Шпаргалки к экзаменам и зачётам

студентам и школьникам

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Шпаргалки по дисциплине гидропневмопривод

Cмотрите так же...
Шпаргалки по дисциплине гидропневмопривод
Устройство и рабочий процессгидротрансформатора
Принцип действия объемных гидропередач
Гидропневмоприводы металлообрабатывающих станков
Гидроприводы станочных приспособлений
Гидропневмоприводы и гидросистемы, обеспечивающие рабочий процесс
Применение гидропневмоприводов для средств комплексной механизации
Объемные гидропередачи
Характеристики роторных насосов.
Конструктивные схемы и типовые рабочие характеристики объемных насосов
Поршневые насосы
Радиально – поршневые насосы.
Аксиально-поршневые насосы
Пластинчатые насосы
Шестерные насосы
Винтовые насосы
Компрессоры
Классификация объемных гидроприводов прохарактеру движения выходного звена
Силовые гидроцилиндры, их назначение и устройство
Поворотные гидродвигатели
Роторные гидродвигатели – гидромоторы
Высокомоментные гидромоторы
All Pages

Назначение и область применения Гидродинамических передач. Принцип действия и классификация.

Гидропередача − это устройство для передачи механической энергии посредством потока жидкости. В состав гидропередачи входят насос, гидравлический двигатель и соединительные трубопроводы с рабочей жидкостью. Гидропередачи, использующие динамические гидромашины, называются гидродинамическими.

В гидродинамических передачах применяют лопастные насосы и, в качестве гидравлических двигателей, лопастные турбины. В реальных конструкциях лопастный насос и гидравлическая турбина предельно сближены и располагаются соосно в общем корпусе. Так как эти две гидромашины имеют общий корпус, то в дальнейшем насос будем называть насосным колесом, а турбину − турбинным колесом. В такой конструкции отсутствуют трубопроводы, поэтому жидкость из насосного колеса сразу попадает на лопатки турбинного колеса, а из турбинного − вновь на лопатки насосного колеса.

Гидродинамические передачи, применяемые в машиностроении, подразделяют на гидравлические муфты(гидромуфты) и гидравлические трансформаторы(гидротрансформаторы).

Гидромуфты, состоящие из насосного и турбинного колес, служат для передачи энергии без изменения крутящего момента, т. е. моменты на входном и выходном валах гидромуфты практически одинаковы.

Гидротрансформаторы, кроме насосного и турбинного колес, имеют хотя бы одно дополнительное колесо. Оно на большинстве режимов работы неподвижно, т.е. является неактивным (реактивным), и поэтому его принято называть реактором. Включение в состав гидротрансформатора реактора позволяет ему изменять (трансформировать) передаваемый крутящий момент. Таким образом, моменты на входном и выходном валах гидротрансформатора на большинстве режимов работы различны.

Комплексным называют гидротрансформатор, который в широком диапазоне изменения своих передаточных отношений работает как гидротрансформатор, а при больших значениях передаточных отношений переходит в режим гидромуфты и работает как гидромуфта. Это позволяет существенно повысить его коэффициент полезного действия.

Устройство и рабочий процесс гидромуфты

Основными элементами гидравлической муфты являются два соостно установленных лопастных колеса: насосное и турбинное, а также корпус, подшипники и другие детали. Насосное колесо приводится во вращение двигателем с угловой скоростью ω1. Жидкость, находящаяся в межлопастном пространстве насосного колеса, раскручивается вместе с ним и центробежными силами отбрасывается от оси вращения к периферии колеса. Участвуя во вращательном движении вместе с насосным колесом, частицы жидкости приобретает кинетическую энергию и скорость в направлении движения этого колеса. Далее жидкость перемещается с насосного колесана турбинное колесо .


Устройство и рабочий процессгидротрансформатора

Основными элементами гидравлического трансформатора являются три соосно установленных лопастных колеса: насосное, турбинное и реактивное (реактор), а также корпус, подшипники и другие вспомогательные детали. На осевом разрезе гидротрансформатора (рис. 3.2) показано насосное колесо Н, турбинное колесо Т, реактивное колесо (реактор) Р и корпус гидротрансформатора К, а также муфта свободного хода. Основным конструктивным отличием колес гидротрансформатора от колес гидромуфты является сложный криволинейный профиль их лопаток

Насосное колесо Н приводится во вращение крутящим моментом двигателяМ1. Жидкость, находящаяся в межлопаточном пространстве насоса раскручивается вместе с ним с угловой скоростью ω1 и отбрасывается от оси вращения к периферии колеса. При этом каждая частица жидкости приобретает кинетическую энергию и скорость в направлении вращения колеса. Затем поток жидкости перемещается с насосного колеса на турбинное колесо Т.

В межлопаточном пространстве турбинного колеса жидкость, раскрученная в насосном колесе, воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение с угловой скоростью ω1. При этом частицы жидкости постепенно теряют кинетическую энергию, полученную в насосном колесе, и движутся от периферии к оси вращения. Затем поток жидкости перемещается с турбинного колеса Тна реактор Р. Далее поток жидкости проходит через межлопаточное пространство неподвижного реактора и перемещается на насосное колесо. Затем рабочий процесс повторяется, т.е. жидкость циркулирует в межлопаточном пространстве колес по замкнутому контуру.

РеакторР служит для изменения крутящего момента на гидротрансформаторе, т.е. для получения на выходном валу момента М2, отличного от входного момента М1.

В конструкцию гидротрансформатора включают муфту свободного хода. При положительном значении момента на реактивном колесе она обеспечивает неподвижность реактивного колеса (“стопорит”). При изменении направлениямомента на реакторе обгонная муфта освобождает реактор, который начинает свободно вращаться вместе с потоком жидкости. При этом гидротрансформатор начинает работатьв режиме гидромуфты, так как в этом случае у него отсутствует неподвижное реактивное колесо. Такой гидротрансформатор, в котором совмещаются свойства гидротрансформатора и гидромуфты, называется комплексным гидротрансформатором.

 


Принцип действия объемных гидропередач. Области применения гидроприводов.

Принцип действия объемной гидропередачи пояснен на простейшей схеме, представленной на рис.7.1.

clip_image002

Жидкость из насоса 1 через реверсивный клапан 5 попадает в гидромотор 4, который передает крутящий момент ведомому валу. Реверс гидромотора производят путем перемещения распределителя 5. Переливной клапан 3 совместно с дроссельным регулятором потока 7 осуществляют регулирование расхода рабочей жидкости, поступающей в гидромотор. Изменение расхода приводит к изменению скорости вращения вала гидромотора, следовательно меняется передаточное отношение гидропередачи. Теплообменник 2 служит для охлаждения рабочей жидкости, а гидробак 6 предназначен для сбора и хранения рабочей жидкости.

Область применения

Наиболее широко объёмный гидропривод машин применяется в металлорежущих станках, прессах, в системах управления летательных аппаратов, судов, тяжёлых автомобилей, мобильной строительно-дорожной технике, в системах автоматического управления и регулирования тепловых двигателей, гидротурбин. Реже объёмный Гидропривод машин используется в качестве главных приводов транспортных установках на автомобилях, кранах.


Гидропневмоприводы металлообрабатывающих станков

При обработке заготовок на современных металлообрабатывающих станках их рабочие органы и механизмы обеспечивают согласованные между собой перемещения заготовки и режущего инструмента, надежное крепление заготовки, автоматическую смену инструментов, снятие обработанной детали, установку заготовки и другие вспомогательные движения, т.е. в станке требуется приводить в движение большое число узлов и механизмов. Устройства, выполняющие эти перемещения называют приводами. Под приводом подразумевают двигатель и те устройства, которые управляют его работой, изменяют скорость прямолинейного движения или частоту вращения рабочего органа, усилие или крутящий момент и т.д.

В современных металлообрабатывающих станках используют различные типы приводов (электрические, пневматические, гидравлические или комбинированные), применение которых зависит от многих факторов: назначения и технических требований к изготовляемым деталям, разновидности обрабатываемого материала, структуры принятого технологического процесса обработки, вида и типа производства, фактического уровня его развития и т.п.

В пневматических приводах используют двигатели, в которых механическое движение получается за счет использования энергии сжатого воздуха. Наиболее распространенный пневмодвигатель поступательного движения - пневмоцилиндр, отличающийся простотой конструкции, невысокой стоимостью и достаточной надежностью. Ограничением для применения пневмоприводов является использование в качестве рабочей среды сжатого воздуха. Из-за значительной сжимаемости воздуха затруднено регулирование и поддержание заданной скорости движения, получение равномерного движения рабочего органа при малых скоростях перемещения. Наибольшее распространение получили пневмоприводы, работающие при давлении около 0,4 - 0,6 МПа. Поэтому увеличение получаемых усилий возможно только за счет увеличения размеров пневмоцилиндров, что затрудняет их использование в конструкции станка. Указанные особенности пневмопривода определили область его наиболее рационального применения в станках - выполнение вспомогательных перемещений, а в промышленных роботах - рабочих перемещений узлов. В некоторых случаях используют и системы управления станками, построенные на пневматических логических элементах.

В гидравлических приводах для получения механического движения используют давление жидкости. Высокая подвижность и малая сжимаемость жидкостей позволяют с помощью простого по конструкции двигателя поступательного движения - гидроцилиндра - выполнить практически все требования, предъявляемые к движению рабочих органов в станках: по скорости, равномерности движения, усилиям, частоте переключений и др. Рабочие давления жидкости в гидроприводах станков значительно выше, чем давление сжатого воздуха в пневмоприводах, поэтому габаритные размеры гидравлических исполнительных механизмов соответственно меньше, чем пневматических, и они легче встраиваются в станок. Гидравлические двигатели вращательного движения также имеют меньшие размеры и массу на единицу мощности по сравнению с электродвигателями. Гидравлический привод удобно сочетается с другими типами приводов, электронными системами управления станками, а также имеет и другие преимущества, благодаря которым гидропривод является эффективным средством автоматизации станков и устройств, способствующих их более эффективному использованию (промышленных роботов, автоматизированных магазинов инструментов и складов продукции, устройств контроля размеров заготовок, деталей и др.).

По своему назначению гидравлический привод в станках делится на гидропривод главного движения, гидропривод подач и гидропривод вспомогательных перемещений.

В станках гидродвигатели обычно размещают на рабочих органах или в непосредственной близости от них, а насосы - на гидробаках, при этом от одного насоса может питаться несколько гидродвигателей. В частном случае насос и гидромотор могут быть объединены в виде гидропередачи.


Гидроприводы станочных приспособлений и технологической оснастки

Станочными приспособлениями называют дополнительные устройства к металлорежущим станкам, позволяющие наиболее экономично в заданных производственных условиях обеспечить заложенные в конструкции детали требования к точности размеров, формы и взаимного положения обрабатываемых поверхностей.

К станочным приспособлениям относятся: устройства для установки и закрепления обрабатываемых деталей на станках (приспособления), устройства для установки и крепления режущего инструмента на станках (вспомогательный инструмент) и др.

В настоящее время механизируют, а во многих случаях и автоматизируют, установку и закрепление обрабатываемых деталей, поворот приспособлений в процессе обработки, снятие обработанных деталей со станков, транспортировку их для последующей обработки и др. Для этих целей в отечественном крупносерийном и массовом производствах широко используется сжатый воздух, жидкости под давлением, электроэнергия и др. Наиболее широко используется сжатый воздух (пневматика), так как пневматические устройства, например пневматические приводы приспособлений, отличаются быстротой действия, относительной простотой конструкции, легкостью и простотой управления, надежностью и стабильностью в работе.

По быстроте действия пневмоприводы значительно превосходят не только ручные, но и многие механизированные приводы. Если, например, скорость течения масла, находящегося под давлением в трубопроводе гидравлического устройства, составляет 2,5 - 4,5 м/сек, а максимально возможная - 9 м/сек, то воздух, находясь под давлением 4 - 5 кг/см2, распространяется по трубопроводам со скоростью до 180 м/сек и более. Поэтому в течение 1 ч возможно осуществить до 2500 срабатываний пневмопривода.

К преимуществам пневмопривода следует отнести то, что его работоспособность не зависит от колебаний температуры окружающей среды. Большое преимущество состоит также в том, что пневмоприводы обеспечивают непрерывное действие зажимной силы, вследствие чего эта сила может быть значительно меньше, чем при ручном приводе. Это обстоятельство весьма существенно при обработке тонкостенных деталей, склонных к деформациям при зажиме. Кроме того, сжатый воздух используют для удаления стружки и мелких деталей, для охлаждения инструмента во время обработки. Сжатый воздух применяют в непрерывно действующих притирочных устройствах. Турбинный пневмопривод используется в быстроходных сверлильных головках с числом оборотов до 100000 в минуту, которыми пользуются для сверления отверстий диаметром менее 0,25 мм. Чтобы использовать сжатый воздух в приспособлениях, требуется соответствующая силовая, воздухопроводящая, регулирующая и контролирующая аппаратура. Для предохранения рабочих органов этой аппаратуры от окисления, загрязнения и в связи с этим от преждевременного выхода из строя воздух должен быть освобожден от влаги, масла, кислот и всяких механических включений. Очистка воздуха обычно производится дважды. Предварительно в отдельных холодильных установках воздух под действием циркулирующей по трубам воды охлаждается до комнатной температуры и выделяет излишнюю влагу. Вторичная очистка воздуха происходит в расположенных на рабочих местах специальных фильтрующих устройствах, в которые он поступает от общезаводской или общецеховой компрессорной установки под давлением 4 - 5 кГс/см2. Первоначальное давление воздуха, создаваемое компрессором, находится в пределах 7 - 8 кГс/см2.

По конструкции силовой части пневмоприводы можно разделить на группу поршневых приводов и группу диафрагменных приводов. В этих приводах давление сжатого воздуха преобразуется в силу, действующую вдоль оси штока, связывающего привод с зажимным механизмом приспособления для обрабатываемой детали. Необходимая сила зажима детали в приводах первой группы создается с помощью одно- или двусторонне действующих поршневых цилиндров (пневмоцилиндров), в приводах второй группы также с помощью одно- или двусторонне действующих диафрагменных камер (пневмокамер), которые могут быть стационарными и вращающимися.

Односторонне действующие пневмоцилиндры применяются при относительно малой величине требующегося рабочего хода штока, двусторонне действующие - при большом ходе или при необходимости закреплять обрабатываемые детали при прямом и при обратном ходе поршня, например, при поочередном закреплении деталей в двух приспособлениях, расположенных с двух сторон от пневмоцилиндра. В практике встречаются пневмоцилиндры с движением двух поршней в разные стороны или с противоположным движением цилиндра и находящегося в нем поршня. Пневмокамеры применимы только при малых ходах штоков.

Гидравлические приводы по принципу работы аналогичны пневматическим поршневым приводам. В них также необходимая сила, с помощью которой осуществляется тот или другой элемент операции (зажим обрабатываемой детали, поворот приспособления и т.п.), создается с помощью цилиндров одно- или двустороннего действия. Однако оборудование и аппаратура гидроприводов существенно отличаются от оборудования и аппаратуры пневмо-приводов. Применять различные приспособления с гидроприводами можно либо на гидрофицированных станках, оснащённых собственной насосной станцией для питания рабочих цилиндров, либо при наличии отдельных гидроустановок, действующих от самостоятельного электро- или пневмодвигателя, либо при наличии мощных гидростанций, обслуживающих группу станков.

Основное достоинство гидроприводов состоит в возможности создания больших давлений в гидроцилиндрах (до 100 кГс/см2и более) при относительно небольших габаритных размерах цилиндров. Гидроприводы по сравнению с пневмоприводами более устойчивы при изменениях нагрузки на деталь в процессе обработки. Поэтому они широко применяются, например, в автоматических устройствах для копировальной обработки деталей. Высокое давление в гидроцилиндрах позволяет обойтись без специальных усилителей зажимов, часто необходимых при использовании пневмоприводов для закрепления деталей, при обработке которых возникают большие силы резания.

Гидроприводы имеют сложную конструкцию и затраты на их изготовление больше по сравнению с пневмоприводами. Кроме того, у гидроприводов происходит утечка масла через уплотнения в местах сопряжения подвижных деталей. Для сбора этого масла необходимо применять специальные устройства, а также расходовать при этом дополнительную энергию на циркуляцию в системе масла, перекачиваемого для восполнения утечки. На работоспособность гидропривода оказывает влияние качество масла, например, его вязкость. Обычно используется веретенное масло 2 или 3 и турбинное Л.


Гидропневмоприводы и гидросистемы, обеспечивающие рабочий процесс при изготовлении и обработке деталей.

В настоящее время в технологии машиностроения достаточно широко применяют различные способы изготовления деталей, рабочие процессы в которых неразрывно связаны с движением жидких сред. При формообразовании заготовок к таким процессам относятся процессы центробежного литья, литья под давлением, процессы гидродинамической очистки отливок от остатков формовочной смеси, шлаков и т.п., процессы гидродинамической штамповки листовых заготовок, разнообразные сборочные процессы В области размерной обработки к таким процессам относят электрохимическую и разнообразные комбинированные методы обработки.

Сущность электрохимической размерной обработки заключается в растворении материала детали в электролитах под действием электрического поля. Также применяется и обратный процесс - гальванопластика, позволяющий покрывать поверхность детали слоем хрома, никеля, цинка, меди и др. за счет осаждения их ионов из растворов электролита. Под действием тока в электролите материал анода (в большинстве случаев это заготовка) растворяется и в виде продуктов обработки выносится из межэлектродного пространства (МЭП) потоком электролита. Кроме того в результате электрохимических реакций образуются и газообразные продукты, которые также удаляются с потоком электролита в атмосферу. Необходимым условием осуществления процесса ЭХО является удаление продуктов обработки из областей, расположенных в местах их активного выделения (прианодная и прикатодная области). В большинстве случаев это достигается принудительной прокачкой электролита.

Если процесс ЭХО протекает в течение нескольких секунд, например, при маркировании деталей по схеме с неподвижными электродами, то электролит не успевает загрязниться продуктами обработки. В таких условиях электролит не прокачивают. При времени процесса до 8-10 секунд для перемещения электролита могут быть использованы ультразвуковые или низкочастотные вибрации электродов или влажные ленты, перемещаемые через электродный зазор. Если обрабатывают детали, предназначенные для перемещения газов или жидкостей (крыльчатки компрессоров, насосов, шнеков т др.), то электролит можно перемещать за счет вращения самой заготовки. Жидкость протекает по зазору между электродами со скоростью, регулируемой частотой вращения заготовки. В остальных случаях используют насосы. ПриЭХО в электролите происходит накопление продуктов обработки и при малых межэлектродных зазорах между электродом-инструментом и обрабатываемой деталью может происходить пробой и короткое замыкание. Электрохимические станки могут комплектоваться также тарельчатыми сепараторами, пластинчатыми отстойниками и другими устройствами для очистки электролитов. Регулирование температуры и состава электролитов осуществляют в специальных ваннах автоматическими системами. Для подогрева и охлаждения электролитов с целью стабилизации температурного режима обработки в ваннах устанавливают теплообменники.

Взаимное комбинирование традиционных и нетрадиционных технологических процессов механической обработки изделий привело к созданию, так называемых, комбинированных методов обработки. Комбинированные методы обработки образуются сочетанием различных технологических приемов, в каждом из которых пытаются использовать и усилить положительные признаки, необходимые для технологического процесса изготовления детали. Если одной из составляющих комбинированных способов является электрохимическая обработки детали в среде электролита, то для его принудительной подачи используют гидроприводы, аналогичные гидроприводам, применяемым в процессах ЭХО.


Применение гидропневмоприводов для средств комплексной механизации и автоматизации технологических процессов

Комплексная механизация и автоматизация технологических процессов при изготовлении деталей имеет целью повышение качества, производительности, коэффициента загрузки оборудования, улучшения условий труда, экономических показателей производства.

Для сокращения вспомогательного времени при механической обработке деталей на металлорежущих станках автоматизации подвергают такие операции, как установка, закрепление и снятие обрабатываемой заготовки, смена и замена инструментов, контроль деталей на станке, транспортирование и подача в рабочую зону обрабатываемых заготовок, очистка металлорежущего инструмента от стружки и ее удаления от станка и т.д. Для этих целей широкое применение в технических системах находят гидравлические и пневматические приводы.

Гидропривод обладает малой инерционностью подвижных частей, что обеспечивает его высокое быстродействие и позволяет быстро реверсировать и тормозить исполнительное устройство. Гидропривод имеет в 3-10 раз меньшую массу и габаритные размеры, чем электропривод. Он обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости движения, долговечен, конструкция устройств, предотвращающих его поломку при перегрузке, проста и надежна. Гидропривод позволяет легко обеспечивать автоматизацию циклов движений. КПД гидродвигателей находится в пределах 85-95 %, что выше, чем у электрических машин.

В станках с ЧПУ гидроприводы применяют чаще всего в движениях подач и как следящие приводы. В цепях главного движения они применяются главным образом в станках с возвратно-поступательным движением. В станках с ЧПУ обычно применяются две схемы питания гидродвигателей: объемное (от гидронасоса с регулируемой производительностью) и дроссельное (посредством золотника). Диапазон регулирования величин подач в станках с ЧПУ должен перекрывать как рабочие подачи, так и быстрые перемещения. Он достигает 10000 мм/мин и выше. Необходимо обеспечивать высокую точность и плавность перемещений при малых рабочих подачах (1-4 мм/мин). В зависимости от системы управления приводы подач бывают дискретными (шаговыми) и следящими. Шаговый привод подачи применяется в разомкнутых (без обратной связи) системах управления. В шаговых приводах применяются шаговые электродвигатели (ШД), которые бывают маломощными (управляющими) и силовыми. В приводах с маломощными ШД в качестве усилителей крутящего момента обычно применяют гидравлические усилители. При этом крутящий момент гидромотора может превышать крутящий момент шагового двигателя до 300 раз.

Для удаления стружки от станков обычно применяют комбинации различных типов устройств. Так, например, стружка из каждого станка смывается сильной струей СОЖ и поступает в общий желоб, по которому движется в сборник. В сборнике СОЖ отделяется от стружки и подается насосом обратно к станкам. Для уборки стружки также применяются пневматические устройства, которые бывают с нагнетательной, всасывающей и всасывающе- нагнетательной системами.


Объемные гидропередачи. Назначение  и области применения гидроприводов.

Гидропередача объёмная

     

    Объемная гидропередача вращательного движения с объемным регулированием

    Гидропередача объёмная (гидростатическая), механизм для передачи механической энергии и преобразования движения за счёт гидростатического напора жидкости. По кинематике различают Г. о. возвратно-поступательного, возвратно-поворотного и вращательного движения.Объемная гидропередача включает в себя следующие основные элементы: насос, гидродвигатель (гидроцилиндр или гидромотор) и соединяющие их трубопроводы. В большинство гидропередач входит также гидрораспределител

    Объемная гидропередача представляет собой часть объемного гидропривода и состоит из насоса, объемного гидродвигателя, гидролиний и элементов, обеспечивающих исправную работу гидромашин. Она служит для передачи энергии от источника энергии к рабочим органам машин. Вместе с источником энергии и системой управления объемная гидропередача образует объемный гидропривод. Часто под гидроприводом понимается только его гидравлическая часть.

    Кроме гидромашин, к основному гидрооборудованию объемной гидропередачи относятся гидроаппараты (гидрораспределители, гидроклапаны, регуляторы, делители и сумматоры потоков), кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменники, баки), трубопроводы и соединительная арматура.

    К вспомогательному гидрооборудованию относятся устройства, предназначенные для подпитки насоса (эжекторы), выпуска воздуха из гид­росистемы или для сообщения ее с атмосферой (вентили, краны, фильтры-сапуны) и измерительные устройства.

    Общие свойства и классификация роторных насосов

    В роторных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в подвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания.

    Наличие подвижных рабочих камер у роторных насосов позволяет исключить из их конструкций впускной и выпускной клапаны. При отсутствии клапанов попеременное соединение и изоляция рабочих камер от трубопроводов обеспечивается в роторных насосах за счет перемещения этих камер от полости всасывания к полости нагнетания и обратно.

    Скоростные показатели возвратно-поступательных насосов в большей степени ограничиваются инерционностью клапанов. Поэтому в отличие от них роторные насосы, вследствие отсутствия клапанов, обладают значительно большей быстроходностью. Количество рабочих циклов в единицу времени у этих насосов может быть в 10 и более раз выше аналогичного параметра поршневых насосов.

    Отсутствие клапанов обеспечивает роторным насосам и второе существенное отличие от поршневых – обратимость.

    Практически любой роторный насос может быть использован в качестве гидродвигателя, т.е. если к насосу подвести жидкость под давлением, то получим вращение его вала. Важной особенностью роторных насосов является то, что они всегда имеют несколько рабочих камер. Это обеспечивает им бóльшую равномерность подачипо сравнению с поршневыми насосами, однако их подача не может быть абсолютно равномерной и её пульсация всегда имеет место. Отсутствие клапанов в роторных насосах повлекло за собой также значительное уменьшение гидравлических потерь.

    Классификацию роторных насосов определяет ГОСТ 17398-72. Все роторные насосы делятся на две большие группы. В первую группу включены насосы, использующие только вращательное движение. Во вторую группу входят насосы, в кинематике которых, кроме вращательного движения, присутствует также возвратно-поступательное движение.

    Из роторно-вращательных насосов наибольшее распространение получили шестеренныенасосы, которые используются практически во всех отраслях машиностроения.

    Из роторно-поступательных насосов в машиностроении достаточно широко применяются пластинчатыеи некоторые разновидности роторно-поршневыхнасосов.


    Характеристики роторных насосов.

    Под характеристикой роторного насоса понимают графическую зависимость его давления от подачи. Для построения характеристики насоса прежде всего необходимо определить его теоретическую подачу.

    Теоретическая (или идеальная) подача любого объемного насоса может быть определена при рабочем объеме Wo и частоте его вращения n по соотношению

    Q =W0n.                                       (4.1)

    Такая подача насоса существует при нулевом давлении на выходе насоса (точкаАна рис. 4.12).

    clip_image005

    Рис. 4.12. Характеристика насоса и насосной установки

    Как следует из формулы (4.1), теоретическая подача не зависит от давления насоса и поэтому представляет собой прямую вертикальную линию (линия 1 на рис. 4.12).

    Действительная подача насоса меньше теоретической на величину объемных потерь, т.е. потерь на утечки и перетечки жидкости из полостей с высокими давлениями. Такие утечки через зазоры существуют в любом, самом технически совершенном насосе. Из-за малой величины поперечных размеров зазоров и значительной вязкости жидкости эти утечки носят ламинарный характер, т.е. их величина пропорциональна давлению насоса. Отсюда следует, что действительная характеристика насоса представляет собой прямую линию, наклоненную в сторону снижения подачи (линия 2).

    На графике (рис. 4.12) видно, что величина утечек растет пропорционально росту давления, а его действительная подача c ростом давления уменьшается. Отметим: чем технически совершеннее насос, тем меньше у него утечки и меньше наклон линии 2. Действительная характеристика может быть построена при известной величине объемного КПД насоса ηо.

    При такой характеристике для небольшого изменения подачи насоса требуется весьма существенное повышение давления. Однако на практике часто бывает необходимо изменять подачу в широком диапазоне без значительного повышения давления, т.е. регулировать подачу. Для этого необходимо “сломать” линию АВ в какой-то точкеС, получив тем самым линию 3. Тогда на этом участке CD характеристики можно существенно изменять подачу при небольшом изменении давления. Характеристика АСDможет быть получена только с помощью дополнительных устройств и поэтому будет являться характеристикой не насоса, а насосной установки. Под насосной установкой понимают насос с дополнительными устройствами, обеспечивающими его работу с необходимыми параметрами и требуемой характеристикой.

    Линию 3 иногда называют регуляторной ветвью характеристики насосной установки. На практике эту ветвь получают двумя способами: с помощью переливных клапанов и с помощью регуляторов подачи.


     Конструктивные схемы и типовые рабочие характеристики объемных насосов.

    По конструктивному признаку объемные насосы делятся на:

    - насосы с возвратно-поступательным движением рабочего органа, к которым относятся приводные поршневые, дозировочные, паровые поршневые, диафрагменные, скважинные штанговые, ручные;

    - насосы с вращательным движением рабочего органа, роторные, к которым относятся шестеренные, винтовые (одно, двух и трехвинтовые), коловратные, шланговые, оксиально-поршневые и шиберные.

    Рабочий процесс в объемном насосе основан на вытеснении жидкости из рабочей камеры, герметично отделяемой от всасывающего и нагнетательного трактов, что обеспечивает, "жесткую" рабочую характеристику насоса при изменении режимных параметров.

    clip_image007

    Максимально допустимое давление (напор) определяется прочностью насоса, мощностью двигателя. В системе, где устанавливаются объемные насосы, должны быть предусмотрены предохранительные клапаны.

    Величину давления, при котором происходит полный перепуск перекачиваемой жидкости из полости нагнетания в полость всасывания, регулируют пружиной предохранительного клапана, причем эта величина не должна превышать величину максимально допускаемого рабочего давления насоса.

    Напорная характеристика в привычных координатах для центробежного насоса будет представлять вертикальную прямую, параллельную оси ординат.

    В действительности наблюдается незначительное уменьшение подачи с увеличением давления, определяемое возрастанием утечки жидкости через зазоры внутри насоса.

    На рисунке показана напорная характеристика объемного насоса. Она характеризует зависимость подачи насоса от давления на выходе при бескавитационной работе и отсутствии взвешенного воздуха в перекачиваемой жидкости. Пунктирной линией условно обозначено возможное положение кривой при работе насоса без предохранительного устройства.

    При определенной величине создаваемого насосом давления (точка А) начинает срабатывать предохранительный клапан и часть жидкости перетекает из полости давления в полость всасывания. На характеристике от этой точки "А" прямая переходит в пологую крутую, характеризующую уменьшение величины подачи насосного агрегата.

    Область применения объемных насосов - сравнительно малые подачи при больших давлениях. Характерной чертой объемных насосов является неравномерность подачи. Особенно это проявляется в насосах с возвратно-поступательным движением рабочего органа.

    Устранения этого негативного явления: установка на напорных и всасывающих линиях воздушных колпаков использование многоплунжерных насосов, насосов двухстороннего действия и двухцилиндровых насосов, работающих в противофазе.

    Характерной конструктивной особенностью многих насосов объёмного типа является то, что вал насоса представляет собой коленчатый или эксцентриковый вал. Вал насоса связан с рабочим органом посредством кривошипно-шатунного механизма, преобразующего вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение рабочего органа (органов). Таким образом, частота вращения вала насоса определяет частоту движения рабочего органа. Частота вращения вала насоса, как правило, меньше частоты вращения двигателя. Снижение частоты вращения вала насоса осуществляется с помощью передач зацеплением или клиноремённой передачи.

     


    Поршневые насосы.

    В возвратно-поступательных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в неподвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания за счет впускного и выпускного клапанов.

    В качестве рабочего органа (вытеснителя) в возвратно-поступательных насосах используется поршень, плунжер или гибкая диафрагма (мембрана). В связи с этим они подразделяются напоршневые, плунжерные и диафрагменные.

    Всю группу возвратно-поступательных насосов иногда называют поршневыми насосами.

    Возвратно-поступательные насосы также делятся по способу привода вытеснителя на прямодействующие и вальные. Привод прямодействующего насоса осуществляется за счет возвратно-поступательного воздействия непосредственно на вытеснитель. Примером такого насоса может служить простейший садовый насос. Привод вального насоса осуществляется за счет вращения ведущего вала с преобразованием вращательного движения в возвратно-поступательное движение при помощи кулачкового или кривошипно- шатунного механизма.

    Рассмотрим устройство и принцип работы такого насоса с вальным приводом. На рис. 3.3 приведена конструктивная схема поршневого насоса с кривошипно-шатунным механизмом. Приводной вал через кривошип 6 радиусом r и шатун 5 приводит в движение поршень 2 площадью Sп, который движется возвратно-поступательно в корпусе (цилиндре). Насос также имеет два подпружиненных клапана: впускной и выпускной. Рабочей камерой 1 насоса является пространство

     

     clip_image009

     Рис. 3.3. Схема поршневого насоса

    слева от поршня, ограниченное корпусом, поршнем 2, а также клапанами. При движении поршня 2 вправо жидкость через впускной клапан заполняет рабочую камеру, т.е. обеспечивается всасывание. При движении поршня 2 влево жидкость нагнетается в напорный трубопровод через клапан.

    Насосы с поршнем в качестве вытеснителя являются наиболее распространенными из возвратно-поступательных насосов. Они могут создавать значительные давления (до 30…40 МПа). Однако выпускаются также насосы, рассчитанные на значительно меньшие давления (до 1…5 МПа).

    Насосы с подпружиненными клапанами допускают до 100…300 рабочих циклов в минуту. Насосы с клапанами специальной конструкции позволяют увеличивать этот параметр до 300…500 циклов в минуту.

    Объемный КПД ηо большинства поршневых насосов составляет 0,85…0,98. Причем бóльшие значения КПД соответствуют насосам большого размера, а маленькие значения – малым. Гидравлический КПД ηг учитывает гидравлические потери в клапанах, и его значения лежат для этих насосов в пределах 0,8…0,9. Механический КПД ηм – 0,94…0,96.

    Полный КПД η для большинства поршневых насосов составляет 0,85…0,92.

    Значительно реже применяются насосы с плунжером в качестве вытеснителя. У этих насосов существенно больше поверхность контакта между корпусом и вытеснителем, что позволяет значительно лучше уплотнить рабочую камеру. Плунжерные насосы обычно изготавливаются с высокой точностью. Поэтому они являются весьма дорогими, но позволяют получать очень высокие давления до 150…200 МПа.


    Радиально – поршневые насосы.

    В радиально-поршневых насосах вытеснителями являются поршни или (чаще) плунжеры, которые располагаются радиально, т.е. перпендикулярно оси вращения. На рис. 4.10 представлена конструктивная схема радиально- поршневого насоса однократного действия с плунжерами в качестве вытеснителей.

    clip_image011

    Рис. 4.10. Конструктивная схема радиально-

    поршневого насоса

    Основным элементом насоса является ротор, или блок 4 с плунжерами 5, который вращается относительно корпуса насоса 6. Ротор 4 установлен в корпусе со смещением оси на величину е, т.е. с эксцентриситетом. Полости всасывания и нагнетания роторно-поршневого насоса располагаются в центре и разделены перемычкой 2.

    При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе с ротором 4 и одновременно скользят по корпусу 6. За счет этого действия и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратно-поступательное движение плунжеров 5 относительно ротора 4. Когда рабочая камера перемещается из верхнего положения (3 на рис. 4.10) в нижнее (1 на рис. 4.10), её объем увеличивается. При этом перемещении она через отверстие в роторе 4 соединена с полостью всасывания, обеспечивается её заполнение рабочей жидкостью – всасывание. При обратном перемещении её рабочий объем уменьшается и происходит вытеснение жидкости в полость нагнетания.

    На рис. 4.11 представлена другая конструктивная схема радиально-поршневого насоса с приводом от эксцентрикового вала. Его отличительной особенностью является наличие клапанных распределительных устройств, позволяющих осуществлять подвод и отвод рабочей жидкости к плунжерам не через центральные отверстия, а через торцевые, расположенные в корпусе насоса.

    Радиально-поршневые насосы могут быть двух- и многократного действия. Это обеспечивается за счет создания на внутренней поверхности корпуса специального профиля (например, как у пластинчатого насоса двукратного действия). При такой конструкции каждый плунжер совершает два рабочих хода за один оборот вала насоса.

    Следует также отметить, что радиально-поршневые насосы могут быть регулируемыми. В регулируемом радиально-поршневом насосе изменение рабочего объема обеспечивается за счет смещение ротора 4 относительно корпуса 6, т.е. за счет изменения эксцентриситета е.

    Радиально-поршневые насосы применяются существенно реже, чем аксиально-поршневые. Их главное отличие от других роторных насосов заключается в том, что они выпускаются с большими рабочими объемами.

    clip_image013

    Рис. 4.11. Конструктивная схема радиально-поршневого насоса


    Аксиально-поршневые насосы.

    Аксиально-поршневые гидромашины нашли широкое применение в гидроприводах, что объясняется рядом их преимуществ: меньшие радиальные размеры, масса, габарит и момент инерции вращающихся масс; возможность работы при большом числе оборотов; удобство монтажа и ремонта.

    Аксиально-поршневой насос состоит из блока цилиндров 8 с поршнями 4, шатунов 7, упорного диска 5, распределительного устройства 2 и ведущего вала 6.

    clip_image015

    Во время работы насоса при вращении вала приходит во вращение и блок цилиндров. Когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание, а когда вдвигаются - нагнетание. Через окна 1 и 3 в распределительном устройстве 2 цилиндры попеременно соединяются то с всасывающей, то с напорной гидролиниями. Для исключенсоединения всасывающей линии с напорной блок цилиндров плотно прижат к распределительному устройству, а между окнами этого устройства есть уплотнительные перемычки. Для уменьшения гидравлического удара сделаны дроссельные канавки в виде небольших усиков, за счет которых давление жидкости в цилиндрах повышается равномерно.

    Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов являются цилиндры, аксиально расположенные относительно оси ротора, а вытеснителями - поршни. По виду передачи движения вытеснителям аксиально-поршневые насосы подразделяются на насосы с наклонным блоком и с наклонным диском.

    Насосы с силовым карданом приводной вал соединен с наклонным диском силовым карданом, выполненным в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. Поршни соединяются с диском шатунами. Крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через кардан и наклонный диск для преодоления сил трения между торцом блока цилиндров и распределительным устройством.

    В насосах с двойным несиловым карданом углы между осью промежуточного вала и осями ведущего и ведомого валов принимают одинаковыми. Вращение ведущего и ведомого валов будет практически синхронным, а кардан полностью разгруженным.

    Насосы с точечным касанием поршней наклонного диска имеют наиболее простую конструкцию, поскольку здесь нет шатунов и карданных валов. Но необходимо принудительно выдвижение поршней из цилиндров для прижатия их к опорной поверхности наклонного диска.

    Аксиально-поршневые машины бескарданного типа блок цилиндров соединяется с ведущим валом через шайбу и шатуны поршней. По сравнению с гидромашинами с карданной связью они проще в изготовлении, надежнее в эксплуатации, имеют меньший габарит блока цилиндров. Подачу для машин с бесшатунным приводом определяют по формуле: clip_image017, а для машин с шатунным приводом clip_image019, где d - диаметр цилиндра; D и D’ - диаметр окружности, на которой расположены центры окружностей цилиндров или закреплены шатуны на диске; D tg γ и D' sin γ - ход поршня при повороте блока цилиндров на 180 ; z - число поршней.  Крутящий момент гидромотора: clip_image021


     

    Пластинчатые насосы.

    Пластинчатый насос – это роторно-поступательный насос с рабочими органами (вытеснителями) в виде плоских пластин. Пластинчатые насосы могут быть однократного, двукратного и многократного действия.

    Пластинчатый насос однократного действия. В пазах вращающегося ротора, ось которого смещена относительно оси неподвижного статора на величину эксцентриситета е, установлены несколько пластин. Вращаясь вместе с ротором, эти пластины одновременно совершают возвратно- поступательные движения в пазах ротора. Рабочими камерами насоса являются объемы, ограниченные соседними пластинами, а также поверхностями ротора и статора.

    clip_image023

    При вращении роторарабочая камера, соединенная с полостью всасывания, увеличивается в объеме и происходит её заполнение жидкостью. Затем она переносится в зону нагнетания и соединяется с напорным трубопроводом. При дальнейшем перемещении её объем уменьшается, и происходит вытеснение жидкости пластиной.

    Затем пластина переносится от полости нагнетания к полости всасывания, и рабочий цикл повторяется.

    Пластинчатый насос двукратного действия. Внутренняя поверхность имеет специальный профиль, что позволяет каждой пластине за один оборот вала дважды производить подачу жидкости. У пластинчатого насоса двукратного действия имеются две полости всасывания, которые объединены одним трубопроводом, и две полости нагнетания, также объединенные общим трубопроводом.

    Основной конструктивной проблемой является уплотнение в месте контакта пластины и корпуса. В разных насосах поджатие пластины к корпусу обеспечивается различными способами. В насосах с высокими скоростями вращения за счет центробежных сил. В насосах, рассчитанных на большие давления, за счет давления, подводимого в пазы.

    Конструкция пластинчатого насоса позволяет обеспечить изменение рабочего объема насоса. Для этого достаточно сделать вал ротора подвижным, т.е. обеспечить возможность изменения эксцентриситета е за счет перемещения ротора. Что позволяет уменьшать рабочий объем, подачу насоса, направлять поток жидкости в обратном направлении.

    Следует отметить, что пластинчатые насосы двукратного и многократного действия не могут быть регулируемыми.

    Нерегулируемые пластинчатые насосы компактны, просты в производстве и достаточно надежны в эксплуатации. Их максимальные величины давления 7…14 МПа. Рекомендуемые частоты вращения в пределах 1000…1500 об/мин. Полные КПД 0,6…0,85, а объемные КПД – 0,7…0,92.


     Шестерные насосы.

    Шестеренный насос– это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочих камер и передачу крутящего момента с ведущего вала на ведомый. Шестеренные насосы могут быть с внешним и внутренним зацеплением.

    Самым распространенным является шестеренный насос с внешним зацеплением (рис. 4.1). Он обычно состоит из двух одинаковых эвольвентных зубчатых колес, находящихся в зацеплении, а также неподвижного корпуса.

    Жидкость во всасывающей полости заполняет впадины между зубьями. Затем впадины с жидкостью перемещаются по дугам окружности от полости всасывания к полости нагнетания и попадают в область зацепления. При этом каждый зуб входит в соответствующую впадину и вытесняет из неё жидкость. Таким образом, жидкость вытесняется из впадин в полость нагнетания и далее в напорный трубопровод. Следует иметь в виду, что впадина на некоторую величину больше зуба. Поэтому часть жидкости возвращается обратно в полость всасывания в запертых в зоне зацепления объемах между впадинами и головками зубьев.

    Для улучшения эксплуатационных показателей шестеренных насосов их конструкции несколько усложняют. Так, для лучшего уплотнения боковых (торцевых) зазоров в насосах применяют специальные плавающие втулки, которые давлением насоса поджимаются к боковым поверхностям шестерен. Тем самым, при повышении давления автоматически повышается герметичность насоса.

     

    Шестеренный насос с внешним зацеплением
    Для повышения герметичности зубчатое зацепление часто выполняют с большим коэффициентом перекрытия, что позволяет значительное время в контакте находится сразу двум парам зубьев. Однако это увеличивает замкнутые объемы в месте зацепления. Запертая жидкость в ограниченных объемах между зубьями сжимается, что приводит к скачкам давления. Для устранения отмеченных скачков в торцевых поверхностях корпуса в зоне зацепления устраивают специальные компенсационные канавки. У некоторых шестеренных насосов для снижения радиальных нагрузок устраивают разгрузочные каналы в боковых поверхностях корпусов, удаленных от полостей всасывания и нагнетания.

    Шестеренные насосы выпускаются как для гидросистем с высокими давлениями (до 15…20 МПа), так и для гидросистем с более низкими давлениями (1…10 МПа). Первые применяются в гидросистемах тракторов, дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин. Вторые используются в станочных гидроприводах. Рекомендованные частоты вращения большинства шестеренных насосов с внешним зацеплением лежат в пределах1000…2500 об/мин. Полные КПД этих насосов обычно составляют 0,75…0,85, а объемные КПД – 0,85…0,95.

    Кроме шестеренных насосов с внешним зацеплением, известны также шестеренные насосы с внутренним зацеплением (рис. 4.2): шестерня меньших размеров располагается внутри более крупного зубчатого колеса. Оба зубчатых колеса находятся в зацеплении и вращаются относительно неподвижного корпуса, причем ведущей является внутренняя шестерня.

    Рабочими камерами, как и в случае насоса с внешним зацеплением, являются впадины зубьев. Всасывающие и напорные трубопроводы подводятся к торцевым поверхностям насоса и заканчиваются полостями всасывания и нагнетания. Необходимой деталью насоса с внутренним (эвольвентным) зацеплением является неподвижный серпообразный разделительный элемент, который служит для разделения полостей всасывания и нагнетания. Принцип действия данного насоса аналогичен принципу действия шестеренного насоса с внешним зацеплением.

    Шестеренные насосы с внутренним зацеплением компактнее и могут работать при больших скоростях вращения. Однако они создают меньшие давления (обычно не более 5…7 МПа). Из-за указанного обстоятельства и более сложной конструкции (по сравнению с насосами с внешним зацеплением, они не нашли широкого применения).


    Винтовые насосы.

    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 роторно-зубчатых 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.Эти насосы могут работать при давлениях до 30 МПа.

    Конструктивные особенности 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.

     

    clip_image025













     

     

     

     

    устройство трехзвенного насоса

     clip_image027

     

     clip_image029

      

    Конструкция винтов в двухвинтовом насосе. Жидкость перемещается вдоль оси насоса

     


    Компрессоры.

    Компрессоры - устройство для сжатия и подачи газов под давлением (воздуха, паров хладагента и т. д.). Компрессорная установка — совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, осушителя сжатого воздуха и т. д.). Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа, приведённого к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу. Эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом. При большой разнице у, скажем, поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом.

     Классификация

    Компрессоры, различные по давлению, производительности, сжимаемой среде, условиям окружающей среды, имеют большое разнообразие конструкций и типов. Компрессоры классифицируются по ряду характерных признаков.

    По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т. д.), по роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т. д.).

    По способу отвода теплоты — с жидкостным или воздушным охлаждением.

    По типу приводного двигателя  — с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины. Если компрессор приводятся во вращение от турбины, то он называется турбокомпрессор.

    По принципу действия компрессоры подразделяются наобъёмные, лопастные (лопаточные) и термокомпрессоры. Под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора.

    Объёмный компрессор — это машина, в которой процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объём периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объёмные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объёма рабочих камер можно разделить на поршневые, мембранные и роторные (винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые, с катящимся ротором, газодувки Рутс (насос Рутса), спиральные) компрессоры.Поршневые компрессоры (при высоких давлениях сжатия применяются также плунжерные) могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные, смазываемые и без применения смазки (сухого трения).

    К объёмным машинам с вращающим сжимающим элементом (роторным машинам) относятся: винтовые компрессоры, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые и другие конструкции компрессорных машин.

    Лопастной или лопаточный компрессор — машина динамического действия, в которой сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным относятся осерадиальные, осевые и вихревые машины.

    По конечному давлению различают:

    • вакуум-компрессоры, газодувки — машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше;
    • компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа, среднего — от 1,2 до 10 МПа, и высокого — от 10 до 100 МПа
    • компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.


    Классификация объемных гидроприводов прохарактеру движения выходного звена и другим признакам.

    Объемный гидропривод– гидропривод, использующий объемные гидромашины.

    Принцип действияобъемного гидропривода основан на практической несжимаемости рабочей жидкости и на свойстве жидкости передавать давление по всем направлениям в соответствии с законом Паскаля.

    По виду источника энергии жидкости объемные гидроприводы делятся на три типа.

    Насосный гидропривод: источником энергии жидкости является объемный насос, входящий в состав гидропривода. При анализе работы такого гидропривода в это понятие также включают и приводящий насос двигатель. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с разомкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак, откуда всасывается насосом) и гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает сразу во всасывающую гидролинию насоса).

    Аккумуляторный гидропривод: источником энергии жидкости является предварительно заряженный гидроаккумулятор. Такие гидроприводы используются в гидросистемах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов (например, гидропривод рулей ракеты).

    Магистральный гидропривод: рабочая жидкость поступает в гидросистему из централизованной гидравлической магистрали с определенным располагаемым напором (энергией).

    Выходным звеном гидропривода считается выходное звено гидродвигателя, совершающее полезную работу.

    По характеру движения выходного звена различают объемные гидроприводы:

    поступательного движения. В них выходное звено совершает возвратно-поступательное движение. В качестве гидродвигателя используется объемный гидродвигатель возвратно-поступательного движения (гидроцилиндр);

    поворотного движения. В них выходное звено совершает ограниченное по величине возвратно-поворотное движение. В качестве гидродвигателя используется объемный гидродвигатель поворотного движения (поворотный гидромотор);

    вращательного движения. В них выходное звено совершает вращательное движение. В качестве гидродвигателя используется объемный гидродвигатель вращательного движения (гидромотор).

    Если в гидроприводе имеется возможность изменять только направление движения выходного звена, то такой гидропривод называется нерегулируемым.

    Если же в гидроприводе имеется возможность изменять скорость выходного звена извне по заданному закону, как по направлению, так и по величине, то такой гидропривод называется регулируемым.

    На практике используют два основных способа регулирования величины скорости движения выходного звена объемного гидропривода:

    дроссельное регулирование. Регулирование скорости осуществляется регулирующим гидроаппаратом за счет изменения количества рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель. При этом часть потока рабочей жидкости, поступающей от насоса, отводится на слив, минуя гидродвигатель;

    объемное (машинное) регулирование. Регулирование скорости осуществляется регулируемым насосом или регулируемым гидромотором, или обеими объемными гидромашинами с регулируемым рабочим объемом.

    Если в объемном гидроприводе регулирование скорости выходного звена происходит одновременно двумя вышеперечисленными способами, то такой способ регулирования называется объемно-дроссельным, или машинно-дроссельным.

    В некоторых случаях в насосном гидроприводе скорость движения выходного звена регулируется за счет изменения частоты вращения приводящего двигателя (электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания и т.п.). Такой гидропривод называется гидроприводом с управлением приводящим двигателем.

    Регулирование гидропривода может быть ручным, автоматическим и программным.

    Объемный гидропривод, в котором в определенном диапазоне изменения внешних воздействий скорость движения выходного звена путем регулирования поддерживается постоянной, называется стабилизированным.

    Объемный гидропривод, в котором перемещение выходного звена находится в строгом соответствии с величиной управляющего сигнала, называется следящим гидроприводом.

    Принимая во внимание задачи, которые необходимо решать по управлению гидроприводом и обеспечению его работоспособности, можно заключить, что реальный объемный гидропривод обязательно должен включать в себя следующие элементы (количество перечисленных ниже элементов в составе гидропривода не ограничивается):

    энергопреобразователи– это устройства, обеспечивающие преобразование механической энергии в гидроприводе. К ним относятся: гидромашины (насосы и гидродвигатели), гидроаккумуляторы и гидропреобразователи.

    гидросеть – это совокупность устройств, обеспечивающих гидравлическую связь элементов гидропривода. К ним относятся: гидробаки, рабочая жидкость, гидролинии, гидравлическая соединительная арматура.

    кондиционеры рабочей среды– это устройства, предназначенные для поддержания заданных качественных показателей и состояния рабочей жидкости (чистота, температура и т.п.). К ним относятся: фильтры, сепараторы, теплообменники и воздухоспускные устройства (частично к этому классу устройств относятся и гидробаки, где также происходит очистка и охлаждение рабочей жидкости).

    гидроаппараты– это устройства, предназначенные для изменения или поддержания заданных значений параметров потока рабочей жидкости (давления, расхода, направления движения). Их еще называют элементами управления объемных гидроприводов. К ним относятся: гидродроссели, гидроклапаны и гидрораспределители.

    Регулируемые объемные гидроприводы широко используются в качестве приводов станков, прокатных станов, прессового и литейного оборудования, дорожных и строительных машин, транспортных и сельскохозяйственных машин и т.п.


    Силовые гидроцилиндры, их назначение и устройство. Расчет гидроцилиндров.

    Силовой гидроцилиндр – это объёмный гидродвигатель, в котором ведомое звено (шток, плунжер) совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение относительно корпуса гидроцилиндра, реже наоборот. Силовые гидроцилиндры делятся на гидроцилиндры двухстороннего действия, которые преобладают на автовышках и автоподъёмниках, и гидроцилиндры одностороннего действия. Гидроцилиндры двухстороннего действия делятся на гидроцилиндры с двухсторонним штоком, односторонним штоком, телескопические и комбинированные. Гидроцилиндры одностороннего действия делятся на поршневые, плунжерные, телескопические. В тех случаях, когда для получения необходимого усилия нельзя установить гидроцилиндр с большим диаметром, но при этом длина цилиндра не ограничивается, применяют комбинированные гидроцилиндры – сдвоенные и строенные. Последовательное соединение гидроцилиндров увеличивает эффективную площадь, а, следовательно, и тяговое или толкающее усилие на штоке. Если в системе работает несколько гидроцилиндров, то их диаметры следует подбирать исходя из равенства рабочих давлений. В этом случае система будет работать на максимальном КПД и с наименьшими тепловыми потерями. Если по каким-либо соображениям это условие выдержать невозможно, то при работе различных гидроцилиндров в системе будет устанавливаться давление, не равное давлению насоса или давлению настройки предохранительного клапана, а давление, соответствующее внешним усилиям. Если же при этом производится регулирование скорости на выходе, то в гидросистеме до гидроцилиндра устанавливается давление, равное давлению настройки предохранительного клапана, а за гидроцилиндром – давление подпора, которое дополнит внешнее усилие на шток гидроцилиндра. В гидроцилиндрах с высококачественными уплотнениями из резинотехнических изделий или другими мягкими уплотнениями утечки почти отсутствуют, и поэтому их объёмный КПД равен 100%.

     clip_image031

    Рис. 5.2. Схема гидроцилиндра двустороннего действия


    Поворотные гидродвигатели.

    Поворотные гидродвигатели сообщают выходному звену ограниченное вращательное движение. На рис. 5.12 изображены конструктивные схемы поворотных шиберных (лопастных) гидродвигателей (однопластинчатого двухкамерного, двухлопастного четырехкамерного и трехлопастного шестикамерного). При четырехкамерном гидродвигателе развиваемый момент увеличивается, а угловая скорость уменьшается в 2 - раза. Так как применение многокамерных систем сокращает возможный угол поворота ротора, число камер более четырех применяют редко.

    В конструкции таких гидродвигателей много общего с пластинчатыми гидромашинами. Трение и утечки по торцам являются главными потерями энергии. Для сокращения и устранения внутренних утечек по торцам ротора и пластин применяют подгонку боковых крышек с малыми зазорами, поджим одной из крышек с гидростатической разгрузкой или радиальные упругие уплотнения из резины или полимерных материалов.

    На рис. 5.13 представлена конструкция поршневого поворотного гидродвигателя. Он представляет собой гидроцилиндр 5, шток 3, выступающая часть которого выполнена как зубчатая рейка, движущаяся во втулке. С рейкой-штоком сцеплена шестерня 2, жестко соединенная с выходным валом гидромотора (ось 1 вала располагается перпендикулярно плоскости чертежа). Шток совершает возвратно- поступательные движения, а выходной вал - возвратно-поворотные.

    clip_image033

    Рис. 5.12. Поворотные шиберные гидродвигатели

    clip_image035

    Рис. 5.13. Поворотный гидродвигатель поршневого типа


    Роторные гидродвигатели – гидромоторы. Обратимость роторных насосов и гидромоторовю

    Роторно-пластинчатые (шиберные, лопастные) гидромашины являются наиболее простыми из существующих типов объемных гидромашин.

    clip_image036

    Схема простейшего роторно-пластинчатого насоса показана на рис. 3.13. Ротор 1 размещен в корпусе насоса между двумя плотно прижатыми к нему торцевыми дисками 2. В радиальных либо слегка наклоненных к радиусу ротора пазах установлены пластины (шиберы) 3. Ось вращения ротора располагается по отношению к статору 4 эксцентрично. Прижатые к статору и вращающиеся вместе с ротором пластины скользят по внутренней цилиндрической поверхности статора, совершая одновременно возвратно-поступательное движение относительно ротора в его пазах. Из-за эксцентричности расположения ротора при удалении пластины от точки, где расстояние между статором и ротором минимальное, объем полости между пластинами увеличивается. Это приводит к понижению давления и заполнению полости жидкостью через окно 5, расположенное на периферии статора и сообщающееся со всасывающим патрубком 6 насоса. Поступившая в полость жидкость переносится пластинами в направлении вращения ротора. Когда пластины проходят точку, в которой расстояние между ротором и статором максимально, объем пространства между пластинами начинает сокращаться и жидкость вытесняется в полость нагнетания через противоположное окно и поступает в нагнетательный патрубок 7 насоса. Пластинчатые насосы изготавливаются с постоянной и регулируемой подачами. Регулирование пластинчатых насосов осуществляется изменением эксцентриситета е. Подача пластинчатых насосов пульсирующая. Минимальная подача имеет место в момент вступления пластины в работу. При дальнейшем повороте ротора подача увеличивается. Максимальная подача имеет место в момент, когда пластина занимает положение, соответствующее наибольшему расстоянию между ротором и статором. В дальнейшем подача насоса вновь уменьшается и достигает минимума в момент выхода пластины из работы.

    Для уменьшения пульсации подачи жидкости рекомендуется принимать от 4 до 12 пластин. В целях устранения возможности соединения нагнетательной полости со всасывающей предусматриваются уплотнительные выступы I-II и III-IV. Длина уплотняющего выступа I-II делается с таким расчетом, чтобы в момент вступления одной пластины в пределы уплотняющего выступа предыдущая пластина выходила за его пределы. Для устранения защемления жидкости в замкнутом объеме выступ III-IV, расположенный перед камерой всасывания, делается короче выступа I-II, находящегося перед нагнетательной камерой. У рассматриваемого насоса каждая пластина в течение одного оборота ротора один раз принимает участие во всасывании жидкости и один раз - в нагнетании. Такие машины называют роторно-пластинчатыми насосами одиночного действия.

    Роторно-пластинчатые насосы отличаются большой подачей при относительно небольших размерах. Средняя подача определяется по формуле:

    clip_image037,

    clip_image038

    где b- ширина ротора; е - эксцентриситет; r - радиус ротора; z - число пластин; - толщина пластины; n - число оборотов ротора в единицу времени; о - объемный КПД.

    Одним из существенных недостатков роторно-пластинчатых насосов и гидродвигателей одиночного действия является наличие большой односторонней нагрузки на подшипники. Для устранения этого недостатка применяют роторно-пластинчатые гидромашины двойного действия (рис. 3.14).

    Подача насоса двойного действия равна удвоенной подаче, определяемой по формуле для насоса одиночного действия.

    В роторно-пластинчатых насосах двойного действия на участке между всасывающим и нагнетательным окнами направляющая поверхность спрофилирована по окружности, описанной из центра ротора, а на участках, занятых окнами, - по спирали Архимеда.

    Средняя подача насоса двойного действия равна

    clip_image039,

    где r2 и r1 - большой и малый радиусы статора; - угол наклона пластин (для радиальных пластин = 0).

    Подача насоса двойного действия постоянна и не зависит от угла поворота ротора (подача из одной камеры накладывается на подачу из второй камеры так, что суммарная подача насоса остается неизменной в любой момент времени).

    При подаче жидкости под давлением р во всасывающую камеру гидромашины двойного действия последняя работает как гидродвигатель с практически постоянным крутящим моментом.

    Момент гидродвигателя можно определить по формуле

    clip_image040.

    Роторно-пластинчатые машины имеют высокий КПД при высокой точности изготовления деталей и качественной их сборке.

    На основании роторно-пластинчатых гидромашин разработана роторно-пластинчатая гидропередача, составленная из регулируемого насоса и реверсивного гидродвигателя, при помощи которой можно передавать механическую энергию с ведущего вала двигателя на ведомый, которая позволяет изменять передаточное отношение и крутящий момент на ведомом валу.


    Высокомоментные гидромоторы.

    clip_image042

    В открытых гидравлических схемах рабочая жидкость поступает в насос из бака и проходя через гидрораспределитель и исполнительные гидродвигатели возвращается в бак.

    Наиболее часто в системах гидропривода самоходной техники применяются аксиально-поршневые гидронасосы и гидромоторы с наклонным блоком цилиндров, реже - с наклонным диском (шайбой).

    Аксиально-поршневые гидронасосы с наклонным блоком цилидров получили наиболее широкое применение в объемных гидроприводах машин, работающих в средних и тяжелых режимах внешних нагрузок с большой частотой включения. Их следует предпочитать при выборе перспективного типа гидромашин с учетом номинального давления, так как они более надежны в условиях переменных нагрузок и менее чувствительны к загрязнению рабочей жидкости, чем аксиально-поршневые насосы с наклонным диском.

    Гидронасосы могут быть выполнены с нерегулируемым (рис. 1) и регулируемым (рис. 2) рабочим объемом и предназначены для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидромотора (насоса-мотора) с реверсивным и нереверсивным направлениями вращения и с постоянным и реверсивным направлениями потока.

     

    clip_image044

    Рис. 1. Нерегулируемый аксиально-поршневой гидронасос - гидромотор с наклонным блоком цилиндров:

    1 - приводной вал; 2 - подшипники; 3 - корпус;
    4 - наклонный блок цилиндров; 5 - поршни;
    6 - распределитель; 7 - крышка; 8 - дренажное отверстие

    Рис. 2. Регулируемый аксиально-поршневой насос-мотор с наклонным блоком цилиндров:

    clip_image045

    1 - насос; 2 - регулятор

    Традиционная схема исполнения гидронасосов с наклонным блоком цилиндров и торцевым распределением рабочей жидкости позволяет использовать номинальное давление до 35 МПа.
    Регулируемые гидронасосы позволяют изменять величину потока рабочей жидкости за счет изменения рабочего объема, которое достигается в результате изменения угла наклона блока цилиндров.
    Изменение наклона блока цилиндров может осуществляться механическим, гидравлическим, электрогидравлическим релейным и пропорциональным приводом.

    Регулирование гидронасоса может осуществляться различными регуляторами, которые обеспечивают:
    - постоянную мощность;
    - постоянное давление;
    - постоянный поток.

    ДВУХПОТОЧНЫЕ РЕГУЛИРУЕМЫЕ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ ГИДРОНАСОСЫ:

    Гидронасосы двухпоточные регулируемые самовсасывающие предназначены для работы в открытых гидросистемах объемного гидропривода. Регулирование подачи двух потоков осуществляется за счет синхронного изменения угла наклона блоков цилиндров регулятором постоянной мощности.
    Гидравлическая схема двухпоточного насоса представлена на рис. 3.

    Рис. 3. Гидравлическая схема двух поточного аксиально-поршневого насоса:

    clip_image046

    1- приводной вал; 2 - редуктор; 3 - качающие узлы;
    4 - регулятор; А - линия всасывания;
    В1, В2 - рабочие линии; S - канал для внешнего гидроуправления

    Двухпоточные гидронасосы применяются на полноповоротных экскаваторах, кранах, лесозаготовительных и других машинах, где требуются независимое совмещение операций - элементов рабочих органов.

    Двухпоточные гидронасосы могут быть с отдельным управлением качающих узлов, а также оснащаться третьим нерегулируемым насосом небольшой производительности для привода системы сервоуправления или рулевого механизма самоходной машины.

    Last Updated on Thursday, 06 November 2014 17:39