Раздел второй гидравлические машины и гидропривод

Гидравлические машины предназначены для перемещения жид­костей, преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию, а также передачи механической энергии от машины-дви­гателя к машине-орудию или преобразования различных видов движений и скоростей посредством жидкости. Соответственно гид­равлические машины подразделяются на три основных класса: на­сосы, гидродвигатели и гидропривод. Они различаются по своим энергетическим и конструктивным признакам, но общим для них является то, что в качестве рабочего тела используется жид­кость.

Наиболее многочисленный класс гидравлических машин состав­ляют насосы. Всего насчитывается около 130 наименований насосов различных видов. Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Этот поток создается в результате силового воздействия вытеснителя на жидкость в ра­бочей камере насоса. По характеру силового воздействия насосы разделяют на динамические и объемные. К динамическим насо­сам относятся лопастные, центробежные, осевые, вихревые, струй­ные, к объемным - поршневые и плунжерные, диафрагменные, крыльчатые, роторные и др.

Гидравлические двигатели, как и насосы, подразделяются на машины динамического и объемного действия. К. ним относят­ся гидравлические турбины, водяные колеса, гидроцилиндры и роторные гидромоторы. Гидродвигатели находят широкое применение в различных областях техники: в гидроэнергетике (гидрав­лические турбины, которые вырабатывают в стране около 20% элект­роэнергии), в нефтедобыче и горном деле (буровые установ­ки, снабженные турбобурами), на транспорте (гидроцилиндры и гидромоторы) и т. д.

Гидропривод состоит из трех основных элементов: гидропере­дачи, устройства управления и обслуживающего устройства. Си­ловой частью гидропривода является гидропередача, состоящая из насоса и гидродвигателя. Следовательно, гидропередачи также делятся на два вида: динамические и объемные. К динами­ческим относятся гидродинамические муфты и гидродинамические трансформаторы, а к объемным - различные комбинации объемных насосов и гидродвигателей. Назначение гидропередач такое же, как и механических (муфты, коробки скоростей, редукторы), однако по сравнению с механическими они имеют ряд преимуществ, которые будут рассмотрены далее.

В современной технике используются гидромашины различных типов. Наибольшее распространение получили объемные и лопаст­ные насосы и гидродвигатели. Некоторые конструкции насосов обладают свойством обратимости, т. е. способностью работать в качестве гидродвигателей при подводе к ним жидкости под дав­лением. К ним относятся, в частности, роторные насосы.

Широкое применение имеют гидросистемы с двигателями пря­молинейного, поворотного и возвратно-поступательного движений в современных автоматизированных пототочных линиях, в различных роботах и манипуляторах.

Глава 8. Поршневые насосы

8.1. Устройство и принцип действия поршневых насосов

Поршневой насос представляет собой машину объемного дейст­вия, в которой вытеснение жидкости из замкнутого пространства насоса происходит в результате прямолинейного возвратно-поступа­тельного движения вытеснителей. К поршневым насосам относят также и плунжерные насосы. Они различаются конструкцией вытес­нителя и характером уплотнения.

Н

Рис. 1. Схема поршневого насоса с кривошипным приводом.

а рисунке 1 представлена схема поршневого насоса просто­го действия с приводом от машин, совершающих вращательное движение, например, от электродвигателя. Возвратно-поступательное движение поршня 5 обеспечивается с помощью кривошипно-шатунного механизма, в состав которого входят маховик с кривошипом 1 радиусом r, шатун 2 длиной l, ползун 3 и шток 4.

Рабочими органами поршневого насоса являются рабочая ка­мера, внутри которой расположены всасывающий клапан 9 и напор­ный 10; цилиндр с поршнем 5; всасывающая 8 и напорная 11 тру­бы. В нижней, погруженной части всасывающей трубы находятся фильтр 6 и приемный клапан 7.

При движении поршня слева направо по стрелке I в цилиндре за поршнем и в рабочей камере создается вакуум. Вследствие разности давлений в областях под всасывающим клапаном 9 и над ним клапан поднимается, и во всасывающей трубе 8 создается разре­жение, которое обусловливает движение жидкости из водоема в насос. Действующей силой, открывающей приемный клапан и за­ставляющей жидкость подниматься по всасывающей трубе, явля­ется разность атмосферного давления р_атм и переменного давления, которая создается в рабочей камере при движении поршня вправо.

При движении влево (по стрелке II) поршень давит на жид­кость, находящуюся в цилиндре, повышая давление в рабочей камере и закрывая всасывающий клапан. В тот момент, когда давление в камере достигнет некоторого предельного значения, пре­вышающего вес напорного клапана 10 и усилие удерживающей его пружины, клапан открывается, и жидкость вытесняется в напорную трубу 11.

Высота, отсчитываемая от уровня жидкости в приемнике до наивысшей точки в цилиндре насоса, называется высотой всасыва­ния Н_вс. Эта высота не может быть эквивалентна атмосферно­му давлению, выраженному в метрах водяного столба, а практи­чески всегда имеет меньшие значения, не превышающие 6-7 м вод. ст. (см. § 7.6).

Высота, на которую поднимается поток жидкости, называется высотой нагнетания (Н_н).

Полная высота подачи жидкости (Н_п) представляет собой сумму высот всасывания и нагнетания:

Н_п = Н_вс + Н_н (1)

Рассмотренный насос относится к насосам простого действия, потому что в нем за один оборот коленчатого вала или за один двойной ход поршня происходит одно всасывание и одно нагнета­ние. В результате такой работы жидкость подается неравномерно, порциями, что является существенным недостатком данной конструкции. Неравномерность подачи может быть в значительной степени уменьшена благодаря конструктивным усовершенствованиям, кото­рые будут рассмотрены ниже.