Порядок выполнения

1. Получите у преподавателя исследуемый образец поршневой гидромашины, величины: давления, частоты вращения, КПД, коэффициента подачи, высоты всасывания и плотности жидкости.

2. Измерьте массу (без жидкости) исследуемой гидромашины.

3. Разберите исследуемый образец для доступа к рабочим органам.

4. Определите к каким поршневым гидромашинам относится исследуемая: по виду рабочих органов, распределению жидкости, виду передачи движения к рабочим органам и т.д.

5. Определите рабочий объем гидромашины.

Для машин одностороннего действия рабочий объем определяется по следующей формуле

, (20)

где V₀ – рабочий объем, см³; D – диаметр поршней, см; h – ход поршней, см; z – количество поршней в одном ряду; m – количество рядов; k – кратность насоса.

Рабочий объем машин двухстороннего действия

, (21)

где V₀ – рабочий объем, см³; S₁ – площадь поршня в поршневой камере, см²; S₂ – площадь поршня в штоковой камере, см²; h – ход поршней, см; z – количество поршней в одном ряду; m – количество рядов; k – кратность насоса.

Рабочий объем дифференциальной поршневой машины

. (22)

6. Определите по представленным выше формулам идеальную подачу насоса, подачу насоса, давление, полезную мощность и мощность насоса, крутящий момент на валу и удельную металлоемкость.

Вопросы к лабораторной работе

1. В чем заключается принцип действия поршневой гидромашины?

2. Какой вид распределения рабочей жидкости используется в исследуемой гидромашине?

3. К каким поршневым гидромашинам относится исследуемая машина?

4. Какие рабочие органы используются в данной гидромашине?

5. Какие виды передачи движения к рабочим органам используются в поршневых гидромашинах?

6. Как поршневые гидромашины подразделяются по расположению рабочих органов?

7. Назовите и покажите на исследуемой гидромашине основные детали.

8. Как определяется рабочий объем поршневых насосов различных типов?

9. Как определить идеальную подачу, подачу и давление объемного насоса?

Лабораторная работа № 2

Изучение конструкции, принципа действия и

определение основных и вспомогательных параметров

радиально-поршневых гидромашин

Общие сведения

Радиально-поршневые гидромашины относятся к роторно-поршневым гидромашинам. Роторно-поршневая машина - это машина, в которой рабочими органами являются поршни или плунжеры, совершающие вращательное и возвратно-поступательное движение. Если ось вращения ротора перпендикулярна осям рабочих органов или составляет с ними угол более 45⁰, то такую машину называют радиально-поршневой (рис. 2).

Рассмотрим принцип действия радиально-поршневого насоса (рис. 2). поршни 1, установленные в цилиндрах ротора 2, взаимодействуют со статором 3 либо сферическими поверхностями своих торцов либо через ролики. При этом ротор 2 жестко связан с валом 4, который приводится во вращение. За счет того, что статор смещен относительно оси вращения ротора (рис. 2, а) или имеет радиус переменной кривизны (рис. 2, б, в), поршни совершают в роторе возвратно-поступательные движения. Вследствие чего рабочие камеры периодически изменяют свой объем. А за счет распределения рабочей жидкости камеры сообщаются в соответствующие моменты с входом или выходом гидромашины. Для распределения жидкости в радиально-поршневых гидромашинах чаще применяют цапфенные 5 или реже торцовые распределители 6.

Радиально-поршневые гидромашины по сравнению с другими роторными машинами отличаются громоздкостью, высокими моментами инерции и худшей герметичностью.

В современных гидравлических приводах наибольшее распространение, среди радиально-поршневых гидромашин, получили гидромашины с цилиндрами, расположенными перпендикулярно к оси вращения ротора.

Радиально-поршневые роторные гидромашины бывают однократного (рис 2, а), двухкратного (рис 2, б), трехкратного и многократного (рис 2, в) действия.

Цилиндры, оси которых расположены в одной плоскости, образуют ряд. Радиально-поршневые гидромашины могут быть одно-, двух-, трех- и многорядными.

В радиально-поршневых машинах применяются различные схемы контакта поршня с поверхностью статора (рис. 3). При выполнении контактирующих торцов поршней в виде сферических (рис. 3, а) или грибообразных (рис. 3, б) головок, чтобы уменьшить трение между поршнем и статором, поверхность последнего выполняют наклонной, в поперечном сечении, относительно оси поршня. Угол между поверхностью статора и осью поршня обычно составляет от 70 до 75 градусов. В таком случае, за счет смещения точки контакта относительно оси поршня, поршень при вращении ротора совершает поворотное движение относительно собственной оси. Таким образом, когда поверхность статора наклонная, торцовая поверхность поршня не скользит по поверхности статора, а катится по ней, естественно, что при качении потери на трение значительно меньше чем при скольжении. Возникающие, вследствие наклона опорной поверхности статора, осевые составляющие силы давления уравновешивают в гидромашинах с рядностью больше двух путем установки статорных колец наклоном в противоположные стороны.

Так же для контакта поршней со статором могут применяться башмаки (рис. 3, в) и башмаки с гидростатической разгрузкой (рис. 3, г), имеющие в зоне контакта со статором камеру, в которую подается жидкость под давлением, за счет чего башмак контактирует со статором через слой жидкости. Кроме того применяются различные схемы с применением роликов (рис. 3, д, е), позволяющие уменьшить трение, но значительно усложняющие конструкцию, увеличивающие массу и стоимость гидромашины.

В гидромашинах однократного действия стопорение статора не обязательно, так как возвратно-поступательное движение поршней обеспечивается смещением осей ротора и статора – эксцентриситетом. Это позволяет устанавливать статор на опорах качения, при этом статор называют барабаном. Вследствие взаимодействия с поршнями барабан совершает вращательное движение. При этом поршень совершает возвратно-поворотное движение, компенсирующее изменение расстояния между пятнами контакта поршней со статором, которое возникает при повороте ротора вследствие эксцентриситета ротора относительно статора.

Для обеспечения непрерывного контакта поршней со статором в радиально-поршневых гидромашинах используются центробежные силы или принудительное ведение поршней

а)

Центробежных сил достаточно для выдвижения поршня, когда величина этих сил больше сил сопротивления его выдвижению. Такой способ ведения поршней называют свободным. К силам сопротивления выдвижению поршня можно отнести силы трения поршня в роторе, силы инерции поршня и иногда силы от разности давлений на торцах поршня. Одним из условий работоспособности радиально-поршневой гидромашины со свободным ведением поршней является минимально-допустимая частота вращения, получаемая из уравнения равновесия сил, действующих на поршень. Радиально-поршневые гидромашины со свободным ведением поршней наиболее просты конструктивно и соответственно обладают меньшей стоимостью среди машин данного типа. К главным недостаткам таких гидромашин можно отнести ограничение по минимальной частоте вращения насосов.

В том случае, когда рабочая частота вращения вала гидромашины меньше, чем требуется для свободного ведения поршней, применяют принудительное ведение поршней. Принудительное ведение поршней может осуществляться при помощи ползунов или пружин.

В качестве направляющих, при ведении ползунами, как правило, используются пазы, выполненные на внутренних боковых поверхностях корпуса. А в качестве ползунов обычно применяют ролики, оси которых жестко связаны со свободными концами поршней. Поверхности роликов взаимодействуют с поверхностью пазов, таким образом, обеспечивается жесткая кинематическая связь поршней и статора, а также заданный закон движения поршней. К достоинствам гидромашин, данного типа, можно отнести следующие: возможность работы на малых частотах вращения и небольшие механические потери. Недостатками данных гидромашин являются: сложность конструкции, увеличенные габариты и большая стоимость.

Наиболее простым в конструктивном плане является принудительное ведение поршней пружинами. Пружины при данном методе ведения устанавливают обычно непосредственно в рабочей камере. Упираясь одним концом в ротор, а другим в поршень, пружины прижимают последний к статору, обеспечивая тем самым постоянный контакт между ними. Достоинством данного метода является его простота и малая стоимость. К недостаткам можно отнести увеличение механических потерь, увеличение мертвого объема и ограничение частоты вращения инерционностью пружин.