П е) д) орядок 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 аксиально-поршневым гидромашинам относится исследуемая: по виду рабочих органов, распределению жидкости, кратности, рядности и т.д.

5. Определите рабочий объем гидромашины.

Р абочий объем аксиально-поршневой гидромашины определяется по следующей зависимости:

, (26)

где V₀ – рабочий объем, см³; S_п – площадь поршня (плунжера), см²; z – количество поршней; D – диаметр окружности блока, на котором расположены оси цилиндров, см; γ – угол наклона блока (диска).

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 аксиально-поршневой гидромашины?

2. Какие виды распределения рабочей жидкости используются в аксиально-поршневых гидромашинах?

3. К каким аксиально-поршневым гидромашинам относится исследуемая машина?

4. Какие способы синхронизации вращения ведущего вала и блока цилиндров используются в аксиально-поршневых гидромашинах, их достоинства и недостатки?

5. Какие способы ведения поршней используются в аксиально-поршневых гидромашинах?

6. Назовите и покажите на исследуемой гидромашине основные детали.

Лабораторная работа №4

Изучение конструкции, принципа действия

и определение основных и вспомогательных параметров

шестеренных гидромашин внешнего зацепления

Объемные роторно-вращательные насосы по направлению перемещения рабочей жидкости относительно осей вращения рабочих органов подразделяются на зубчатые и винтовые. В зубчатом насосе перемещение рабочей жидкости происходит в плоскости, перпендикулярной оси или осям вращения рабочих органов. В зависимости от вида рабочих органов зубчатые насосы бывают шестеренные, коловратные и шланговые.

В шестеренном насосе в качестве рабочих органов применяются две или более шестерен, которые, взаимодействуя с внутренними рабочими поверхностями насоса, обеспечивают геометрическое замыкание рабочей камеры и, кроме того, передают крутящий момент. Передача крутящего момента с ведущих шестерен на ведомые синхронизирует их вращение, что избавляет от дополнительных синхронизирующих механизмов, применяемых в коловратных машинах. В зависимости от вида зацепления шестерен шестеренные насосы бывают с внешним или внутренним зацеплением. Машины с внутренним зацеплением рассматриваются в следующей лабораторной работе.

Перемещение жидкости в шестеренной гидромашине осуществляется следующим образом. При вращении шестерен посредством зубчатого зацепления обеспечивается синхронное вращение роторов машины. В полости связанной с входом машины зубья при выходе из зацепления освобождают межзубные впадины, которые заполняются рабочей жидкостью под действием давления на входе машины. При дальнейшем повороте шестерен происходит замыкание рабочих камер – межзубных впадин. С торцов шестерен замыкание рабочих камер осуществляется посредством боковых дисков либо компенсаторов торцовых зазоров. В радиальном направлении замыкание осуществляется за счет минимальных зазоров между вершинами зубьев и внутренней поверхностью корпуса насоса либо вкладышей. За счет вращения роторов рабочие камеры радиально перемешаются в плоскости перпендикулярной осям вращения роторов в полость связанную с выходом гидромашины. При входе зубьев в зацепление жидкость вытесняется из межзубных впадин и далее поступает на выход гидромашины.

Шестеренные гидромашины весьма разнообразны. В них применяются различные профили зубьев, основными из которых являются эвольвентный и эпициклоидальный. Зацепление может быть прямо-, косозубым или шевронным. Чаще всего применяется прямозубое зацепление.

Для уменьшения объемных потерь в шестеренных гидромашинах средних и высоких давлений применяется компенсация торцовых и радиальных зазоров. В некоторых конструкциях применяется компенсация только торцовых зазоров.

Для обеспечения оптимальной величины торцовых зазоров применяются различные способы компенсации по способу обеспечения и приложения прижимающего усилия. Прижимающее усилие может создаваться: пружинами, гидравлическим давлением или их сочетанием. Соответственно компенсаторы бывают пружинными, гидравлическими или пружинно-гидравлическими.

По точке приложения и обеспечению величины прижимного усилия торцовые компенсаторы бывают прямого, дифференциального либо следящего поджатия. В прямых компенсаторах (рис. 1) точка приложения прижимающего усилия находится посередине между осями вращения роторов. В дифференциальных компенсаторах (рис. 2) точка приложения прижимающего усилия не находится посередине между осями вращения роторов, а смещена в сторону полости находящейся под большим давлением, при этом величина усилия обеспечивается усилием пружин или усилием от давления в данной полости. В следящих компенсаторах точка приложения прижимающего усилия также смещена в сторону полости находящейся под большим давлением, при этом величина прижимающего усилия зависит от давления в уплотняемых рабочих камерах. Насос с гидравлическими следящими компенсаторами торцовых зазоров представлен на рис. 4 и 8.

По конструктивному исполнению прямые компенсаторы бывают центральными или периферийными (рис. 1).

а) б)

Рис. 1. Виды конструктивного исполнения

прямого гидравлического компенсатора: а) центрального, б) периферийного

В объемных гидравлических приводах самоходных машин и металлорежущих станков наибольшее распространение получили шестеренные насосы внешнего прямозубого зацепления с гидравлической компенсацией торцовых зазоров. Номинальное давление таких насосов по большей части составляет от 14 до 21 МПа, насосы на давления выше 21 МПа имеют очень ограниченное распространение.

Рис. 2. Пружинно-гидравлический дифференциальный компенсатор

От насосов других типов шестеренные гидромашины положительно отличают низкая стоимость, простота конструкции, малые габариты и удельная металлоемкость, меньшая чувствительность к загрязнению рабочей жидкости, способность к самовсасыванию и большой диапазон частот вращения.

К недостаткам шестеренных насосов можно отнести значительную пульсацию подачи, чувствительность к перегреву, высокий уровень шума, меньший КПД.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются два основных типа шестеренных насосов для объемных гидроприводов: НШ-У и НШ-К. Общим для этих насосов является внешнее прямозубое зацепление шестерен и применение подшипников скольжения. Основным внешним отличием насосов является форма их корпусов: у НШ-У корпус «приплюснутый», а у НШ-К цилиндрический (К – круглый).

Для систем смазки узлов механизмов и перекачки нефтепродуктов применяются насосы низкого давления типа НМШ. Данные могут быть оборудованы компенсаторами торцовых зазоров так и нет.

Главное отличие насосов заключается в применении различных способов компенсации торцовых зазоров. В насосах НШ-У реализован способ гидравлического дифференциального поджима уплотняющих торцовых поверхностей, а в НШ-К – способ гидравлического следящего поджатия.

Насосы типа НШ-У (рис. 3) состоят из алюминиевого корпуса 1, крышки 2, ведущей вала-шестерни 3, ведомой вала-шестерни 4, втулок 5 и фигурных манжет 6. Валы-шестерни 3 и 4 установлены валами во втулки 5, которые вместе с фигурными манжетами 6 образуют гидрокомпенсаторы дифференциального типа.

Насосы типа НШ-К (рис. 4) состоят из алюминиевого корпуса 1, крышки 2, ведущей вала-шестерни 3, ведомой вала-шестерни 4, вкладышей 5 и 6, гидрокомпенсаторов 7 с уплотнениями 8, разгрузочных манжет 9 и манжеты прижима вкладышей 10. Вкладыши 5 и 6 образуют подшипники скольжения, в которые установлены валы-шестерни 3 и 4, кроме того, во вкладыш 5 установлены гидрокомпенсаторы 7. При работе насоса рабочие камеры, находящиеся в зоне нагнетания, через каналы в компенсаторе сообщаются с его камерами, герметизированными манжетами 8. Площадь камер компенсатора такова, что усилие от давления в них больше, чем усилие от давления в рабочих камерах, за счет чего компенсаторы прижимаются к торцам шестерен.

При этом торцовый зазор значительно уменьшается, а за счет наличия в гидрокомпенсаторе четырех независимых камер и отбора давления непосредственно из рабочих камер под ними обеспечивается способ следящего поджатия.

В корпусе 1 выполнены разгрузочные камеры, сообщенные с выходом насоса и ограниченные манжетами 9, сила от давления в которых уравновешивает вкладыш 5 от сил давления в камерах компенсаторов 7, передаваемых на вкладыш через уплотнения 8.

Так как сила от давления на шестерни направлена в сторону всасывания, при эксплуатации насоса происходит износ опорных поверхностей подшипников скольжения во вкладыше 6. Из-за выработки в подшипнике шестерни смещаются в сторону всасывания, вследствие чего увеличивается радиальный зазор между шестернями и вкладышем 5. Для предотвращения данного явления в насосе выполнена камера, ограниченная манжетой 10, а между стыковыми поверхностями вкладышей имеется зазор Δ. Поэтому при смещении вал-шестерней в сторону всасывания вкладыш 5 за счет силы от давления в камере ограниченной манжетой 9 смещается в ту же сторону. Таким образом, уменьшаются радиальные зазоры между шестернями и вкладышем 5, а также в подшипниках, что позволяет сохранить характеристики насоса.

Конструкция насосов типа НШ-К, по сравнению с конструкцией насосов НШ-У, является более прогрессивной, так как позволяет им работать при большем номинальном давлении. Для представления объемной конфигурации деталей шестеренного насоса на рис. 8 показан насос типа НШ-К в разборе. Позиции на рис. 8 те же, что и на рис. 4.

Защемление жидкости во впадинах между зубьями шестерен может возникнуть вследствие беззазорного зацепления, при котором проис­ходит плотное запирание жидкости во впадине входящим в нее зубом (рис. 8, а), а также вследствие одновременного зацепления двух (или нескольких) пар зубьев при зацеплении с существенными зазорами (рис. 8, б). В результате сжатия жидкости возникают большие нагрузки на шестерни, приводящие к износу зуба и перегрузке вала и подшип­ников. Разрежение, образующееся во впадине в период выхода зубьев из за­цепления, также отрицательно сказывается на работе насоса, поскольку в этом случае происходит выде­ление из жидкости паров и рас­творенного в ней воздуха, т. е. возникает кавитация.

Рис. 5. Пример конструкции насоса низкого давления типа НМШ

Рис 6. Схемы защемления жидкости во впадинах зубьев насоса

Рис 7. Разгрузка защемленного протранства при помощи каналов в шестернях

Т ак как сжатие жид­кости во впадинах шестерен ухудшает работу насоса, то при­бегают к разгрузке защемлен­ного объема. Отвод из впадин запертой жидкости обычно осуществляет­ся с помощью канавок в торцевых стенках корпуса насоса или в компенсаторах, каналов в шестернях (рис. 7), подрезания нерабочих поверхностей зубьев, выполнения зацепления с увеличенным боковым зазором. Разгрузочные канавки рекомендуют располагать так, чтобы отсе­ченное межзубное пространство сообщалось с зоной нагнетания лишь на время уменьшения своего объема, а в последующий период, когда объем увеличивается, соединялось для предотвращения кавитации с зоной всасывания.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются зубчатые и винтовые насосы?

2. Какие гидромашины относят к шестеренным?

3. В чем заключается принцип действия шестеренной гидромашины?

4. Какие применяются способы снижения объемных потерь?

5. Назовите способы разгрузки роторов.

6. Какие существуют способы разгрузки защемленного пространства?

7. Назовите и покажите основные детали шестеренной гидромашины.

Лабораторная работа № 5

Изучение конструкции, принципа действия

и определение основных и вспомогательных параметров

шестеренных гидромашин внутреннего зацепления

Шестеренные гидромашины с внутренним зацеплением

Шестеренные гидромашины с внутренним зацеплением, у которых рабочие камеры отделены друг от друга только зубьями шестерен без промежуточного серповидного элемента, называют героторными,.

Лабораторная работа № 6

Изучение конструкции, принципа действия

и определение основных и вспомогательных параметров

винтовых гидромашин

Библиографический список

1. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод / под ред. В.Н. Про­кофьева. – М.: Машиностроение, 1969. – 496 с.

2. Андреев А. Ф. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмомашины и передачи / А. Ф. Андреев, Л. Б. Барташевич, Н. В. Богдан и др., Под ред. В. В. Гуськова. Минск: Высш. шк., 1987. 310 с.

3. Башта Т. М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. М.: Машиностроение, 1982. 423 с.

4. Башта Т. М. Объемные гидравлические приводы / Т. М. Башта, И. З. Зайченко, В. В. Ермаков и Е. М. Хаймович. М.: Машиностроение, 1969. 628 с.

5. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросис­тем. – М.: Машиностроение, 1974. – 606 с.

6. Свешников В. К., Усов А. А. Станочные гидроприводы / Свешников В. К., Усов А. А. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с.