 |
Гидромашины прямолинейного движения
|
|
|
|
1. Поршневые и плунжерные насосы
Бывают: одностороннего, двухстороннего, дифференциального действия, одноцилиндровые, многоцилиндровые, звёздообразные, горизонтальные, вертикальные, с ручным приводом, с приводом от кривошипно-шатунного механизма, прямодействующие и т.д.
Рассмотрим только принцип действия одноцилиндровых насосов 1-о стороннего и 2-х стороннего действия с приводом от кривошипно-шатунного механизма.
Поршневые отличаются от плунжерных только конструкцией рабочего органа. Поршни обычно имеют уплотнительные элементы, а плунжеры – высокую чистоту обработки, большую длину. Уплотнение создаётся за счёт малого зазора между плунжером и цилиндром и большой длины зазора.
Схема насоса одностороннего действия приведена на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Схема одноцилиндрового поршневого насоса:
1 – нагнетательный клапан; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – шатун;
5 – кривошип; 6 – вал; 8 – всасывающий клапан; 10 – нагнетательная
линия; 11 – ёмкость
Принцип работы заключается в следующем: при ходе поршня вправо под действием разряжения открывается всасывающий клапан, нагнетательный закрыт под действием собственного веса и разряжения. Происходит всасывание жидкости. При ходе влево всасывающий клапан закрывается под действием собственного веса и давления жидкости, а нагнетательный открывается, происходит нагнетание жидкости.
Схема насоса двухстороннего действия приведена на рис. 8.2.
Рис. 8.2. Схема насоса 2-х стороннего действия
При ходе поршня вправо открыты левый всасывающий клапан и правый нагнетательный клапаны. Происходит всасывание всей поверхностью поршня и нагнетание площадью поршня минус площадь штока. При ходе влево эти клапаны закрываются, всасывание осуществляется через правый всасывающий клапан, а нагнетание через левый нагнетательный. Происходит нагнетание всей поверхностью поршня.
|
|
|
Теоретическая подача поршневых насосов определяется по формуле
, (8.1)
где а – коэффициент, для насосов одностороннего действия а = 1, для насосов 2-х стороннего действия
, (8.2)
z – число рабочих камер;
F – площадь поршня;
f – площадь сечения штока;
S – ход поршня;
n – число двойных ходов поршня (оборотов кривошипа).
Предельная вакуумметрическая высота всасывания насоса Нвс при работе на воде равна 10 м. Реальная высота всасывания равна
, (8.3)
где ро – давление окружающей среды, Па;
ρ – плотность жидкости, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
b – упругость паров жидкости при данной температуре, м.
2. Гидроцилиндры
2.1. Схемы гидроцилиндров
Гидроцилиндр – объемный гидродвигатель с прямолинейным возвратно-поступательным движением выходного звена относительно корпуса.
Схемы гидроцилиндров представлены на рис. 8.3. Жидкость действует на поршень, развивая усилие, преодолевающее трение и внешнюю нагрузку, приложенную к штоку 5. Различают гидроцилиндры с односторонним (а) и двусторонним штоком (б), одностороннего (в) и двустороннего действия (а и б). У первого движение выходного звена в одну сторону происходит за счет давления рабочей среды, а в противоположную – за счет иных сил (пружины, веса приводимого узла и пр.). У второго движение выходного звена в обе стороны происходит за счет давления рабочей среды.
Рис. 8.3. Схемы гидроцилиндров:
1- цилиндр; 2, 4 – уплотнения; 3 – поршень; 5 - шток
Поршневой гидроцилиндр с заданным соотношением площадей поршня 3 и штока 5 называют дифференциальным гидроцилиндром (а), а гидроцилиндр (в) – плунжерным гидроцилиндром. Последние отличаются простотой изготовления.
|
|
|
2.2. Движущее усилие, скорость поршня
Расчетное движущее усилие Р на штоке, развиваемое давлением жидкости на поршень упрощенно подсчитывается по формуле
, (8.4)
где р – давление жидкости;
F – рабочая (эффективная) площадь поршня.
Расчётная скорость поршня
, (8.5)
!!!где Q – подача насоса, которым закачивается жидкость.
Объём цилиндра равен
, (8.6)
где Н – ход поршня.
С учётом потерь на трение фактическое движущее усилие
, (8.7)
где ηмех = 0,85 ÷0,97 – механический к.п.д.
Фактический расход жидкости
, (8.8)
где v – расчётная скорость поршня,
f – площадь поршня,
– объёмный к.п.д.
vф – фактическая скорость поршня.
Объёмный к.п.д. при уплотнении поршня резиновыми манжетами = 1, а разрезными металлическими кольцами = 0,98…0,99.
2.3. Тандем-цилиндры
В случаях, когда ограничена возможность применения цилиндров больших сечений, но не ограничена их длина, применяют сдвоенные (тандем) цилиндры (рис. 8.4, а и б).
Развиваемое усилие Р и скорость v перемещения такого двухпоршневого тандем-цилиндра с односторонним штоком (рис. 4, а), определяются по формулам
(8.9)
где F1 и F2 – площади рабочих сечений поршней;
. (8.10)
Тандем-цилиндры также распространены в гидроусилителях систем путевого управления машин (самолетов и пр.), где требуется дублирование управления. Для обеспечения этого каждый из цилиндров имеет автономное питание и управление.
Рис. 8.4. Схемы сдвоенных гидроцилиндров с односторонним (а)
и двусторонним (б) штоками
Лекция № 9
1. Телескопические гидроцилиндры
Телескопический гидроцилиндр – силовой цилиндр с несколькими рабочими камерами, расположенными концентрично. Ход выходного звена цилиндра равен сумме ходов поршней или плунжеров. На рис. 9.1, а представлена схема 2-х цилиндровой машины. На рис. 9.1, б – 3-х цилиндровой.
Рис. 9.1. Схемы телескопических гидроцилиндров:
а) – двухцилиндровый, б) - трёхцилиндровый
1 – шток; 2 – шток; 3 – большой цилиндр; 4 – поршень; 5 - поршень
Для 2-х цилиндровой машины при выходе штока 2 усилие Р определяется по формуле
, (9.1)
а скорость выходного штока
. (9.2)
При выходе штока 1
, (9.3)
. (9.4)
2. Мембранные гидроцилиндры
Схемы мембранных гидроцилиндров представлены на рис. 9.2.
|
|
|
Рис. 9.2. Схемы мембранного гидроцилиндра с мембраной плоского (а)
и гофрированного (б) типов
Полное усилие мембраны F определяется по формуле
. (9.5)
3. Сильфонные гидроцилиндры
Для малых прямолинейных перемещений применяются сильфоны, которые изготавливаются из металла, резины, фторопласта и др. материалов.
Сильфоны изготавливают развальцовкой тонкостенной трубы (рис. 9.3, а) или сваркой по торцам отдельных фасонных колец (мембран) (рис 9.3, б).
Рис. 9.3. Схемы сильфонных гидроцилиндров
Усилие, развиваемое сильфоном, определяется по формуле
. (9.6)
4. Поворотные гидродвигатели
1). Пластинчатые возвратно-поворотные гидродвигатели
Для возвратно-поворотных движений на угол, меньший 360 ° применяют поворотный гидродвигатель (или гидроцилиндр поворотного действия) (рис. 9.4).
Рис. 9.4. Схемы пластинчатых поворотных (моментных) гидродвигателей:
а, б, в – 1-о, 2-х 3-х пластинчатые;
1 – корпус; 2 – поворотный ротор; 3 – перемычка; 4 – уплотнительный элемент; 5 – ротор
Пластинчатые (шиберные) поворотные гидродвигатели, в которых рабочим органом является пластина, считаются практически безынерционными, способными развивать крутящие моменты до 70 МН·м, давление жидкости до 30 МПа. В качестве рабочей среды применяются воздух, масла и водные эмульсии.
Применение подобных гидроцилиндров (гидродвигателей) упрощает во многих случаях кинематику приводных механизмов.
Фактический момент определяется по формуле
, (9.7)
где b – ширина пластины;
Δр – перепад давления между рабочей и сливной полостями цилиндра;
ηмех – механический к.п.д.
Угловая скорость определяется по формуле
, (9.8)
где Q – расход жидкости в единицу времени;
ηоб – объёмный к.п.д.
2). Прочие гидродвигатели с возвратно-поворотным движением
Схемы таких гидродвигателей показаны на рис. 9.5, 9.6, 9.7, 9.8, 9.9. На рис 9.5 возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре 1 преобразуется кривошипно-шатунным механизмом 2 во вращательное движение вала 3.
Рис. 9.5. Схема преобразования поступательного движения в поворотное с помощью кривошипно-шатунного механизма:
|
|
|
1 – цилиндр; 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – выходной вал
На рис. 9.6 возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах с помощью коромысла преобразуется во вращательное движение вала, на котором закреплено коромысло.
Рис. 9.6. Схема преобразования поступательного движения в поворотное с помощью коромысла
На рис. 9.7, а цилиндр выполнен с рейкой в средней части, которая вращает шестерню диаметром Dш, а на рис. 9.7, б шестерню вращают две рейки, выполненные в виде цилиндров.
Рис. 9.7. Схемы преобразования поступательного движения в поворотное с помощью реечно-шестеренных пар
На рис. 9.8 шток с шлицевой втулкой 1 с одной стороны и с винтом с другой стороны при перемещении поршня 2 в цилиндре вращает гайку 4, заканчивающуюся выходным валом 5.
Крутящий момент на гайке определяется по формуле
, (9.9)
Рис. 9.8. Схема преобразования поступательного движения поршня
гидроцилиндра в поворотное с помощью винтовой пары:
1 – шток с шлицевой втулкой; 2 – поршень; 3 – винт; 4 – гайка;
5 – выходной валик; 6 – цилиндр
где d – средний диаметр резьбы;
α – угол нарезки винта;
β – угол трения резьбы;
F – усилие давления жидкости на поршень
, (9.10)
D – диаметр поршня;
р – перепад давления на поршне.
Лекция № 10
1. Объёмные гидравлические преобразователи
В общем случае гидравлическим преобразователем объемного типа называют устройство, изменяющее (повышающее или понижающее) расход и давление жидкости в гидросистеме при условии обязательного разобщения магистралей высокого и низкого давлений.
Преобразователь состоит из двух ступеней: двигательной и насосной. К первой ступени подводится рабочая жидкость гидросистемы, а вторая подает жидкость с преобразованным давлением или расходом к исполнительным механизмам (потребителям).
Применяют гидропреобразователи роторного типа, в виде двух роторно-поршневых машин (рис. 10.1, а) или машин возвратно-поступательного действия (10.1 б, в).
Рис. 10.1. Схема преобразователей давления вращательного (а) и
поступательного (б и в) движения
1 – первая гидромашина; 2 – вторая гидромашина
|
|
|
