Здавалка
Главная | Обратная связь

Теоретичні відомості.



Поршневі насоси при великій різноманітності конструкцій можна поділити на три групи:

а) насоси одинарної (простої) дії;

б) насоси подвійної дії;

в) насоси потрійної дії.

У насосі простої дії (рис. 1, а) за один оберт вала (подвійний хід поршня) насос робить один такт усмоктування й один такт нагнітання.

Дійсна подача такого насоса визначається за формулою

. (1)

У насосі подвійної дії (рис. 1, б) за один оберт вала кривошипа відбувається два такти нагнітання й усмоктування. Подача цього насоса рівномірніша, ніж у насоса простої дії.

За один оберт вала кривошипа об’єм, що витісняється поршнем, дорівнює ,

де f – площа штока поршня, м2.

Середня подача насоса визначається залежністю

м3/с. (2)

Насос потрійної дії являє собою строєний насос простої дії. Звідси середня подача виразиться за такою формулою:

м3/с. (3)

Якщо зневажити площею штока при визначенні подачі насоса, то його секундна подача може бути визначена із загальної формули

м3/с, (4)

де i – число дій насоса (для насоса одинарної дії i = 1, подвійної – i = 2, потрійної – i = 3 і т. д.).

До переваг поршневих насосів належать: досить високий ККД; незалежність напору від подачі; здатність перекачування рідин з різною в’язкістю; добра усмоктувальна здатність.

Їм властиві і серйозні недоліки: нерівномірна подача й різкі коливання тиску, тихохідність, висока відносна вартість і металоємність.

Характерна риса роботи поршневих насосів полягає в тому, що тиск, який розвивається, не залежить від подачі і визначається характеристикою трубопроводу.

Характеристика впливу тиску в насосі на його подачу наведена на рис. 2. Як бачимо, теоретична подача не залежить від тиску. Дійсна ж подача зі збільшенням тиску трохи падає через збільшення об’ємних втрат у насосі. Фактичний тиск, що розвивається насосом, визначається точками А чи В перетинання характеристик трубопроводу і залежністю pн-Q. При досягненні максимального тиску в насосі (точка М) відбувається відкриття запобіжного клапана. З викладеного ясно, що запуск поршневих насосів потрібно здійснювати при відкритій засувці на нагнітальній лінії.

Регулювання подачі поршневого насоса здійснюють шляхом зміни за допомогою регульованого перепускного клапана, через який частина рідини з нагнітального трубопроводу чи робочої камери направляється знову в усмоктувальний трубопровід.

Гідроциліндри – це об’ємний гідродвигун зі зворотно-поступальним рухом вихідної ланки. У різних галузях техніки використовуються найрізноманітніші як за конструкцією, так і за функціональним призначенням типи гідроциліндрів. Конструктивні схеми гідроциліндрів представлені на рис. 3.

Гідроциліндр, в якому рух вихідної ланки під дією робочої рідини можна забезпечити тільки в одному напрямку, називається гідроциліндром одностороньої дії (рис. 3, а). Рух вихідної ланки при цьому в протилежному напрямку може відбуватися під дією пружини, сили ваги чи іншим способом. Якщо ж рух вихідної ланки можливий у двох протилежних напрямках, то такий гідроциліндр називається гідроциліндром двосторонньої дії (рис. 3, б).

У залежності від конструкції робочої ланки гідроциліндри бувають: поршневі (рис. 3, а, б), плунжерні (рис. 3, в), мембранні (рис. 3, г), сильфонні (рис. 3, д). Під робочою ланкою гідродвигуна взагалі і гідроциліндра зокрема розуміється деталь чи група деталей, що беруть участь в утворенні робочої камери і приводять у рух вихідну ланку.

Наведені конструктивні схеми гідроциліндрів дозволяють забезпечити повний хід вихідної ланки рівним ходу робочої ланки, і тому їх прийнято називати одноступінчастими гідроциліндрами. А гідроциліндри, в яких повний хід вихідної ланки дорівнює сумі ходів усіх робочих ланок, називаються телескопічними (рис. 3, е).

У залежності від числа поршнів чи плунжерів телескопічні гідроциліндри можуть бути двоступінчастими, трьохступінчастими і т. д. При цьому ступінь з найменшим діаметром поршня чи плунжера називається першим ступенем, наступний – другим ступенем і т. д.

Розрізняють гідроциліндри з одностороннім і двостороннім штоком, розуміючи під першим поршневий гідроциліндр зі штоком з однієї сторони і під другим – гідроциліндр зі штоком, розташованим по обидві сторони поршня (рис. 3, ж). Нерідко доцільно з’єднувати з рухомою частиною машини не шток, а корпус циліндра. Рідину в циліндр у цьому випадку підводять через гнучкі трубопроводи (шланги) або через канали в штоку.

При експлуатації гідроциліндрів, особливо з великими інерційними навантаженнями на вихідній ланці, з метою запобігання виникненню ударних навантажень використовують гідроциліндри з гальмуванням, у конструкції яких передбачаються пристрої, що демпфірують, цим самим забезпечуючи плавне сповільнення руху поршня.

Найбільш розповсюджені конструктивні схеми таких демпферів показані на рис. 4. У конструкції (рис. 4, а) демпфірування досягається за рахунок видавлювання рідини стовщенням штока через кільцевий зазор, що утворюється між цим стовщенням і циліндричним розточенням, виконаним у кришці гідроциліндра. У конструкції (рис. 4, б), в якій демпфірування досягається послідовним вимиканням випускних отворів, що з’єднують порожнину гідроциліндра з лінією зливу, активною гальмовою поверхнею служить уся площа поршня (чи площа поршня за винятком площі штока).

У конструкції, показаній на рис. 4, в, демпфірування здійснюється включенням наприкінці ходу поздовжньої дроселюючої щілини, а в конструкції на рис. 4, г – вимиканням дросельного клапана.

У гідросистемах тракторів і сільськогосподарських машин застосовують гідроциліндри як поршневі, так і плунжерні. Плунжерні гідроциліндри у свою чергу поділяються на одноступінчасті і багатоступінчасті (телескопічні). У начіпних системах тракторів, а також у машинах, в яких у процесі роботи необхідно регулювати хід штока, використовують в основному уніфіковані поршневі гідроциліндри типу Ц з робочим тиском 10, 16 і 20 МПа.

У гідросистемах сільськогосподарських машин застосовуються в основному нормалізовані поршневі гідроциліндри, розраховані для роботи на мінеральних маслах у діапазоні температур робочої рідини від -10 до +70 °С. Максимальний тиск для цих гідроциліндрів 16 МПа, швидкість поршня – до 0,5 м/с .

Плунжерні гідроциліндри застосовуються для здійснення зворотно-поступального руху робочих органів, коли зворотний хід цих органів відбувається за рахунок власної маси чи за рахунок дії пружинних та інших пристроїв. Зокрема, плунжерні гідроциліндри застосовуються для підйому жниварки зернозбирального комбайна, в автонавантажувачах, в автомобілях-самоскидах і т. ін. Вони працюють на мінеральних маслах при найбільшому робочому тиску до 10 МПа зі швидкістю переміщення плунжера до 0,3 м/с.

Телескопічні гідроциліндри застосовують у сільськогосподарських машинах, де потрібний значний хід штока при мінімальних розмірах корпуса гідроциліндра; зворотний хід у них здійснюється за рахунок маси робочих органів (наприклад, кузов самоскидних візків автомобілів). Телескопічні гідроциліндри розраховані для роботи при номінальному тиску в гідросистемі до 10 МПа.

У сільськогосподарських машинах гідродвигуни поступального руху (гідроциліндри) використовують в основному або для переміщення і фіксації відносно один одного різних вузлів, або для приведення робочих органів машини в періодичний зворотно-поступальний рух. На сільськогосподарських машинах, крім гідроциліндрів, знаходять застосування і гідродвигуни зворотно-поступального руху (ДЗП), що застосовуються для приведення в дію ріжучих апаратів косарок, жниварок, пристосувань для підрізування виноградної лози та інших механізмів.

Прийнято вважати, що з підвищенням тиску і відповідно зі зменшенням розмірів гідроциліндрів поліпшуються їхні економічні показники. Однак з підвищенням тиску збільшується товщина стінок циліндра і трубопроводів, зростає необхідність підвищення точності виготовлення, ускладнюється конструкція ущільнювальних пристроїв для рухливих і нерухливих з’єднань, виникає необхідність у застосуванні більш дорогих насосів і апаратури. Тому з підвищенням тиску з’являється ряд суперечливих вимог, що впливають на економічну ефективність.

Загальні витрати з підвищенням тиску знижуються лише до деякої межі, а потім починають зростати.

Можна констатувати, що оптимальний робочий тиск – це тиск 25...30 МПа, при якому одержується найбільший економічний ефект. У сільськогосподарському машинобудуванні освоєне виробництво гідроциліндрів на робочий тиск 16...20 МПа. Тому питання підвищення робочого тиску в гідроприводах тракторного і сільськогосподарського машинобудування залишається відкритим.

Основні параметри поршневих гідроциліндрів – це рушійне зусилля на штоку Р і швидкість поршня V.

Рушійне зусилля Р на штоку, спрощене без урахування сил тертя, протитиску в неробочій порожнині і сил інерції, визначається за формулою .

При цьому для поршневого гідроциліндра двосторонньої дії (рис. 3, б) при подачі рідини в поршневу порожнину площа F розраховується за формулою , при подачі в штокову порожнину і для гідроциліндра з двостороннім штоком (рис. 3.8, е), за умови рівності діаметрів правого і лівого штоків,

, (5)

де D і d = d1 = d2 – діаметри відповідно поршня і штока, м.

Для плунжерного гідроциліндра (рис. 2, в) робоча площа – це площа перерізу штока.

Розрахункову швидкість поршня (без урахування витоків рідини) визначають за формулою

. (6)

З наведеної формули випливає, що при однаковій подачі рідини в обидві порожнини гідроциліндра з однобічним штоком швидкість штока при надходженні рідини в штокову порожнину буде більше швидкості при подачі в поршневу порожнину у відношенні

Отже, при використанні поршневих гідроциліндрів двосторонньої дії можливим шляхом вибору розмірів D i d можуть стати великі зусилля при ході штока в одному напрямку (при подачі рідини в поршневу порожнину циліндра) і великі швидкості при зворотному ході (при подачі рідини в штокову порожнину). Швидкість поршня цього гідроциліндра при подачі рідини в поршневу і штокову порожнини визначається так:

; . (7)

Таким чином, при відповідному підборі діаметрів штока і поршня можна одержувати різні рушійні зусилля і швидкості поршня. Наприклад, при швидкість поршня (рис. 2, а) при русі в праву сторону буде у два рази більшою, а рушійне зусилля у два рази меншим.

У випадку, коли різниця швидкостей і рушійних зусиль небажані, гідроциліндри включають за допомогою золотника за диференціальною схемою, при якій штокова порожнина з’єднана з живильною лінією.

На практиці у процесі експлуатації в результаті тертя рухливих з’єднань у гідроциліндрі виникають сили тертя і сили інерції частин, що рухаються, при перехідних режимах, викликаних прискоренням і уповільненням.

Крім того, у ряді випадків при розрахунках рушійного зусилля не можна зневажати протидіючою силою , викликаною тиском у зливальній магістралі.

З урахуванням цього ефективна рушійна сила на штоку гідроциліндра визначиться за формулою

. (8)

Сила тертя у загальному вигляді визначається за формулою

, (9)

де – коефіцієнт тертя; G – вага рухливих частин циліндра й механізму навішення; Rн – нормальна сила поршня на корпус циліндра і штока на опорну поверхню передньої кришки, Н.

Сила інерції частин, що рухаються:

, (10)

де M – маса частин, що рухаються (включаючи рідину), кг;

а – прискорення частин, що рухаються (включаючи рідину), м2/с.

Цей вид навантаження особливо важливе значення має для гідроциліндрів навантажувачів і екскаваторів, де число реверсів у хвилину досягає 10, а маса рухливих частин – декількох тонн.

При рівномірному русі сила інерції , відповідно до чого

. (11)

У плунжерному гідроциліндрі об’єм рідини, що витісняється, дорівнює нулю, і тому при рівномірному русі .

Найважливіша функціональна характеристика гідроциліндра – це його загальний ККД: . У цьому випадку .

Механічний ККД силового гідроциліндра в залежності від різних факторів коливається від 0,81 до 0,97, у кожному конкретному випадку визначається силою тертя. Сила тертя залежить головним чином від конструкції циліндра, відхилень форми і взаємного положення поверхонь як самого гідроциліндра, так і деталей механізму навіски, в яку він вставляється. Крім того, сила тертя також залежить від якості поверхні матеріалів, що сполучаються, і ущільнень поршня і штока. Причому сила тертя нерідко досягає великих значень. Наприклад, для гідроциліндра механізму ковша екскаватора сила тертя досягає 1900 Н [10].

У загальному випадку

, (12)

де Рф і Р – відповідно фактичне й розрахункове рушійне зусилля. На практиці розрахунок загального ККД гідроциліндра вираховується за результатами даних, отриманих при стендових випробуваннях.

У циліндрах, поршні яких ущільнені гумовими чи шкіряними манжетами або гумовими кільцями, виток рідини практично відсутній, тому об’ємний ККД також близький до 1.

Вітчизняною промисловістю виробляються гідроциліндри в трьох виконаннях, що позначаються цифрами 2, 3, 4 (табл. 1).

Таблиця 1. Характеристика поршневих гідроциліндрів

Виконання Характеристика
Номінальний тиск, МПа Внутрішній діаметр гідроциліндра, мм
14, 20, 25 55, 75, 90, 100, 110
14, 20, 25 50, 60, 63, 80, 100, 110
14, 20, 25 63, 80 і 100

Приклад умовної позначки гідроциліндра: Ц-80-200-4; цифра 80 позначає діаметр поршня, 200 – хід поршня, а 4 – виконання.

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.