Роторно-пластинчатые насосы и гидромоторы

В пластинчатых гидромашинах рабочие камеры образуются поверхностями ротора, статора, двух смежных пластин и боковых крышек. Пластинчатый насос состоит из вала, статора 5 (рисунок 2.7) и ротора 4, в пазах которого расположены пластины 2. Ротор расположен эксцентрично по отношению к статору. На боковых крышках имеются два окна: всасывающее и нагнетательное 3.

Рисунок 2.7 – Пластинчатые насосы однократного (а) и двукратного (б) действия:

1 — всасывающее окно; 2 — пластина; 3 — нагнетательное окно;
4 — ротор; 5 — статор

При вращении ротора под действием центробежной силы или пружины пластины прижимаются к стенке корпуса и совершают сложное движение: вращаются вместе с ротором и совершают возвратно-поступательное движение в пазах. Правые рабочие камеры сообщены с нагнетательными, а левые рабочие камеры — с всасывающими окнами. Вследствие вращения за счет вакуума, создавшегося в левой камере, жидкость всасывается, перемещается в замкнутом объеме и под давлением нагнетается в правое окно.

У пластинчатого насоса двукратного действия (рисунок 2.7, б) внутреннее пространство выполнено в виде эллипса и разделено на две всасывающие и две нагнетательные камеры, лопастные гидромашины могут быть одностороннего действия или реверсивные. Рабочая жидкость поступает в рабочие камеры и отводится из них через распределительные окна, которые совпадаю с переходными участками профиля статора. Зона нагнетания от зоны всасывания (слива) перекрывается самими лопатками. При номинальной работе гидромашины ее лопатки должны быть постоянно прижаты к профилю статора.

Пластинчатые насосы и гидромоторы могут обеспечивать высокую мощность (до 85 кВт) и работать при давлении до 18 МПа с частотой вращения вала ротора до 30 с^-1 , поэтому в будущем они найдут широкое применение и в сельскохозяйственных машинах.

Подача пластинчатого насоса зависит от расстояния, на которое перемещаются лопатки в пазах, толщины и числа этих лопаток, ширины ротора и частоты его вращения.

Объем рабочей жидкости, подаваемый лопаткой за один оборот ротора, для насоса составит:

,             (2.7)

где η_о — объемный КПД;

b — ширина ротора;

r — радиус ротора;

z — число лопаток;

h — толщина пластины.

На рисунке 2.8. показана конструкция пластинчатого гидромотора, выпускаемого промышленностью. На валу 4 установлен вращающийся в шарикоподшипниках 6 на шлицах ротор 21 с пластинами 2. Статор 3, скрепленный в корпусе 25 между передним диском 22 и задним распределительным диском 16, уплотнен при помощи резинового кольца 9.

Рисунок 2.8 – Пластинчатый гидромотор:

1 — окно; 2 — пластина; 3 — статор; 4 — вал; 5 — манжета; 6 — шарикоподшипник; 7 — дренажное отверстие; 8 — полости высокого давления; 9, 12 — кольца; 10 — окно; 11 — полость всасывания; 13 — крышка; 14 — пружина; 15 — золотник; 16 — распределительный диск; 17 — пробка; 18, 19 — полости; 20 — соединительный канал; 21 — ротор; 22 — диск; 23 — кольцевой канал; 24 — выходное отверстие; 25 — корпус

В крыше 13 установлен неподвижный распределительный диск 16 с золотником 15. Полость золотника 19 отделена пробкой 17 от полости 18. Распределительный диск постоянно поджат к ротору пружинами 14 и давлением жидкости со стороны полости 18. Рабочая жидкость через окно 10 и канал 20, полости 11 и окна 1 проходит в межлопаточные камеры, часть ее поступает под лопатки в полости 8 и прижимает их к профилю статора. Герметичность достигается установкой манжет 5, а вытекающая жидкость через дренажное отверстие 7 возвращается в резервуар. После теснения рабочая жидкость через кольцевой канал 23 и выходное отверстие 24 поступает в гидролинию слива.

Испытание насоса

Для испытания насоса переменной производительности предназначен стенд (рисунок 2.9), который состоит из электродвигателя 1 с переменной частотой вращения, соединенный с испытываемым гидронасосом 2, реостата 3 для изменения частоты вращения электродвигателя, а следовательно, и насоса, вольтметра 4 для измерения напряжения на электродвигателе, автомата 5 для включения стенда, маслобака 7 для питания насоса и манометра 6 для измерения давления нагнетания насосом.

Порядок испытания насоса переменной производительности:

– вывести рукоятку реостата до упора;

– включить рубильник;

– включить пускатель;

– рукояткой реостата установить номинальные, средние и максимальные обороты двигателя;

– измерить тахометром и записать в таблицу 2.1 частоту вращения вала насоса и давление нагнетания при данных оборотах двигателя;

– определить расходы жидкости Q при соответствующей частоте q_o = 32см³/об.

– построить зависимости:

– определить крутящий момент для данных диапазонов. Данные занести в таблицу 2.1;

— оформить отчет.

Таблица 2.1 — Результаты испытания насоса

№ опыта		р	Q	Мкр	N
1
2
3
4

,

где n — частота вращения вала электродвигателя, измеряется тахометром;

р — давление насоса, по манометру;

Q — расход жидкости, определяется теоретически ;

М_кр — крутящий момент на валу насоса, определяется теоретически:

Рисунок 2.9 – Схема стенда:

1 — электродвигатель; 2 — гидронасос; 3 — реостат; 4 — вольтметр; 5 — автомат выключения; 6 — манометр; 7 — маслобак

Лабораторная работа № 3

«изучение конструкций и исследование характеристик
 гидроцилиндров, гидродвигателей возвратно-поступательного действия»

Цель: приобрести знания по устройству и навыки по исследованию, снятию характеристик гидроцилиндров и гидродвигателей.

Задачи:

1) самостоятельно изучить теоретические разделы по данной теме;

2) ознакомиться с конструкцией и принципом работы гидроцилиндров и гидродвигателей возвратно-поступательного действия;

3) изучить основные элементы их расчета;

4) произвести испытание гидроцилиндра;

5) рассчитать основные параметры и построить зависимость F = f(υ).

Гидравлические цилиндры

Гидравлический цилиндр — это гидравлический двигатель возвратно-поступательного движения. В конструкциях сельскохозяйственных машин применяются поршневые, плунжерные, телескопические и мембранные гидравлические цилиндры одностороннего и двустороннего действия.

Поршневые и плунжерные гидроцилиндры одностороннего действия состоят из корпуса 2, внутри которого находится поршень 4 (рисунок 3.1, а), соединенный со штоком 1, или плунжер 1 (рисунок 3.1, б). Герметизация поршня осуществляется двумя манжетами, а плунжера — резиновыми и защитными уплотнительными кольцами 3 и манжетой. Цилиндр имеет поршневую, или рабочую А и штоковую Б полости. При работе гидравлического цилиндра одностороннего действия поршневая полость А соединяется с напорной линией гидравлического насоса и под действием давления рабочей жидкости поршень (плунжер) перемещается, поднимая какой-либо рабочий орган. Штоковая полость Б поршневого гидравлического цилиндра одностороннего действия через сапун 5 сообщается с атмосферой. В обратном направлении поршень (плунжер) перемещается под действием веса машины, рабочего органа или пружины.

Рисунок 3.1 – Гидравлические цилиндры одностороннего действия:

а — поршневой: 1 — шток; 2 — корпус; 3 — уплотнительное кольцо;

4 — поршень; 5 — сапун;

б — плунжерный: 1 — плунжер; 2 — корпус; 3 — уплотнительное кольцо

В гидравлических цилиндрах двустороннего действия (рисунок 3.2) имеются две рабочие полости: поршневая и штоковая. Перемещение поршня со штоком под давлением рабочей жидкости возможно в двух направлениях. Такие гидроцилиндры могут иметь два или один шток 1, герметизированный уплотнительными манжетами и кольцами 3, установленными в крышках гидроцилиндра. В проушинах 6 штока и нижней крышки могут быть установлены подшипники скольжения или качения. Рабочая жидкость подводится и отводится по каналам А и Б. В некоторых гидравлических цилиндрах для ограничения хода поршня (штока) в сливном канале А установлен запорный клапан 4, связанный с упором 5, который закреплен на штоке.

Рисунок 3.2 – Гидравлические цилиндры двустороннего действия:

1 — шток; 2 — корпус; 3 — кольцо; 4 — запорный клапан;

5 — упор; 6, 7 — проушина

Принцип работы гидравлического цилиндра двустороннего действия заключается в следующем. При подводе рабочей жидкости под давлением в полость Б поршень со штоком 1 переместится влево. Одновременно рабочая жидкость вытесняется из полости. В тот момент, когда упор 5 достигает штока клапана и клапан 4 перекроет сливную магистраль А, за счет повышения давления в линии нагнетания золотник автоматически выключает управление (распределитель) и гидроцилиндр остановится. Шток может перемещаться под действием давления рабочей жидкости в двух направлениях.

Телескопический гидроцилиндр состоит из корпуса 3 (рисунок 3.3), нижней крышки 2 с проушиной 6 или опорной пятой, концентрично расположенных поршней 4 разного диаметра, перемещающихся относительно друг друга и штока 5. При подводе рабочей жидкости в подпоршневую магистраль, происходит последовательное выдвижение поршней 4 и штока 5. В этом случае максимальное перемещение (подъем) осуществляется на длину, равную сумме ходов всех поршней и штока.

Рисунок 3.3 – Телескопический гидроцилиндр:

1 — напорная магистраль; 2 — нижняя крышка; 3 — корпус;

4 — поршень; 5 — шток; 6 — проушина

При расчете гидроцилиндров необходимо учитывать номинальное давление рабочей жидкости р_н, диаметры цилиндра D и штока d, ход штока L.

Усилие, которое может развить гидроцилиндр:

                                       (3.1)

где S_н — площадь поршня со стороны нагнетания;

 — коэффициент, учитывающий сухое, жидкостное трение и потери, =0,85...0,95.

Площадь поршня со стороны безштоковой полости , а площадь со стороны штока .

При работе гидроцилиндра двустороннего действия усилие, развиваемое гидроцилиндром:

,                                (3.2)

где р_с — давление слива рабочей жидкости;

S_c — площадь поршня в полости слива.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром, идет на преодоление веса орудия G = mg, силы трения R_тр в конструктивных элементах и шарнирах, и силы инерции R_и, т. е.:

,                            (3.3)

где К_п — коэффициент, учитывающий плечи шарниров рычагов, которые передают движение.

Расчетная скорость движения штока:

,                                      (3.4)

где Q — расход рабочей жидкости.

Теоретическая мощность гидравлического цилиндра:

.                          (3.5)