ОБЪЕМНЫЕ ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫГИДРОМАШИНЫ

[[Атлас конструкций гидромашин и Атлас конструкций гидромашин и гидропередач: Учеб. пособие для гидропередач: Учеб. пособие для студентов машиностроительных студентов машиностроительных

специальностей вузов/ Б.М. Бим-Бад, специальностей вузов/ Б.М. Бим-Бад, М.Г. Кабаков, С.П. Стесин. – М.: ИНФРА-М, М.Г. Кабаков, С.П. Стесин. – М.: ИНФРА-М,

2004. – 135 с2004. – 135 с]]

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИНАХ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИНАХ • Гидравлические машины Гидравлические машины

предназначены для предназначены для преобразования различных видов преобразования различных видов механической энергии в энергию механической энергии в энергию потока жидкости. потока жидкости.

• По принципу преобразования По принципу преобразования энергии гидромашины делят на энергии гидромашины делят на объемные и динамические. объемные и динамические.

• На базе объемных гидромашин На базе объемных гидромашин (ОГМ) выполняют объемные (ОГМ) выполняют объемные гидропередачи и системы гидропередачи и системы объемных гидроприводов (ОГП). объемных гидроприводов (ОГП).

• Применение ОГМ позволяет: повысить Применение ОГМ позволяет: повысить удельные показатели привода, осуществить удельные показатели привода, осуществить плавное регулирование скорости выходного плавное регулирование скорости выходного звена ОГП, упростить процесс звена ОГП, упростить процесс реверсирования, наиболее рационально реверсирования, наиболее рационально расположить силовые элементы привода расположить силовые элементы привода при компоновке агрегатов. Благодаря этим при компоновке агрегатов. Благодаря этим качествам ОГМ получили широкое качествам ОГМ получили широкое распространение в различных областях распространение в различных областях машиностроения. машиностроения.

• Наиболее крупными потребителями Наиболее крупными потребителями объемных гидромашин являются: объемных гидромашин являются: строительное и дорожное машиностроение, строительное и дорожное машиностроение, сельскохозяйственное машиностроение, сельскохозяйственное машиностроение, станкостроение. Системы ОГМ применяются станкостроение. Системы ОГМ применяются также в автомобилестроении, в приводах также в автомобилестроении, в приводах горных машингорных машин и других отраслях народного и других отраслях народного хозяйства. хозяйства.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕМНЫХ КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИН ГИДРОМАШИН

• Объемными называют гидромашины, Объемными называют гидромашины, принцип действия которых основан принцип действия которых основан на попеременном заполнении на попеременном заполнении жидкостью и опорожнении жидкостью и опорожнении ограниченных пространств (далее ограниченных пространств (далее рабочих камер), периодически рабочих камер), периодически сообщающихся с местами входа и сообщающихся с местами входа и выхода рабочей жидкости. выхода рабочей жидкости.

• При работе объемных гидромашин При работе объемных гидромашин изменение энергии жидкости изменение энергии жидкости происходит в основном за счет происходит в основном за счет гидростатической составляющей гидростатической составляющей полного напора, что приводит к полного напора, что приводит к значительной (десятки МПа) значительной (десятки МПа) разнице давлений во входящем и разнице давлений во входящем и выходящем потоках. выходящем потоках.

• К классу ОГМ относят гидронасосы – К классу ОГМ относят гидронасосы – генераторы энергии потока генераторы энергии потока жидкости и гидродвигатели – жидкости и гидродвигатели – потребители энергии. потребители энергии.

• Объемные гидродвигатели с Объемные гидродвигатели с возвратно-поступательным возвратно-поступательным движением выходного звена движением выходного звена называются называются гидроцилиндрамигидроцилиндрами, а с , а с неограниченным вращательным неограниченным вращательным движением выходного звена – движением выходного звена – гидромоторамигидромоторами. .

• ОГМ, допускающие эксплуатацию, ОГМ, допускающие эксплуатацию, как в режиме насоса, так и в режиме как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора, называются гидромотора, называются насосами-насосами-моторамимоторами. .

• Рабочие камеры ОГМ образуются Рабочие камеры ОГМ образуются различными конструктивными парами, различными конструктивными парами, например: поршень – цилиндр, зуб – например: поршень – цилиндр, зуб – впадина, смежные витки винтовых впадина, смежные витки винтовых поверхностей и другие. поверхностей и другие.

• При увеличении объема рабочих камер у При увеличении объема рабочих камер у насосов осуществляется процесс насосов осуществляется процесс всасывания, а у гидродвигателей – всасывания, а у гидродвигателей – нагнетания. При уменьшении объема нагнетания. При уменьшении объема происходит процесс нагнетания у происходит процесс нагнетания у насосов и слива у гидродвигателей. насосов и слива у гидродвигателей.

• Попеременное увеличение и уменьшение Попеременное увеличение и уменьшение объема рабочих камер, а также их объема рабочих камер, а также их замыкание и перенос в пространстве замыкание и перенос в пространстве составляют полный рабочий цикл ОГМ. составляют полный рабочий цикл ОГМ.

• Если за один оборот вала гидромашины в Если за один оборот вала гидромашины в каждой рабочей камере осуществляется каждой рабочей камере осуществляется несколько рабочих циклов, то такая ОГМ несколько рабочих циклов, то такая ОГМ называется называется гидромашиной гидромашиной многократного действиямногократного действия..

• Процессы всасывания и нагнетания Процессы всасывания и нагнетания рабочей жидкости осуществляются с рабочей жидкости осуществляются с помощью распределительных устройств, помощью распределительных устройств, обеспечивающих соединение рабочих обеспечивающих соединение рабочих камер с магистралями гидросистемы. камер с магистралями гидросистемы.

• В ОГМ применяются три типа В ОГМ применяются три типа распределительных устройств: распределительных устройств: клапанные, клапанно-щелевые и клапанные, клапанно-щелевые и золотниковые. Некоторые ОГМ, такие, золотниковые. Некоторые ОГМ, такие, как винтовые и шестеренные, не имеют как винтовые и шестеренные, не имеют распределительных устройств. распределительных устройств.

• Тип распределителя определяет Тип распределителя определяет возможность реверсирования ОГМ, т.е. возможность реверсирования ОГМ, т.е. возможность изменения направления возможность изменения направления движения потока при постоянном движения потока при постоянном направлении вращения входного звена для направлении вращения входного звена для насоса или возможность изменения насоса или возможность изменения направления вращения выходного звена направления вращения выходного звена гидромотора при постоянном направлении гидромотора при постоянном направлении потока. Как правило, реверсивные ОГМ потока. Как правило, реверсивные ОГМ бывают регулируемыми, т.е. в процессе бывают регулируемыми, т.е. в процессе эксплуатации можно изменять величину эксплуатации можно изменять величину рабочего объема гидромашин и тем самым рабочего объема гидромашин и тем самым управлять характеристиками ОГМ. управлять характеристиками ОГМ.

• Регулируемость, реверсивность и Регулируемость, реверсивность и обратимость гидромашин являются обратимость гидромашин являются важными эксплуатационными важными эксплуатационными характеристиками.характеристиками.

• Наиболее широко в приводах Наиболее широко в приводах мобильных машин применяют ОГМ, у мобильных машин применяют ОГМ, у которых детали рабочей камеры которых детали рабочей камеры (звенья) совершают простое или (звенья) совершают простое или сложное вращательное движение. сложное вращательное движение. Такие ОГМ называют роторными. Их Такие ОГМ называют роторными. Их упрощенная классификация на примере упрощенная классификация на примере роторных насосов приведена на рис. 1. роторных насосов приведена на рис. 1. Принадлежность гидромашин к той или Принадлежность гидромашин к той или иной классификационной группе иной классификационной группе определяется формой рабочих звеньев, определяется формой рабочих звеньев, их кинематикой и конструктивными их кинематикой и конструктивными особенностями машины. особенностями машины.

Классификация роторных Классификация роторных насосовнасосов

Роторные насосы

Роторно-вращательные Роторно-поступательные

Пластинчатые Поршневые

Шестеренные Винтовые Радиально-поршневые Аксиально-поршневые

С внутреннимзацеплением

С внешнимзацеплением

С наклоннымблоком

С наклоннымдиском

• К группе К группе роторно-вращательных ОГМроторно-вращательных ОГМ относятся гидромашины, у которых относятся гидромашины, у которых рабочие камеры совершают только рабочие камеры совершают только вращательное движение. Эта группа вращательное движение. Эта группа объединяет шестеренные и винтовые ОГМ. объединяет шестеренные и винтовые ОГМ.

• Шестеренные гидромашины выполняются Шестеренные гидромашины выполняются на базе двух или нескольких зубчатых на базе двух или нескольких зубчатых колес с внешним либо внутренним колес с внешним либо внутренним зацеплением. зацеплением.

• У винтовых гидромашин рабочие камеры У винтовых гидромашин рабочие камеры образуются винтовыми поверхностями и образуются винтовыми поверхностями и корпусом. В зависимости от числа винтов, корпусом. В зависимости от числа винтов, входящих в конструкцию, различают одно-, входящих в конструкцию, различают одно-, двух- и многовинтовые ОГМ. двух- и многовинтовые ОГМ.

• К группе К группе роторно-поступательных ОГМроторно-поступательных ОГМ относятся гидромашины, у которых относятся гидромашины, у которых подвижные рабочие звенья совершают подвижные рабочие звенья совершают сложное движение: вращательное и сложное движение: вращательное и возвратно-поступательное. Рабочие звенья возвратно-поступательное. Рабочие звенья могут иметь форму пластин или поршней могут иметь форму пластин или поршней (пластинчатые или поршневые гидромашины (пластинчатые или поршневые гидромашины соответственно). соответственно).

• Если в конструкции ОГМ оси поршней Если в конструкции ОГМ оси поршней располагаются перпендикулярно к оси блока располагаются перпендикулярно к оси блока цилиндров, гидромашину относят к группе цилиндров, гидромашину относят к группе радиально-поршневых. радиально-поршневых.

• Если же оси поршней параллельны оси блока Если же оси поршней параллельны оси блока цилиндров или составляют с ней угол не цилиндров или составляют с ней угол не более 45°, то такие ОГМ называют аксиально-более 45°, то такие ОГМ называют аксиально-поршневыми.поршневыми. Аксиально-поршневые гидромашины Аксиально-поршневые гидромашины выполняются по двум основным схемам: с наклонным выполняются по двум основным схемам: с наклонным диском или с наклонным блоком цилиндров. В диском или с наклонным блоком цилиндров. В первом случае оси блока цилиндров и вала насоса первом случае оси блока цилиндров и вала насоса лежат на одной прямой, а во втором – образуют лежат на одной прямой, а во втором – образуют ломаную линию. ломаную линию.

• В некоторых ОГМ рабочие камеры В некоторых ОГМ рабочие камеры располагаются в нескольких располагаются в нескольких параллельных плоскостях, параллельных плоскостях, перпендикулярных оси вала. Такие перпендикулярных оси вала. Такие гидромашины называются гидромашины называются многорядными.многорядными.

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОГМХАРАКТЕРИСТИКИ ОГМ

• Показатели работы ОГМ можно разделить на Показатели работы ОГМ можно разделить на внешние – крутящий момент внешние – крутящий момент ММ, частота , частота вращения вращения , мощность входного или , мощность входного или выходного звена гидромашины выходного звена гидромашины и внутренние – давление в линии нагнетания и внутренние – давление в линии нагнетания pp11, давление в линии всасывания (слива) , давление в линии всасывания (слива) рр22, , объемная подача объемная подача QQ и мощность потока и мощность потока

, , где где

..

MN

pQN п

21 ppp

• Соотношение мощностей Соотношение мощностей NN и и NNпп определяет величину потерь определяет величину потерь энергии и КПД гидромашины энергии и КПД гидромашины

где где 00 и и гг мехмех– соответственно – соответственно объемный и гидромеханический объемный и гидромеханический КПД. КПД.

0 г.мех

• Связи между внешними и Связи между внешними и внутренними показателями внутренними показателями гидромашины устанавливаются с гидромашины устанавливаются с помощью характерного объема помощью характерного объема ww, , под которым понимается под которым понимается суммарное увеличение объемов суммарное увеличение объемов рабочих камер, приходящееся на рабочих камер, приходящееся на один радиан угла поворота вала один радиан угла поворота вала гидромашины.гидромашины.

• Для насоса: Для насоса:

0 , ,

,мехQ cw M pwc

N pQ Q p M

• Для гидромотора: Для гидромотора:

сс – параметр регулирования – – параметр регулирования – отношение текущего значения отношение текущего значения характерного объема к характерного объема к максимальному. максимальному.

0 ., ,

,

г мехQ cw M cw p

N Q p M Q p

• Для регулируемого реверсивного Для регулируемого реверсивного насоса –1< насоса –1< сс <1. <1.

• Для регулируемого нереверсивного Для регулируемого нереверсивного гидромотора гидромотора ccminmin≤ ≤ сс ≤1. ≤1.

• При При cc<<ccminmin гидромотор превращается гидромотор превращается в самотормозящую систему. в самотормозящую систему.

• Типовые графики основных Типовые графики основных характеристик работы ОГМ показаны характеристик работы ОГМ показаны на рис. 2 и 3.на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Типовая характеристика объемного Рис. 2. Типовая характеристика объемного насоса:насоса:

QQ – подача; – подача; NN – мощность; – мощность; – КПД насоса; – КПД насоса; pp – давление – давление в линии нагнетания; в линии нагнетания; – частота вращения вала – частота вращения вала насосанасоса

N, Q

p

const

Q

N

Рис. 3. Типовые относительные Рис. 3. Типовые относительные

характеристики объемного гидромотора:характеристики объемного гидромотора:

аа – зависимость частоты вращения вала от перепада – зависимость частоты вращения вала от перепада давления: 1 – для давления: 1 – для QQ=0,5=0,5QQномном; 2 – для Q = ; 2 – для Q = QQномном;;

бб – зависимость крутящего момента и КПД от частоты – зависимость крутящего момента и КПД от частоты вращения вала при вращения вала при рр = 0,5 = 0,5 ррномном. .

0,2 0,2

0,40,4

0,60,6

0,80,8

1,0

0,5

0,80,8 0,60,6 0,40,4 0,20,2

M

p

M

1

2

гмех

а) б)

Здесь Здесь – относительная – относительная частота вращения вала; частота вращения вала;

– – относительный относительный крутящий момент;крутящий момент;

– – относительный относительный перепад давления; перепад давления;

– – КПД гидромотора. КПД гидромотора.

ном

номM M M

номp p p

• Наряду с характерным объемом Наряду с характерным объемом используется понятие рабочий объем используется понятие рабочий объем

• Рабочий объем приблизительно равен Рабочий объем приблизительно равен подаче насоса, приходящейся на один подаче насоса, приходящейся на один оборот вала, и зависит только от оборот вала, и зависит только от конструктивных особенностей ОГМ. конструктивных особенностей ОГМ.

2wq

Для однорядных гидромашин Для однорядных гидромашин qq рассчитывается по одной из рассчитывается по одной из следующих зависимостей: следующих зависимостей:

аксиально-поршневые ОГМ аксиально-поршневые ОГМ

кулачковые и роторные радиально-кулачковые и роторные радиально-поршневые ОГМ однократного поршневые ОГМ однократного действия действия

2

ос4

dq z D tg

ed

zq 24

2

роторные радиально-поршневые роторные радиально-поршневые ОГМ многократного действия ОГМ многократного действия

пластинчатые ОГМ однократного пластинчатые ОГМ однократного действия действия

krRd

zq 4

2

cos22

zSRbeq

пластинчатые ОГМ двукратного действия пластинчатые ОГМ двукратного действия

шестеренные гидромашины шестеренные гидромашины

При расчете рабочего объема многорядных При расчете рабочего объема многорядных ОГМ значения ОГМ значения qq, полученные по , полученные по приведенным зависимостям, умножают приведенным зависимостям, умножают на число рядов. на число рядов.

2 22cos

zS R rq b R r

2q Dbm

Здесь Здесь zz – число поршней (пластин); – число поршней (пластин); dd – диаметр – диаметр поршня; поршня; DDococ – диаметр расположения осей – диаметр расположения осей цилиндров в блоке; цилиндров в блоке; – угол наклона блока – угол наклона блока цилиндров (диска); цилиндров (диска); ее – эксцентриситет; – эксцентриситет; RR и и rr – – максимальный и минимальный радиусы максимальный и минимальный радиусы профиля внутренней направляющей профиля внутренней направляющей поверхности статора; поверхности статора; kk – кратность действия – кратность действия ОГМ; ОГМ; bb – ширина пластины (зубчатого колеса); – ширина пластины (зубчатого колеса); SS – толщина пластины; – толщина пластины; – угол наклона – угол наклона пластины к радиальному направлению; пластины к радиальному направлению; D D и и mm – диаметр начальной окружности и модуль – диаметр начальной окружности и модуль зубчатого колеса. зубчатого колеса.

МАТЕРИАЛЫ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ОБЪЕМНЫХ МАТЕРИАЛЫ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ОБЪЕМНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИН И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИН И

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ Корпуса обьемных гидромашин --Корпуса обьемных гидромашин --

Алюминиевые сплавы АЛ9, Алюминиевые сплавы АЛ9, АЛ4;чугуны ВЧ42–12, СЧ21АЛ4;чугуны ВЧ42–12, СЧ21

Валы, оси, втулки, зубчатые колеса, Валы, оси, втулки, зубчатые колеса, крышки уплотнений -- Стали 45, крышки уплотнений -- Стали 45, 40Х, 37ХНЗА, 18ХГТ, 38ХМЮА40Х, 37ХНЗА, 18ХГТ, 38ХМЮА

Статоры радиально-поршневых и Статоры радиально-поршневых и пластинчатых гидромашин -- пластинчатых гидромашин -- Стали 60ХГ, ШХ15, 12ХНЗА,18ХГТСтали 60ХГ, ШХ15, 12ХНЗА,18ХГТ

Пластины пластинчатых насосов -- Стали Пластины пластинчатых насосов -- Стали X18H9T, ХВГ, Р18X18H9T, ХВГ, Р18

Поршни радиально-поршневых Поршни радиально-поршневых гидромашин, траверсы, роторы гидромашин, траверсы, роторы пластинчатых гидромашин -- Стали пластинчатых гидромашин -- Стали ШХ15, ХВГ, 20Х, 40ХШХ15, ХВГ, 20Х, 40Х

Блоки цилиндров аксиально-поршневых Блоки цилиндров аксиально-поршневых гидромашин --Стали 9ХС, 12ХНЗА, гидромашин --Стали 9ХС, 12ХНЗА, Х12Ф1; БрОСН10-2-3, БрО12Х12Ф1; БрОСН10-2-3, БрО12

Поршни и плунжеры аксиально-поршневых Поршни и плунжеры аксиально-поршневых гидромашин -- Стали ШХ15, 12ХНЗА, гидромашин -- Стали ШХ15, 12ХНЗА, 37ХНЗА, 38ХМЮА, ЗМФА; БрА10Ж4Н4Л37ХНЗА, 38ХМЮА, ЗМФА; БрА10Ж4Н4Л

Торцовые распределители -- Сталь Торцовые распределители -- Сталь 39ХМ1А;6рО12, БрОСН10-2-339ХМ1А;6рО12, БрОСН10-2-3

Шатуны, центральные шипы аксиально-Шатуны, центральные шипы аксиально-поршневых гидромашин -- Стали поршневых гидромашин -- Стали 20ХНЗА, 36Х2Н2МФА, 40Х, 30X3МФА20ХНЗА, 36Х2Н2МФА, 40Х, 30X3МФА

Корпусные детали гидродинамических Корпусные детали гидродинамических передач -- Чугун СЧ21. алюминиевый передач -- Чугун СЧ21. алюминиевый сплав АЛ9сплав АЛ9

Колеса гидродинамических передач -- Колеса гидродинамических передач -- Алюминиевые сплавы АЛ4, АЛ9. Сталь Алюминиевые сплавы АЛ4, АЛ9. Сталь 0808

Детали обгонного механизма (звездочка, Детали обгонного механизма (звездочка, обойма, ролики) -- Стали 20Х, ШХ15, 60ХГобойма, ролики) -- Стали 20Х, ШХ15, 60ХГ

Пружины -- Сталь 65ГПружины -- Сталь 65Г

Уплотнения подвижных соединений и Уплотнения подвижных соединений и сопряженных деталей гидромашин -- сопряженных деталей гидромашин -- Чугун СЧ18 Резины В-14, 93-1 ИРПГ054, Чугун СЧ18 Резины В-14, 93-1 ИРПГ054, ИРП1314, фторопласты Ф-3,Ф-4ИРП1314, фторопласты Ф-3,Ф-4

Прокладки для уплотнения фланцевых и Прокладки для уплотнения фланцевых и других неподвижных соединений -- других неподвижных соединений -- Паронит, резина техническая листовая, Паронит, резина техническая листовая, картон, фибра.картон, фибра.