Файл: Краткие сведения из теории общие сведения о гидропередачах и гидромашинах.pdf

10 3. Объемные, к которым относятся, главным образом, утечки рабочей жидкости из полости нагнетания в полость всасывания или корпус через не- устранимые щели между подвижно-сопряженными деталями машины;
Гидравлические и механические потери обычно объединяют и их назы- вают гидромеханическими потерями.
Рис. 1.6. Схема гидропривода
Гидромеханическим КПД называется относительная величина, учиты- вающая гидромеханические потери внутри соответствующего гидравличе- ского агрегата или устройства и определяемая в общем случае зависимостью:




0
эф
0 1
эф
1 10 1
гм1 2
2
p
p
p
/
q
p
/
q
М
М






,




0 1
1 10 10 10
гм1 2
/
,
1 1
p
q
n
M
M
M
М
M
М
c
c
c









, (1.1)
где p
эф
– эффективное давление, т.е. та часть рабочего (манометрического) давления, которая идет на совершение полезной работы (определяется из эксперимента); p
0
– теоретическое давление, т.е. то, которое мог бы создать насос при данном потребляемом им моменте, если бы не было в нем потерь
(часто под давлениями p
0 и p
эф подразумевается перепад давлений с учетом давления в области слива Δp
0 и Δp
эф
);




,
1
n
M
M
c
c
– момент гидромехани- ческого сопротивления прямо пропорционален частоте вращения вала маши- ны и вязкости жидкости.
Как видно из выражения (1.1), гидромеханический КПД обратно про- порционален частоте вращения вала машины n
1
(скорости течения жидкости) и вязкости жидкости

, прямо пропорционален давлению в гидросистеме
0
p

, т.е. можно записать функциональную зависимость


0 1
1 1
гм1
гм1
,
,
p
n







На основании последних выражений можно записать гм1 10 1


M
M
; эд
10
M
M

;
2
гм
20 2


M
M
, где эд
M – момент, передаваемый насосу приводным электродвигателем.
Для гидропривода в целом гидромеханический КПД: гм2
гм1
гп гм




Таким образом, гидромеханический КПД гидропривода равен произве- дению гидромеханических КПД насоса и гидромотора.
Объемный КПД насоса, ГД или гидропривода учитывает лишь утечки жидкости из полости высокого давления в полость низкого и выражается, например, для насоса, отношением:
ЭД
n


n

q


q
2
ИО

р
эф
р
сл
М
2
, N
2

М
10
, N
10

М
20
, N
20

М
1
, N
1

Q
10

Q
1

Q
2

Q
20


11


10 1
ут1 1
1
ут1 10
ут1 10
ут1 10 10 1
об1
,
1 1
1
Q
p
Q
n
q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q













, (1.2) где


1
ут1
,



p
Q
– объемные потери, которые прямо пропорциональны давле- нию в гидросистеме и обратно пропорциональны вязкости жидкости.
Исходя из выражения (1.2), выражение для объемного КПД насоса мож- но представить в виде функциональной зависимости:


1 1
об1
об1
,
,
n
p






Имеем,
1
об
10
ут1 10 1




Q
Q
Q
Q
;
2
об
20
ут2 20 2




Q
Q
Q
Q
. В гидроприво- де
1 20
Q
Q

(
ут2
ут1 10 2
Q
Q
Q
Q



), откуда об2
об1 10
об2
об1 10 10 2
гп об
/
/








Q
Q
Q
Q
Таким образом, объемный КПД гидропривода равен произведению объ- емных КПД насоса и гидромотора.
Общий КПД учитывает как объемные, так и гидромеханические потери в гидросистеме. Общий КПД насоса (ГД) есть отношение передаваемой им мощности (полезной мощности) к потребляемой:
1
гм
1
об
0 10 1
10 1
1






p
Q
p
Q
N
N
эф
Понятие об общем КПД гидропривода аналогично понятию о КПД лю- бой другой передачи, т.е. выражается отношением оправдываемой ГД мощ- ности к мощности, потребляемой насосом. Для гидропривода в целом общий
КПД, учитывая
1 10 1


N
N
;
1 20
N
N

;
2 20 2


N
N
, будет равен:
2 1
10 2
20 10 2
гп







N
N
N
N

12
Работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШЕСТЕРЕННОГО
НАСОСА
Цель работы – изучить принцип устройства и действия шестеренных насосов, ознакомиться с их особенностями и получить представление о ме- тодике экспериментального определения основных характеристик насосов объемного типа.
Общие сведения о шестеренных насосах
Шестеренные насосы с цилиндрическими шестернями внешнего зацеп- ления (рис. 2.1) являются наиболее простыми из всех известных типов насо- сов. Они, по существу, состоят из двух одинаковых шестерен 1 и 2, поме- щенных с малыми зазорами в корпусе 3.
Рис. 2.1. Принципиальная схема шестеренного насоса
Рабочей камерой в шестеренных насосах является пространство, ограни- ченное впадиной между зубьями и стенками корпуса. При указанном на рис.
2.1 направлении вращения шестерен жидкость, заключенная во впадинах зубьев, переносится из полости всасывания «В» в полость нагнетания «Н».
Помимо насосов, построенных на базе двух шестерен внешнего зацепле- ния с зубьями эвольвентного профиля, применяются также насосы:
– с косозубыми шестернями,
– с шевронными шестернями,
– с шестернями внутреннего зацепления,

13
– трехшестеренные,
– двух- и трехступенчатые.
Все разновидности шестеренных насосов отличаются малыми габарита- ми и весом, компактностью, надежностью, простотой изготовления, быстро- ходностью и меньшей, чем другие типы объемных машин, чувствительно- стью к загрязнениям рабочей жидкости. В принципе они обратимы, то есть могут работать не только в качестве генераторов гидравлической энергии, но и в качестве гидромоторов.
Вышеперечисленные качества способствовали массовому распростране- нию шестеренных насосов во многих отраслях техники общего и специаль- ного назначения. При этом они одинаково широко используются как в систе- мах, предназначенных для перекачки различных жидкостей из мест хранения к местам потребления, так и в гидравлических системах управления рабочи- ми органами различных машин.
Определенные ограничения при применении шестеренных насосов в си- стемах машиностроительной гидравлики вызываются, главным образом, только двумя обстоятельствами: повышенной пульсацией подачи и отсут- ствием регулируемых машин (хотя регулирование в принципе и осуществи- мо).
В настоящее время промышленность серийно выпускает шестеренные насосы на рабочие давления в пределах от 5 до 210 кгс/см
2
. Насосы, приме- няемые для перекачки жидкости при низком давлении, строят на производи- тельность до 1000 л/мин, а насосы высокого давления – до 500 л/мин. Объем- ный КПД современных образцов доведен до 0,95–0,96; общий КПД – до 0,90; срок службы – до 5000 часов.
Основными характеристиками объемного насоса любого типа, в том чис- ле и шестеренного, являются: а) характеристики производительности
Q
1
= f(n
1
), Q
1
= f(∆p)и Q
1
= f(μ); б) характеристики КПД
η
об1,
η
гм1
, η
1
=f(n
1
), η
об1
, η
гм1
, η
1
= f(∆p) и η
об1
, η
гм1
, η
1
= f(μ), где Q
1
– действительная производительность насоса;
n
1
– частота вращения вала насоса;
∆p – перепад давлений в полостях;
μ – динамический коэффициент вязкости рабочей перекачиваемой жид- кости;
η
об1
– объемный КПД;
η
гм1
– гидромеханический КПД;
η
1
– общий КПД.
Примерные графики некоторых характеристик приведены на рис. 2.2.

14
Рис. 2.2. Примерные графики характеристик шестеренного насоса
Экспериментальная установка
Для экспериментального определения статических характеристик шесте- ренного насоса служит стенд, схема которого приведена на рис. 2.3. Основ- ными элементами стенда являются масляный бак 3, испытуемый шестерен- ный насос 7, приводной электродвигатель 10, дроссель 16 и аксиально- поршневой гидромотор 19.
Масляный бак размещается в водяной ванне 2, которая предназначена для ускорения процесса повышения или понижения температуры рабочей жидкости (масла) до заданных пределов во время эксперимента. Для подо- грева рабочей жидкости включается в электросеть нагреватель 4, для охла- ждения – часть воды сливается через кран 1, а ванна доливается холодной водой.
Термометр 5 предназначен для замеров температуры рабочей жидкости во время опытов. Кран 6 при выполнении работы должен быть полностью открыт. Его основное назначение – перекрывать всасывающую магистраль во время промывки фильтра. При помощи вакуумметра 8 определяется степень разрежения в полости всасывания испытуемого насоса.

15
Для определения крутящего момента на валу насоса использована из- вестная система мотор–весы, суть которой в данном случае заключается в том, что жестко прикрепленный к вывешенному статору приводного элек- тродвигателя рычаг длиной l опирается на платформу весов 9. Особенностью этой системы является то обстоятельство, что центр тяжести вывешенного электродвигателя располагается ниже оси качания статора. То есть достаточ- но точные результаты могут быть получены только в том случае, если рычаг, а с ним и грузовая платформа весов, во время замеров занимают исходное положение. Это достигается уравновешиванием действующей на грузовую платформу силы G гирями, размещаемыми на малой платформе. При этом стрелка весов должна устанавливаться как можно ближе к нулевой отметке циферблата (в пределах от 0 до 100 грамм).
Рис. 2.3. Принципиальная схема стенда для испытаний шестеренного насоса:
1 – кран, 2 – водяная ванна, 3 – масляный бак, 4 – электронагреватель, 5 – термометр, 6 – кран, 7 – испытуемый насос, 8 – вакуумметр, 9 – весы, 10 – приводной электродвигатель,
11 – реостат в цепи якоря, 12 – тахометр, 13 – рычаг, 14 – манометр, 15 – демпфер, 16 – дроссель, 17 – предохранительный клапан, 18 – фильтр, 19 – аксиально-поршневой гидро- мотор, 20 – цифровой тахометр.
Кроме того, для повышения точности результатов перед каждым заме- ром необходимо слегка нажать на рычаг статора и спокойно отпустить его.
Вышеуказанная операция необходима потому, что между щетками и коллек- тором приводного электродвигателя имеют место силы трения, которые со- здают момент, действующий навстречу реактивному моменту. То есть без принудительного покачивания статора перед замером нагрузка на весах, как правило, будет меньше той, которая соответствует действительному моменту на валу насоса.

16
Вал насоса соединен с валом приводного электродвигателя без каких- либо промежуточных передач. Поэтому заданная скорость вращения насоса устанавливается по тахометру 12 с помощью реостата 11.
Нагрузка устанавливается по манометру 14 при помощи регулируемого дросселя 16. При этом следует иметь в виду, что с изменением нагрузки бу- дет меняться и скорость вращения приводного электродвигателя. Следова- тельно, операции по установке заданных давлений и частот вращения долж- ны осуществляться одновременным воздействием на рукоятки дросселя и реостата.
Демпфер 15 служит для сглаживания колебаний стрелки манометра 14.
Предохранительный клапан 17 и фильтр 18 выполняют функций защиты гид- равлической системы стенда от перегрузок и загрязнений. При превышении давления в напорном трубопроводе сверх допустимого срабатывает предо- хранительный клапан, и жидкость, минуя дроссель, фильтр и гидромотор, через открытый клапан поступает в бак 3.
Для определения действительной производительности нагруженного ис- пытуемого насоса использован работающий вхолостую аксиально- поршневой гидромотор 19 (к выходному валу гидромотора не приложена внешняя нагрузка) с заранее известным рабочим объемом. Частота вращения вала гидромотора определяется с помощью цифрового тахометра 20. Нагруз- кой для насоса является давление жидкости, которое устанавливается в напорном трубопроводе с помощью дросселя (на участке между насосом и дросселем) и реостатов, служащих для изменения частоты вращения вала насоса: чем больше давление (и температура рабочей жидкости), тем больше утечки жидкости из рабочих камер насоса и тем меньше его действительная производительность.
Утечки жидкости из рабочих камер работающего вхолостую гидромото- ра незначительны (давление жидкости в трубопроводе перед гидромотором на участке между гидромотором и дросселем несколько превышает атмо- сферное), поэтому при определении характеристик шестеренного насоса их можно не учитывать и направлять по дренажному трубопроводу в масляный бак. При необходимости эти утечки всегда можно собрать в отдельный мер- ный сосуд и учесть при обработке экспериментальных данных.
При работе насоса жидкость поступает из масляного бака 3 по трубо- проводу в полость всасывания насоса 7, затем она направляется через дрос- сель 16, фильтр 18 в аксиально-поршневой гидромотор 19, из которого она поступает в бак 3.
Объем и содержание эксперимента
Эксперимент проводится при определенной температуре рабочей жидко- сти согласно одному из вариантов, представленных в таблице, и состоит из шести групп опытов (по числу заданных значений частоты вращения вала насоса). Каждая группа подразделяется на шесть опытов, проводимых при различных давлениях жидкости в полости нагнетания насоса. В каждом из 36 опытов по измеренным и заранее известным параметрам определяются мо-