книги из ГПНТБ / Башта, Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем учебник
.pdf
Т. М. Башта
д-р техн. наук, проф.
ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
ДВИГАТЕЛИ
ГИДРОСИСТЕМ
Допущено Министерством высшего
и среднего |
специального образования СССР |
в качестве учебника |
для студентов высших учебных заведений, |
обучающихся по специальности „Гидропневмоавтоматика и гидропривод“
К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Й
а :
,J ^ ^ J i-^ 4 ' * - v1 i / x k
Москва
« М А Ш И Н О С Т Р О Е Н ИЕ»
1974
6П2.3
Б33
УДК 62—82 (075.i
Башта Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем.Учебник для вузов. М., «Машиностроение», 1974,
с. 606
В учебнике описаны конструкции, изложены вопросы рас чета, конструирования, изготовления и испытаний объемных насосов и гидродвигателей, применяющихся в силовых гидрав лических системах машин и механического оборудования. Под робно рассмотрены роторные насосы и гидромоторы различных типов, даны их характеристики и приведены рекомендации по конструированию. Дан анализ их качеств применительно к конкретным случаям использования. Рассмотрены также вопро сы, касающиеся шума машин и даны рекомендации по его сни жению.
Описаны конструкции и приведены характеристики гидрав лических передач (трансмиссий) вращательного действия, в том числе передач, обеспечивающих стабильные скорости выходного вала, даны рекомендации по их конструированию и изготовлению. Рассмотрены также гидродвигатели возвратно-поворотного и возвратно-прямолинейного действия различных типов, приведен их расчет и рекомендации по конструированию и изготовлению.
Книга предназначена в качестве учебника для специальности «Гидропривод и гидропневмоавтоматика»; может быть исполь зована специалистами машиностроительного и механического профилей и также работниками, занимающимися проектирова нием, изготовлением, исследованием и эксплуатацией объемного гидропривода.
Табл. 8, ил. 272, список лит. 15 назв.
Реценз ент ы:
Кафедра гидропневмоавтоматики и гидропривода Киевского политехнического института Д-р техн. наук проф Некрасов Б. Б.
© Издательство «Машиностроение», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящий учебник предназначен для студентов высших тех нических учебных заведений по специальности № 0566 «Гидропри вод и гидропневмоавтоматика». Поскольку излагаемому здесь материалу предшествует курс «Гидравлика и газовая динамика» и последуют курсы «Гидропривод и гидропневмоавтоматика», «Динамика гидроприводов и теория автоматического регулирова ния», а также «Производство гидроприводов», в книгу не вклю чены вопросы, относящиеся к тематике названных курсов. Основ ное внимание в учебнике уделено конструированию и расчету объемных гидравлических машин и их элементов, а также вопро сам их применения.
В вводной главе приведены сведения по применяемым рабочим жидкостям гидросистем и их свойствам; в специальной главе изложены вопросы обеспечения надежной работы гидромашин.
Наиболее подробно рассмотрены конструкции и расчет роторно поршневых - насосов, радиальных и аксиальных гидромоторов, а также их рабочие параметры и характеристики. Даны рекомен дации по последовательности расчета основных параметров этих машин и примеры решения инженерных задач по расчетам.
Несколько глав посвящено описанию пластинчатых и шесте ренно-винтовых гидромашин, а также насосов сверхвысоких (бо лее 100 МПа или 1000, кгс/см2) давлений.
Подробно рассмотрены вопросы испытаний гидромашин, при чин шума при их работе и методы борьбы с ним. В отдельные главы выделены вопросы регулирования подачи объемных насосов, а также описание и расчеты объемных передач вращательного дви жения.
Учитывая широкую распространенность гидросистем с двига телями прямолинейного и поворотного возвратно-поступатель ного движений, подробно рассмотрены гидродвигатели этих си стем, а также их характеристики и вопросы расчета.
В заключительной главе описаны пневматические объемные машины и даны их основные расчеты.
Физико-технические величины выражены в учебнике в едини цах систем СИ и МКГСС с привлечением некоторых внесистемных единиц.
1* |
3 |
Давление выражено в паскалях (Па). Паскаль — давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по поверх ности площадью 1 м2. Наиболее употребительные в тексте другие единицы давления имеют следующие соотношения:
|
1 |
кгс/м2 = |
9,80665 Па |
|
|
98066,5 |
Па |
|
|
|
|
1 |
кгс/'см2 = |
1 |
ат (техническая атмосфера) = |
|
|
||||
|
1 |
атм (физическая атмосфера) = |
101325 Па |
|
|
|
|
|||
|
1 |
мм рт. ст. = |
133,332 Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
бар = 105 Па |
|
|
|
|
|
|
||
и |
В расчетах для упрощения согласования экспериментальных |
|||||||||
теоретических |
параметров |
приближенно принято |
1 кгс/см2 |
= |
||||||
= |
105 |
Н/м2 = 0,1 МПа (мегапаскаля). |
Ватт — мощность, при |
|||||||
|
Мощность выражена в ваттах (Вт). |
|||||||||
которой работа 1 |
Дж совершается за время 1 с. |
[Джоуль (Дж) — |
||||||||
работа |
силы 1 |
Н при перемещении ею тела на |
расстояние 1 |
м |
||||||
в направление действия силы]. 1 л. с. (лошадиная сила) = 75 —1 |
= |
|||||||||
= |
745,7 Вт. |
|
выражена |
в |
градусах |
Цельсия |
(°С). 0° С = |
|||
= |
Температура |
|||||||||
273,15 К (кельвин). Кельвин—единица термодинамической тем |
||||||||||
пературы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ГЛАВА /
ОБЩ ИЕ СВЕДЕНИЯ
§ 1. Основные термины и определения
Насос — машина для создания потока жидкой среды. Разли чают динамические и объемные насосы. В д и н а м и ч е с к о м н а с о с е жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса В о б ъ е м н о м н а с о с е жидкая среда перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.
Объемный гидродвигатель — машина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей среды в энергию движе ния выходного звена.
Объемные насосы и гидродвигатели (объемные гидромашины) являются энергопреобразователями объемных гидравлических приводов, под которыми понимают совокупность устройств, пред назначенных для приведения в движение механизмов машин по средством жидкой рабочей среды под давлением.
Объемный гидропривод определяется так же как гидравличе ская система, включающая объемные насос и гидродвитатель с соответствующей аппаратурой (устройствами) управления. Эта система служит для передачи посредством жидкости энергии на расстояние, и преобразования ее в механическую работу на вы ходе системы с одновременным выполнением функций регулирова ния и реверсирования скорости выходного звена гидродвигателя, а также преобразования одного вида движения в другой. Это преобразование в объемных гидромашинах происходит в резуль тате вытеснения жидкости из рабочих камер насоса при движении вытеснителей или наполнении этих камер жидкостью под давле нием в гидродвигателе, т. е. в этих машинах используется энер гия давления. Расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из рабочих камер насоса, или поступающий в рабочие камеры гидродвигателя, называют теоретической подачей. Или,S*
1 Изучение этих насосов вынесено в специальный курс «Гидродинамические передачи и лопастные машины».
S
иначе, под объемной подачей насоса понимают отношение объема подаваемой жидкости к времени его подачи.
Подачей или расходом жидкости называется, в общем случае, объем жидкости, прошедшей через данное сечение канала (трубо провода) в единицу времени. Величина его Q определяется как произведение средней скорости течения и на площадь / попереч ного сечения канала:
|
|
|
Q = ^- = fu, |
где |
V — объем |
жидкости; |
|
|
t — время. |
также |
термин « о б ъ е м н а я г и д р о п е р е |
Применяют |
|||
д а ч |
а», под которым |
понимают часть объемного гидропривода, |
|
состоящую из объемного насоса, объемного гидродвигателя и со единяющих их гидролиний (магистралей).
О б ъ е м н ы м н а с о с о м называют гидравлическую ма шину, преобразующую приложенную к входному его звену (валу) внешнюю механическую энергию в гидравлическую энергию по тока жидкости. О б ъ е м н о й г и д р о м а ш и н о й называют машину, преобразующую механическую энергию привода в потен циальную энергию потока жидкости (рабочей среды) — при работе машины в генераторном (насосном) режиме и обратно в механи ческую энергию на выходе гидродвигателя — при работе машины в двигательном режиме. Под р а б о ч е й с р е д о й понимается рабочая жидкость в объемном гидроприводе и рабочий газ в пнев моприводе.
Объемная гидромашина, предназначенная для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидро мотора, называется насос-мотором. Насосный агрегат с комплек тующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса, называют насосной установкой.
Всякая объемная гидравлическая машина имеет рабочий орган, который состоит из нескольких взаимодействующих дета лей определенной геометрической формы, образующих полость изменяемого объема, заполняемую рабочей жидкостью во время нахождения ее во входной камере машины. При достижении по лостью выходной камеры объем этой полости уменьшается и жидкость выталкивается (вытесняется) в выходную камеру. Для осуществления указанных функций в объемной гидромашине имеется устройство, которое герметично замыкает (ограничивает) вытесняемый объем, а также вытеснитель, изменяющий этот объем в процессе рабочего хода.
Детали, образующие полости изменяемого объема и отделяю щие входную полость от выходной, являются основными деталями всякой объемной гидромашины. Требованиями к этим деталям являются обеспечение герметичности изменяемого объема, пре пятствующей вытеканию жидкости из полостей высокого давле-
ния, а также обеспечение жесткости конструкции этих полостей. Форма вытеснителей и способ замыкания вытесняемого объема определяет кинематику и конструктивный тип гидромашины.
В гидропередачах жидкостным звеном устанавливают геомет рические или силовые связи между соединениями или механи ческими звеньями. Геометрические связи жидкостным звеном осуществляют при помощи определенного геометрически изолиро ванного объема жидкости, ввиду чего гидропередачи с этой связью называются объемными. Кинематика таких механизмов может быть независимой от нагрузок, и соотношения между кинемати ческими и нагрузочными показателями режима можно рассматри вать раздельно.
Если жидкостным звеном установлены между соединяемыми им механическими звеньями силовые связи, то гидропередача называется динамической. Кинематика ее существенно зависит от приложенных нагрузок на выходном валу и не может рассмат риваться самостоятельно. Иначе говоря, такие механизмы не об ладают собственной кинематикой и обратная связь в них осу ществляется по нагрузке. Под нагрузкой понимается комплекс статических и динамических сил, действующих на выходное звено гидродвигателя при его движении по заданному закону.
Вытеснение жидкости из рабочих камер насоса и заполнение ею всасывающих камер происходит в результате уменьшения и соответственно увеличения геометрического объема этих камер, герметически отделенных друг от друга. Рабочим органом, непо средственно совершающим работу вытеснения, является в объем ном насосе вытеснитель — поршень (плунжер), пластины, зубча тое колесо, диафрагма и т. д.
Рабочий ход в гидродвигателе осуществляется в результате увеличения объема рабочих камер под действием поступающей в них жидкости под давлением. Под рабочей камерой насоса (или гидромотора) понимается ограниченное изолированное простран ство, образованное деталями насоса с периодически увеличиваю щимся и уменьшающимся при работе насоса объемом и попере менно сообщающееся соответственно с нагнетательным и всасы вающими каналами (с приемной или отдающей полостью гидро машины).
Применяется также термин объемная гидромашина; рабочий процесс в такой машине основан на попеременном заполнении рабочей камеры рабочей жидкостью и вытеснения ее из камеры. В соответствии с этим объемная гидромашина определяется так же как устройство, предназначенное для преобразования энергии движения входного звена в энергию потока жидкости или энер гии потока жидкости в энергию движения выходного звена в про цессе попеременного заполнения рабочей камеры жидкостью и вытеснения ее из камеры.
В гидравлических приводах (системах) применяют преиму щественно роторные насосы, под которыми понимают объемные
7
насосы с вращательным или вращательным и возвратно-посту пательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса.
Реже применяют возвратно-поступательные насосы — объем ные насосы с прямолинейным возвратно-поступательным движе нием рабочих органов независимо от характера движения веду щего звена. В качестве перекачивающих распространены п р я м о д е й с т в у ю щ и е н а с о с ы , под которыми понимают объемные насосы с возвратно-поступательным движением веду щего звена.
Используются также роторно-вращательные насосы — ротор ные с вращательным движением рабочих органов и роторно-посту пательные насосы — роторные с вращательным и возвратно-по ступательным движением рабочих органов.
В зависимости от типа применяемого гидродвигателя разли чают поступательный, поворотный и вращательный гидроприводы, а также гидропривод смешанного движения, в который входят не менее двух типов объемных гидродвигателей.
Гидропривод с автоматическим регулированием, в котором параметр движения выходного звена объемного гидродвигателя поддерживается постоянным, называют стабилизированным гидро приводом, а гидропривод с автоматическим регулированием, в ко тором параметр движения выходного звена гидродвигателя изме няется по заданной программе, называют программным гидропри
водом.
Объемная гидромашина, предназначенная для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидродви гателя, называется обратимой объемной гидромашиной.
По характеру движения выходного звена различают объемные гидродвигатели возвратного и вращательного движения. Первые из них называются силовыми цилиндрами или гидроцилиндрами, а вторые — гидромоторами. Под последним понимается объемный гидродвигатель с вращательным движением выходного звена.
Различают нерегулируемый и регулируемый гидромоторы, под которыми понимаются соответственно гидромоторы с постоянным и с переменным рабочим объемом (см. стр. 76). Кроме того, раз личают нереверсивный и реверсивный гидромоторы, под которыми понимается соответственно гидромотор с постоянным и с перемен ным направлением вращения выходного звена.
Гидропривод, управление которым осуществляется ручным воздействием на регулирующий орган без подвода дополнительной энергии извне, называют гидроприводом ручного управления.
При использовании же воздействия на регулирующий орган гидро машины сервомеханизма, а также в случае дистанционного упра вления, будет иметь место гидропривод автоматического управ
ления.
Гидролиния (гидросеть) — устройство, предназначенное для прохождения рабочей среды в процессе работы объемного гидро
8
привода. |
Различают в с а с ы в а ю щ у ю и н а п о р н у ю г и д р о |
л и н и и ; |
по первой рабочая жидкость движется к насосу, а по |
второй жидкость движется от насоса к распределителю или непо средственно к гидродвигателю. Гидролинию, по которой жидкость движется от распределителя к объемному гидродвигателю, назы вают и с п о л н и т е л ь н о й г и д р о л и н и е й ; гидроли нию, по которой жидкость движется в бак от гидроаппарата или непосредственно от объемного гидродвигателя, называют с л и в н о й г и д р о л и н и е й .
Под аппаратами управления понимают устройства, предназна ченные для управления параметрами гидросистемы (гидропри вода) Г Насос и гидродвигатель связаны между собой и с аппа ратами управления гидролинией.
Ниже приводятся прочие определения и термины по основным техническим показателям работы насосов.
Объемная подача насоса — отношение объема подаваемой жидкости ко времени.
Рабочий объем насоса — разность наибольшего и наименьшего значений замкнутого объема за один оборот.
Геометрическая (идеальная) подача — сумма подач и объем ных потерь насоса.
Давление на входе в насос и на выходе из насоса — соответ ственно давление рабочей жидкости на входе и на выходе из насоса.
Подпор — разность высот уровня рабочей жидкости в опорож няемой емкости (баке, резервуаре) и центра тяжести сечения входа в насос.
Высота самовсасывания — высота самозаполнения подводя щего трубопровода самовсасывающим насосом.
Мощность насоса — мощность, потребляемая насосом.
К. п. д. насоса — отношение полезной мощности насоса к его приводной мощности.
Номинальный режим насоса — режим его работы, обеспечи вающий заданные технические показатели.
Оптимальный режим насоса — режим работы насоса при наи большем значении к. п. д.
Кавитационный режим насоса — режим работы насоса в усло виях кавитации, вызывающей изменение основных технических показателей.
Помимо объемного гидропривода различают также гидродина мический привод (передачу), состоящий из гидродинамической передачи и устройства управления, а также вспомогательных аппаратов и гидролиний. Гидродинамическая передача соответ ственно состоит из лопастных (центробежных) насоса и гидродви-
1 Изучение этих устройств входит в специальный учебный курс «Гидро приводы и гидропневмоавтоматика».
9