3. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ И ГИДРОМОТОРОВ

В гидроприводах чаще всего используют аксиально-поршневые гидромашины, обладающие наименьшими габаритными размерами при высоком давлении. Это обеспечивает возможность получения наибольших ускорений инерционной нагрузки и наименьший момент инерции вращающихся частей.

Конструкция отечественного насоса ПД (№ 5—50) с литым стальным корпусом 8, внутренняя полость которого использована в качестве резервуара рабочей жидкости, с двух сторон закрытого крышками 10 и 20 из алюминиевого сплава, показана на рис. Х.7 [5].

Рис. Х.7. (см. скан) Аксиально-поршневой насос ПД № 5—50

Приводной вал 13 устанавливается на шариковых (или роликовых) подшипниках 7 и — уплотнители) и шарнирно связан с семью (или девятью) шатунами поршней 21. На цапфах 5 подвижно укреплена люлька насоса 2, поворот которой на угол меняет производительность от до — — крышка люльки); Сопряженные поверхности люльки и цапф герметизированы фторопласт-резиновыми уплотнениями 4. Рабочая жидкость через каналы в крышке 9 люльки, в собственно люльке 2 и отверстия в цапфах 5 подводится к неподвижным фланцам соединяемым с магистралями. Блок цилиндров 14 на шарикоподшипнике 15 установлен на оси 16-17

так, что может самоцентрироваться, обеспечивая надежное прилегание к торцу распределителя 18. Блок цилиндров приводится во вращение через кардан 6 и гильзу 3.

При повороте вала на полный оборот поршни гидромашины совершают двойной ход; при отсутствии утечек и утах вытесняется объем, который называют рабочим объемом [4], [5]:

где — площадь поперечного сечения поршня,

— диаметр разнесения осей крепления головок шатунов в упорном диске, см;

— число поршней;

— наибольший угол наклона люльки.

Рассмотренная конструкция (рис. Х.7) называется насосом с двойным несиловым карданом, поскольку нагрузка на кардан определяется моментом потерь. Схема конструкции насоса с силовым карданом (рис. обладает соосным креплением блока цилиндров 2 на валу 6, а упорный диск 5 при помощи кардана 7 связан с ведущим валом. В этой конструкции, получившей название универсального регулятора скорости кардан нагружен почти полным моментом (за исключением момента, затрачиваемого на трение блока цилиндра о распределитель частично момента, затрачиваемого на трение поршней 3 в цилиндрах и шатунов 4 в местах опор). Для таких гидромашин при определении рабочего объема можно пользоваться тем же уравнением

Рис. Х.8. Аксиально-поршневой насос с силовым карданом

Расход насоса при угловой скорости вала определяется выражением

где — объемный к. п. д.;

— безразмерный параметр регулирования

Величину называют характерным объемом. Она представляет собою подачу насоса при повороте вала на один оборот. Момент, создаваемый насосом на приводном валу,

где — перепад давления на насосе; — механический к. п. д., причем — полный к. п. д. насоса).

Разделение полного к. п. д. на две составляющие обусловлено тем, что первая определяет связь между кинематическими показателями режима, а вторая — между нагрузочными.

Аналогично для гидромотора:

причем для гидромашин с постоянной производительностью в равенствах принимают для насоса и для гидромотора.

Равенства являются основными расчетными уравнениями гидромашин вращательного движения.

Рис. Х.9. Аксиально-поршневые насосы бесшатуиного типа: а - с опорным цодшилником; б - с гидростатическими опорами

Для гидроцилиндров в этих уравнениях М заменяется на усилие — на активную площадь — на линейную скорость

В насосах бесшатунного типа, получивших в последнее время распространение из-за малых габаритных размеров (рис. а и б), рабочий объем определяется выражением

в котором по сравнению с равенством величина заменена на диаметр окружности осей цилиндров в блоке, на Конструкция с точечным касанием головок поршней (рис. Х.9, а) более герметична, но имеет значительные механические потери. Конструкция с гидростатической разгрузкой (рис. при тех же суммарных потерях имеет меньшие механические потери.

Поскольку рассматриваемые гидромашины обратимы, то обычно нерегулируемые гидромоторы выпускаются в виде мотор-насосов, один из мотор-насосов типа с малым рабочим объемом показан на рис. Он представляет собой аксиально-поршневую гидромашину с наклонной шайбой для рабочих объемов при других значениях конструкция мотор-насоса выполняется по другим конструктивным схемам. Такой тип

гидромашин получает в последнее время наибольшее распространение, поскольку может быть реализован с незначительным моментом инерции вращающихся деталей.

Мотор-насосы типа выпускаются со следующими величинами рабочих объемов 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 125; 160; 200; 400 см3/об при давлениях Такие гидромашины работают при температуре окружающей среды на чистых минеральных маслах со степенью фильтрации однако зарубежные фирмы-изготовители аналогичного оборудования настоятельно рекомендуют гарантируя в этом случае достаточно большой ресурс.

Рис. Х.10. Конструкция мотор-насосов с рабочими объемами

Номинальная частота вращения вала мотор-насосов 1500 об/мин, кроме самого большого размера, который работает с частотой вращения 960 об/мин.

В литом корпусе 11 с крышками 3 к 14 вращается блок цилиндров, входящий в состав самоустанавливающегося ротора 8, опирающегося на роликовый подшипник 3. Блок цилиндров прижимается к торцовому распределителю 12 при помощи толкателя 16 и пружины 15 (для мотор-насосов с рабочими объемами создание прижимающего усилия обеспечивается при помощи гидростатического плунжера).

Перемещение поршней 6 с гидростатической разгрузкой сферических головок осуществляется пружиной 10, воздействующей через сферу 7 на диск-сепаратор 5 (использование такой детали обеспечивает принудительное выдвижение поршней в процессе всасывания при работе гидромашины в качестве насоса, т. е. происходит самовсасывание).

Ход поршней фиксируется положением упорного диска 4 (наклонной шайбы). Вращение блока цилиндров передается валу 1, опирающемуся на два радиально-упорных подшипника 2. Подача и прием рабочей жидкости осуществляются через каналы 13 и 17.

Ресурс мотор-насосов типа уровень шума — 92 дБ (для мотор-насосов с рабочими объемами дБ). Момент инерции вращающихся масс зависит от размера гидромашины. Так, для образцов с рабочими объемами значения моментов инерции соответственно. Для мотор-насосов с рабочими объемами и 125 значения соответственно.

Рис. Х.11. Схема роторной поршневой гидромашины с плоскостной кинематикой и плоской направляющей: а — конструктивная схема; б — кинематическая схема

Для образцов с рабочими объемами значения соответственно.

Более высоким значением момента инерции обладают роторные поршневые насосы с плоскостной кинематикой.

Такие гидромашины применяются в гидроприводах, не требующих большой динамической точности и работающих со сравнительно малыми ускорениями объекта регулирования. Причиной распространения таких гидромоторов является относительная простота конструкции, высокая надежность и большой ресурс.

Низкооборотные гидродвигатели (модификация этих гидромашин) в последнее время получили большое распространение из-за возможности в некоторых случаях работать с непосредственным соединением (без редуктора) исполнительного двигателя с объектом регулирования. Такое свойство особенно важно для многих устройств мобильных машин.

Схема гидромашины с плоской направляющей показана на рис. X. 11. Поршни 1 совершают в блоке цилиндров 3 возвратно-поступательное

движение из-за того, что ведущее звено 2 вращается около центра О, сдвинутого на величину относительно оси вращения водителя. Отверстия в распределительной оси 4 соединены с приемным и отдающим патрубками.

Ход поршня в цилиндре составляет 2е и поэтому рабочий объем изменяется пропорционально при помощи механизма 5:

параметр регулирования

Координата относительного перемещения поршня в цилиндре, скорость и ускорение при (рис. Х.12) определяются выражениями Поэтому геометрическая подача (без учета утечек и деформаций)

где — число поршней, одновременно участвующих в подаче; — угол наклона оси поршня. Подробный анализ работы такой гидромашины приведен в монографии [4].

Рис. Х.12. Кинематическая схема перемещения поршня: 1 — поршень; 2 — водитель; 3 — ротор; 4 — ось-распределитель

Поршневые гидромашины с плоскостной кинематикой выполняются с точечным касанием сферических головок поршней о направляющую [4] (рис. Х.13). К вращающемуся ротору 1 прижимается неподвижный распределитель 2 с дренажным каналом 3 и поджимающим устройством (стаканы 4, нагружаемые гидростатическим давлением и натягом пружины 5). Фиксация распределителя осуществляется шпильками 6 и кольцевым упругим замком 7.

Статическая характеристика гидропривода с двумя регулируемыми гидромашинами без учета потерь при работе на постоянном (наибольшем) перепаде давления жидкости и постоянной скорости насоса показана на рис. . В зоне А и А скоростью гидромотора управляют посредством изменения значения параметра регулирования насоса — гидромотор работает при . В зонах В и В при параметр регулирования меняется, причем Поскольку то линия одновременно соответствует мощности на входе и выходе гидропривода, поскольку рассматривается система без потерь.

При учете механических потерь момент на валу гидромотора уменьшается по сравнению с вместо на рис. Х.15),

а для насоса увеличится вместо Утечки в соответствии со значением перепада давления и давления подпитки уменьшают причем где потерянная из-за утечек скорость гидромотора.

Рис. X.13. Гидромашина с торцовым распределением

Если на рис. Х.15 построить так, чтобы изображались в одинаковых масштабах

— масштабный множитель при пересчете — масштабный множитель при пересчете то переносом кривой в положение и кривой в положение (рис. Х.15) получим

Рис. Х.14. Статические характеристики гидропривода с двумя регулируемыми гидромашинами при отсутствии потерь: а — характеристики моментов; б — закон регулирования насоса; в — закон регулирования гидромотора

Рис. Х.15. Статические характеристики гидропривода с двумя регулируемыми гидромашинами с учетом потерь

закономерность изменения от в форме кривой наибольшее возможное значение при работе гидромотора без самоторможения, а значение момента при меньших значениях перепада будут получаться аналогичным построением с соответствующим уменьшением ординат.

При использовании приводного двигателя ограниченной мощности, например в мобильных машинах, на разных скоростях реализуется различный момент. Вместо на рис. используется линия где участок — гипербола, соответствующая постоянной мощности двигателя . В этом случае гидромашины работают с недогрузкой в диапазоне скоростей от до изображается линией (заштриховано на рис. Х.16, а).

Рис. Х.16. Статические характеристики гидропривода с насосом переменной производительности при ограниченной мощности двигателя: а — однодвигательный привод; — двухдвигательный привод

Номинальная (установочная) мощность гидромашин определяется положением точки Е, а реализуемая — мощностью двигателя причем отношение определяется силовым диапазоном, т. е.

При работе на нагрузку двумя гидромоторами с возможностью переключения с параллельного соединения на последовательное можно существенно уменьшить отношение (положение точек Е и относительно М на рис. . При параллельном включении гидромоторов от одного насоса развиваемый момент определяется горизонталью а диапазон скоростей отрезком При последовательном включении гидромоторов развиваемый момент будет изображаться отрезком а диапазон скоростей отрезком Кривая, проходящая через точку является гиперболой, изображающей постоянную мощность приводного двигателя.

Используя большее число гидромоторов, включенных в разных комбинациях и работающих на общую нагрузку, можно обеспечить лучшее приближение к единице, соответственно уменьшая габаритные размеры и массу гидропривода [13].