Результаты измерения конструктивных параметров насоса

Наименование размера	Обозначение	Размерность	Измеренное значение
Диаметр разноски осей цилиндров	D	см
Диаметр поршня	dп	см
Угол наклона блока цилиндров	b	град
Максимальный ход поршня	h	см
Число поршней	z	-

Таблица 2.

Эксплуатационные параметры насоса

Наименование размера	Обозначение	Размерность	Значение
Номинальная частота вращения	n	сек-1
Номинальное давление	Pn	Па

· объемную подачу насоса ;

· максимальное значение относительной скорости перемещения поршня в

цилиндре ;

· максимальное ускорение поршня в относительном движении

;

· полезную мощность насоса N_п = Q Р_н .

4.6. Результаты расчета занести в табл. 3.

Таблица 3.

Эксплуатационные характеристики насоса

Наименование характеристики	Обозначение	Размерность	Величина
Рабочий объем	W	см3
Объемная подача (расход)	Q	см3/с
Максимальная относительная скорость перемещения поршня в цилиндре	Vп max	см/с
Максимальное ускорение в относительном движении	ап	см/с2
Полезная мощность насоса	Nп	Вт

5. Контрольные вопросы:

5.1. Какие насосы называются роторными?

5.2. Как рассчитывается рабочий объем аксиального роторно-поршневого насоса?

5.3. В чем состоит отличие аксиального роторно-поршневого насоса от радиального роторно-поршневого насоса?

5.4. По какому принципу работают шестеренные насосы?

5.5. Как рассчитывается рабочий объем различных типов насосов?

5.6. Какие параметры относятся к конструктивным, а какие к эксплуатационным параметрам насосов? Почему?

5.7. Какие показатели насоса отражают эксплуатационные характеристики? Как они рассчитываются?

Лабораторная работа №7

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИИ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОГО ГИДРОМОТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ЭКСПЛУТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

1. Цель и задачи работы

Целью работы является изучение конструкции аксиально-поршневого мото­ра и определение его основных эксплуатационных параметров.

Задачи:

· накомление с конструкцией и принципом действия исполнительных механизмов гидропривода;

· расчет характеристик аксиально-поршневого гидромотора ПМ №5-50 по данным измерений его отдельных элементов.

2. Теоретические положения

Гидродвигатель-машина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей среды в энергию движения выходного звена. В отличии от насоса (в котором входным параметром является скорость вала и выходным-расход жидкости). Входным параметром гидродвигателя является расход жидкости и выходными-перемещение или скорость его выходного звена (вала или штока).

Гидромоторы

Различают гидромоторы с наклонным блоком и машины с наклонным диском, понимая под первым аксиально-поршневые, а под вторым- у которых ось ведущего звена и ось вращения ротора совпадают, т.е. у них ведущее звено и ротор находятся на одной оси.

Гидромоторы с аксиальным и близким к аксиальному расположению цилиндров являются наиболее распространенными в гидравлических системах. По числу разновидностей конструктивного исполнения они во много раз превосходят прочие типы гидромашин. Они обладают наилучшими весовыми характеристиками, имеют высокий КПД, который для большинства моделей достигает при оптимальных режимах 0.97-0.98. Моменты инерции аксиально-поршневого гидромотора мощностью 200 л.с. составляет менее 1/10 моментов инерции электродвигателя такой же мощности.

Гидромоторы с аксиальным расположением цилиндров применяют при давлениях 21-35 Мпа.

Гидроцилиндры

Кроме гидромоторов и гидронасов к исполнительным механизмам гидроприводов относят гидроцилиндры.

Гидроцилиндром называют объемным гидродвигатель с ограниченным возвратно-поступательным движением выходного звена. В зависимости от конструкции рабочей камеры гидроцилиндры подразделяют на поршневые, плунжерные,

телескопические, мембранные и сильфонные.

Рис. 1 Схема плунжерного цилиндра

Принцип работы: при соединении полости А с напорной линией гидропривода плунжер движется под действием давления. При соединении полости А со сливной линией плунжер цилиндра движется под действием внешних сил в исходное положение.

Скорость перемещения плунжера определяют по формуле:

,где - расход жидкости(м³/с), -диаметр плунжера

Усилие на плунжере без учета сил трения и инерции определяются по формуле:

;

Плунжерные цилиндры отличаются простой конструкцией. Недостатком их является малый ход и неустойчивость плунжера вследствие наличия только одной опоры.

Телескопическим называют цилиндр с рабочей камерой, образованной рабочими поверхностями корпуса и несколько концентрично расположенных поршней, перемещающихся относительно друг друга. Сумма ходов поршней должна быть больше длины корпуса. Последовательность выдвижения поршней может быть от большего к меньшему.

Рис. 2 Схема телескопического цилиндра

Гидроцилиндры мембранного типа используются для осуществления малых прямолинейных перемещений при больших усилиях. С помощью мембран можно обеспечить полную герметичность соединения и одновременно малое трение, благодаря чему мембранные механизмы нашли применение при небольших движениях.

Рис. 3 Схема мембранного насоса

Ссльфоны. В гидропневматике применяются также исполнительные механизмы с разделителем в виде цилиндрического сильфона. Сильфоны изготавливают из металлов и, лишь при работе при небольших давлениях из неметаллических материалов-резины и различных пластиков.

Рис. 4 Схема цилиндрического сильфона

Металлические сильфоны бывают одно и многослойные (до 5 слоев). Причем, многослойные сильфоны допускают при той же общей толщине и при тех же размерах, что и однослойные, значительно больший ход при одинаковой нагрузке.

Допускаемое давление для неметаллических сильфонов до 2-3 кг/см³, для однослойных металлических сильфонов малых диаметров - до 30 кг/см³ и больших (>150 мм)- до 2 кг/см³. Применение сильфонов имеет особые приемущества в условиях низких и высоких температур, значение которых лимитируется материалом, из которого изготовлен сильфон.

За эффективный диаметр приближенно принимают средний диметр D_ср, в соответствии с чем усилие, развиваемое сильфоном при действии внутреннего давления жидкости, может быть приближено, пренебрегая влиянием жесткости материала сильфона, вычислено, как произведение:

,где:

-полезная(эффективная) площадь сильфона,

а средний диаметр сильфона

Поворотные гидродвигатели

Поворотными называют объемные гидродвигатели, у которых угол поворота выходного звена (вала) ограничен. Их применение в гидроприводах упрощает кинематику передающих звеньев машин и механизмов по сравнению с гидроприводами, в которых для этих же целей применяют гидроцилиндры. Это объясняется тем, что вал поворотного двигателя может быть непосредственно соединен с валом приводной машины без каких-либо промежуточных кинематических звеньев, понижающих точность отработки углов поворота машин.

Основными параметрами поворотных гидродвигателей является номинальное давление ,номинальный расход , крутящий момент , угол поворота j и угловая скорость w вала гидродвигателя, а так же масса m гидродвигателя (j<360°).

Поворотные гидродвигатели по конструкции рабочих камер подразделяют на пластинчатые и поршневые.

Пластинчатые гидродвигатели поворотного типа по числу пластин подразделяют на одно-, двух-, трехпластинчатые.

На рис. 5 показана конструктивная схема однопластинчатого поворотного гидродвигателя, состоящего из корпуса 1, вала 5, пластин 2, жестко соединенных с валом и боковых крышек 3 и 4.

Рис. 5 Конструктивная схема однопластинчатого поворотного гидродвигателя

Гидродвигатель имеет две рабочие камеры А и Б, образованные рабочими поверхностями корпуса, пластины и боковых крышек.

Принцип работы: при подводе рабочей жидкости под давлением в камеру А пластинка 2 с валом 5 поворачивается по часовой стрелке под действием создаваемого крутящего момента . Одновременно с поворотом пластина вытесняет жидкость из камеры Б в сливную линию. Если изменить направление потока рабочей жидкости и подводить ее под давлением в камеру Б, то вал гидродвигателя будет на валу гидродвигателя определяют по формуле:

,

где

-перепад давлений4

-рабочая плошадь пластин

-большой и малый радиус соответсвенно

-ширина пластины

-плечо

Угловая скорость w (рад/с) поворота вала гидродвигателя определяем по формуле:

где -расход (м³/с)

Поршневые поворотные гидродвигатели имеют рабочие камеры, образованные рабочими поверхностями корпуса и поршня.

На рис.6 показана конструктивная схема четырехпоршневого поворотного гидродвигателя с двумя реечно-зубчатыми передачами.

Рис. 6 Конструктивная схема четырехпоршневого поворотного гидродвигателя с двумя реечно-зубчатыми передачами

Основными конструктивными элементами являются корпус 1 и поршни 2,4,5 и10, установленные в цилиндрических расточках корпуса. Поршни попарно соединены жестко зубчатыми рейками 3 и 6, которые входят в зацепление с зубчатым колесом 7. Выходным звеном гидродвигателя является вал 9. Для выбора зазора в предохранителя от поворота рейки вокруг продольной оси имеются два упора 8. Гидродвигатель имеет четыре рабочие камеры А,Б,В и Г.

Принцип действия: при подводе рабочей жидкости под давлением, например, в рабочие камеры А и В поршни 2 и 5 перемещаются в разные стороны. Вместе с поршнями перемещаются рейки, которые поворачивают зубчатое колесо 7 с валом 9 по часовой стрелке. Одновременно при этом рабочая жидкость поршнями 4 и 10 вытесняется из камер Б и Г, то вал гидродвигателя повернется против часовой стрелки.

Расчетный крутящий момент и угловую скорость w на выходном звене (валу) гидродвигателя определяют по формулам:

;

,где

-перепад давлений

-площадь поршня

-диаметр делительной окружности зубчатого колеса

-число поршней, работающих одновременно.

3. Объекты исследования, оборудование, инструменты

Объектом исследования является аксиально-поршневой гидромотор с наклонным блоком цилиндров типа ПМ №5-50.

Сборочный чертеж гидромотора представлен на плакате.

Устройство гидромотора:

В расточке корпуса 1 на подшипниках 2 установлен вал 3, который через кардан соединен с блоком цилиндров 5. В блоке размещены поршня 12, которые навальцованы на малые сферические головки шатунов. Большие сферические головки завальцованы во фланце 13 вала 3. Другой конец вала имеет шлицы для соединены с валом нагрузки. Установленный в корпусе 4 на оси 7 с подшипником 6 блок цилиндров 5 поджат пружиной 8 к распределительному диску 11, который имеет два дугообразных канала. Штифт 10 предохраняет распределительный диск от поворота относительно крышки 9, в которой имеются подводящий и отводящий каналы.

Герметизации гидромотора осуществляется с помощью уплотнительных манжеты 14 и колец.

Рабочий цикл гидромотора состоит из процессов нагнетания и вытеснения. Нагнетание происходит в рабочих камерах, которые в данный момент соединены с нагнетательными дугообразным пазом распределительного диска. Жидкость поступает в рабочие камеры и давит на поршни. Сила давления, действующая на поршни по оси, через шатуны передается на фланец вала под углом. Вследствие этого происходит разложение силы от шатуна на осевую и вертикальную. Все осевые силы от каждого из поршней направлены нормально к оси вала и воспринимаются подшипниками вала. Разложение вертикальных составляющих, действующих в плоскости фланца дает радиальные и тангенциальные силы от каждого из поршней, соединенных с плоскостью нагнетания. Одновременно происходит процесс вытеснения в тех рабочих камерах, которые соединены с полостью вытеснения и отводящим каналом. В этих камерах поршни перемещаются в направлении к распределительному диску и вытесняют рабочую жидкость через окно блока в дугообразный канал вытеснения распределительного диска. Во время работы блок цилиндров прижат к распределительному диску гидравлическими силами прижима.

При изменении направления подводимого потока жидкости изменяется направление вращения вала гидромотора . Частота вращения вала (с^-1) гидромотора зависит от расхода :

,где -расход (м³/с)

-рабочий объем гидромотора (м³)

Крутящий момент (Нм) определяется по формуле:

,где -перепад давлений (Па)

В гидромоторе направление момента , который создает давление жидкости, совпадает с направлением вала. Это активный момент, совершающий полезную работу на валу гидромотора.

Преобразование энергии в гидромоторе сопровождается потерями мощности на трение механических частей, а также на преодоление вязкостного и инерционного сопротивление жидкости в каналах машин. Эти потери характеризуются механическим КПД, который равен отношению теоретической мощности к мощности, приведенной к машине извне.

Механические потери мощности могут быть вычеслены:

,где

-теоретическая мощность гидромотора

-мощность снимаемая с вала гидромотора

Механические потери уменьшают мощность и крутящий момент на валу гидромотора.

Механический КПД гидромотора _. равен отношению эффективной мощности на его валу к теоретической мощности

;

или

,

т.к. ,

где - эффективный (тормозной) момент на валу гидромотора, определяемый опытным путем;

- теоретический расчетный момент

,

;

С учетом механических потерь выражение для фактического момента на валу гидромотра примет вид:

;

Рабочий объем аксиально-поршневого гидромотора определяют по зависимости:

,где

-диаметр разности осей цилиндров;

-диаметр поршня;

максимальный ход поршня;

Для измерения конструктивных параметров гидромотора в лабораторной работе используются следующие инструменты:

1. Штангенциркуль

2. Углометр

3. Инженерный калькулятор

4. Задание на работу

4.1 Ознакомление с конструкцией и принципом действия гидродвигателей

4.2 Изучение конструкции и измерение конструктивных параметров аксиально-поршневого гидромотора ПМ №5-50

4.3 Расчет характеристик мотора типа ПМ №5-50

5. Порядок выполнения работы

5.1 Ознакомиться с теоретическими положениями и зарисовать конструктивные схемы гидродвигателей различных типов

5.2 Изучить конструкцию аксиально-поршневого гидромотора ПМ №5-50 и выяснить назначение всех его элементов

5.3 Используя результаты лабораторной работы №1 (значение ), вычислить расход гидромотора по формуле:

,

где - угол отклонения блока цилиндров гидронасоса

Примечание:

,

где -рабочий объем при данном

т.е. расход насоса при данном является входной характеристикой для мотора

5.4 Измерить характерные размеры гидромотора, необходимые для вычисления его рабочего объема (const). Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты измерений конструктивных параметров

Наименование размеров	Обозначение	Размерность	Измеренное значение
Диаметр разности осей	D	см
Диаметр поршня	dп	см
Угол наклона блока цилиндров	b	град
Число поршней	z	-

5.5 Вычислить величину номинального рабочего объема гидромотора по формуле:

;

(совпадает с гидронасоса)

5.6 Вычислить выходную характеристику гидромотора- частоту вращения вала n для данного расхода

5.7 Вычислить крутящий момент:

;

5.8 Результаты работы поместить в таблицу 2

Таблица 2

Результаты вычислений эксплуатационных параметров гидромотора.

Наименование размеров	Обозначения	Размерность	Вычисленные значения
Номинальный рабочий объем	W0	см3
Частота вращения	n	с-1
Крутящий момент	Mкр	Нм

6. Оформление отчета

В отчете следует представить:

6.1.Конструктивные схемы

6.2.Расчетные формулы

6.3.Таблицы 1 и 2

7. Контрольные вопросы

7.1.Что такое гидродвигатель? Какие типы гидродвигателей вам известны?

7.2.В каких случаях используются гидроцилиндры мембранного типа?

7.3.Какие типы гидроцилиндров вы знаете?

7.4.Назовите преимущества гидромотора с аксиальным расположением цилиндров?

7.5.В результате чего при работе гидромотора появляются потери мощьности?

7.6.Что такое объемный КПД?

7.7.Как практически определить механический КПД гидромотора?

7.8.По какой формуле вычисляется рабочий объем аксиально-поршневого гидромо тора?