Izuchenie_axialno-porshnevykh_gidromashin (Изучение аксиально-поршневых гидромашин)

Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего профессионального образования«Московский государственный технический университетимени Н.Э. Баумана»БОРИСОВ Б.П., ЩЕРБАЧЕВ П.В.ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙАКСИАЛЬНО- ПОРШНЕВЫХ ГИДРОМАШИНМетодические указаниядля выполнения лабораторной работыпо дисциплине"Объёмные гидромашины"2013Введение.К аксиально-поршневым гидромашинам (АПГМ) относятся такие машины, у которых оси цилиндров, расположенных в блоке, параллельны оси блока, или составляют с ней угол меньше 450. АПГМ, как насосы, так и гидромоторы, получили широкое применение в гидравлических передачах и приводах. К их достоинствам относятся: возможность регулирования рабочегообъёма, высокий уровень давления при хорошем значении КПД, удовлетворительные массогабаритные показатели, высокая энергоемкость (мощностьна единицу массы).

К недостаткам можно отнести сравнительно высокуюстоимость и повышенные требования к чистоте рабочей жидкости.По типу механизма, который обеспечивает возвратно поступательноедвижение поршней относительно блока цилиндров, АПГМ делятся на машины с рычажным и с кулачковым механизмами (см. рис 1). Для рычажных механизмов характерно то, что закон относительного перемещения поршнейблизок к гармоническому, а кинематические связи имеют геометрическое замыкание. Кулачковые механизмы позволяют воспроизвести любой желаемыйзакон перемещения поршней благодаря специально спрофилированной рабочей поверхности, но осуществление кинематической связи, как правило, требует силового замыкания.На рис.1,а и б представлены схемы АПГМ с пространственным рычажным механизмом.

В таких машинах одновременно вращаются блок цилиндров 2 и деталь 6, где закреплены сферические шарниры шатунов 5, назовемкоторую по аналогии - блоком шатунов. Оси блоков цилиндров и шатуноврасположены под углом . В этом случае поршни 4, соединенные шатунами 5с блоком шатунов 6, совершают относительно блока цилиндров 2 возвратнопоступательное движение, что приводит к изменению объема рабочей камеры 3. Через отверстия в торце блока рабочие камеры сообщаются с полостями гидромашины с помощью торцевого распределителя 1.Давление в рабочей камере создает на поршне силу, которая через шатун 5 передается на блок шатунов 6.

Совокупность этих сил создаёт моментM на блоке шатунов. Поскольку в рассматриваемой схеме вращаются одновременно блок шатунов 6 и блок цилиндров 2, то конструктивно один из нихсоединяют непосредственно с валом машины, а для вращения другого применяют какой-либо условно показанный на рисунке 1,а и б синхронизирующий механизм 8. В зависимости от этого либо ось блока цилиндров совпадает с осью вала (рис.

1,а) - схема с прямой осью, либо она наклонена (рис.1,б) - схема с ломаной осью. В первом варианте момент M, создаваемый наблоке шатунов, передается на вал гидромашины через синхронизирующиймеханизм, который в этом случае называют силовым. Во втором варианте,при котором блок шатунов непосредственно связан с валом гидромашины,момент M сразу оказывается приложен к валу, а синхронизирующий механизм является несиловым. В современной практике обычно применяется второй вариант, когда ось блока цилиндров наклонена к оси вала и такие машины получили название - аксиально-поршневые гидромашины с наклоннымблоком.Применяемые в настоящее время в машинах с наклонным блоком синхронизирующие механизмы, можно подразделить на три типа.

К первому типу относятся механизмы с двойным карданом, который осуществляет практически синхронное вращение блока цилиндров с валом. Ко второму типусинхронизирующих механизмов относят конструкции, в которых передачавращения от вала к наклоненному блоку цилиндров осуществляется с помощью шатунов - машины с шатунным ведением блока. В этом случае шатунысвоей боковой поверхностью воздействуют на блок цилиндров либо черезконтакт с поршнями, либо непосредственно контактируя с блоком. Причемкаждый из шатунов передает усилие на блок цилиндров лишь в определенных пределах углового положения вала, осуществляя, так называемый, эстафетный принцип ведения.

В синхронизирующих механизмах третьего типаиспользуются конические шестерни. И если рассмотренные два первых типаКЛАССИФИКАЦИЯ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫХ ГИДРОМАШИНПот типу механизма, обеспечивающего возвратно-поступательное движение поршней относительно блока цилиндровРычажный механизмПо углу между осями вала и блока цилиндровОсь блока цилиндровнаклонена к оси вала(машины с ломаной осью)машины с наклонным блокомОсь блока цилиндров совпадает сосью вала(машины с прямой осью)а)Кулачковый механизмПо форме кулачкаб)Плоская поверхность(машины однократногодействия)машины с наклоннымдискомв)Специального профиля(машины многократного действия)г)По типу синхронизирующего механизмаНесиловой механизмСиловой механизмс одинарным - асинхроннымили с двойным - синхроннымкарданомдвойнойнесиловойкарданс шатуннымведениемблокас коническимишестернямиВ каждой схеме возможно:вращение кулачка при неподвижном блоке,вращение блока при неподвижном кулачке(система распределения на схемах не указана)1 - распределитель; 2 - блок цилиндров; 3 - рабочая камера; 4 - поршень;5 - шатун; 6 - блок шатунов; 7 - кулачок; 8 - синхронизирующий механизмсинхронизирующих механизмов могут применяться как в регулируемых, таки нерегулируемых гидромашинах, то третий тип только в нерегулируемыхмашинах.Схемы АПГМ с кулачковым механизмом показаны на рис.1,в и г.

Простейшей с технологической точки зрения является плоская форма поверхности кулачка (рис.1,в) и такие машины получили название АПГМ с наклонным диском. Они являются машинами однократного действия, а закон перемещения поршней относительно блока цилиндров является чисто гармоническим. В машинах многократного действия применяют кулачки со специально спрофилированной поверхностью рис. 1,г. В гидромашинах с кулачковым механизмом может вращаться либо блок цилиндров, либо кулачок и этоопределяет выбор системы распределения жидкости. При вращающемся блоке применяется такая же система, как и в АПГМ с наклонным блоком.

В случае с неподвижным блоком предпочтение отдаётся клапанной, а иногда исмешанной системе распределения.Давление в рабочей камере 3 создает на поршне 4 силу, действие которой вызывает реакцию со стороны кулачка 7 - наклонного диска, и, как следствие, со стороны поршня на блок 2 действуют силы, совокупность которыхсоздает момент M на блоке цилиндров.

Такой же момент возникает и на кулачке. Картины сил, действующих в АПГМ с рычажным и кулачковым механизмами, обуславливают их некоторые особенности и отличительные свойства. Поршень в машинах с рычажным механизмом нагружен в основномосевой силой P и незначительной поперечной, которая возникает из-за несовпадения осей шатуна и поршня. В машинах же с кулачковым механизмомпоршень нагружен значительной поперечной силой. Во-первых, это приводит к бόльшим силам трения на поршнях, а, следовательно, и к несколькоменьшему КПД гидромашины. И, во-вторых, желание ограничить по величине поперечную силу требует уменьшения угла γ.

Для АПГМ с наклоннымдиском угол между осями блока и диска выбирается в пределах   16  180,а в машинах с наклонным блоком этот угол доходит до   400.Цель работы:- изучить конструкции АПГМ с наклонным блоком и наклонным диском;- определить рабочий объём указанных выше гидромашин и экспериментальные коэффициенты, которые используются при проектированииАПГМ.Задачи, решаемые в ходе выполнения лабораторной работы:- уяснить общий для всех объёмных гидромашин принцип действия (рабочая камера, механизм изменения её объёма, система распределения);- освоить аналитические методы определения рабочего объёма АПГМ;- познакомиться с методами расчета узлов АПГМ с гидростатическимиопорами и определить коэффициенты прижима.Порядок выполнения работы:Работа выполняется двумя (максимум тремя) студентами в течение двухакадемических часов.Разобрать, насколько это возможно, (согласовать с преподавателем)предлагаемые для изучения и уже частично препарированные образцыАПГМ с наклонным блоком и наклонным диском.

Установить, где находитсярабочая камера, на какую величину изменяется её объём, каким образом онасообщается с приёмной и отдающей полостями. Отметить, что ход поршня вмашине с наклонным диском равен S  Dц tg , а в машине с наклонным блоком S  Dф sin  , где Dц - диаметр расположения осей цилиндров в блоке, а Dф -диаметр расположения центров сферических шарниров шатунов во фланцевала.

(Угол наклона диска принять γ=160, а наклона блока γ=250.) Изобразитьсхематично обе изучаемые гидромашины. Измерить (с помощью штангенциркуля) необходимые геометрические размеры и вычислить рабочие объёмы гидромашин.Рисунок 2В конструкциях АПГМ применяются узлы с гидростатическими опорами.

Это для машин с наклонными блоком и диском пара: блок цилиндров торцевой распределитель, а в машине с наклонным диском это ещё и пара:опора поршня "башмак" - диск. Из-за сложности процессов, которые происходят в зазоре между указанными элементами, баланс сил, действующих наблок или "башмак", устанавливается по упрощенной схеме с использованиемэкспериментально определяемого коэффициента прижима.k п  ( Pприж  Pотж ) / Pприж  1  Pотж / Pприж ,где Рприж и Ротж - силы прижима и отжима, которые действуют на рассматриваемый элемент конструкции, и которые рассчитываются по некоторойупрощенной схеме.Рисунок 3Для пары блок цилиндров - торцевой распределитель, см.

рис. 2, по одной из методик расчёта, рассматривается равновесие условно выделяемогоодного сектора блока. В этом случае сила прижима определяется какPприж  (d п2 / 4) p , а сила отжима равна объёму эпюры давления, вид которойпоказан на рисунке Pотж kп  1 ( R4  R1 )  ( R3  R2 ) Dци тогда окончательноp2z2 Dц ( R4  R1 )  ( R3  R2 ).zdп2Для пары "башмак" - наклонный диск, см. рис. 3, сила прижима определяется также, как и в предыдущем случае Pприж  (dп2 / 4) p , а сила отжимаPотж D 2  D1 D2  D22p 2.D1  D1 D2  D22 и окончательно kп  1  13d п234Отчёт по лабораторной работе должен содержать:1. Схемы АПГМ с наклонным диском и наклонным блоком;2. Формулы для определения рабочего объёма указанных машин, геометрические размеры входящих в них величин, вычисленные значения рабочих объёмов;3.

Эскизы гидростатических опор и вычисленные для них значения коэффициентов прижима.Литература:1. Машиностроение, Энциклопедия. Том IV-2; книга 2; Гидро- и виброприводы. (глава 3). М., Машиностроение, 2012.Контрольные вопросы:1. Какие детали (элементы машины) образуют рабочую камеру?2.

Как определяется ход поршня в АПГМ с наклонным блоком инаклонным диском?3. Какой механизм обеспечивает вращение блока цилиндров в АПГМ снаклонным блоком?4. Каким образом осуществляется поджим поршней к наклонному диску?5. Какие положительные и отрицательные моменты Вы можете отметить в конструкции поршней АПГМ с наклонным диском?6. С какой целью на перемычках распределителя выполнены дросселирующие канавки?.