Примечание: учебный материал о диафрагменных насосах и электробензонасосах изучить самостоятельно (см. Приложение II).

Модуль 2. Гидравлические и пневматические системы.

Предисловие.

Фундаментальные научные разработки по механике жидкостей, начало которым было положено ещё в глубокой древности Архимедом, привели к созданию гидравлических систем, играющих особо важную роль в современной технике. К ним отнесятся гидронасосы, гидродвигатели, гидравлические приводы. В качестве исполнительных устройств их используют в станках и автоматических линиях, в системах управления самолётом и автомобилем, в различных манипуляторах, роботах и т.д.

Наряду с этими машинами применяются также рабочие устройства, использующие пневмопривод. Рабочий процесс в нём осуществляется с помощью воздуха, находящегося под давлением.

Применение пневмопривода в тракторах и автомобилях связано, главным образом, с управлением тормозами. Простота конструкции, невысокие требования к обслуживанию при эксплуатации являются положительными качествами пневматических систем управления. Поэтому на машинах, оборудованных пневматической системой тормозов, находят применение пневматические сервоприводы управления сцеплением, механизмами блокировки дифференциалов и другие пневматические системы.

Пневмопривод широко используется в пневматических вибрационных молотах для забивания свай, уплотнителях грунтов, в отбойных молотках и т.п.

Часть четвёртая. «Гидравлические машины»

4.1. Общие сведения о гидравлических машинах. Классификация гидравлических машин. Основные технические показатели гидромашин.

Гидравлические машины - устройства, предназначенные для перемещения жидкости, преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию, а также передачи механической энергии от одного механизма к другому или преобразования различных видов движений и скоростей посредством жидкости.

Есть и несколько другое более узкое определение гидравлической машины: гидравлическая машина - это устройство, в котором осуществляется передача механической энергии от протекающей через неё жидкости рабочему органу гидромашины (рабочее колесо, поршень и т.д) и наоборот, от рабочего органа к жидкости.

Соответственно гидравлические машины подразделяются на два основных класса: гидронасосы, гидродвигатели.

Гидронасос - гидравлическая машина, в которой механическая энергия, приложенная к выходному валу, преобразуется в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости. В гидронасосах рабочий орган отдаёт энергию протекающей 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, то силовым цилиндром (гидроцилиндром).

В гидравлических двигателях рабочий орган получает энергию от протекающей жидкости. К таким двигателям относят и гидротурбин ы.

Многие гидродвигатели обратимы, т.е. могут работать как гидронасосы.

Широкое распространение на практике получили системы, включающие гидронасосы и гидродвигатели. В их состав также входят средства управления (гидроаппараты) и короткие трубопроводы (гидролинии). Эти системы получили название гидроприводов.

Основные технические показатели гидравлических машин.

Рабочий объем гидромашины:

- в насосе это объем жидкости, вытесняемый в систему за один оборот вала насоса;

- в гидромоторе - объем жидкости, необходимый для получения одного оборота вала гидромотора.

- в гидроцилиндре –объём гидроцилиндра.

Гидромашины изготавливаются с постоянным и переменным рабочим объемом. В соответствии с этим гидромашины с постоянным рабочим объемом называются нерегулируемые, а с переменным - регулируемые.

Насосы.

Объёмная подача Q(м³/с) – объём жидкости, подаваемый насосом в единицу времени. Подача зависит от геометрических размеров насоса, скорости движения его рабочих органов, а также от гидравлического сопротивления трубопровода, связанного с насосом.

Идеальная подача Q_ид – это сумма подачи насоса Q и объёмных потерь жидкости в насосе Q_у, т.е. утечек через зазоры:

Q_ид = Q + Q_у (4-1)

Давление насоса определяется зависимостью

Р = Р_н - Р_в + ρ (u_н²/ 2 - u_в²/ 2) + ρg(z_н - z_в ) (4-2) Здесь Р_н - даление нагнетания (на выходе), Р_в - давление всасывания (на входе), z_н и z_в – геометрические напоры нагнетания и всасывания (расстояния по вертикали от поверхности жидкости в расходном резервуаре 2 до центров сечений выходного и входного отверстий насоса, u_н и u_в – скорости движения потока жидкости в выходном и входном сечениях.

Напор насоса Н – разность удельных энергий жидкости при выходе из насоса и входе в него, выражаемая высотой столба подаваемой жидкости:

Н = (Р_н - Р_в) / ρg + (u_н² - u_в²)/2g + (z_н - z_в ) (4-3)

Если давление Р_в является вакуумметрическим, то в формуле (4-3) знак минус (-) перед Р_в меняется на плюс (+).

Мощность насоса:

N = Mω (4-4)

M – крутящий момент на валу насоса, ω – угловая скорость вращения (ω = 2πn, где n –число оборотов за единицу времени).

Полезная мощность насоса N_п – мощность, сообщаемая насосом жидкости:

N_п = ρgQH (4-5)

Коэффициент полезного действия насоса (кпд на валу):

η = N_п / N = η₀η_гη_м (4-6)

Объёмный кпд:

η₀ = Q/ Q_ид = Q/ (Q + Q_у) (4-7)

учитывает потери мощности в насосе из-за утечек жидкости через зазоры.

Гидравлический кпд:

η_г = Н/(Н + h) (4-8)

где h – потери напора в насосе, учитывает потери мощности в насосе на преодоление линейных и местных потерь.

Механический кпд:

η_м = (N – N_м)/ N (4-9)

учитывает механические потери мощности в насосе (в подшипниках, уплотнениях, в механизме насоса и др.)

Кпд насосного агрегата (полный кпд насоса):

η_н.а. = N_п / N_н.а. (4-10)

Геометрическая высота всасывания (z _в на рисунке 4.1) – расстояние по вертикали от центра входного отверстия насоса до поверхности жидкости в расходном резервуаре.

Вакууметрическая высота всасывания на практике обычно отсчитывается от уровня жидкости в расходном резервуаре до оси насоса и определяется выражением:

Н_вак= (Р_атм -Р_в) / ρg (4-11)

где Р_атм - атмосферное давление, Р_в – давление на входе в насос (абсолютное давление). Минимальное давление на входе в насос равно 0. Следовательно, предельную высоту всасывания упрощённо можно найти по формуле:

Н_вак< (Р_атм / ρg) < 10м. (4-12)

На практике высота всасывания обычно не превышает 6-7 м.

 

Гидромоторы.

Рабочий объем гидромашины в насосе - это 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 нерегулируемые, а с переменным – регулируемые. Гидромоторы, используемые при большой частоте вращения, условно называют средне- или высокооборотными (низкомоментными). Гидромоторы, предназначенные для создания большого крутящего момента при малой угловой скорости, принято условно называть высокомоментными.

Объемные потери и объемный к.п.дгидромотора. 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 за единицу времени –(подача) расход Q - превышает теоретическое (идеальное) значение Q_т. Поэтому объёмный к.п.дгидромотора:

η₀ = Q_т/Q = Q_т/(Q_т + Q_у) (4-13) где Q_у - величина утечек в гидромоторе (объемные потери).

Теоретический (идеальный) расход:

Q_ид= Q_т = V₀ •n_м (4-14) Мощность и крутящий момент на валу гидромотора. Фактическая мощность, развиваемая гидромотором при данном перепаде давлений ∆P: N = ∆P •V₀ •n_мη_м, (4-15) где V₀ - рабочий объем гидромотора; n_м- частота вращения гидромотора; η _м – к.п.дгидромотора.

Теоретическая (идеальная) мощность:

N_т = ∆P •V₀ •n_м. (4-16)

Выразив крутящий момент через теоретическую мощность и угловую скорость ω= 2πn, получим теоретическую величину крутящего момента для гидромашины (как для насоса, так и для гидродвигателя):

М= ∆P •V₀ •n_м /2π•n_м = ∆P •V₀ / 2π. (4-17)

Гидроцилиндры.

Основными параметрами поршневого гидроцилиндра являются: диаметры поршня D и штока d,

Рисунок 4.1.

 

рабочее давление P, и ход поршня S.

Для поршневого гидроцилиндра с односторонним штоком (рис.4.1). по основным параметрам можно определить следующие зависимости:

- усилие на поршне или штоке:

F = ∆Р •S •η_тр, (4-18)

где η_тр = 0,9…0,98 - коэффициент, учитывающий потери на трение; ∆Р- перепад давлений на гидроцилиндре ∆Р = Р₁-Р₂, S-эффективнвя площадь S₁ или S₂;

- площадь поршня в поршневой полости 1 и в штоковой полости 2 соответственно:

S₁ = πD²/4; S₂=π(D²-d²)/4 (4-19)

- скорости перемещения поршня:

U₁= 4Q₁/πD² и U₂= 4Q₂/π(D²-d²) (4-20)

Расход жидкости и скорость движения поршня связаны соотношением:

Q = (u _п •S_п)/η₀ (4-21)

Объёмный к.п.дη₀ для гидроцилиндра можно приближён-но считать равным единице, как и гидравлический к.п.д, так как объёмные и гидравлические потери в нём малы.

Полный к.п.д. гидроцилиндра определяется значением механического к.п.д(0.85- 0.90 для большинства конструкций).

 

Насосами называют машины для создания напорного потока жидкой среды. Этот поток создаётся в результате силового воздействия на жидкость в проточной полости или рабочей камере насоса. История возн.насоса - гиперссылка

По характеру силового воздействия на жидкость различают насосы объёмные и динамические.

В объёмном насосе силовое воздействие на жидкость осуществляется в проточной (рабочей) камере,периодически изменяющей свой объём и попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

В динамическом насосе силовое воздействие на жидкость осуществляется в проточной (рабочей) камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса.

К динамическим насосам относятся:

- лопастные (центробежные и осевые);

- электромагнитные;

- насосы трения (вихревые, струйные, дисковые и др.).

К объёмным насосам относятся:

- возвратно-поступательные (поршневые и плунжерные, диафрагменные);крыльчатые;роторные (роторно-вращательные и роторно-поступательные).

Агрегат, состоящий из насоса (или нескольких насосов) и приводящего двигателя, соединённых друг с другом, называется насосным агрегатом (электронасосный, турбо-насосный, гидроприводный, паровой, пневматический, дизель-насосный и др.)

 

Рисунок 4.1. Схема насосной установки

 

На рис. 4.1 приведена примерная схема насосной установки.

Жидкость из бака 2 через фильтр и обратный клапан 1 по всасывающему трубопроводу 3 подаётся в насос 5, приводимый в действие электродвигателем 4. Рабочий орган насоса сообщает жидкости дополнительную механическую энергию и она по нагнетательному трубопроводу 6 поступает в резервуар 11. На напорном трубопроводе установлены манометр 9 и кран (задвижка) 7. Мановакуумметр 8 установлен на всасывающем трубопроводе.

 

Насосный агрегат с трубопроводом и комплектующим оборудованием, обеспечивающим работу насоса, называется насосной установкой.

 

4.2 Объёмные гидромашины.

4.2.1. Возвратно-поступательные (поршневые) насосы.

П о типу вытеснителей возвратно-поступательные насосы делятся на поршневые, плунжерные и диафрагменные.

На рисунке 4.3 приведена схема действия поршневого насоса одно-стороннего действия с простым поршнем.

Работает он следующим образом:

Кривошипно-шатунная система (7,8,9) передаёт движению штока 4, который заставляет поршень совершать возвратно-поступательное движение.При движении поршня вправо в камере 1 создается разрежние (пониженное давление). Нижний клапан (на всасывании) открывается и поток жидкости по всасывающему патрубку 2 устремляется в камеру 1. При движении поршня обратно в камере создается избыточное давление, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается и поток воды выгоняется поршнем в нагнетательный патрубок 6.

В случае с насосами двустороннего действия, подача в два раза больше насоса с односторонним действием того же диаметра цилиндра и хода поршня, и, кроме того, обеспечивается более равномерная подача жидкости.

По характеру движения ведущего звена различают насосы:

а) прямодействующие, в которых ведущее звено совершает возвратно-поступательное движение (например, прямодействующие паровые);

б) вальные, в которых ведущее звено совершает вращательное движение.

По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход различают насосы:

- одностороннего действия; двустороннего действия.

По количеству поршней или плунжеров насосы бывают:

-однопоршневые; двухпоршневые; трёхпоршневые; многопоршневые.

В современных поршневых насосах наибольшее распространение получили клапаны, нагруженные пружинами.

 

Рис. 4.3. Схема поршневого насоса с возвратно-поступательным движением поршня

 

Рис. 4.4. Поршневые насосы: a-собственно поршневой; б-плунжерный; 1- рабочая камера; 2-поршень; 3-цилиндр; 4-шатунно-кривошипный механизм; 5, 6 - всасывающий и нагнетательный клапаны; 7-плунжер.

 

Рабочий объём насоса определяется как разность наибольшего и наименьшего значений рабочей камеры за один оборот вала или за двойной ход рабочего органа насоса (вытеснителя):

V₀ = iSL (4-25) где i - число поршней, S – площадь поршня, L – ход поршня.

Для насосов двустороннего действия (с площадью сечения штока s):

V₀ = i (2S – s) L (4-26).

 

Подачанасоса:Q = η₀ •Q_ид = (η₀ •V₀ •n)/60. (4-27)

Объёмный кпд поршневых насосов составляет 0,85-0,99, а подача меняется в пределах от 0,5 м³/час до 300 м³/час. Давление на выходе у поршневых насосов может достигать 20 МПа. Поршневые насосы служат для перекачки воды, сжиженных углеводородов, спирта, кислот, нефте-продуктов, каменноугольной смолы, известкового молока, эмульсий и суспензий и т.п.

На дизельных двигателях топливоподкачивающий насос поршне-вого типа установлен на топливном насосе высокого давления и приводится в действие от эксцентрика кулачкового вала этого насоса.

Наименования некоторых марок поршневых насосов расшифровываются следующим образом: Т – трёхцилиндровый, Тр – трёхцилин-дровый регулируемый, ТГ – трёхцилиндровый горизонтальный, ХТ – хи-мический трёхцилиндровый, ХПр-химический поршневой регулируемый, ЭНП – электроприводный насос поршневой, НД – насос дозировочный, ПДГ – паровой двухцилиндроый горизонтальный, ПДВ – паровой двух-цилиндровый вертикальный и т.д.

Подача этих насосов такая же, как и обычных поршневых насосов одностороннего действия с кривошипно-шатунным механизмом.

Подача насоса определяется по формуле:

Q = η₀ •(2S•e•z•n)/60 (4-28).

Здесь η ₀ – объёмный кпд насоса, равный 0,75-0,95, S – рабочая площадь цилиндра, е – величина эксцентриситета, z – число рабочих камер, n – частота вращения вала насоса, об/мин.

Кулачковые поршневые насосы способны создавать высокие дав-ления. Они получили широкое распространение в строительных и дорож-ных машинах

Плунжерный насос. Плунжер — вытеснитель цилиндрической фор-мы, длина которого намного больше диаметра. В отличие от поршня упло-тнитель располагается на цилиндре и при совершении плунжером воз-вратно-поступательного движения движется по поверхности плунжера. Плунжеры используются главным образом в гидравлических аксиально-плунжерных, радиально-плунжерных гидромашинах, а также в плунжерных насосах. Также в системах подачи топлива дизельных двигателях — в топливных насосах высокого давления — получили распространение плунжерные пары.

 

 

Рис. 4.5. Схема плунжерного насоса.

 

При движении плунжера вправо давление в камере понижается и становится ниже, чем давление жидкости во всасывающей трубе. Под действием разности давлений всасывающий клапан открывается и жид-кость заполняет рабочую камеру. При движении плунжера влево давление в камере возрастает и становится выше, чем давление в нагнетательном трубопроводе. Открывается нагнетательный клапан и жидкость из камеры вытесняется в напорный трубопровод.

Для обеспечения уплотнения плунжер должен иметь достаточную износостойкость, герметичность достигается высокой точностью изготовления и жесткими требованиями к шероховатости поверхности. Последние условия обусловили высокую стоимость плунжерных пар.

Большой крутящий момент, высокая развиваемая мощность, эко-номный расход топлива, низкий уровень токсичности выбросов дизельных двигателей во многом зависят от качества изготовления и конструкции плунжерных пар. Прецизионное производство подразумевает изготовление плунжерных пар, которые имеют диаметр от 6 до 20 мм, разнообразную конструкцию. Конструкция плунжерной пары включает плунжер с 2-мя от-сеченными, а также дополнительными кромками, который управляет углом опережения впрыска по нагрузке

Некоторые типы плунжерных насосов используются в качестве топ-ливных насосов дизелей. Так, в двигателях тракторов Т – 150, Т-150К используются распределительные плунжерные насосы НД – 22/6 (насос дозировочный, двухплунжерный, шестицилиндровый).

Дизельные двигатели ЯМЗ-238НБ (трактор К-700А), ЯМЗ-240Б (трактор К-701) оснащаются топливными насосами высокого давления (плунжерными) одноимённой марки (ЯМЗ). Дизельные двигатели марки СМД (трактор ДТ-75, комбайны СК «Нива», «Дон») оснащаются плун-жерными насосами 4ТН-9х10, УТН-5 (топливный насос 4-х плунжерный, диаметр плунжера 9мм, ход плунжера 10 мм; универсальный топливный насос пятой модификции и т.п.) На двигателях КамАЗ устанавливаются плунжерные насосы марки 33, 34, 331, на двигателях ЗИЛ –насосы марки 941. Насосы дизелей КамАЗ и ЯМЗ оборудованы механическим всере-жимным регулятором частоты вращения, насосом низкого давления пор-шневого типа и автоматической муфтой опережения впрыскивания. На сегодняшний день широкое распространение имеет производство плун-жерных пар для топливных насосов высокого давления двигателей ЯМЗ, КамАЗ, ЗИЛ, ММЗ, а также выпуск и ремонт плунжерных пар ТНВД зару-бежных производителей Mercedes, Man, Ikarus, Tatra и др.

Плунжерная пара ТНВД является одной из наиболее ответственных и дорогостоящих деталей дизельного двигателя. Поэтому нужно регулярно осуществлять оценку технического состояния плунжерных пар ТНВД. Для диагностики плужерных пар ТНВД и двигателей КамАЗ используется прибор ДД-2115. Использование этого прибора заметно увеличивает ка-чество ремонта топливной аппаратуры. Использование прибора ДД-2115 позволяет проверить такие параметры: работоспособность плунжерной пары, а также степень выработки (износа), которую имеет плунжерная пара.

Для плунжерной пары критическим является наличие в дизельном топливе примесей воды. Когда в зазор прецизионных деталей попадает во-да, смазывающая топливная пленка на трущихся поверхностях нарушается и плунжер работает без смазки. В результате трения образовывается задир прецизионных поверхностей, нагрев и их заклинивание. Попадание воды происходит в резуль-тате использования некачественного топлива. За счет попадания различных примесей в механизм плунжерной пары происходит ее заклинивание и нарушение работы насоса и двигателя. Вода, которая присутствует в топливе, может привести к образованию коррозии гильзы и плунжера. Чтобы избежать неисправностей, нужно регулярно осущест-влять диагностику плунжерной пары и пользоваться только качественным топливом.

Современной системой впрыска топлива дизельных двигателей является систем впрыска насос-форсунками. В в данной системе функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Собственно насос-форсунка и составляет одноименную систему впрыска.

Применение насос-форсунок позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива, выбросы вредных веществ, а также уровень шума.

В системе на каждый цилиндр двигателя приходится своя фор-сунка. Привод насос-форсунки осуществляется от распределительного вала, на котором имеются соответствующие кулачки. Усилие от кулачков передается через коромысло непосредственно к насос-форсунке.

 

Общий вид насоса – форсунки.

Рис.4.6. Схема насоса-форсунки.

1. винт с шаровой головкой

2. плунжер

3. плунжерная пружина

4. игла электромагнитного клапана

5. электромагнитный клапан

6. сливная топливная магистраль

7. обратный клапан

8. питающая топливная магистраль

9. пружина распылителя

10. запорный поршень

11. игла распыления

12. головка блока цилиндров

13. термозащитная прокладка

14. уплотнительные кольца

15. камера высокого давления

16. приводной кулачек

17. коромысло

Плунжер служит для создания давления топлива. Поступательное движение плунжера осуществляется за счет вращения кулачков распреде-лительного вала, возвратное – за счет плунжерной пружины.

Клапан управления предназначен для управления впрыском топ-лива. В зависимости от привода различают следующие виды клапанов: электромагнитный; пьезоэлектрический.

Пьезоэлектрический клапан пришел на смену электромагнитному клапану. Пьезоэлектрический клапан обладает большим быстродействием. Основным конструктивным элементом клапана является игла клапана. Пружина форсунки обеспечивает посадку иглы распылителя на седло.

Усилие пружины при необходимости поддерживается давлением топлива. Данная функция реализуется с помощью запорного поршня и обратного клапана.

Игла распылителя предназначена для обеспечения непосредствен-ного впрыска топлива в камеру сгорания.

Управление насос-форсунками осуществляет система управления двигателем. Блок управления двигателем на основании сигналов датчиков управляет клапаном насос-форсунки

Принцип действия насос-форсунки

Конструкция насос-форсунки обеспечивает оптимальное и процессе впрыска топлива предусмотрены следующие фазы: предварительный впрыск; основной впрыск; дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск производится для достижения плавности сго-рания смеси при основном впрыске. Основной впрыск обеспечивает качественное смесеобразование на различных режимах работы двигателя. Дополнительный впрыск осуществляется для регенерации (очистки от на-копленной сажи) сажевого фильтра.

Работа насос-форсунки осуществляется следующим образом. Ку-лачек распределительного вала через коромысло перемещает плунжер вниз. Топливо перетекает по каналам форсунки. При закрытии клапана происходит отсечка топлива. Давление топлива начинает расти. При дос-тижении давления 13 МПа игла распылителя, преодолевая усилие пру-жины, поднимается и происходит предварительный впрыск топлива.

Чем выше давление, тем больше количества топлива сжимается и соответственно больше впрыскивается в камеру сгорания двигателя. При максимальном давлении 220 МПа впрыскивается наибольшее количество топлива, тем самым обеспечивается максимальная мощность двигателя.

Основной впрыск топлива завершается при открытии клапана. При этом падает давление топлива и закрывается игла распылителя.

Дополнительный впрыск выполняется при дальнейшем движении плунжера вниз. Принцип действия насос-форсунки при дополнительном впрыске аналогичен основному впрыску. Обычно производится два дополнительных впрыска топлива.

Примечание: учебный материал о диафрагменных насосах и электробензонасосах изучить самостоятельно (см. Приложение II).

4.2.2. Шестерённые и винтовые гидромашины.

Шестерённые насосы. В системах смазки автомобилей и в гидравлических передачах широко используются. Шестерённый насос ВАЗ – 2108(09) односекционный, с зубчатым колесом внутреннего зацепления. Шестерня масляного насоса устанавливается на переднем конце коленчатого вала. При работе двигателя шестерня и ведомое зубчатое колесо насоса всасывают масло и впадинами зубьев нагнетают его в нагнетательную полость насоса. При дав-лении выше 4,4 ат. открывается редукционный клапан и часть масла из полости нагнетания перепускается в полость всасывания насоса. Крепится насос к передней стенке блока цилиндров.

У некоторых автомобилей масляный насос имеет две пары шестерен – две шестерни насажены неподвижно на приводном валике, две другие – свободно на оси. Приводной валик приводится в движение от косозубой шес-терни на распределительном валу (ЗИЛ –130) или от шестерни на переднем конце коленчатого вала (КамАЗ – 740). Верхняя секция подаёт масло в сис-тему смазки и фильтр центробежной очистки, нижняя – в масляный радиа-тор. У КамАЗА масляный насос расположен внутри картера, у ЗИЛ-130 – снаружи двигателя. Современные шестерённые насосы могут развивать давление до 200 ат. Подача может достигать 600 л/мин (мощность примерно 7,5 КВт). Объёмный кпднасо-сов меняется в

 

Рис. 4.14. Схема шестерённого насоса.

 

пределах от 0,76 до 0,94.

. Маркируются насосы следующим образом:

НШ и НМШ предназначены для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические системы тракторов, строи-тельных и дорожных машин, другой сельскохозяйственной техники

Насосы Ш предназначены для подачи масла, нефти, мазу-та, дизтоплива; насосы ШГ – для подачи парафина, нефти, мазута температурой менее 100 градусов Цельсия. Насосы Г11-2 и БГ11-2 используются в системе станочных гидроприводов

Винтовые насосы. Винтовой или шнековый насос — насос, в котором создание напора нагнетаемой жидкости осуществляется за счёт вытеснения жидкости одним или несколькими винтовыми металлическими роторами, вращающимися внутри статора соответствующей формы.

Рис.4.15. Винтовые насосы.

Винтовые насосы являются разновидностью роторно-зубчатых насосов и легко получаются из шестерённых путём уменьшения числа зубьев шестерён и увеличения угла наклона зубьев Перекачивание жидкости происходит за счёт перемещения её вдоль оси винта в камере, образованной винтовыми канавками и поверхностью корпуса. Винты, входя винтовыми выступами в канавки смежного винта, создают замкнутое пространство, не позволяя жид-кости перемещаться назад.

Предназначен для перекачивания жидкостей различной степени вязкости, газа или пара, в том числе и их смесей.Эти насосы могут работать при дав-лениях до 30 МПа. Впервые введенные в практику в 1936 году, винтовые насосы имеют простую конструкцию, могут работать в присутствии механи-ческих примесей и с вязкими флюидами, что бывает необходимо при реше-нии различных практических задач. Большое число установок винтовых на-сосов (УВН) используется для удаления воды из скважин, добывающих ме-тан из угольных пластов, прежде всего, благодаря их способности перекачивать жидкости с механическими примесями. Однако винтовые насосы пригодны и для других газовых скважин, а также для добычи воды и нефти. Для улучшения качества уплотнений и снижения утечек иногда применяется цилиндрический или конический эластичный корпус. В последнем случае конический винт прижимается пружиной, а иногда ещё и давлением перека-чиваемой жидкости. Однако насосы с эластичным корпусом способны выдерживать меньшие давления чем насосы с металлическим корпусом. В насосах с коническими винтами можно обойтись жёстким корпусом. Наиболее распространёнными являются трёхвинтовые насосы.

Достоинства винтовых насосов: - равномерная подача жидкости, в отличие от насосов поршневых и плунжерных; -способность перекачивать смеси из жидкой и твёрдой фаз без повреждения твёрдых включений в жидкости; -как и другие объёмные насосы, винтовые обладают способностью к самовсасыванию жидкости; -возможность получить высокое давление на выходе без множества каскадов нагнетания; -хорошая сбалансированность механизма и, как следствие, - низкий уровень шума при работе. Недостатки: -сложность и высокая стоимость изготовления насоса; -нерегулируемость рабочего объёма; -так же, как и другие виды объёмных насосов, винтовые нельзя пускать вхо-лостую без перекачиваемой жидкости, так как в этом случае повышается коэффициент трения деталей насоса и ухудшаются условия охлаждения; - в результате насос может перегреться и выйти из строя.

4.2.3. Аксиально-поршневые гидромашины. Аксиально-поршневые гидромашины считают-ся одним из самых распространенных видов гидравлического оборудования. Они имеют достаточно простую конструкцию, в которой цилиндрический блок приводится в движение приводным валом. Поршни аксиально-поршневого насоса одним концом закреплены на вращающемся наклонном диске. Вращательное движение приводного вала передается наклонному диску. С каждым оборотом

диска поршни совершают аксиальное возвратно-поступательное движение, попеременно всасывая рабочую жидкость гидросистемы из линии всасывания и нагнетая ее в напорную линию.Аксиально поршневые гидронасосы подразделяются на насосы с наклонным блоком цилиндров и насосы с наклонным диском. Первые получили наиболее широкое применение в объемных гидроприводах машин, работающих в средних и тяжелых режимах внешних нагрузок с большой частотой включения. Их следует предпочитать при выборе перспективного типа гидромашин с учетом номинального давления, так как они более надежны в условиях переменных нагрузок и менее чувствительны к загрязнению рабочей жидкости, чем аксиально-поршневые насосы с наклонным диском.

Типовое применение аксиально-поршневого насоса:

В составе комплектов гидравлики для полуприцепов: Самосвальный полуприцеп; полуприцеп-цистерна с насосной станцией; тяжеловозный полуприцеп (трал); полуприцеп-щеповоз с подвижными полами. В составе комплектов гидравлики для надстроек: самосвальный кузов;краноманипуляторная установка; пневмокомпрессор с гидравлическим приводом.

Аксиально-поршневые насосы отличаются:

1. по форме (с наклонным блоком и с наклонной шайбой).

2. По возможности управления подачей рабочей жидкости (регулируемые и нерегулируемые). 3. По количеству рабочих камер (однокамерные и двухкамерные).

4. По способу присоединения к приводу (ISO, UNI SAE-B и пр.)

Рис. 4.16. Принципиальные схемы аксиально-поршневых машин:

а) –с наклонным диском, б)- с наклонным блоком цилиндров; 1-ведущий вал, 2-диск, 3-шток, 4-блок цилиндров, 5-поршень, 6-гидрораспределитель, 7-пазы, 8-шарнир, 9-шатун.

Принцип работы аксиально-поршневого насоса. Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы получили широкое распространение при конструиро-вании объемных гидроприводов. Устройство аксиально-поршневого насоса основывается на кривошипно-шатунном механизме, который является кинематической основой гидромашин такого типа. В кривошипно-шатунном механизме движение параллельных друг другу цилиндров идет вместе с пор-шнями В это же время вращение вала кривошипа перемещает поршни отно-сительно цилиндров. Существует две основные схемы аксиально-поршневых гидромашин – с наклонным блоком цилиндров и наклонным диском. Прин-цип работы аксиально-поршневого насоса с наклонным диском основывается на блоке цилиндров, ось которого идентична оси ведущего вала (1), ось дис-ка (2) располагается к нему под определенным углом. К диску присоединены штоки (3) поршней (5). На рисунке 4.16 а) представлен вариант аксиаль-но-поршневого насоса с наклонным диском. Принцип его действия достаточ-но прост и надежен. Движение начинается с ведущего вала, который вращает блок цилиндров. Когда блок совершает поворот вокруг оси насоса в 180 гра-дусов, поршни выталкивают жидкость из цилиндра, поступательно двигаясь. Следующий поворот на 180 градусов поршень делает, всасывая рабочую жидкость. Торцовая поверхность блока цилиндров, отшлифованная и обра-ботанная, прилегает к неподвижному гидрораспределителю (6), поверхность которого также обработана и в котором имеются полукольцевые пазы (7). Один паз соединяется со всасывающим трубопроводом через каналы, другой присоединен к напорному трубопроводу. Блок цилиндров содержит отвер-стия, которые соединяют гидрораспределитель и цилиндры блока. Рабочая жидкость под давлением через каналы поступает в аксиально-поршневой насос. Из-за давления жидкость приводит в движение поршни, которые вращают вал и диск. Принцип действия аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком цилиндра имеет некоторые отличия. Наклонный блок состоит из поршней (5) и шатуна (9), которые наклонены на небольшой угол относительно вала (1) и приводного диска(2). Универсальный шарнир (8) приводит блок цилиндров в движение от вала. Цилиндр блока вращается вместе с валом, поршни (5) и шатуны (9) совершают возвратно-поступательные движения при вращении вала. За один оборот блока происходит всасывание и нагнетание рабочей жидкости. Пазы гидрораспределителя (7) соединены со всасывающим и на-порным трубопроводами. Изменения угла наклона оси блока в отношении вала в пределах 25 градусов позволяют регулировать объемную подачу аксиально-поршневого насоса. Если блок цилиндров и ведущий вал расположены соосно, то поршни не двигаются и подача насоса нулевая.

Свои особенности есть и в принципе действия нерегулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным диском. 5 цилиндров в блоке вращаются вместе с валом (1) в корпусе (4).Поршни (11) возвратно-поступательно вра-щаются, благодаря опоре на наклонный диск (3). Напрямую к корпусным деталям передаются осевые силы давления – через люльку (14) передней крышке и задней крышке (8) корпуса через башмаки (13) поршней и гидро-распределитель (7). Эти детали являются гидростатистиескими опорами, которые работают при высокой скорости скольжения и высоком давлении. В конструкции аксиально-поршневого насоса-гидромотора применяется тор-цовый тип сиситемы распределения рабочей жидкости. Эта система обра-зуется открыванием окон (9) цилиндров, которые располагаются на торце (6) блока цилиндров и торцом гидро-распределителя (7).

Рис.4.17. Аксиально-поршневой нерегулируемый насос-гидромотор с наклонным диском: 1-вал, 2,8-крышки, 3-наклонный диск, 4-корпус, 5-блок цилиндров, 6-торец блока цилиндров, 7-гидрораспределитель, 9-окно, 10-пружина, 11-поршень, 12-шлицевое соединение, 13-башмак, 14-люлька.

Несколько основных функций выполняет система распределения: -упорный подшипник, воспринимающий сумму осевых сил давления от всех цилиндров; -переключатель соединения цилиндров с линиями всасывания и нагнетания рабочей жидкости; -вращающееся уплотнение, разобщающее линии всасывания и нагнетания одну от другой и от полостей вокруг.

Для правильно работы аксиально-поршневого насоса необходимо, чтобы по-верхности системы распределения были взаимно центрированы, а одна из них могла свободно двигаться, чтобы образовывался слой смазки. Этому по-могает расположенное между блоком цилиндров и валом подвижное эволь-вентное шлицевое соединение (12). Для того, чтобы не произошло расхож-дение стыка системы под действием силы поршней, конструкция предпола-гает наличие центрального прижима блока пружиной (10). Принцип работы аксиально-поршневого насоса- гидромотора с реверсивным потоком и наклонным блоком цилиндров имеет свои отличия в конструкции.Ось вращения блока (7) цилиндров в таких конструкциях нак-лонена к оси вращения вала (1).

Рис 4.18. Аксиально-поршневой нерегулируемый насос-гидромотор с реверсивным потоком и наклонным блоком:

1-вал, 2-уплотнение, 3-сферическая головка, 4-шатун, 5-юбка поршня, 6-шарнир, 7-блок цилиндров, 8-шип, 9-крышка, 10,11-окно, 12-пружина, 13-поршень, 14-диск.

Ведущий диск вала дополнен закрепленными сферическими шарнирами (6) в поршнях (13) сферическими головками(3) шатунов (4). Поршни совершают возвратно-поступательное движение вокруг цилиндров, приходя в движение вращением блока цилиндров и вала вокруг своих осей. Шатуны позволяют валу и блоку вращаться синхронно. Сами шатуны проходят положение наи-большего отклонения от оси поршня в определенной очередности и давят на ось поршня, прилегая к его юбке (5). Чтобы этот процесс происходил точно, юбки поршня созданы длинными, а шатуны в совей конструкции имеют корпусные шейки. Вокруг центрального шипа (8) вращается блок цилиндров, который соотносится с валом под углом в 30 градусов и прижимается пружиной (12) к распределительному диску, который в свою же очередь прижи-мается к крышке (9). Окна (10 и 11) в крышке (9) предусмотрены для подведения и отведения рабочей жидкости. Всасывание рабочей жидкости про-исходит через поршни, расположенные в верхней части блока. Одновременно с этим процессом нижние поршни нагнетают рабочую жидкость, вытесняя ее из цилиндров. Утечку масла из нерабочей полости насоса предупреждает манжетное уплотнение (2) в передней крышке гидронасоса.

4.2.4. Радиально-поршневые гидромашины. Радиально-поршневой насос также относится к роторно-поршневым гид-ромашинам, однако чаще всего применяется как гидромотор, нежели как насос.В данном насосе основным элементом является ротор с поршнями. Именно благодаря нему совершается вращательное движение рабочей части относительно корпуса насоса. Как и в аксиально-поршневом насосе, цилиндры исполняют роль рабочих камер, а поршни – роль вытеснителей. Радиально-поршневой насос на современном этапе развития техники при-меняется в гидроприводе промышленного оборудования, в строительной, сельскохозяйственной и дорожной технике.

В радиально-поршневых насосах вытеснителями также являются поршни или плунжеры, но расположенные радиально. На рис. 4.19 представлена конструктивная схема радиально-поршневого насоса однократного действия. Основным элементом насоса является ротор 4 с плунжерами 5, кото-рый вращается относительно корпуса 6 насоса. Ротор 4 установлен в корпусе 6 со смещением оси (с эксцентриситетом e). Полости всасывания и нагнетания располагаются в центре насоса и разделены перемычкой 2. При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе с ротором 4 и однов-ременно скользят по корпусу 6. За счет этого и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратно-поступательное движение плунжеров 5 относительно ротора 4. Когда рабочая камера перемещается из верхнего положения 3 в нижнее 1, ее объем увеличивается. При этом перемещении она через отверстие в роторе 4 соединена с полостью всасывания, поэтому обеспечивается ее заполнение рабочей жидкостью — всасывание. При об-ратном перемещении — из нижнего положения 1 в верхнее 3 — камера уменьшается и происходит вытеснение жидкости в полость нагнетания.

 

Рис.4.19. Радиально-поршневой насос: 1,3-рабочие камеры; 2-перемычка; 4-ротор; 5-плунжеры; 6-корпус.

Объем рабочей камеры Wk найдем как произведение площади плунжера Sп и его рабочего хода (L) (Wk = Sп • L). Из анализа рис. 1 следует, что (L = 2е). Тогда с учетом Wo = к•z•Wk

получим формулу для рабочего объема насоса:

Wo = 2•Sп•e•k•z.

В формулу включена кратность работы (k), так как радиально-поршневые насосы могут быть двух и многократного действия. Это обеспечивается за счет создания на внутренней поверхности корпуса специаль-ного профиля, благодаря которому каждый плунжер совершает два или более рабочих ходов за один оборот ротора. Следует также отметить, что эти гидравлические насосы однократного действия могут быть регулируемыми. В регулируемом насосе изменение рабочего объема обеспечивается за счет смещения ротора 4 относительно корпуса 6, т.е. за счет изменения величины (е). Радиально-поршневые насосы применяются существенно реже, чем аксиально-поршневые с качающими узлами. Их главное отличие от других роторных насосов заключается в том, что они выпускаются с большими рабочими объемами.