Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
до лабораторної роботи № 32
з дисципліни "Гідравліка, гідро- та пневмоприводи"
для студентів базової вищої освіти за напрямком
6.0902 "Інженерна механіка"
Затверджено
на засіданні кафедри
автоматизації та комплексної
механізації машинобудівної промисловості·
Протокол №2 від 22.09.2004 р.
Вивчення будови та принципу дії гiдронасосiв: Методичні вказівки до лабораторної роботи №32 з дисципліни "Гідравліка, гідро-та пневмоприводи" для підготовки студентів базової вищої освіти за напрямком 6.0902 "Інженерна механіка" / Укл.: В.М. Боровець, О.В.Гаврильченко , В.С. Шенбор. Львів: Національного університету “Львівська політехніка”. 2004. –14 с.
Укладачі Боровець В.М., канд. тех. наук, доц.,
Гаврильченко О.В., канд. тех. наук, доц.,
Шенбор В.С., ст. викладач.
Відповідальний за випуск О. В.Гаврильченко, к.т.н., доцент.
Рецензенти Кодра Ю.В., канд. тех. наук, доц.,
Савчин Б.М., канд. тех. наук, доц.
Лабораторна робота присвячена вивченню будови і принципу дії гідронасосів, які використовуються в гідроприводі металорізальних верстатів та автоматизованому обладнанні.
2.1. Гідромашини - широке коло машин, механізмів та при строїв, призначених для перетворення механічної енергії в енергію стиснутої рідини і навпаки. До гідромашин відносяться гідронасоси, гідродвигуни та гідроперетворювачі.
Гідронасоси - це гідромашини, призначені для перетворення механічної енергії в енергію потоку стиснутої рідини. За принципом роботи гідронасоси бувають динамічними та об'ємними. В динамічних насосах робоча рідина постійно переміщується від входу до виходу під силовою дією.
В об'ємних гідронасосах подача робочої рідини до гідроприводу здійснюється в результаті періодичної зміни об'єму робочих камер насоса. Під час збільшення об'єму камера гідронасосу з'єднується з баком робочої ріди ни, а під час зменшення об’єму з напірною магістраллю гідроприводу.
Об'ємні гідронасоси бувають роторні та безроторні. В роторних машинах рухомі елементи здійснюють обертовий або сумісний обертово- зворотньо-поступальний рух.
В залежності від форми робочих камер розрізняють поршневі, пластинчасті /шиберні/ та шестеренчасті об'ємні гідронасоси.
Кількість рідини /об'єм/, який подається насосом до гідро системи в одиницю часу, без врахування втрат, називається теоретичною продуктивністю (подачею) гідронасоса. Теоретична подача визначається залежністю
, л/хв (1)
де q - об'єм робочої камери, мм3;
n - частота обертання вала гідронасоса, об/хв ;
- параметр регулювання.
Продуктивність гідронасоса можна змінити регулюванням об'єму робочої камери. Можливість регулювання продуктивності насосу характеризується параметром регулювання
, (2)
де q', q - змінне та максимальне значення об'єму робочої камери.
Корисна потужність гідронасосу визначається параметрами стиснутої робочої рідини, яка подається до гідродвигунів
, (3)
де - різниця тисків робочої рідини на вході і на виході гідронасоса;
Q – подача гідронасоса.
Вхідний тиск - тиск рідини, що всмоктується гідронасосом, і він практично рівний атмосферному.
Необхідна потужність, яку споживає гідронасос від електродвигуна
, (4)
де МТ - крутний момент на валу насоса;
- кутова швидкість обертання вала.
Потужність, яку споживає насос, завжди більша від корисної потужності насосу, внаслідок неминучих втрат. Ефективність конструкції насосу визначається загальним коефіцієнтом корисної дії (ККД) з, який рівний відношенню корисної потужності робочої рідини до потужності, прикладеної до валу насоса.
. (5)
В результаті перетворення механічної енергії в енергію стиснутої рідини частина прикладеної до насосу енергії втрачається. Втрати енергії і враховує сумарний коефіцієнт корисної дії
, (6)
де об=Q/QТ – об’ємний ККД, що враховує об’ємні втрати рідини під час протікання в щілинах рухомих елементів конструкції, в тому числі і за рахунок недостатньої герметичності;
мех=М/МТ – механічний ККД, що враховує втрати моменту на тертя у механічних елементах конструкції;
р =Р/РТ – коефіцієнт втрат тиску, що враховує опір протіканню робочої рідини по каналах насоса через тертя частинок рідини, що призводить до зниження вихідного тиску.
Частота обертання вала гідронасоса, для забезпечення оптимальних режимів роботи, повинна знаходитися в певному діапазоні. Під час збільшення частоти обертання вала насоса об’ємні втрати є спочатку незначними і різко зростають при критичній частоті обертання. Робота насосу в цьому режимі недопустима в зв'язку з появою в робочих камерах кавітації - розриву потоку рідини, що призводить до інтенсивного руйнування насоса.
Для конкретного гідроприводу насос вибирається в залежності від необхідних технічних параметрів і конструктивних особливостей гідроприводу.
Гідронасоси вибираються за продуктивністю (подачею) та тиском. Необхідна подача насосу визначається в залежності від споживаного гідродвигунами об'єму робочої рідини (витрат) і об'ємних втрат
, (7)
де Qдв витрати робочої рідини в гідродвигунах;
Qвт - об'ємні втрати робочої рідини в апаратах гідроприводу.
Продуктивність та тиск вибраного гідронасоса повинні перевищувати розрахункові значення цих параметрів на коефіцієнт запасу.
Конструктивна схема роботи і конструкція (повздовжній переріз) шестерінчастого гідронасоса зображені на рис.1, 2. Вал електродвигуна приєднаний до однієї з шестерень. Під час обертання шестерень в зоні роз’єднання зубців (В) виникає розрідження, що приводить до засмоктування робочої рідини (олії) з гідролінії. Олія переноситься западинами зубців і під час їх з’єднання, під тиском, виштовхується в напірну гідролінію (Н).
Конструктивно ротори 3, 4 (рис.2) гідронасосу встановлюються в підшипникових опорах ковзання, які розміщені в корпусі. Зубці виконуються безпосередньо в цільних роторах.
Рис. 1. Конструктивна схема шестерінчастого насосу
Рис. 2. Переріз шестерінчастого насосу типу НМШ:
1 - клапан; 2 - корпус; 3 – ведучий (приводний) ротор; 4 - ведений ротор; 5 - стійка; 6 - ущільнення
Об'єм робочої камери насоса визначається за виразом
, мм3 (8)
де m – модуль зубчастого колеса, мм;
D – ділильний діаметр зубчастого колеса, мм;
b – ширина зубчастого колеса, мм.
Рис. 3. Технічна характеристика шестерінчастого насосу мод.НМШ5-25 (n=24,16 с-1 =1450 об/хв)
На рис.4 наведена конструктивна схема роботи пластинчастого насосу двосторонньої дії. Під час обертання ротора 3 пластини 4 під дією відцентрової сили притискаються до внутрішньої поверхні статора 5, при цьому збільшуються об'єми робочих камер, створюється перепад тисків, і олива поступає з гідролінії в зону всмоктування 1. При зменшенні об'єму робочих камер, в зоні нагнітання 2, олива під тиском подається до гідроприводу.
Рис. 4. Конструктивна схема пластинчастого гідронасосу
Об'єм робочих камер пластинчастого гідронасосу визначається за виразом
, мм3 (9)
b - ширина пластин, мм;
R1, R2 – радіуси поверхні статора, мм;
- товщина пластин, мм;
z - кількість пластин пластинчастого гідронасосу.
На рис. 5 показано загальний вигляд регульованого пластинчастого гідронасосу. Насос складається з корпуса 1 в якому встановлений статор 2, що має можливість переміщення відносно ротора 3 за допомогою плунжерів 4, 5. Ротор 3 отримує обертовий рух від електродвигуна і за рахунок відцентрової сили пластини 6 притискаються до статора 2. В бокових пластинах 7 розміщені канали, які з’єднані із засмоктуючою і напірною гідролініями.
Рис.5. Загальний вигляд регульованого пластинчастого гідронасосу: 1 - корпус, 2 - статор; 3 - ротор; 4, 5 – плунжери регулювання положення статора; 6 - пластини ротора; 7 - бокова упорна пластина ; 8- гвинт фіксації положення статора; 9 - запобіжний клапан; 10, 11 - регулювальний гвинт
Аксіально-поршневі гідромашини відносяться до роторно-поршневих з просторовою кінематикою, в яких обертовий рух вала (для насосів) перетворюється в поворотно-поступальний рух поршнів (витискачів). В цих гідромашинах робочі камери утворені робочими поверхнями циліндрів і поршнів, а осі поршнів паралельні (аксіальні) осі блоку циліндрів (ротора) або складають з нею кут не більший 45°.
Згідно кінематичних схем, закладених в основу конструкцій аксіально-поршневих гідромашин, їх розділяють на гідромашини з нахиленим блоком циліндрів і з нахиленим диском.
Рис 6. Схема аксіально-поршневих насів з нахиленим блоком циліндрів (а) і диском (б): 1 – розподільний диск; 2 – блок циліндрів (ротор); 3 – робоча камера; 4 – поршень (витискач); 5 – шатун; 5 – нахилений диск; 6 – упорний фланець; 6, 7 – приводний вал
На рис. 6, а показана схема аксіально-поршневого насоса з нахиленим блоком циліндрів. Насос складається з нерухомого розподільного диска 1, що має два серпоподібні канали, сполучені із засмоктуючою В і напірною Н гідролініями. Всередині блоку циліндрів 2, що обертається, розташовані робочі камери 3, утворені поверхнями циліндрів і поршнів 4, що здійснюють переміщення. Поршні шарнірно сполучені шатунами 5 з упорним фланцем 6, який обертається разом з приводним валом 7.
При сумісному обертанні вала 7 і блоку циліндрів 2 навколо своїх осей поршні 4, обертаючись разом з блоком, здійснюють поворотно-поступальний рух щодо циліндрів. За один оберт вала кожний поршень насоса здійснює один подвійний хід. В результаті цього кожний поршень протягом однієї половини оберту звільняє деякий простір усередині циліндра і робоча камера, за рахунок перепаду тисків, заповнюється рідиною з засмоктуючої гідролінії В (цикл всмоктування). Протягом наступної половини оберту поршень під тиском витісняє рідину з робочої камери в напірну гідролінію Н, тобто здійснюється цикл нагнітання.
Робочий об'єм насоса залежить від кута нахилу блока циліндрів. Змінюючи , можна змінювати робочий об'єм, а отже, і подачу насоса. Чим більший кут , тим більший робочий об'єм і подача насоса. Цей кут прямо пропорційний параметру регулювання гідромашини.
В гідромашинах з нахиленим диском (рис 6, б) блок циліндрів (ротор) 2 співвісний з приводним валом 6' і обертається разом з ним, а поршні (плунжери) 4 опираються на нерухомий нахилений диск (шайбу) 5', завдяки чому здійснюється поворотно-поступальний рух. При цьому відбувається всмоктування рідини під час висування поршнів 4 з блоку циліндрів 2 і витіснення рідини під час руху поршнів в блоці циліндрів. Для підведення і відведення рідини до робочих камер 3 в нерухомому торцевому розподільному диску 1 виконано два серпоподібні канали, сполучені з засмоктуючою В і напірною Н гідролініями. Для забезпечення руху поршнів під час циклу всмоктування застосовується примусове притискання їх до нахиленого диска пружинами або тиском рідини.
В залежності від виду регулювання аксіально-поршневі гідромашини поділяються на:
– пропорційні;
– з регулятором постійного перепаду;
– з регулятором постійного тиску;
– з регулятором постійної потужності;
– функціонуючі тільки від зовнішньої дії.
Аксіально-поршневі гідромашини є одними з найбільш вживаними в гідроприводах мобільних машин і стаціонарному устаткуванні завдяки наступним перевагам: більш високому ККД (0,85...0,94) в порівнянні з ККД шестерінчастих і пластинчатих гідромашин; працездатності при високому тиску в межах 20...32 МПа і до 40...50 МПа; можливості регулювання робочого об'єму за рахунок нахилу диска або блока циліндрів; широкому діапазоні робочих об'ємів від 0,0005 дм3 до 30 дм3; високої засмоктуючої здатності насосів, що забезпечує можливість їх експлуатації в гідросистемах з відкритою циркуляцією робочої рідини; широкому діапазоні частот обертання - від 1 об/хв (мінімальна частота обертання гідромотора) до 2500 об/хв (максимальна частота обертання насоса); тривалим терміном служби - до 10000...12000 год.; низькому рівню шуму; достатньо високим питомим показникам і ін. Проте в них складні кінематика і динаміка, багато прецизійних деталей, тому вони складні у виготовленні, мають високу вартість і вимагають підвищені вимоги до тонкості фільтрації робочої рідини.
Конструкції аксіально-поршневих гідромашин дуже різноманітні. Аксіально-поршневий регульований гідромотор (рис. 7) складається з вала 1, корпуса 2 всередині якого розташовані блок циліндрів 3 (ротор) з поршнями 4 і сферичний регулятор положення розподільного диску 5. В корпусі 2 встановлений плунжер положення розподільного диску 6. Переміщення плунжера обмежують гвинтом 7. Таке конструктивне рішення дозволяє значно зменшити габарити регульованої аксіально-поршневої гідромашини.
Рис 7. Конструкція аксіально-поршневого насосу з розподільним диском: 1 – приводний вал; 2 – корпус насоса; 3 – блок циліндрів; 4 – поршень; 5 – регулятор положення розподільного диску; 6 – плунжер регулювання положення розподільного диску; 7 – регулювальний гвинт положення розподільного диску; 8 - засмоктуюча гідролінія;
Конструкція аксіально-поршневого гідронасоса з нахиленим блоком циліндрів показана на рис.8.
Рис 8. Конструкція аксіально-поршневого насоса з нахиленим блоком циліндрів
Аксіально-поршневі нерегульовані насоси і гідромотори (рис.9) за принципом дії є оборотними гідромашинами і мають чітко фіксований кут нахилу блоку циліндрів (25°).
Рис. 9. Аксіально-поршневий нерегульований гідромотор
Маркування насосів і гідромоторів утворюються таким чином: перші три цифри позначають тип гідромашини, наступні дві – діаметр поршня циліндрів (мм), третя група цифр – виконання (насос або гідромотор), останні дві – приводний вал; букви “А” і “Б” позначають матеріал корпуса насоса.
|
n = 1500 об/хв. n = 2500 об/хв |
|
|
Рис. 10. Графіки потужності і подачі для насосів з робочим об’ємом 56 см3 |
Продуктивність гідромотора визначається за виразом
, л/хв (10)
Крутний момент на валу гідромашини
, НЧм. (11)
Потужність гідромашини
, кВт (12)
де q - робочий об'єм, мм3;
Dp - перепад тиску, атм;
n - частота обертання, об/хв;
hоб - об'ємний ККД;
hм - механічний ККД;
hз - загальний ККД, hз=hvhм .
Об'єм робочої камери гідронасоса визначається виразом
, мм3 (13)
де dп –діаметр поршня, мм;
D- діаметр розташування поршнів, мм;
- кут нахилу блоку циліндрів.
І. Вивчити будову гідронасосів та їх основні параметри.
2. Послідовно розібрати гідронасоси та познайомитися з їх конструкцією.
3. Визначити основні конструктивні розміри елементів гідронасоса, необхідні для визначення об'єму робочої камери.
4. Виконати розрахунок продуктивності гідронасосів для вказаної викладачем частоти обертання приводу.
На титульному листі вказати назву університету, інституту, кафедри, на якій виконується робота, номер і назву роботи, прізвище і ініціали студента, рік виконання роботи.
Вказати мету роботи.
Накреслити конструктивні схеми розглянутих гідронасосів з позначенням необхідних розмірів.
Привести числові розрахунки, пов'язані з обробкою результатів.
1. Яке призначення і сфера використання гідронасосів?
2. Як визначається параметр регулювання гідронасосів?
3. Які ККД гідронасосів Ви знаєте і як вони визначаються?
4. Як визначається продуктивність гідронасосів?
5. Як відбувається переміщення олії в різноманітних типах гідронасосів?
6. Якими основними технічними параметрами характеризуються гідронасоси?
Література
1. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. М.:Машиностроение, 1988.
2. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро - и пневмомашины и передачи: Учеб. Пособие для вузов / А.Ф. Андреев, Л.В. Барташевич, Н.В. Богдан, и др.; Под ред.В.В. Гуськова. – Мн.: Выш. шк., 1987. – 310 с.:ил.
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
до лабораторної роботи № 32
з дисципліни "Гідравліка, гідро- та пневмоприводи"
для студентів базової вищої освіти за напрямком
6.0902 "Інженерна механіка"
Укладачі Боровець Володимир Михайлович,
Гаврильченко Олександр Віталійович,
Шенбор Владислав Станіславович.
Редактор
Комп’ютерне верстання
Здано у видавництво 10.12.2004. Підписано до друку __ 2004.
Формат 70100/16. Папір офсетний. Друк на ізографі.
Умовн. Друк. Арк. .Обл.. –вид. Арк. .
Наклад 100 прим. Зам.
Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”
Реєстраційне свідоцтво серії ДК № 751 від 27.12.2001 р.
Поліграфічний центр Видавництва
Національного університету “Львівська політехніка”
Вул.. Ф.Колеси, 2, Львів, 79000