книги / Устройство, принцип действия и оценка технического состояния пластинчатых насосов и гидромоторов

Составитель: д-р техн. наук, профессор кафедры АТМ К.Г. Пугин

УДК 621.22(076.5) У82

Рецензент

канд. техн. наук, доцент И.М. Громов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Устройство, принцип действия и оценка технического соУ82 стояния пластинчатых насосов и гидромоторов : метод. указания к выполнению практ. работы / сост. К.Г. Пугин. – Пермь :

Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. – 20 с.

Приведен учебно-методический материал по курсу «Гидравлические и пневматические системы транспортно-технологических машин», позволяющий произвести расчет и выбор насосов и гидромоторов в зависимости от заданной нагрузки на рабочие органы.

Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения по направлению 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологиче- ских машин и комплексов».

УДК 621.22(076.5)

© ПНИПУ, 2019

2

3

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В процессе подготовки к практической работе следует внимательно прочитать предложенный материал, проанализировать его содержание, ознакомиться с рекомендуемой литературой.

Цель работы: изучить устройство пластинчатых насосов и гидромоторов и оценить техническое состояние выданного насоса или гидромотора.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с теоретическим материалом.

2.Получить у преподавателя насос или гидромотор.

3.Произвести его осмотр с целью определения (нахождения) всех составных частей насоса (гидромотора).

4.Зарисовать в тетради для оформления отчета разрез насоса (гидромотора) с указанием всех его основных частей.

5.Произвести оценку состояния выданного насоса (мотора).

6.Рассчитать основные параметры указанных в практической части насосов.

7.Ответить на контрольные вопросы.

8.Оформить отчет.

Отчет о практической работе должен содержать:

1)название работы;

2)цель работы;

3)схему насоса или мотора;

4)результаты расчетов в виде таблицы и график зависимости

Qд.н = f(n);

5)краткие ответы на контрольные вопросы.

Отчет выполняется на листах формата А4 в произвольной форме и сдается студентом лично.

4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Термины и определения

Насос – гидравлическая машина, в которой механическая энергия, приложенная к выходному валу, преобразуется в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости.

Гидродвигатель – машина, в которой энергия потока рабочей жидкости преобразуется в энергию движения выходного звена. Если выходное звено получает вращательное движение, то такой гидродвигатель называют гидромотором, если поступательное движение,

то силовым цилиндром.

Гидромашина, которая может работать в режиме как насоса, так и гидромотора, называется обратимой.

Рабочий объем гидромашины представляет собой в насосе объем жидкости, вытесняемый в систему за один оборот вала насоса; в гидромоторе объем жидкости, необходимый для получения одного оборота вала гидромотора. Гидромашины изготавливаются с постоянным и переменным рабочим объемом. В соответствии с этим гидромашины с постоянным рабочим объемом называются нерегули-

руемыми, а с переменным регулируемыми.

Производительность насоса (подача) – это отношение объема подаваемой жидкости ко времени.

Теоретическая производительность насоса Qт – это расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из его полости нагнетания.

Действительная производительность насоса Qд – это реаль-

ный объем жидкости, вытесняемый из полости нагнетания в единицу времени. Действительная производительность меньше теоретической на величину ∆Qн из-за обратного течения жидкости в насосе из полости нагнетания в полость всасывания и из-за утечки жидкости во внешнюю среду.

Поэтому

Qд = Qт – ∆Qн,

где ∆Qн – потери производительности насоса.

5

При работе машины в режиме гидромотора в приемную его полость поступает жидкость под давлением от насоса. Объемные потери в гидромоторе сводятся в основном к утечкам жидкости через зазоры между сопрягаемыми элементами. Это приводит к тому, что подводимый объем жидкости Qп превышает теоретическое значе-

ние Qт. Поэтому объемный КПД гидромотора

где∆QM – величина утечек в гидромоторе (объемные потери).

Теоретическая мощность гидромашины

Nт = ∆Рqn,

где ∆Р – перепад давлений; q – рабочий объем гидромашины; n – частота вращения вала.

Фактическая мощность гидромашины

Nфакт = ∆Рqnη,

где η – общий КПД гидромашины.

Выразив крутящий момент через теоретическую мощность Nт и угловую скорость вращения вала ω = 2πn, получим теоретическую величину крутящего момента для гидромашины:

1.2. Устройство пластинчатых насосов и гидромоторов

Пластинчатые насосы и гидромоторы, как и шестеренные, просты по конструкции, компактны, надежны в эксплуатации и сравнительно долговечны. В таких машинах рабочие камеры образованы

6

поверхностями статора, ротора, торцевых распределительных дисков и двумя соседними вытеснителями-пластинами. Эти пластины также называют лопастями, лопатками, шиберами.

Пластинчатые насосы могут быть одно-, двух- и многократного действия. В насосах однократного действия одному обороту вала соответствует одно всасывание и одно нагнетание, в насосах двухкратного действия – два всасывания и два нагнетания и т.п.

Схема насоса однократного действия приведена на рис. 1. Насос состоит из ротора 1, установленного на приводном валу 2, опоры которого размещены в корпусе насоса. В роторе имеются радиальные или расположенные под углом к радиусу пазы, в которые вставлены пластины 3. Статор 4 по отношению к ротору расположен с эксцентриситетом е. К торцам статора и ротора с малым зазором (0,02...0,03 мм) прилегают торцевые распределительные диски 5 с серповидными окнами. Окно 6 каналами в корпусе насоса соединено с гидролинией всасывания 7, а окно 8 – с напорной гидролинией 9. Между окнами имеются уплотнительные перемычки 10, обеспечивающие герметизацию зон всасывания и нагнетания. Центральный угол ε, образованный этими перемычками, больше угла β между двумя соседними пластинами.

Рис. 1. Схема пластинчатого насоса однократного действия: 1 – ротор; 2 – приводной вал; 3 – пластины; 4 – статор; 5 – распределительный диск; 6, 8 – окна; 7 – гидролиния всасывания; 9 – гидролиния нагнетания; 10 – уплотнительные перемычки

7

При вращении ротора пластины под действием центробежной силы, пружин или под давлением жидкости, подводимой под их торцы, выдвигаются из пазов и прижимаются к внутренней поверхности статора. Благодаря эксцентриситету объем рабочих камер вначале увеличивается, т.е. происходит всасывание, а затем уменьшается, т.е. происходит нагнетание. Жидкость из линии всасывания через окна распределительных дисков вначале поступает в рабочие камеры, а затем через другие окна вытесняется из них в напорную линию.

При изменении эксцентриситета е изменяется подача насоса. Если е = 0 (ротор и статор расположены соосно), пластины не будут совершать возвратно-поступательных движений, объем рабочих камер не будет изменяться, и, следовательно, подача насоса будет равна нулю. При перемене эксцентриситета с +е на –е изменяется направление потока рабочей жидкости (линия 7 становится нагнетательной, а линия 9 всасывающей). Таким образом, пластинчатые насосы однократного действия могут быть регулируемыми и реверсируемыми.

Действительную подачу пластинчатого насоса однократного действия определяют по формуле

Qд.н = qнnηоб.н = 2eb(πD − zt )nηоб.н,

где qн – рабочий объем насоса; b – ширина пластин; е – эксцентриситет; D – диаметр статора; z – число пластин; t – толщина пластин; n – частота вращения ротора; ηоб.н – объемный КПД насоса.

Число пластин z может быть от 2 до 12. С увеличением числа пластин подача насоса уменьшается, но при этом увеличивается ее равномерность.

В насосах двухкратного действия (рис. 2) ротор 1 и статор 2 соосны. Эти насосы имеют по две симметрично расположенные полости всасывания и полости нагнетания. Такое расположение зон уравновешивает силы, действующие со стороны рабочей жидкости, и разгружает приводной вал 2, который будет нагружен только крутящим моментом. Для большей уравновешенности число пластин 3 в насосах двухкратного действия принимается четным. Торцевые

8

распределительные диски 5 имеют четыре окна. Два окна 6 каналами в корпусе насоса соединяются с гидролинией всасывания 7, другие два окна 8 – с напорной гидролинией 9. Как и в насосах однократного действия, между окнами имеются уплотнительные перемычки 10. Для герметизации зон всасывания и нагнетания должно быть соблюдено условие, при котором ε > β.

Профиль внутренней поверхности статора выполнен из дуг радиусами R и r. Пазы для пластин в роторе могут иметь радиальное расположение под углом 7...15° к радиусу, что уменьшает трение и исключает заклинивание пластин. Насосы с радиальным расположением пластин могут быть реверсивными.

Подачу пластинчатого насоса двухкратного действия определяют по формуле

где b – ширина пластины; R и r – радиусы дуг, образующих профиль внутренней поверхности статора; t – толщина пластин; z – число пластин; α – угол наклона пластин к радиусу.

9

Пластинчатые гидромоторы могут быть также одно-, двух-

и многократного действия. Пластинчатые гидромоторы от пластинчатых насосов отличаются тем, что в их конструкцию включены устройства, обеспечивающие постоянный прижим пластин к статорному кольцу.

При подводе к машине жидкости на рабочую поверхность пластин действует сила, создающая крутящий момент на валу гидромотора, который определяется по следующим формулам:

– для гидромоторов однократного действия

М= ∆2Рπqм ηоб.м = ∆2πР 2еb(πD − zt )ηоб.м,

–для гидромоторов двухкратного действия

М= ∆2Рπqм ηоб.м = ∆2Рπ 2b π(R2 −r2 )−tz (R −r ) ηоб.м.

Гидромоторы двухкратного действия, как и насосы двухкратного действия, нерегулируемые.

Надежность и срок службы пластинчатых гидромашин зависят от материала пластин и статорного кольца. Во избежание отпуска материала пластин из-за нагрева от трения о статорное кольцо пластины изготовляют из стали с высокой температурой отпуска. Статорное кольцо цементируется и закаливается. Ротор изготовляют из закаленной хромистой стали, а торцевые распределительные диски из бронзы.

1.3.Устройство насосов, используемых в автомобилях

Вавтоматических коробках передач современных легковых автомобилей используют регулируемые пластинчатые насосы, обеспечивающие переменную подачу рабочей жидкости при постоянной частоте вращения двигателя. Необходимо отметить, что регулируемые пластинчатые насосы являются насосами однократного действия (рис. 3).

10