735

– максимальное (или максимальное кратковременное) давление рн max – это наи-

большее кратковременно допустимое давление в напорной линии, при котором насос может работать, например, 5 секунд в течение каждой минуты. Отношение рн max /рн ном у разных типов насосов от 1,2 до 1,5 и даже до 1,75.

Максимальное давление в гидропередачах устанавливает разработчик машины, указывая давления настройки предохранительных клапанов. При этом учитываются особенности работы машины, допустимые нагрузки на рабочие органы, максимальное давление насоса и других элементов передачи.

Производители насосов и гидромоторов регламентируют также допустимую величину давления в дренажной линии. Для аксиально-поршневых и пластинчатых гидромашин допустимое дренажное давление от 0,2 до 0,5 МПа, для героторных – до 1,0 МПа. Если давление дренажа выше допустимого, ускоряется износ уплотнительной манжеты по валу, происходит разгерметизация внутренней полости гидромашины.

Дренажные утечки отводят в бак, как правило, по обособленной дренажной, а не по сливной линии, в которой из-за сопротивлений фильтра и охладителя давление может превышать допустимую для дренажных линий величину.

Давление во всасывающей линии насоса. Если насос всасывает масло непо-

средственно из бака, сообщаемого с атмосферой, давление на входе в насос ниже атмосферного на величину потерь давления во всасывающей линии. Допустимое снижение давления (допустимый вакуум) определяется всасывающей способностью насоса и условиями отсутствия кавитации в его камерах. Давление во всасывающей линии повышают размещением бака выше насоса и применением подкачивающего насоса.

Коэффициент полезного действия насоса (КПД) н – это отношение мощно-

сти на выходе (в напорном трубопроводе)Рнвых к мощности на входе (на валу) Рнвх :

Для оценки влияния различных причин на потери мощности величину КПД представляют как произведение двух сомножителей:

где но – объёмный КПД, учитывающий утечки и сжимаемость масла; нгм – гидромеханический КПД, учитывающий потери энергии на преодоление сил трения внутри насоса.

Заводы-изготовители в характеристике насоса приводят не объёмный КПД но, а коэффициент подачи kQ, учитывающий не только утечки и сжимаемость масла, но и неполное заполнение камер при всасывании. Коэффициент подачи и объёмный КПД численно близки друг другу.

Мощность на валу Рнвх наряду с рабочим объёмом и давлением – одна из основ-

ных характеристик насоса.

Пример. Производительность насоса Qн = 190,2 л/мин, давление в напорной линии рн = 20 МПа, КПД насоса н = 0,9. Мощность на валу насоса:

Рнвх = Рнвых / н = рнQн / н = 20 · 106 · (190,2/60000) /0,9 = 58900 Вт.

КПД насоса изменяется при изменении частоты вращения вала и давления подачи. Если при фиксированном давлении существенно уменьшить частоту вращения вала,

22

то КПД понизится из-за увеличения доли дренажных утечек по отношению к теоретической производительности насоса при этой частоте (рис. 2.3, а). При некоторой весьма малой частоте nно производительность и КПД насоса становятся равными нулю. Если частота nн выше номинальной, КПД снижается из-за ухудшения заполнения рабочих камер.

Рис. 2.3. Изменение объёмного и полного КПД насоса:

а– при изменении частоты вращения вала и постоянном давлении;

б– при изменении давления в напорной линии и постоянной частоте вращения вала

Если при фиксированной частоте вращения вала существенно уменьшить давление в напорной линии по сравнению с номинальным, КПД насоса снизится из-за увеличения доли гидромеханических потерь энергии внутри насоса по отношению ко всей передаваемой им энергии (рис. 2.3, б). При росте давления выше номинального значение КПД снижается из-за возрастания доли объёмных потерь.

Вращающий момент на валу насоса Тн. Из зависимостей (2.4)…(2.7) получено:

откуда:

При рн = рн ном выражение (2.8) определяет номинальное значение необходимого вращающего момента на валу насоса Тн ном.

Пример. Рабочий объём насоса qн = 100 см3; давление в напорной линии рн = = 20 МПа; гидромеханический КПД насоса ηнгм = 0,96. Необходимый вращающий мо-

мент на валу насоса: Тн = 20·106·100·10-6/(2·3,14·0,96) = 332 Н·м.

2.3. Характеристики объёмных гидромоторов

23

В формуле (2.9) множитель ηмо (объёмный КПД гидромотора) учитывает дренажные утечки.

У гидромоторов аналогично насосам различают три частоты вращения вала:

–номинальная nм ном – это частота, при которой мотор работает в течение установленного срока службы с сохранением основных характеристик в пределах установленных норм;

–максимальная nм max – это наибольшая допустимая частота, ограниченная условиями прочности, долговечности, обеспечения приемлемого значения КПД;

–минимальная nм min – это наименьшая частота, при которой мотор может рабо-

тать устойчиво, без рывков, с сохранением приемлемого КПД. При уменьшении Qмвх и

частоты nм возрастает доля расхода утечек Qу. Это уменьшает объёмный КПД ηмо. Диапазон отnм min до nмmax угидромотороввесьма велик. Например, nмmin = 400 об/мин,

nм ном = 1500 об/мин, nм max = 4000 об/мин.

Расход масла на входе в гидромотор Qмвх = 190,2 л/мин; объёмный КПД

ηмо = 0,95; рабочий объём qм = 100 см3. Частота вращения вала:

nм = Qмвх ηмо/qм = (190,2/60000) · 0,95/(100 · 10-6) = 30,1 об/с.

Нередки случаи использования гидромоторов при частотах вращения вала, отличающихся от номинальных. Гидромоторы в этих случаях форсированы по частоте (nмnмном) или дефорсированы (nм nм ном). Использование моторов на частотах, отличных от номинальных, изменяет срок службы по сравнению с паспортным. Срок увеличивается у дефорсированного и уменьшается у форсированного мотора. Для обеспечения долговечности следует превышение частоты вращения компенсировать снижением давления.

Давление в напорной линии гидромотора:

–номинальное (или максимальное долговременное) pм ном – это давление, при котором гидромотор может работать в течение установленного заводом-изготовителем срока службы, сохраняя значения вращающего момента и КПД в установленных пределах;

–максимальное (или максимальное кратковременное) рм max – это наибольшее давление, при котором допустима кратковременная работа (например, не более 5 секунд в течение каждой минуты).

Как и у насосов, давление в дренажных линиях гидромоторов ограничено малыми величинами (от 0,2 до 0,5 МПа у аксиально-поршневых и до 1 МПа у героторных).

Коэффициент полезного действия гидромотора м. Полный КПД гидромотора равен отношению его полезной мощности к потребляемой. Полезная мощность Рмвых –

это мощность на выходе, т.е. на валу (Рмвых Тм м Тм 2 nм ). Потребляемая мощность

Рмвх – это мощность на входе, т.е. в напорном трубопроводе. Пренебрегая противодав-

лением в сливной линии, можно записать: Рмвх рмвхQмвх . Тогда:

Величину м можно представить в виде произведения объёмного КПД мо на гидромеханический мгм, т.е.: м мо мгм . Объёмный КПД учитывает утечки масла, снижаю-

24

в)

д)

Рис. 2.5. Схемы устройства аксиально-поршневых насосов: а – насос с наклонным блоком цилиндров; б – распределительный

диск; в – эквивалентная схема привода поршней; г, д – насосы с наклонным диском (г – нерегулируемый;

д – регулируемый)

На рис. 2.5, г, д показаны схемы аксиально-поршневых насосов с наклонным дис-

ком. При вращении ротора 4 (см. рис. 2.5, г) поршни 3 скользят по наклонному диску 2 и движутся в цилиндрах блока 4 возвратно-поступательно, всасывая и вытесняя масло через серповидные порези плоского распределительного диска 5.

Ход поршней Хп аксиально-поршневых насосов с наклонным блоком цилиндров и наклонным диском определяется одинаково (см. рис. 2.5, а, г):

где Dц – диаметр окружности, на которой в блоке цилиндров расположены центры цилиндров и поршней; D = 2a – диаметр окружности диска 2, на которой расположены опоры шатунов (см. рис. 2.5, а) или по которой движутся точки контакта с поршнями 3

(см. рис. 2.5, г).

Рабочий объём аксиально-поршневого насоса равен произведению площади поршня dп2 / 4 на число поршней zп и на ход поршня Хп:

где dп – диаметр поршня.

Устройство регулируемого насоса позволяет изменять угол и рабочий объём.

Например, в насосе, изображенном на рис. 2.5, д, угол можно изменять с помощью тяги 9 регулятора. Соединение плунжеров 3 с диском 2 в этом насосе выполнено посредством скользунов 11 и удерживающей пластины 12.

Устройство нерегулируемых аксиально-поршневых насосов с наклонным блоком цилиндров

На рис. 2.6 изображено устройство нерегулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком цилиндров. Качающий узел состоит из приводного вала 1, шатунов 11, поршней 12, радиального 14 и двух радиально-упорных шарикоподшипников 13,

26

Регулируемый аксиально-поршневой насос с наклонным блоком цилиндров

Распределительный диск 3 (рис. 2.10 и 2.11) слева прилегает к блоку цилиндров по сферической, а справа – к крышке 4 по цилиндрической поверхности с возможностью перемещения по этой крышке. Минимальный и максимальный углы наклона блока цилиндров ограничивают винты 5 и 6.

В диске 3 две серповидные прорези, а в крышке 4 против них расположены две вертикальные прорези, одна из которых соединена со всасывающей, другая – с напорной линией. В крышке 4 расположен регулятор 1, который пальцем 2 соединён с распределительным диском 3 и через это соединение может перемещать блок цилиндров, изменяя угол и рабочий объём насоса. Поршень регулятора 1 перемещается под действием разности сил давления масла, подаваемого под торцы поршня. Управляют подачей этого давления различные устройства, расположенные внутри регулятора или вне его.

28

2.5. Аксиально-поршневые гидромоторы

Принцип действия

Аксиально-поршневые моторы и насосы устроены одинаково. При работе в ре-

жиме гидромотора масло нагнетается в одну из подводящих линий, на валу возникает вращающий момент. Поясним это, используя расчетную схему, показанную на рис. 2.13.

В любое мгновение часть поршней 1 находится против прорези распределительного диска 5, соединенной с напорной, а часть – против прорези, соединенной со сливной линией.

Если поршней семь, то на три из них действуют силы Fa р dп2 /4, где р – давление

в напорной линии, dп – диаметр поршня. Силы Fа через шатуны 2 передаются на диск 3, выполненный заодно с валом 4. Каждая из сил Fа может быть представлена как геометрическая сумма нормальной силы Fn= Fa cos и касательной

F = Fa sin . Силы Fn параллельны оси вала и воспринимаются его подшипниками.

Каждая из сил F имеет плечо r относительно оси вала. Вращающий момент на валу:

Плечи r1, r2, r3 при вращении вала непрерывно изменяются. Это приводит к некоторой пульсации вращающего момента. Пульсация тем меньше, чем больше число поршней. При большой частоте вращения вала и наличии на валу маховых масс колебания вращающего момента и скорости незаметны.

У регулируемого гидромотора ограничительный винт (см. рис. 2.10) устанавливают так, чтобы угол γ был не менее 10 . Этим ограничивают частоту вращения вала.

Контрольные вопросы и задачи

1. Определите понятия: рабочий объём насоса, производительность насоса. 2. Какими условиями ограничены номинальная, максимальная и минимальная частоты вращения вала насоса? 3. Как изменятся производительность, мощность привода и срок службы (ресурс) насоса при его форсировании по частоте? 4. Устройство и работа аксиально-поршневых насосов: а – с наклонным блоком цилиндров; б – с наклонным диском. 5. Запишите формулы для определения рабочего объёма и производительности аксиально-поршневого насоса. 6. Как можно изменить производительность аксиально-поршневого насоса? 7. Как устроен и какую функцию выполняет распределительный диск аксиально-поршневого насоса? 8. Где возникают, почему, как и куда отводятся дренажные утечки аксиально-поршневого насоса? 9. Вычислите расход дренажных утечек, если производительность насоса равна 0,003 м3/с, а объёмный КПД равен 0,95.

30