Розрахунок розподільної цапфи

Р

Мал. 12. Опорно-розподільна цапфа радіально-поршневого насоса.

озподільна цапфа в радіально-поршневих насосах (мал. 12) звичайно несе на собі циліндровий блок, сприймаючи рівнодіючу зусиль N реакції сил тиску рідини на навантажені поршні, причому радіальне навантаження може досягати значних величин (декількох тонно-сил). Оскільки зазор в сполученої парі, що, цапфа-втулка блоку становить звичайно трохи сотих міліметра, прогиб цапфи під дією цього навантаження може привести до заїдання ковзної пари. Через цього цапфа повинна бути розрахована на прогин під дією зазначеного навантаження.

Величина прогибу не повинна виходити за межі, що допускаються за умовами можливості заклинювання у втулці ротора. При цьому напругу на вигин приймають σ = 80-120 МН/м². Розрахунок ведуть, розглядаючи цапфу як консольну балку.

При конструюванні цапфи звичайно витримують наступні співвідношення:

l₂ ≈ (2-2,5)D; l ₁ ≈ (1,5-1,9)D; b ≈ (0,3-0,4)D.

Для зменшення сил, що діють на цапфу, звичайно застосовують гідростатичне розвантаження (гідравлічне зрівноважування ротора), забезпечене відповідним напрямком витоків у зазорах між ротором і віссю.

Р озвантаження за допомогою кругових кільцевих канавок.

С

Мал 13. Розподіл тиску рідини по довжині втулки ротора при застосуванні кругових кільцевих канавок.

кладові сили тиску рідини на поршні діють на ротор, притискаючи його до розподільної цапфи (мал. 13). Із протилежної сторони на втулку ротора діє тиск рідини в зазорі між втулкою й цапфою, що віджимає ротор від цапфи. Для досягнення мінімального зношування втулки ротора ці сили повинні, по можливості, бути врівноважені. Останнє частково досягається при застосуванні кругових кільцевих канавок а, виконаних на цапфі або на втулці. У верхній частині малюнка показаний графік розподілу тиску рідини по довжині втулки ротора при наявності цих канавок. Із графіка треба, що на половину поверхні втулки, що перебуває в зоні нагнітання, діє тиск рідини, що віджимає втулку догори (незаштрихована частина епюри l₁), а на іншу половину, що перебуває в зоні усмоктування, діє тиск, що віджимає втулку вниз (частина епюри l₂, заштрихована крапками). У результаті втулка навантажується тиском, сумарна епюра якого зображена внизу малюнка. Під дією цього тиску ротор віджимається догори силою F, величина якої визначається вираженням (впливом ширини канавок а зневажаємо, а також допускаємо, що середній тиск у зазорі на ділянках с буде р_ср = р/2)

Для зрівноважування ротора сила F повинна бути

де d і z - діаметр і число циліндрів.

Отже, можна записати

звідки ширина з ущільнювальних перемичок

Розмір с указує, на якій відстані від вікон у розподільній осі варто проточити канавки а для зрівноважування ротора.

Розвантаження за допомогою некругових канавок.

Більше зробленої є розвантаження за допомогою некругових (на куту <180⁰), ізольованих одна від іншої канавок шириною с, які з'єднують відповідно з порожнинами високого і низького тисків (мал. 14).

Мал 14. Розподіл тиску рідини по довжині втулки ротора при застосуванні некругових канавок.

Високий тиск підводить до канавок, виконаним симетрично на стороні низького тиску, а низький тиск – до таких же канавок на стороні високого тиску. Осьові розміри параметрів, що визначають баланс сил, можна приблизно представити у вигляді

b + b′ = 2c + l + b″.

Ширина с канавок вибирається можливо малої, однак такою, щоб при даній витраті витоків тиск по всьому периметрі (довжині) канавки був постійним. Канавки повинні бути розташовані на мінімальній відстані b″ від розподільних вікон цапфи, наскільки це припустимо вимогами герметичності.

Перекриття m = s - k перевальною перемичкою каналу k циліндра звичайно вибирається рівним m =(0,03-0,05)D.

Для запобігання можливості заклинювання розподільної пари насосів великої потужності ротор 1 (мал. 15) часто встановлюють на двох підшипниках кочення 2, що сприймають на себе навантаження від сил тиску рідини.

Мал. 15. Схема радіально-поршневого насоса значної потужності

Об'ємний ККД радіально-поршневих насосів при номінальному режимі роботи дорівнює 0,96-0,98 і вище, механічний ККД - від 0,80 до 0,95.

Застосовують також поршневі насоси й гідромотори радіального типу з торцевим розподілом. Плоский розподільний золотник підтискається до торця циліндрового блоку за допомогою пружин і тиску рідини. Цей розподіл відрізняється високою герметичністю, завдяки чому такі гідромотори придатні для роботи при малих частотах обертання (до 1 об/хв).