2.4. Устройство и обслуживание элементов гидроприводов.
Конструкции всех типов насосов изучались ранее. Однако в конструкциях насосов, обладающих обратимостью, есть отличия, связанные с их назначением. Так, пластичный гидродвигатель в отличие от насоса имеет пружины, которые выталкивают пластины из ротора и тем самым обеспечивают пуск гидромотора. В аксиально-поршневом насосе угол наклона блока цилиндров достигает 30 , а в гидродвигателе - 40 .
Конструкция аксиально-поршневого реверсивного насоса переменной подачи приведена на рис. 4.
Рисунок . 4. Аксиально-поршневой насос |
В составном корпусе 3 с крышкой 5 помещён блок цилиндров 13, поршни (скалки) 12, которые связаны шатунами 9 и шаровыми шарнирами с диском 7 вала 4, приводимого во вращение электродвигателем. Вал лежит на шарикоподшипниках и откован заодно с диском 7, соединенным с блоком цилиндров штоком 10 с универсальным шарниром (карданом). Цилиндры насоса в нижней части имеют отверстия, соединенными с отверстиями в головке 14, которая прилегает к блоку цилиндров 13. Головка 14 своими пустотелыми цапфами 3 висит на подвесках 2, прикрепленных к крышке 5. Головка может поворачиваться на некоторый угол привода управления, действующего также на тягу 16, соединенную с вилкой 15, имеющей цапфу 11 головки 14.
Вход и выход масла осуществляется по трубопроводам 8 и I, прикрепленным к пустотелым цапфам 3.
При вращении вала 4 штоком 10 приводится в движение блок цилиндров, нижняя притертая поверхность которого скользит по поверхности головки 14. При совпадении оси вала и оси головки насос будет работать в холостую. Если же блок цилиндров с головкой будет отклонен в одну сторону и между осью вала образуется угол, то насос через одну трубу будет всасывать жидкость, а через другую трубу нагнетать. При отклонении головки и оси цилиндра в другую сторону, направление движения жидкости изменится.
|
|
Конструкции унифицированных бескарданных аксиально-поршневых гидромашин показаны на рис. 5. Приводной вал аксиально-поршневой
Рисунок. 5. Аксиально-поршневые гидромашины
гидромашины переменной подачи (рис.5, а) вращается в массивных радиально-упорных сдвоенных шарикоподшипниках и заканчивается фланцем.
Вращение блока цилиндров и возвратно-поступательное движение поршней в осевом направлении осуществляется с помощью штоков. Каждый шток имеет две сферические головки, одна из которых закреплена во вкладыше фланца приводного вала, а другая завальцована в поршне.
Блок цилиндров, в котором расположены семь поршней, опирается на сферический распределитель центральной оси, сферическая головка которой закреплена на фланце приводного вала. Другой конец оси вращается во втулке распределителя, где размещена пружина, обеспечивающая предварительное поджатие блока цилиндров к распределителю. Блок цилиндров гидростатически сбалансирован так, что между распределителем постоянно сохраняется масляная плёнка. Насос заключён в корпусе сбора дренажей 1. Смазка поршней и головок штоков осуществляется непосредственно из рабочих камер по сверлениям в донышках поршней и штоках. Сферический распределитель Герметизируется с помощью прокладок и с помощью крышки 2 крепится к корпусу насоса.
Регулирование подачи насоса либо скорости вращения вала осуществляется изменением наклона блока цилиндров.
Конструкция аксиально-поршневого гидромотора с постоянным рабочим объёмом показана на рис. 5, б.
Регулируемые аксиально-поршневые насосы выпускаются двух типов: в корпусном исполнении (НК), т.е. в виде отдельного автономного агрегата для которого корпус с отдельным подпитывающим баком служит масляной ёмкостью (см. рис. 5, а); встроенными (НВ), когда регулируемая часть насоса встроена в отдельный бак торцевым фланцем (обычно её крепят вертикально на крышку бака). Гидромоторы с постоянным рабочим объёмом (МГ) изготавливают с углом наклона блока цилиндров 25 (см. рис. 5, б), и их используют как насосы постоянной подачи.
Эти насосы получили широкое распространение, даже по сравнению с насосами радиального типа они имеют ряд существенных преимуществ:
обладают более высокой производительностью и допускают более высокие числа оборотов;
вес аксиальных насосов на единицу передаваемой мощности в 2-3 раза меньше.
к.п.д. у аксиально-поршневых насосов более высок вследствие меньших потерь на трение (0,9 против 0,75).
Расчётную подачу аксиально-поршневого насоса можно вычислить с некоторым приближением по выражению:
|
(1.1) |
|
где |
q – рабочий объём насоса, м3/об; |
|
|
d – диаметр цилиндра, м; |
|
|
z – число поршней (цилиндров); |
|
|
D – диаметр окружности, на которой расположены центры цилиндров,м; |
|
|
|
|
,
-
угол наклона оси блока цилиндров
относительно оси приводного вала.В радиально-поршневых насосах поршни движутся в одной плоскости, а цилиндры расположены звёздообразно, причём их оси пересекаются в одной точке. Схема такого насоса представлена на рис. 6, а.
а)
|
в)
|
б)
|
|
Рисунок . 6. Радиально-поршневые гидромашины.
|
|
Для получения больших подач цилиндры такого насоса размещают в несколько рядов (от двух до шести). Так же как и аксиально-поршневые насосы эти насосы обладают обратимостью и их используют в качестве насосов и гидромоторов и изготавливают как в регулируемых, так и нерегулируемых по подаче вариантах.
На рис. 6,б приведена схема радиально-поршневого гидромотора типа ГРП с вращающимся корпусом. Благодаря специальной конфигурации копира 4 давление рабочей жидкости на поршни 6 вызывает появление тангенциальных усилий в корпусе гидромотора. Поршни воздействуют на копиры через шатуны, снабжённые игольчатыми подшипниками 3. Для разгрузки цилиндров от боковых усилий установлены специальные направляющие 5. Подвод и отвод рабочей жидкости из канала 1 к поршням осуществляется распределителем 2, позволяющим отключать половину поршней и увеличивать скорость вдвое при соответствующем снижении крутящего момента.
Конструкция радиально-поршневого гидромотора с вращающимся корпусом представлена на рис. 6, в. В этом гидродвигателе вращающийся корпус составлен из копира 4 и двух крышек — задней 7 и передней 3, стянутых между собой винтами 5. В блоке цилиндров 12 установлено восемь радиально расположенных поршней 9, которые через игольчатые центральные подшипники 6 сопрягаются с копиром. Крайние подшипники совершают возвратно-поступательное движение в направляющих 8, которые воспринимают реактивный момент от поршневой группы 9. Внутри блока цилиндров установлен распределительный золотник 1, который соединен муфтой 10 с корпусом и при работе гидродвигателя вращается вместе с ним.
Корпус относительно блока цилиндров вращается на двух радиальных подшипниках 2 и 11, установленных в крышках корпуса. Блок цилиндров с левой стороны наглухо закрыт крышкой корпуса. С правой стороны из крышки 3 наружу выходит цапфа блока цилиндров, предназначенная для подключения трубопроводов, установки клапанов, а также являющаяся опорой, с помощью которой гидродвигатель крепится к фундаменту. На задней крышке 7 корпуса имеются фланцевые поверхности для соединения гидродвигателя с соответствующим механизмом. Вращающийся корпус служит шкивом для ленточного тормоза.
Действие гидродвигателя осуществляется следующим образом. Через соответствующие каналы в блоке цилиндров масло подается в распределительный золотник, который, вращаясь, соединяет одни гидроцилиндры блока цилиндров с напором, а другие — со сливом. Под давлением масла поршни, находящиеся в цилиндрах, перемещаясь от центра к периферии, воздействуют через поршневые группы на копир, заставляя его, а следовательно, и корпус гидродвигателя вращаться. Одновременно поршни, цилиндры которых соединены со сливом, двигаются под действием копира от периферии к центру.
Регулируемые гидродвигатели позволяют наиболее полно использовать мощность приводного двигателя при изменяющемся моменте нагрузки.
Возможными неполадками в работе роторно-поршневых насосов является:
подтекание масла из разъёмных соединений (фланцев, пробок, крышек и т.п.) по причине износа или повреждения посадочных мест, прокладок, ослабления затяжки, ударов, вибрации, температурных изменений;
подтекание масла через сальниковое уплотнение вала по причине износа манжеты, набивки или поверхности вала в районе уплотнения;
плохая чувствительность насоса (увеличился мертвый ход валика управления ) по причине увеличения зазоров из-за самоотвинчивания гаек, износа сопрягаемых деталей;
уменьшение давления рабочей жидкости из-за засорения фильтров;
толчки и шум при работе насоса из-за наличия воздуха в магистралях;
вибрация насоса по причине повреждения соединительной муфты с приводом, износа поверхности прилегания головки к блоку цилиндров, ослабления крепления насоса или жесткости фундамента.
Расчётная подача радиально-поршневого насоса определяется как объём, описываемый его поршнями за единицу времени:
|
(1.2) |
|
где |
q – рабочий объём насоса, м3/об; |
|
|
d – диаметр цилиндра, м; |
|
|
h= 2е – ход поршня, м; |
|
|
z – число поршней; |
|
|
e – величина эксцентриситета,м. n – частота вращения привода насоса. |
|
,Действительная подача насоса меньше расчётной (теоретической) на величину объёмных потерь в нём.
Для определения частоты вращения вала гидродвигателя необходимо учитывать объёмные потери в нём – ОГМ , а также возможные путевые потери рабочей жидкости в защитных и управляющих устройствах гидросистемы.
Лопастных неполноповоротных гидродвигателей (ЛНГ) в настоящее время известно значительное количество конструкций в зависимости от назначения. Они выполняются в виде однокамерной и многокамерной, однолопастной и многолопастной конструкции.
Конструктивная схема ЛНГ, данная на рис. 7, интересна с точки зрения компоновки подвижных и неподвижных деталей внутри корпуса гидродвигателя, а также герметизации рабочих полостей.
Гидродвигатель состоит из крышек 2 и 5, обоймы 4, вала 10, выполненного как одно целое с роторной частью 3 лопасти, съемной лопасти 15 и разделительного упора 16. Крышки соединены с обоймой винтами 12, образуя корпус гидродвигателя. Вал установлен на двухрядных радиальных шарикоподшипниках 9, которые наружными обоймами запрессованы в крышки 2 и 5.
Подшипник, установленный в крышке 2, зафиксирован в осевом направлении глухим фланцем 1, другой подшипник (в крышке 5) — фланцем 8, через который пропущен выходной конец 11 вала.
Лопасть 15 зафиксирована на роторной части пальцами 13. Лопасть сочленяется с пальцами по скользящей посадке, что позволяет ей самоустанавливаться в радиальном направлении. Разделительный упор 16 закреплен на обойме посредством пальцев 18. Конструкция узла крепления разделительного упора аналогична конструкции узла крепления съемной лопасти, что также позволяет ему самоустанавливаться в радиальном направлении.
|
Такая установка лопасти и разделительного упора увеличивает механический к.п.д. гидродвигателя по сравнению с гидродвигателями, имеющими жесткое крепление разделительного упора. Число пальцев, фиксирующих лопасть и разделительный упор, выбирают из условия обеспечения прочности и жесткости узла крепления.
Герметизация неподвижных соединений корпуса между обоймой и крышками осуществляется П-образными манжетами 19, которые расположены в прямоугольных канавках 6 крышек 2, 5 и плотно прижаты к уплотняемым поверхностям резиновыми кольцами- 20 круглого сечения. При этом, как видно из сечения Б—Б, манжеты несколько перекрывают места стыка обоймы с крышками.
Материал для манжет 19 должен быть более твердым, чем резина колец 20. Аналогично выполнена герметизация подвижного сочленения торцов роторной части 3 лопасти и крышек: с помощью П-образных манжет 22 и колец 21, расположенных в канавках прямоугольного сечения 7 крышек 2 и 5. В этом узле также предусмотрено перекрытие кромок роторной части лопасти манжетами 22. Съемная лопасть и разделительный упор уплотнены манжетами 24 и кольцами 23, установленные в канавки прямоугольного сечения 14 и 17 на поверхности съемной лопасти и разделительного упора.
Все рассмотренные узлы уплотнения выполнены по одному принципу: резиновые кольца круглого сечения плотно прижимают усики манжет к стенкам уплотнительных канавок прямоугольного сечения, а спинку этих манжет — к уплотняемым поверхностям. Это обеспечивает герметичность узлов уплотнения. Кроме того, перекрытие уплотнений 19, 22 и уплотнений 24 разделительного упора и съемной лопасти делает данную конструкцию теоретически герметичной. Единственной причиной возникновения перетечек может быть отжатие манжет 19 и 22 в уплотнительных канавках 6 и 7 давлением рабочей жидкости в местах сопряжения этих манжет с уплотняемой поверхностью.
Технология изготовления данного гидродвигателя не вызывает трудностей. Основная задача, которую приходится решать,— правильный выбор материала манжет и резиновых колец круглого сечения, их оптимальной формы и размеров, определение силы прижатия манжет к уплотняемой поверхности и к стенкам уплотнительных канавок. Теоретический момент на валу однолопастного гидродвигателя равен
|
|
где |
P = p S – равнодействующая сил от давления жидкости на рабочую площадь, Н; |
|
p – перепад давления в полостях, Па; |
|
S = b (R - r) – рабочая площадь лопасти, м2; |
|
b – ширина лопасти, м; |
|
(R - r) – высота лопасти, м; |
|
|
,
-
плечо приложения равнодействующей
силы, м .Сделав соответствующие преобразования, получаем выражение для определения теоретического момента на валу гидропривода в виде
|
,
Нм.Для многокамерного гидродвигателя
|
(1.3) |
,
где z – число камер.
Для защиты гидравлических систем от потери рабочей жидкости и от перегрузок применяются разнообразные защитные устройства. На рис. 8, а показан простейший клапан-отсекатель прямоточного типа, предназначенный для защиты гидросистемы от потери рабочей жидкости. Он состоит из корпуса I, клапана 2, стакана 3, штуцера с иглой 7, нагрузочной пружины 4 и гаек 5, 6. При увеличении расхода жидкости в результате аварии гидросистемы на клапан 2 действует сила, достаточная для сжатия пружины 4 и посадки клапана на иглу, после чего происходит отделение аварийного участка трубопровода и предотвращается потеря рабочей жидкости.
Для защиты гидросистем от перегрузок применяется предохранительный клапан, простейшая конструкция которого показана на рис. 8, б. Клапан с переливным золотником отверстием В подключается к нагнетательному трубопроводу, а отверстием А - к сливному. Из нагнетательного трубопровода рабочая жидкость по каналам, в золотнике поступает в полости 1 и 2. В этом случае, если давление превышает допустимое, шариковый клапан поднимается, после чего давление в полости 2 падает и золотник поднимается вверх, открывая сливное отверстие.
Давление в трубопроводе падает, и золотник под воздействием пружины возвращается в первоначальное положение, а шариковый клапан садится на седло.
При дистанционном управлении краном жидкость из полости 2 выпускается через отверстие Б и клапан срабатывает.
а)
|
||
б)
|
в)
|
г)
|
Рисунок. 8. Защитные устройства гидросистем и гидропневмоаккумулятор
|
||
В гидравлических системах часто используются устройства для ограничения расхода жидкости и поддержания постоянной скорости силового привода. На рис. 8, в показан ограничитель расхода жидкости простейшей конструкции. Он состоит из корпуса 5, втулки 4, поршня 2, пружины 3, штуцера 7, резиновых колец 1 и 6. Жидкость проходит через отверстие в поршне.
При этом устанавливается определенный перепад давления. Увеличение расхода жидкости приводит к увеличению перепада давления и перемещению поршня вниз. При этом поршень сжимает пружину и прикрывает отверстия во втулке. Расход жидкости уменьшается.
Большее распространение в групповых схемах гидроприводов получили пневмогидроаккумуляторы беспоршневого типа с разделительной резиновой диафрагмой (рис. 8, г). Под действием давления воздуха или жидкости вершина сферы резиновой диафрагмы нажимает на штокклапан, воздействующий на замыкатели системы автоматического включения и выключения насосов и световой сигнализации. При снятии усилий диафрагмы возвратный механизм приводит узлы штокклапана в исходное положение.
Соединения трубопроводов гидравлических систем судовых гидроприводов разнообразны. На рис. 9 представлены основные виды соединений. Наибольшее распространение получили штуцерные соединения (рис. 9, а) с красномедной или резиновой прокладкой. Применяется штуцерно-конусное соединение (рис. 9, б) или соединение по наружному конусу (рис. 9, в). Фланцевые соединения находят применение при больших диаметрах трубопроводов. В качестве уплотняющих элементов в таких соединениях используют резиновые кольца круглого сечения или красномедные прокладки (рис. 9, г, з).
Неразборные соединения трубопроводов гидравлических систем показаны на рис. 9, д, е, ж. Такие соединения находят все более широкое применение, так как значительно снижается масса трубопроводов.
|
Рисунок. 9. Виды соединений трубопроводов гидросистем.
|
3. Описание лабораторного стенда.
На лабораторном столе выставлены различные типы насосов, в том числе ротационные объёмного принципа действия и роторно-поршневые насосы.
На подвесных стендах представлены основные узлы и детали наиболее сложных для понимания гидромашин.
4. Порядок выполнения лабораторной работы.
Изучить теоретическую часть настоящей лабораторной работы.
Ознакомиться с конструкцией представленных на стенде гидромашин.
Уяснить принцип действия каждого обратимого насоса.
Подготовить таблицу для необходимых замеров.
Произвести необходимые замеры для расчёта крутящего момента шестерённого, пластинчатого аксиально-поршневого насоса (гидромотора).
Произвести необходимые замеры рассчитать крутящего момента, используя дополнительную информацию, приведённую в таблице 2, формулы 1.1 и 1.2 и указания преподователя по изучаемым гидромашинам.
Ответить на контрольные вопросы.
Оформить протокол и защитить лабораторную работу.
Таблица 2. Данные для расчёта крутящего момента гидромашины
Пара-метры |
варианты |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
n, об/мин |
750 |
900 |
930 |
1000 |
1450 |
1500 |
2500 |
2700 |
2900 |
3000 |
Р, МПа |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
0,90 |
0,92 |
0,94 |
0,95 |
0,96 |
0,95 |
0,94 |
0,93 |
0,92 |
0,91 |
Пара-метры |
варианты |
|||||||||
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
n, об/мин |
700 |
800 |
900 |
1000 |
1100 |
1200 |
1300 |
1400 |
1500 |
1600 |
Р, МПа |
13 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
|
0,90 |
0,89 |
0,88 |
0,87 |
0,86 |
0,85 |
0,84 |
0,83 |
0,82 |
0,80 |
Пара-метры |
варианты |
|||||||||
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
n, об/мин |
1700 |
1800 |
1900 |
2000 |
2200 |
2400 |
2600 |
2800 |
2900 |
3000 |
Р, МПа |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
50 |
|
0,78 |
0,76 |
0,74 |
0,72 |
0,70 |
0,75 |
0,80 |
0,85 |
0,90 |
0,95 |
