Об’ємні гідромашини

Технічні характеристики аксіально-кулькових насосів-дозаторів наведено в табл. 5.9.

5.9. Технічні характеристики аксіально-кулькових насосів-дозаторів

5.2.2. Радіально-поршневі гідромашини

Радіально-поршневою гідромашиною називають гідромашину, в котрій робочі камери утворені робочими поверхнями поршнів і ци- ліндрів, а осі поршнів розміщені перпендикулярно до осі блока ци- ліндрів або мають з нею кут більший ніж 45°.

Радіально-поршневі гідромашини можуть працювати як в режи- мі насоса, так і в режимі гідромотора.

Конструктивну схему радіально-поршневого насоса однохо-

дової дії показано на рис. 5.31. Статор 1 розміщений ексцентрично ротора 2 (В — ексцентриситет). В циліндрах, радіально розміщених

вроторі, знаходяться поршні 3. Вони спираються сферично голо- вкою на опорну поверхню статора. Осі циліндрів розміщені в одній площині і перетинаються в одній точці. Розподіл робочої рідини відбувається нерухомим цапфенним розподільником 4 в якому є всмоктувальна А і напірна Б порожнини, а також перемички Г, Д. Вал 5 жорстко з’єднано з ротором.

Принцип дії. При обертанні ротора, наприклад за стрілкою годинника, поршні здійснюють складний рух. Вони обертаються ра- зом з ротором і рухаються зворотно-поступально в своїх циліндрах так, що постійно контактують з напрямною статора. Поршні прити- скаються до статора відцентровими силами, тиском рідини (при на- явності підживлювального насоса) або пружинами. В робочих каме- рах, розміщених вище горизонтальної лінії, поршні переміщуються

внапрямку від цапфенного розподільника. Робочі камери сполучені

81

Розділ 5

Рис. 5.31. Радіально-поршневий насос одноходової дії:

а — конструктивна схема; б — умовне позначення насоса реверсивного регу- льованого; в — напівконструктивне позначення насоса; 1 — статор; 2 — ротор; 3 — поршень; 4 — розподільник; 5 — вал; А і Б — всмоктувальна і напірна по- рожнини; е — ексцентриситет; Г, Д — перемички; Н — насос; НР — насос раді- ально-поршневий

із всмоктувальною порожниною А. Оскільки об’єм робочих камер збільшується, то робоча рідина заповнює їх об’єми. Так відбувається процес всмоктування. На ділянці перемички Г, Д розподільника поршні не здійснюють поступального руху. Тому об’єм робочих ка- мер не змінюється. Робочі камери, розміщені нижче горизонтальної лінії, сполучені з напірною порожниною Б. Поршні в цих камерах переміщуються в напрямку до цапфенного розподільника і витіс- няють робочу рідину із камер в напірну лінію. Так проходить процес нагнітання.

Радіально-поршневі гідромотори поділяють за числом робо-

чих ходів за один оберт вихідного вала — одноходові (рис. 5.32, в, г) і багатоходові (рис. 5.32, а, б), за відносним розміщенням профільо- ваної напрямної — із зовнішньою (рис. 5.32, а, в) і внутрішньою

(рис. 5. 32, б, г).

При зовнішньому розміщенні така напрямна має форму кільця, при внутрішньому — ексцентрика, що зв’язані з валом гідромотора.

В гідромоторах багатоходової дії зусилля від поршнів на напря- мну передається за допомогою котків 4, а в гідромоторах одноходової дії для цього використовують опорні башмаки ковзання, що зв’язані з поршнем за допомогою шатунів (рис. 5.32, г), або кривошипно- кулісні механізми.

82

Об’ємні гідромашини

Рис. 5.32. Схеми радіально-поршневих гідромоторів:

а і б — багатоходових; в і г — одноходових; 1 — блок циліндрів; 2 — поршень; 3 — напрямна; 4 — каток; 5 — розподільник

Робоча рідина в гідромоторах розподіляється спрямівним розпо- дільником 5 через систему осьових і радіальних каналів.

Характер руху поршнів визначає профіль напрямної. Сила тиску рідини на поршень завжди направлена уздовж його осі.

Сила напрямного тиску до профілю напрямної в будь-якій точці, крім «мертвих», утворює з віссю поршня від’ємний від нуля кут. Внаслідок при взаємодії поршня з напрямною виникає тангенціа- льна сила, котра і визначає обертальний момент, що формується на кожному з поршнів.

Радіально-поршневі гідромотори багатоходової дії мають об’єм до 65•103 см3/об і розвивають момент 30•103 Нм.

Робоча рідина розподіляється індивідуальними або груповими розподільниками. Всі розподільники поділяють: за формою поверх-

83

Розділ 5

ні — на плоскі, циліндричні і сферичні; за способом переміщення — на розподільники з обертальним, коливальним, зворотно- обертальним і скануючим (планетарним) рухом.

На рис. 5.33 показано деякі види розподільних пристроїв.

Рис. 5.33. Схеми розподільних пристроїв радіально-поршневих гідромоторів

а, б — цапфенні; в — плоский; г — зі складеним золотником; 1 — рухомий елемент; 2 — нерухомий елемент

Врозподільнику (див. рис. 5.33, а) рухомим елементом 1 є цапфа. На цапфі два серпоподібних канали, що лежать в одній площині і сполучені відповідно з подачею і зливом. В корпусі є канали, що сполучають розподільну поверхню з робочими камерами гідромото- ра.

Вцапфенному розподільнику (див. рис. 5.33, б) рухомий елемент 1 здійснює не обертальний, а коливальний рух відносно нерухомого елемента 2 (втулки).

Плоский розподільник (див. рис. 5.33, в) застосовують у гідрома- шинах з нерухомими робочими камерами. Він складається з плос- кого золотника кільцевої форми, що встановлений на ексцентрико- вій шийці привідного вала між двома нерухомими торцевими пове- рхнями і здійснює скануючий рух.

Врозподільнику (див. рис. 5.33, г) плоский золотник суміщений з пристроєм для компенсації зазору. Золотник обертається відносно нерухомого корпусу.

На рис. 5.34 показано високомоментний радіально-поршневий гідромотор шестиходової дії.

Робочі камери А гідромотора утворені робочими поверхнями ци- ліндрів блока і поршнів. Кожна камера за допомогою каналів і отворів блока та торцевого розподільного диска з’єднана зі штуце- рами 1 або 12. Торцевий розподільний диск 5 притиснутий до торця блока циліндрів 10 через шайбу пружиною втулки 3. В цьому диску встановлено по три втулки 3 і 4, що сполучають канали диска з ка- налами кришки 2.

84

Розділ 5

При роботі кожний з одинадцяти поршнів здійснює за один оберт вала у заданій послідовності шість подвійних ходів, під час яких в робочих камерах відбувається нагнітання, а потім витіснення. При підведенні робочої рідини під тиском через штуцер 12 і втулку 4 рі- дина надходить до розподільного диска 5 і далі через торцеві отвори потрапляє в ті робочі камери, поршневі групи яких в цей момент розміщені на робочих ділянках копіра корпусу 7. В цих камерах відбувається процес нагнітання, поршні переміщуються в цилінд- рах і через вісь з силою F тиснуть на копір корпусу.

В точці контакту силу F можна розкласти на силу нормального тиску N, направлену по нормалі до опорної поверхні, і силу танген- ціальну Т, котра створює крутний момент, що обертає блок цилінд- рів і вал гідромотора.

При обертанні блока циліндрів в інших камерах відбувається ви- тіснення рідини. В цей момент їх підшипники кочення поршневих груп розміщені на холостих ділянках копіра.

Таку саму конструкцію мають і радіально-поршневі насоси. Їх по- діляють на реверсивні і нереверсивні, регульовані і нерегульовані. В гідроприводах верстатів застосовують такі марки: НРР, НРРШ — на- соси з ручним керуванням, нереверсивні (НРРШ мають вмонтова- ний шестеренний насос); НРС і 2НРС — насоси із стежним керу- ванням (НРС — нереверсивний, 2НРС — реверсивний); НРМ і НР4М — насоси з електрогідравлічним керуванням на дві і чотири подачі, реверсивні; НРД — насоси з керуванням за тиском, неревер- сивні. Цифри після букв, наприклад 450/100, вказують: 450 — робо- чий об’єм, см3; 100 — номінальний тиск, кгс/см2.

Технічні характеристики радіально-поршневих гідромашин на- ведено в табл. 5.10.

5.10. Технічні характеристики радіально-поршневих гідромашин

П р и м і т к а. Об’ємний ККД гідромашини становить 0,85 – 0,9; загальний —

0,77 – 0,85.

86

Об’ємні гідромашини

Матеріали основних деталей радіально-поршневих гід-

ромашин вибирають з урахуванням режимів роботи і умов експлу- атації, а також залежно від конструкції.

Для підвищення антифрикційних властивостей розподільного диска і блока циліндрів відповідно застосовують бронзи БрОСН10-2-3, БрОФ10-1 і сталь 20Х з цементацією робочої поверхні на глибину 0,7 – 0,9 мм і гартуванням до твердості НRС 58…62. Поршні виготовляють із сталей 20Х або ШХ15 з твердістю після те- рмічної обробки НRС 58…62, а для сталі 40Х з найбільшою можли- вою твердістю. Статор виготовляють із чавуну С412-40 або сталі.

Основні параметри. Робочий об’єм радіально-поршневої гідромашини одноходової дії

де Sп — площа поршня; h — повний хід поршня; h = 2e; е — ексцен-

триситет; z — кількість поршнів; K — кількість рядів поршнів. Робочий об’єм радіально-поршневої гідромашини багатоходової

дії

де h1 — хід поршня за один цикл; m — кількість циклів.

Оскільки ексцентриситет е спричинює хід поршня h = 2е, то змі- ною е регулюють робочий об’єм гідромашини. При можливості змі- щення статора в обидва боки від ротора з’являється можливість ре- версування потоку робочої рідини.

Діаметр поршня визначається умовою забезпечення робочого об’єму із виразу (5.20)

де h — хід поршня, h = h/dп = 0,65...1,00.

Довжина поршня l = 2(e +dп). Мінімальна глибина занурення поршня в роторі L1 = (1,5...2,0)dп. Діаметр ротора Dp =12,5dп, внут- рішній діаметр опорної поверхні статора Dc = Dp +2e. Діаметр цап- фенного розподільника Dц.р = (4,5...5,0)dп.

Всі інші параметри радіально-поршневих гідромашин визнача- ють так само, як і для аксіально-поршневих гідромашин.

Основою кінематичного розрахунку радіально-поршневої гідро- машини є схема механізму куліси, що обертається (рис. 5.35). Меха- нізм має нерухомий кривошип O1O2, шатун O2A і напрямний ци-

87

Розділ 5

ліндр з повзуном. Точка O1 відпо- відає осі вала, точка О2 — осі опо- рної поверхні статора (О1О2 = е).

При обертанні напрямного цилі- ндра навколо точки О1 повзун

здійснює обертальний рух навко- ло точки О1 і зворотно-оберталь-

ний в циліндрі.

Положення повзуна визнача-

ється кутом повороту γ і змінним

Рис. 5.35. Схема куліси, що обер- радіусом ρ

тається

ρ = Rcosβ+ ecos(180o − γ)

або при cosβ =1

ρ = R −ecosγ.

Переміщення повзуна становитиме x = e(1 −cosγ), а повний хід

x = 2e.

Відносна швидкість повзуна

Uп = dxdt = esinγddtγ = eωsinγ,

де ω — кутова швидкість напрямного циліндра.

Миттєва витрата (подача) рідини визначається як добуток площі повзуна на відносну швидкість, тобто

πd2

Qм = 4п eωsinγ.

Із залежності випливає, що радіально-поршнева гідромашина створює нерівномірну подачу (витрату) робочої рідини. Як свідчать дослідження, амплітуда коливань подачі зменшується зі збільшен- ням кількості поршнів, причому більше при парній кількості порш- нів, ніж при непарній.

В процесі роботи радіально-поршневого гідромотора на кожний поршень діє сила тиску рідини

πd2

F = P 4п

і сила інерції

Fін = mω2ρ.

88

Об’ємні гідромашини

Силу F можна розкласти на радіальну N = F /cosβ і тангенціа- льну T = tgβ сили.

Тангенціальна сила і створює крутний момент на валу ротора гі- дромотора.

Повний крутний момент для гідромотора дорівнює сумі момен- тів, що створює тангенціальна сила на кожному із поршнів.

П р и к л а д 5.10. Визначити основні параметри дворядного K = 2 радіаль- но-поршневого насоса, якщо його подача Q = 4 л/с, номінальний тиск Р = 10 МПа, частота обертання вала n = 980 об/хв, кількість поршнів в ряду z = 9, кількість циклів m = 1, об’ємний ККД ηV = 0,98, загальний ККД η = 0,92.

Розв ’ язок. Теоретична подача насоса

Прийнявши, що співвідношення ходу поршня до його діаметра h/dп = 0,65, знаходимо діаметр поршня

Приймаємо dп = 30 мм.

Хід поршня визначимо за залежністю

Nк = PQ =10 4 = 40 кВт.

Потужність, що споживається насосом від електродвигуна,

N = Nк/η = 40/0,92 = 43,5 кВт.

Приклад 5.11. Визначити витрату рідини Q і тиск Р1 на вході в радіаль-

но-поршневий гідромотор, при яких крутний момент на його валу дорівнювати- ме М = 1,5 кНм, а частота обертання вала п = 120 об/хв, якщо тиск на виході

89