3. Насосы и гидромоторы

Термины и определения

Насос _̶_ гидравлическая машина, ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Гидродвигатель ̶ машина __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Если выходное звено получает вращательное движение, то такой гидродвигатель называют гидромотором, если поступательное, то силовым цилиндром.

Гидромашина, которая может работать в режиме насоса или гидромотора, называется обратимой.

Рабочий объем насоса - ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

Гидромашины изготавливаются с постоянным и переменным рабочим объемом. В соответствии с этим с постоянным рабочим объемом называются нерегулируемые, а с переменным - регулируемые.

Производительность насоса (подача) - это отношение объема подаваемой жидкости ко времени.

Теоретическая производительность насоса Q_Т - это расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из его полости нагнетания.

Действительная производительность насоса Q_Д уменьшается на величину ΔQ_Н из-за обратного течения жидкости в насосе из полости нагнетания в полость всасывания и из-за утечки жидкости во внешнюю среду. Поэтому

________________,

а отношение

где η_об.н. - объемный КПД насоса.

Объемные потери и объемный КПД гидромотора. При работе машины в режиме гидромотора в приемную его полость поступает жидкость под давлением от насоса. Объемные потери в гидромоторе сводятся в основном к утечкам жидкости через зазоры между сопрягаемыми элементами. Это приводит к тому, что подводимый объем жидкости Q_П превышает теоретическое значение Q_Т. Поэтому

где ΔQ_М - величина утечек в гидромоторе (объемные потери).

Мощность и крутящий момент на валу гидромотора.

Фактическая мощность развиваемая гидромотором при данном перепаде давлений

_______________________________

где q_м - рабочий объем гидромотора; n_м - частота вращения гидромотора; η_м - общий КПД гидромотора.

Выразив крутящий момент через теоретическую мощность N_Т = ΔP∙q∙n и угловую скорость ω= 2πn, получим теоретическую величину крутящего момента для гидромашины:

Шестеренные насосы и гидромоторы

Шестеренным называется роторный насос с рабочими звеньями в виде шестерен (зубчатых колес), обеспечивающих геометрическое замыкание рабочих камер и передающих вращающий момент. Шестеренные насосы применяются в гидроприводах как самостоятельные источники питания невысокого давления или как вспомогательные насосы для подпитки гидросистем. На рис.3.2, а показана конструкция шестеренного насоса. В расточках корпуса 2 размещены ведущая шестерня 1 и ведомая 3, находящиеся в зацеплении. Шестерни, как правило, имеют одинаковые модули и число зубьев. Корпус является статором, ведущая шестерня ротором, а ведомая – замыкателем. В насосе имеются вал 7, ось 6 и боковые крышки 4 и 5. Рабочие камеры образуются рабочими поверхностями корпуса, двух боковых крышек и зубьев шестерен. Корпус 2 имеет полость всасывания А и нагнетания Б.

Рис. 3.2 – Шестеренный насос:

а – конструкция; б – условное обозначение

В насосе полость всасывания расположена с той стороны, где зубья шестерен выходят из зацепления. При вращении вала и ведущей шестерни, например, по часовой стрелке, в полости всасывания А создается разрежение, так как при выходе из зацепления зубьев шестерен объем полости увеличивается. Для жидкостей, применяемых в гидросистемах, минимальное абсолютное давление в полости всасывания должно составлять ~ 300 мм.рт.ст.

Принцип действия

Обычно не вся жидкость вытесняется из полости нагнетания. Часть жидкости по радиальным зазорам (между расточкой корпуса и наружным диаметром шестерни), торцовым зазорам (между торцами шестерен и боковых крышек) и в местах зацепления перетекает в полость всасывании, а часть ее запирается при зацеплении шестерен во впадинах между ними. Так как зацепление зубьев происходит на длине, большей одного шага, то сначала осуществляется сжатие запертого объема жидкости (рис. 3.3) на участках АВ и ВС вследствие уменьшения объема между соседними изгибами, а по второй половине происходит расширение на участках ВС и CD.

При малых зазорах в зацеплении и хорошем контакте между зубьями давление жидкости в запертом объеме резко увеличивается, что может привести к поломке насоса. Для устранения резкого увеличения давления (для разгрузки) предусматривают специальные разгрузочные канавки. Например, в боковых крышках втулок и в других местах, которыми запертый объем жидкости соединяется с полостями А или Б.

Рис. 3.3 – Схема образования запертого объема в шестеренном насосе

Рабочий объем шестеренного насоса

_________________________________,

где D_н – начальный диаметр шестерни; D_н = m∙z; h – высота зуба; h = 2m; т – модуль зубьев; z – число зубьев шестерни; b – ширина шестерни.

Это выражение справедливо при допущении, что объем впадин между зубьями равен объему зубьев.

Рис. 3.4 – Конструкция шестеренного насоса Г11-2

Опыт проектирования показывает, что число зубьев шестерен следует выбирать меньшим (z = 6 ... 16), а модуль большим (при этом значительно уменьшаются габариты насоса). Ширину венца шестерни обычно принимают равной b = (3 ... 6) т.

Так как параметры, определяющие рабочий объем шестеренного насоса, постоянные, то шестеренные насосы являются нерегулируемыми.

Корпуса шестеренных насосов изготовляют из чугуна, стали или алюминия. Для изготовления шестерен используют легированные стали (20Х, 40Х, 18ХНЗА и др.) с применением цементации или азотирования и закалки. Боковые крышки выполняют, как и корпуса, из чугуна и стали, иногда из бронзы.

Задача. Определить основные размеры шестеренного насоса при подаче Q = 30 л/мин; номинальном давлении р_ном = 2 МПа, частоте вращения п = 1000 об/мин, z = 10, _V = 0,94, _мех = 0,95.

Теоретическая подача

л/мин.

Рабочий объем насоса определяем исходя из опрделения:

см³.

Принимаем по ГОСТ 13824-80∙ q₀ = 32 см³.

Приняв z = 10, b = 4m, определяем модуль

см.

ПО СТ СЭВ 310-76 принимаем т = 5 мм; тогда начальный диаметр шестерни

D_H = m∙z = 5  10 = 50 мм.

Определяем ширину венца шестерни:

мм.

Полезная мощность насоса

кВт.

Мощность насоса (потребляемая)

кВт.