Классификация и конструкции объемных гидромашин

Отличительным признаком объемных гидромашин является наличие герметизированных камер с изменяемым объемом в фазах рабочего цикла. Камеры работают в двухтактном режиме. Для насоса это фазы всасывания и нагнетания, для гидродвигателя – впуска жидкости под давлением и вытеснения отработанной жидкости. Впуск жидкости в камеры гидродвигателя обеспечивается движением его ведомого звена. По виду этого движения гидродвигатели подразделяются на гидромоторы –вращательное движение, силовые гидроцилиндры – поступательное движение, моментные (поворотные) гидроцилиндры – неполноповоротное движение [5]. Существующая классификация не охватывает относительно недавно получивших широкое применение в промышленности, импульсных гидроприводов вибрационного и ударного действия. Их гидродвигатели автономно промышленностью не выпускаются, а являются приводной частью импульсных устройств определенного функционального назначения [11].

Элементы, обеспечивающие фазовые изменения объемов камер, называются вытеснителями. Конструкция вытеснителя является для объемных гидромашин классификационным признаком. На сегодняшний день наибольшее распространение получили шестеренные, поршневые, пластинчатые, винтовые, мембранные гидромашины.

Достоинства каждого вида обусловливают области их применения: шестеренные наиболее простые технологически и в эксплуатации; конструкции поршневых обеспечивают их работу на наиболее высоких давлениях; пластинчатые характеризуются наибольшим отношением объемов их камер к общему объему конструкции, соответственно компактностью: винтовые обеспечивают их работу на наиболее вязких, «аномальных» жидкостях: мембранные работают на очень низких давлениях и используются во вспомогательных целях.

Все многообразие используемых, а также возможных конструктивных схем гидромашин в объеме учебного пособия рассмотреть не представляется возможным, поэтому ограничимся примерами наиболее распространенных вариантов [6, 14].

На рисунке 1.9 представлены примеры конструктивных схем поршневых гидромашин. Аксиально-поршневые гидромашины (рисунок 1.9, а), благодаря аксиальному расположению поршней (плунжеров), обладают низким моментом инерции ротора и, соответственно, высокой быстроходностью. Плунжеры связаны шарнирными соединениями с наклоннойшайбой, угол наклона которой обусловливает величину хода плунжера и рабочего объема машины, чем обусловлена возможность регулирования расходной характеристики.

Аксиально-поршневые гидромашины более сложные, требующие настройки на стенде, чувствительные к загрязнениям масла, ускоряющим износ плунжеров и вращающихся частей [10].

В радиально-поршневых гидромашинах регулирование производительности обеспечивается изменением эксцентриситета между осями ротора 2 и цилиндрической полости статора 1, что осуществляется либо вручную, либо (рисунок 1.9, б)гидравлически через плунжеры 5 и 6.

 

а)

б)

 

а–аксиально-поршневых: 1 – корпус, 2 – плунжер, 3 – наклонная шайба,4 – крышка системы распределения, 5, 6 – всасывающий и нагнетательный патрубки, 7 – приводной вал;

б – радиально-поршневых: 1 – отбойное кольцо, 2 – ротор, 3 – плунжеры, 4 – распределительная цапфа, 5, 6 – плунжеры регулирования рабочего объема

Рисунок 16 - Примеры конструктивных схем поршневых гидромашин

 

На рисунке 1.10 приведен пример наиболее распространенного в промышленности варианта конструктивной схемы шестеренной гидромашины с прямозубым внешним зацеплением шестерен. Здесь полости слева 4 и справа 5 от зубчатой пары пульсируют по объему за счет эпизодического вхождения в зацепление и выхождения из него смежных пар зубьев. При вращении в насосном режиме ведущей шестерни 3 по часовой стрелке полость слева 4 оказывается всасывающей, а правая 5 – нагнетательной. К преимуществам шестеренчатых насосов можно отнести простоту устройства, минимум проверок и настроек, невысокую чувствительность к загрязнениям.

1 – корпус; 2, 3 – ведомая и ведущая шестерни; 4, 5 – всасывающий и нагнетательный патрубки

Рисунок 17 - Пример конструктивной схемы шестеренной гидромашины

 

На рис. 2.8 представлены примеры конструктивных схем пластинчатых гидромашин. На рис. 2.8, а ротор с радиально расположенными на нем пластинами эксцентрично находится во внутренней цилиндрической полости статора 1. Рабочими камерами являются серповидные полости между поверхностями ротора и статора, а также боковыми поверхностями пластин. В машинах однократного действия с цилиндрической внутренней полостью статора 1 регулирование расходной характеристики обеспечивается изменением эксцентриситета между осями ротора и цилиндрической полости статора. Однако здесь всасывающая 4 и нагнетательная 5 камеры оказываются расположенными диаметрально противоположно, обусловливая появление радиально неуравновешенной силы на вал и опоры ротора, чем ограничивается величина рабочего давления. Соответственно, наиболее распространенными в промышленности являются пластинчатые гидромашины двукратного действия, где внутренняя полость статора 1 имеет эллипсовидную форму, чем обеспечивается двукратный цикл всасывания и нагнетания и взаимное уравновешивание сил высокого и низкого давлений.

а – однократного действия, б – двукратного действия;1 – корпус, 2 – ротор, 3 – пластины,4, 5 – всасывающий и нагнетательный патрубки

  Рисунок 20 - Примеры конструктивных схем пластинчатых гидромашин:

 

К гидродвигателям поступательного действия относятся силовые гидроцилиндры. На рис. 2.9 показан пример конструктивной схемы силового гидроцилиндра: двустороннего действия, две камеры которого разделены поршнем. Левая, «поршневая полость» – глухая, правая, «штоковая», запирается съемной крышкой с буксой. Вариант наиболее распространенный в промышленности, благодаря возможности совершения работы прямым и обратным ходом ведомого звена, в качестве которого, в зависимости от способа закрепления, может использоваться и цилиндр 1, и шток.

 

1 – корпус; 2 – поршень; 3 – поршеньгидротормоза;4 – шток;

5 – жилер гидротормоза; 6 – крышка; 7 – опорная букса

 

 Рисунок 21 - Пример конструктивной схемы силового двухкамерного гидроцилиндра двустороннего действия

 

Для обеспечения неполноповоротных движений с невысоким моментом используются поворотные гидроцилиндры различных конструкций. В пластинчатом исполнении (рис. 2.10) механизм представляет собой цилиндр 1 и соосно находящийся в нем вал 2 с закрепленными на нем пластинами 3.

 

  Рисунок 22 - Поворотный двухкамерный гидроцилиндр

 

Гидродвигатели вибрационного и ударного действия, как отмечалось, автономно промышленностью не выпускаются, а выполняются в конструктивном объединении с рабочим инструментом механизма определенного функционального назначения: буровой головки, перфоратора, отбойного гидромолота, дробителя и других [11]. На рис. 2.12 в качестве примера технологического механизма приведен общий вид гидромолота МГП-1. Здесь ведомое звено ударного гидроцилиндра и поршень-боек ПБ, в отличие от силового гидроцилиндра, совершают возвратно-поступательное движение в неустановившемся режиме, разгоняясь перед ударом в инструмент. Автоматический режим непрерывных ударов обеспечивается двухкаскадной схемой распределения, где функции распределителя 1-го каскада выполняет дополнительный поршень-золотник ПЗ1.

 

1 – узел инструмента, 2 – ударный гидроцилиндр,

3 – гидроблок, 4 – инструмент;ПБ – поршень-боек,

ПЗ1 – поршень-золотник 1-го каскада,

                                 З2 – золотник 2-го каскада

 Рисунок 24 - Общий вид гидромолота МГП-1 (Памир-1):