ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ Атлас конструкций гидромашин и гидропередач Учеб

ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ [Атлас конструкций гидромашин и гидропередач: Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов/ Б. М. Бим-Бад, М. Г. Кабаков, С. П. Стесин. – М. : ИНФРА-М, 2004. – 135 с] 900 igr. net

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИНАХ • Гидравлические машины предназначены для преобразования различных видов механической энергии в энергию потока жидкости. • По принципу преобразования энергии гидромашины делят на объемные и динамические. • На базе объемных гидромашин (ОГМ) выполняют объемные гидропередачи и системы объемных гидроприводов (ОГП).

• Применение ОГМ позволяет: повысить удельные • показатели привода, осуществить плавное регулирование скорости выходного звена ОГП, упростить процесс реверсирования, наиболее рационально расположить силовые элементы привода при компоновке агрегатов. Благодаря этим качествам ОГМ получили широкое распространение в различных областях машиностроения. Наиболее крупными потребителями объемных гидромашин являются: строительное и дорожное машиностроение, сельскохозяйственное машиностроение, станкостроение. Системы ОГМ применяются также в автомобилестроении, в приводах горных машин и других отраслях народного хозяйства.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИН • Объемными называют гидромашины, принцип действия которых основан на попеременном заполнении жидкостью и опорожнении ограниченных пространств (далее рабочих камер), периодически сообщающихся с местами входа и выхода рабочей жидкости.

• При работе объемных гидромашин изменение энергии жидкости происходит в основном за счет гидростатической составляющей полного напора, что приводит к значительной (десятки МПа) разнице давлений во входящем и выходящем потоках.

Гидропривод Объемные насосы (двигатели) Отличия (от динамических машин): Используют потенциальную энергию давления (Р/ρg) По конструкции Объемные насосы имеют : переменную по объему рабочую камеру; Вход и выход во время работы разобщены (как правило, при помощи клапанов) л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. Объемные насосы (двигатели) Насосы и гидромоторы Шестеренные Пластинчатые С внешним зацеплением Двойного действия Рядные С наклонным диском л. п. з. № 2 Диафрагменные Планетарные Простого действия С внутренним зацеплением Поршневые Зубовые Роликовые Радиальные Аксиальные С наклонной осью Л. п. з. 2 С внешним управлением С внутренним управлением

Гидропривод в с. х. т. ПОРШНЕВЫЕ (плунжерные) -рядные Объемные насосы (двигатели) Насос ручной поршневой Р 08 -30 л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. ПОРШНЕВЫЕ (плунжерные) -рядные Объемные насосы (двигатели) Перекачивание масел Производительность (л/ход): 0, 12 (прим. 12 л/мин) Применение: Емкость для 60 / 200 / 220 л л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. Объемные насосы (двигатели) ПОРШНЕВЫЕ (плунжерные) -аксиальные или аксиально-поршневые (плунжерные) № 1 л. п. з. № 2 Л. п. з. 2 № 2

Гидропривод в с. х. т. Объемные насосы (двигатели) ПОРШНЕВЫЕ (плунжерные) или радиально-поршневые -радиальные Внутреннее управление Внешнее управление (ходом поршня) Кулачок Кривошип л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. Объемные насосы (двигатели) ПОРШНЕВЫЕ (плунжерные) или радиально-поршневые -радиальные поршень кулачок л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. МЕМБРАННЫЕ Объемные насосы (двигатели) л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. МЕМБРАННЫЕ Объемные насосы (двигатели) Управление пневматикой л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. ПЛАСТИНЧАТЫЕ Объемные насосы (двигатели) Схема пластинчатого насоса насос прямого действия насос двойного действия 1 - зона всасывания; 2 – зона нагнетания 1 – всасывающее окно; 2 – пластина; 3 – нагнетательное окно; 4 – ротор; 5 - статор л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. ПЛАНЕТАРНЫЕ (гетероидные) Объемные насосы (двигатели) Схема планетарного насоса зубчатое зацепление л. п. з. № 2 роликовое зацепление Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. ПЛАНЕТАРНЫЕ (гетероидные) Объемные насосы (двигатели) Насос планетарный з/у комбайна СК-5 «Нива» (насос дозатор рулевого управления) л. п. з. № 2 Л. п. з. 2

Гидропривод в с. х. т. ШЕСТЕРЕННЫЕ Объемные насосы (двигатели) некорректно «шестеренчатые» , принято «шестеренные» с внешним зацеплением с внутренним зацеплением А – всасывающая полость; Б– нагнетательная полость; 1 – ведомая шестерня; 2 – корпус; 3 – ведущая шестерня; 4 – вал; 5 – корпус. л. п. з. № 2 Л. п. з. 2 А и Б всасывающая и нагнетательная полость внутренняя шестерня; 2 - подвижная шестерня; 3 – разделитель; 4 - вал; 5 - корпус;

Винтовой или шнековый насос — насос, в котором создание напора нагнетаемой жидкости осуществляется за счёт вытеснения жидкости одним или несколькими винтовыми металлическими роторами, вращающимся внутри статора соответствующей формы. Винтовые насосы являются разновидностью роторнозубчатых насосов и легко получаются из шестерённых путём уменьшения числа зубьев шестерён и увеличения угла наклона зубьев.

Принцип работы. Перекачивание жидкости происходит за счёт перемещения её вдоль оси винта в камере, образованной винтовыми канавками и поверхностью корпуса. Винты, входя винтовыми выступами в канавки смежного винта, создают замкнутое пространство, не позволяя жидкости перемещаться назад.

Область применения. Предназначен для перекачивания жидкостей различной степени вязкости, газа или пара, в том числе и их смесей. Конструктивные особенности Эти насосы могут работать при давлениях до 30 МПа. Для улучшения качества уплотнений и снижения утечек иногда применяется цилиндрический или конический эластичный корпус. В последнем случае конический винт прижимается пружиной, а иногда ещё и давлением перекачиваемой жидкости. Однако насосы с эластичным корпусом способны выдерживать меньшие давления чем насосы с металлическим корпусом. В насосах с коническими винтами можно обойтись жёстким корпусом. Наиболее распространёнными являются трёхвинтовые насосы.

Преимущества равномерная подача жидкости, в отличие от насосов поршневых и плунжерных; способность перекачивать смеси из жидкой и твёрдой фаз без повреждения твёрдых включений в жидкости; как и другие объёмные насосы, винтовые обладают способностью к самовсасыванию жидкости; возможность получить высокое давление на выходе без множества каскадов нагнетания; хорошая сбалансированность механизма и, как следствие, - низкий уровень шума при работе. Недостатки сложность и высокая стоимость изготовления насоса; нерегулируемость рабочего объёма; так же, как и другие виды объёмных насосов, винтовые нельзя пускать вхолостую без перекачиваемой жидкости, так как в этом случае повышается коэффициент трения деталей насоса и ухудшаются условия охлаждения; в результате насос может перегреться и выйти из строя.

• К классу ОГМ относят гидронасосы – генераторы энергии потока жидкости и гидродвигатели – потребители энергии. • Объемные гидродвигатели с возвратнопоступательным движением выходного звена называются гидроцилиндрами, а с неограниченным вращательным движением выходного звена – гидромоторами. • ОГМ, допускающие эксплуатацию, как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора, называются насосамимоторами.

• Рабочие камеры ОГМ образуются различными • • • конструктивными парами, например: поршень – цилиндр, зуб – впадина, смежные витки винтовых поверхностей и другие. При увеличении объема рабочих камер у насосов осуществляется процесс всасывания, а у гидродвигателей – нагнетания. При уменьшении объема происходит процесс нагнетания у насосов и слива у гидродвигателей. Попеременное увеличение и уменьшение объема рабочих камер, а также их замыкание и перенос в пространстве составляют полный рабочий цикл ОГМ. Если за один оборот вала гидромашины в каждой рабочей камере осуществляется несколько рабочих циклов, то такая ОГМ называется гидромашиной многократного действия.

• Процессы всасывания и нагнетания рабочей • жидкости осуществляются с помощью распределительных устройств, обеспечивающих соединение рабочих камер с магистралями гидросистемы. В ОГМ применяются три типа распределительных устройств: клапанные, клапанно-щелевые и золотниковые. Некоторые ОГМ, такие, как винтовые и шестеренные, не имеют распределительных устройств.

• Тип распределителя определяет возможность • реверсирования ОГМ, т. е. возможность изменения направления движения потока при постоянном направлении вращения входного звена для насоса или возможность изменения направления вращения выходного звена гидромотора при постоянном направлении потока. Как правило, реверсивные ОГМ бывают регулируемыми, т. е. в процессе эксплуатации можно изменять величину рабочего объема гидромашин и тем самым управлять характеристиками ОГМ. Регулируемость, реверсивность и обратимость гидромашин являются важными эксплуатационными характеристиками.

• Наиболее широко в приводах мобильных машин применяют ОГМ, у которых детали рабочей камеры (звенья) совершают простое или сложное вращательное движение. Такие ОГМ называют роторными. Их упрощенная классификация на примере роторных насосов приведена на рис. 1. Принадлежность гидромашин к той или иной классификационной группе определяется формой рабочих звеньев, их кинематикой и конструктивными особенностями машины.

Классификация роторных насосов

• К группе роторно-вращательных ОГМ • • относятся гидромашины, у которых рабочие камеры совершают только вращательное движение. Эта группа объединяет шестеренные и винтовые ОГМ. Шестеренные гидромашины выполняются на базе двух или нескольких зубчатых колес с внешним либо внутренним зацеплением. У винтовых гидромашин рабочие камеры образуются винтовыми поверхностями и корпусом. В зависимости от числа винтов, входящих в конструкцию, различают одно-, двух- и многовинтовые ОГМ.

• К группе роторно-поступательных ОГМ относятся • • гидромашины, у которых подвижные рабочие звенья совершают сложное движение: вращательное и возвратно-поступательное. Рабочие звенья могут иметь форму пластин или поршней (пластинчатые или поршневые гидромашины соответственно). Если в конструкции ОГМ оси поршней располагаются перпендикулярно к оси блока цилиндров, гидромашину относят к группе радиально-поршневых. Если же оси поршней параллельны оси блока цилиндров или составляют с ней угол не более 45°, то такие ОГМ называют аксиально-поршневыми. Аксиально-поршневые гидромашины выполняются по двум основным схемам: с наклонным диском или с наклонным блоком цилиндров. В первом случае оси блока цилиндров и вала насоса лежат на одной прямой, а во втором – образуют ломаную линию.

• В некоторых ОГМ рабочие камеры располагаются в нескольких параллельных плоскостях, перпендикулярных оси вала. Такие гидромашины называются многорядными.

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОГМ • Показатели работы ОГМ можно разделить на внешние – крутящий момент М, частота вращения w, мощность входного или выходного звена гидромашины и внутренние – давление в линии нагнетания p 1, давление в линии всасывания (слива) р2, объемная подача Q и мощность потока , где.

• Соотношение мощностей N и Nп определяет величину потерь энергии и КПД гидромашины где h 0 и hг мех– соответственно объемный и гидромеханический КПД.

• Связи между внешними и внутренними показателями гидромашины устанавливаются с помощью характерного объема w, под которым понимается суммарное увеличение объемов рабочих камер, приходящееся на один радиан угла поворота вала гидромашины.

• Для насоса:

• Для гидромотора: с – параметр регулирования – отношение текущего значения характерного объема к максимальному.

• Для регулируемого реверсивного насоса – 1< с <1. • Для регулируемого нереверсивного гидромотора cmin≤ с ≤ 1. • При c<cmin гидромотор превращается в самотормозящую систему. • Типовые графики основных характеристик работы ОГМ показаны на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Типовая характеристика объемного насоса: Q – подача; N – мощность; h – КПД насоса; p – давление в линии нагнетания; w – частота вращения вала насоса

Рис. 3. Типовые относительные характеристики объемного гидромотора: а – зависимость частоты вращения вала от перепада давления: 1 – для Q=0, 5 Qном; 2 – для Q = Qном; б – зависимость крутящего момента и КПД от частоты вращения вала при Dр = 0, 5 Dрном.

Здесь – относительная частота вращения вала; – относительный крутящий момент; – относительный перепад давления; h – КПД гидромотора.

• Наряду с характерным объемом используется понятие рабочий объем • Рабочий объем приблизительно равен подаче насоса, приходящейся на один оборот вала, и зависит только от конструктивных особенностей ОГМ.

Для однорядных гидромашин q рассчитывается по одной из следующих зависимостей: аксиально-поршневые ОГМ кулачковые и роторные радиальнопоршневые ОГМ однократного действия

роторные радиально-поршневые ОГМ многократного действия пластинчатые ОГМ однократного действия

пластинчатые ОГМ двукратного действия шестеренные гидромашины При расчете рабочего объема многорядных ОГМ значения q, полученные по приведенным зависимостям, умножают на число рядов.

Здесь z – число поршней (пластин); d – диаметр поршня; Doc – диаметр расположения осей цилиндров в блоке; g – угол наклона блока цилиндров (диска); е – эксцентриситет; R и r – максимальный и минимальный радиусы профиля внутренней направляющей поверхности статора; k – кратность действия ОГМ; b – ширина пластины (зубчатого колеса); S – толщина пластины; a – угол наклона пластины к радиальному направлению; D и m – диаметр начальной окружности и модуль зубчатого колеса.

МАТЕРИАЛЫ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ОБЪЕМНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИН И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ Корпуса обьемных гидромашин -Алюминиевые сплавы АЛ 9, АЛ 4; чугуны ВЧ 42– 12, СЧ 21 Валы, оси, втулки, зубчатые колеса, крышки уплотнений -- Стали 45, 40 Х, 37 ХНЗА, 18 ХГТ, 38 ХМЮА Статоры радиально-поршневых и пластинчатых гидромашин -- Стали 60 ХГ, ШХ 15, 12 ХНЗА, 18 ХГТ

Пластины пластинчатых насосов -- Стали X 18 H 9 T, ХВГ, Р 18 Поршни радиально-поршневых гидромашин, траверсы, роторы пластинчатых гидромашин - Стали ШХ 15, ХВГ, 20 Х, 40 Х Блоки цилиндров аксиально-поршневых гидромашин --Стали 9 ХС, 12 ХНЗА, Х 12 Ф 1; Бр. ОСН 10 -2 -3, Бр. О 12 Поршни и плунжеры аксиально-поршневых гидромашин -- Стали ШХ 15, 12 ХНЗА, 37 ХНЗА, 38 ХМЮА, ЗМФА; Бр. А 10 Ж 4 Н 4 Л

Торцовые распределители -- Сталь 39 ХМ 1 А; 6 р. О 12, Бр. ОСН 10 -2 -3 Шатуны, центральные шипы аксиальнопоршневых гидромашин -- Стали 20 ХНЗА, 36 Х 2 Н 2 МФА, 40 Х, 30 X 3 МФА Корпусные детали гидродинамических передач -- Чугун СЧ 21. алюминиевый сплав АЛ 9 Колеса гидродинамических передач -Алюминиевые сплавы АЛ 4, АЛ 9. Сталь 08

Детали обгонного механизма (звездочка, обойма, ролики) -- Стали 20 Х, ШХ 15, 60 ХГ Пружины -- Сталь 65 Г Уплотнения подвижных соединений и сопряженных деталей гидромашин -- Чугун СЧ 18 Резины В-14, 93 -1 ИРПГ 054, ИРП 1314, фторопласты Ф-3, Ф-4 Прокладки для уплотнения фланцевых и других неподвижных соединений -- Паронит, резина техническая листовая, картон, фибра.