — ход поршня.
Рассматривая механизм преобразования момента, приложенного к валу насоса, в осевую силу поршня, вытесняющего жидкость, или преобразования осевой силы давления в момент на валу гидромотора, можно видеть, что этот процесс в аксиально-поршневых гидромашинах двух рассмотренных типов неодинаков.
|
|
|
В гидромашине с наклонным блоком цилиндров (см. рис. 1) сила направлена по оси шарнирно опертого шатуна, который, как показано на рисунке, отклоняется от оси цилиндра на малый угол и поэтому образует весьма малую боковую составляющую, которая определяет малые силы трения поршня о стенку цилиндра.
В гидромашине с наклонным диском (см. рис. 2) поршень; шарнирно опирается на наклонную поверхность, реакция которой дает осевую составляющую, уравновешивающую силу давления жидкости, и боковую составляющую, образующую момент. Консольное приложение боковой составляющей силы приводит к возникновению пятен контакта между поршнем и цилиндром. Контактные силы образуют момент в подвижной заделке поршня в цилиндре, уравновешивающий момент от внешней силы. Значительные контактные силы обусловливают и более существенные силы трения, поэтому механический КПД у гидромашин с наклонным блоком выше, чем у гидромашин с наклонным диском, что сказывается на работе гидромоторов, у которых частота вращения вала насоса должна изменяться в широких пределах. При малом значении п, когда скорость поршней мала, между цилиндрами и поршнями возникает граничное трение. Момент трения увеличивается, что вызывает неравномерность вращения гидромоторов с наклонным диском уже при достаточно высоких значениях частоты вращения п ~ 25...50 мин-1.
|
|
|
Рис. 2. Аксиально-поршневой регулируемый насос с наклонным диском:
1 —- блок цилиндров; 2 — крышка корпуса; 3, 14 — подшипники; 4 — вал; 5 — Распределитель; 6 — окно цилиндра; 7— торец распределителя; 8 — торец блока Цилиндров; 9 — поршень; 10 — башмак; 11 — наклонный диск; 12 — люлька; 13 — шлицевое соединение; О' — точка приложения равнодействующей сил, Действующих на подшипники; β — угол поворотного наклонного диска; остальные обозначения см. на рис. 1
Рост контактных нагрузок ограничивает угол отклонения β наклонного диска величиной 15... 18°. У гидромашин с наклонным блоком цилиндров значение β ограничено только условиями конструкции, обычно β = 25...30° (в пределах до 40°).
Однако качающий узел гидромашины с наклонным блоком цилиндров (см. рис. 1) имеет и существенный недостаток. Сферические головки 12 шатунов 10 опираются на ведущий диск 2, представляющий собой консольный конец вала 1. Приложенные к диску 2 осевые силы и консольные боковые силы сильно нагружают подшипники 13, что приводит к громоздкому подшипниковому узлу.
В гидромашине с наклонным диском (см. рис. 2) подшипники нагружены суммой сил, равнодействующая которых приложена в точке О' между подшипниками 14 и 3, поэтому их нагрузка относительно мала. Осевые силы давления передаются непосредственно корпусным деталям — корпусу через люльку 12 и крышке 2 корпуса — через башмаки 10 поршней и распределитель, представляющие собой гидростатические опоры, успешно работающие при высоких давлениях и скоростях скольжения.
Благодаря малонагруженности подшипников и соосности вала с поршнями, машины с наклонным диском меньше по габаритным размерам и более удобны при встраивании в агрегаты, чем машины с наклонным блоком цилиндров. В маломощном гидроприводе гидромашины с наклонным диском, рассчитываемых на использование при небольших частотах вращения и давлении (рн < 20 МПа), применяют поршни, имеющие точечный контакт с наклонным диском.
Рабочий объем аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком характеризуется суммарным объемом жидкости, вытесняемой поршнями за один оборот вала, и определяется по формуле
где dn- диаметр поршня; z-.число всех поршней; h - макcимальный ход поршня, 
-здесь DР- диаметр окружности упорного фланца, на котором расположены центры шаровых шарниров шатунов; β- угол наклона оси блока цилиндров к оси приводного вала.
Рабочий объем аксиально-поршневого насоса с наклонным диском определяют по формуле
где dП - диаметр поршня; z - число поршней; h - максимальный ход поршня, 
; DЦ – диаметр окружности блока, на котором расположены оси цилиндров, β- угол наклона диска.
В аксиально-поршневых машинах, как правило, применяют системы распределения торцового типа (рис. 3), образованные торцом 7 блока цилиндров, на поверхность которого открываются окна 2 цилиндров, и торцом 8 распределителя.
Функции системы распределения многообразны. Система является упорным подшипником, воспринимающим сумму сил давления от всех цилиндров; переключателем соединения цилиндров с линиями р1 и р2; вращающимся уплотнением, разобщающим линии р1 и р2 одну от другой и от окружающих полостей.
Поверхности, образующие систему распределения, должны быть взаимно центрированы, а одна из них (обычно поверхность блока цилиндров) должна обладать небольшой свободой самоориентации для образования слоя смазки.
В схеме, представленной на рис. 1, это обеспечивается люфтом между втулкой 11 и осью 4 блока цилиндров, а также сферической формой поверхностей торцов 5 и 6 системы распределения.
Для предотвращения раскрытия стыка системы распределения под действием момента центробежных сил поршней во всех машинах предусмотрен центральный прижим блока пружинами 3 (см. рис. 1).
На рис. 3, а показан торец блока цилиндров с окнами 2 цилиндров, а на рис. 3, б — торец распределителя с двумя полукольцевыми полостями 3, одна из которых соединена с линией р1, а другая — с линией р2. Полости 3 разделены перемычками 4.
Рис. 3. Торцовая система распределения аксиально-поршневых гидромашин:
а — торец блока цилиндров; б — торец распределителя; 1 — торец блока цилиндров; 2 — окно цилиндра; 3 — полукольцевая полость; 4 — перемычка; 5 — дросселирующая канавка; 6 — уплотняющий поясок; 7 — опорный поясок; 8 — торец распределителя; А, В — «мертвые» точки; α0 — угол опережения; δ0 — угол раскрытия окна; ω — угловая скорость; остальные обозначения см. на рис. 1.
Насосный вариант — это вариант с асимметричной перемычкой, а моторный — вариант гидромотора с симметричной перемычкой. При вращении блока цилиндров окна 2 перемещаются над полостями 3 и соединяются попеременно с обеими линиями. Проходу над перемычками соответствуют «мертвые» точки А и В, в которых скорость поршня равна нулю. Начало соединения окон 2 с полостями 3 осуществляется через дросселирующие канавки 5. Ширину полостей 3 и их уплотняющих поясков 6 выбирают так, чтобы силы гидростатического давления жидкости со стороны полостей и уплотняющих зазоров почти полностью уравновешивали сумму сил давления жидкости на дно цилиндров блока. Для надежной работы гидромашины нужно, чтобы доля гидростатического уравновешивания сил составляла в среднем 96...98 %. Неуравновешенная часть сил воспринимается гидродинамическим подшипником — опорным пояском 7.
В современных высокооборотных гидромашинах, используемых при высоком давлении, стремятся замедлить изменение давления в цилиндрах. Например, при насосном варианте перемычки 4 распределителя насоса смещают против направления вращения машины на угол α0 опережения и на них выполняют дросселирующие канавки 5, позволяющие регламентировать по углу поворота изменение площади соединения окон с полостями 3. В результате давление в цилиндрах насосов начинает изменяться, не доходя до «мертвых» точек, а сам процесс изменения замедляется. У гидромоторов (моторный вариант), направление вращения которых переменно, распределители всегда симметричны, но благодаря дросселированию и в них удается замедлить изменение давления в цилиндрах.
Дросселирование снижает пики давления, шум и вибрацию, однако с ростом давления и частоты вращения приводит к увеличению неравномерности подачи.
Значения полного КПД роторно-поршневых гидромашин велики и достигают при средних эксплуатационных давлениях рн = 16...30 МПа величины 0,92...0,93 для гидромашин с наклонным блоком и 0,89...0,91 для гидромашин с наклонным диском и радиально-поршневых.
Объемные потери рассматриваемых гидромашин зависят главным образом от компрессионных явлений и наружных утечек через неплотности рабочих органов.
При средних эксплуатационных давлениях для гидромашин с наклонным блоком объемный КПД η0 = 0,95...0,97, а для гидромашин с наклонным диском η0 = 0,93... 0,95. Меньшее значение η0 и соответственно меньшая жесткость характеристики подачи для гидромашин с наклонным диском обусловлены утечками через башмаки и часто большим «мертвым» объемом.
Регулируемые аксиально - поршневые машины
Регулируемый реверсивный насос с наклонным диском показан на рис. 2. Люлька 12 с наклонным диском 11, вращаясь на подшипниках, способна изменять угол наклона β и тем самым ход поршней 
, где D Ц — диаметр расположения осей отверстий в блоке цилиндров, и подачу насоса. Поворот люльки производится за внешний валик регулирования.
Регулируемый гидромотор, изображенный на рис. 4, имеет распределитель 6, скользящий по цилиндрическому пазу 1 в крышке 2 корпуса. Перестановка распределителя и, следовательно, изменение угла отклонения блока 7 цилиндров производится поршнем 4 управляющего гидроцилиндра 5. Угол отклонения уменьшается с 25о до 7° по мере снижения давления в полости 3, присоединенной к линии высокого давления р2 гидропередачи. Минимальный угол отклонения блока цилиндров в гидромоторе ограничен из-за возможности самоторможения (заклинивания рабочих органов) при малых р. Давление р2 снижается при уменьшении момента сопротивления на валу гидромотора, что при таком регулировании и неизменности подводимого к гидромотору расхода Q приводит к возрастанию частоты вращения выходного вала. Таким образом, регулируемый гидромотор позволяет наилучшим образом использовать мощность двигателя при изменяющемся моменте нагрузки.
Рис. 4. Регулируемый аксиально-поршневой гидромотор с наклонным блоком цилиндров:
1 — цилиндрический паз; 2 — крышка корпуса; 3 — полость; 4 — поршень; 5 — гидроцилиндр; 6 — распределитель; 7 — блок цилиндров.
Отклонение люльки в крупных (рабочий объем V0 > 30 см3) регулируемых аксиально-поршневых насосах производится при помощи вспомогательных следящих гидроприводов.
Управление в аксиально-поршневых машинах осуществляется смещением статорного кольца насоса толкателями гидроцилиндров. В системах, не нуждающихся в непрерывном и быстром регулировании, распространены простейшие винтовые и червячные механизмы для эпизодического изменения рабочего объема гидромашин вручную.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!