Тема: Конструктивные схемы объёмных насосов, используемых в гидравлических приводах кузнечно-штамповочного производства

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема: Конструктивные схемы объёмных насосов, используемых в гидравлических приводах кузнечно-штамповочного производства

Цель работы: Уяснение конструкции насосов, назначения их отдельных элементов и расчёт основных параметров

Оборудование, инструментарий

Насосная установка, расходомер, счётчик оборотов и персональный компьютер

Теоретическая часть

Используемые в гидравлических приводах кузнечно-штамповочного производства насосы классифицируют по устройству и принципу действия на отдельные группы, представленные на рис. 1.1 [1].

НАСОСЫ ГИДРОПРИВОДА

1.ОБЪЁМНЫЕ 2.ДИНАМИЧЕСКИЕ

1.1.Поршневые 1.2.Роторные 2.1.Центробежные

2.2.Вихревые

2.3....

1.1.1.Кривошипные 1.2.1.Роторно-

поступательные 1.2.1.1.Радиальные

1.1.2.Эксцентриковые 1.2.2.Роторно- 1.2.1.2.Аксиальные

вращательные 1.2.1.3...

1.1.3.Аксиальные

1.2.2.1.Шиберные

1.1.4.... 1.2.2.2.Шестерёнчатые

1.2.2.4.Винтовые

1.2.2.5....

Рис. 1.1 Классификация насосов

Объёмными называют гидравлические машины, рабочий процесс которых базируется на попеременном заполнении рабочих камер жидкостью высокого давления и вытеснением её из этих камер. Камера представляет собой ограниченное пространство внутри машины, периодически изменяющее свой объём и попеременно сообщающееся с входом и выходом.

ПОРШНЕВЫЕ (плунжерные) насосы основаны на заполнении цилиндра насоса рабочей жидкостью за счёт «рабочего» перемещения плунжера, а удаления её – при «холостом» ходе плунжера. В первом случае в цилиндре насоса создаётся «разряжение» относительно питающего бака, во втором - повышенное давление относительно гидравлической линии. Конструкции кривошипных и эксцентриковых насосов и их параметры рассмотрены на лекционных занятиях.

В аксиальных насосах всасывающий клапан 4 (рис. 1.2) открывается за счёт сил инерции закреплённых на главном валу 1 нажимного и опорного дисков 8, расположенных под углом γ к вертикали. Вращение дисков приводит к их наклону влево, что обеспечивает процесс всасывания рабочей жидкости, поступающей из бака через отверстие и полость в корпусе 9, отверстие – в поршне 3.

При наклоне дисков 8 вправо происходит заполнение полости через напорный клапан 5, откуда она удаляется через отверстие в гидравлическую линию. Втулка 6 и пружина 7 служат для возврата дисков в исходное положение.

Рис. 1.2 Конструктивная схема аксиального насоса

РОТОРНЫЕ насосы базируются на вращающемся роторе, который воздействует на плунжеры, их перемещение вызывает всасывание рабочей жидкости из питающего бака и её нагнетание в гидравлическую линию [1]. Если плунжеры совершают возвратно-поступательное перемещение относительно ротора, то насосы этого типа являются роторно-поступательными.

В аксиально-поршневом насосе (рис. 1.3 а) нажимной диск 2 вызывает при вращении ротора 4 перемещение ползушки 7 и поршней 5 влево на угол γ. Диск 2 – шарнирно закреплён на валу насоса, а ротор 4 – закреплён жестким способом. При этом отверстие Б ротора совмещается с всасывающим пазом В неподвижного диска 8, что вызывает поступление рабочей жидкости в полости Б ротора. Процесс всасывания происходит на дуге (рис. 1.3 б) вращения ротора.

А

б

Рис. 1.3 Конструктивная схема аксиально-поршневого насоса

В результате смещения втулки 9 и пружины 6 диск 2 наклоняется вправо. Это вызывает перемещение поршня 5 вправо и вытеснение рабочей жидкости в гидравлическую линию через паз (рис. 1.3 б) диска 8 по дуге . Вал 3 приводится во вращение от электрического двигателя (на рис.1.3 не изображён); вал смонтирован на подшипниках в корпусе 1.

Насос обеспечивает производительность

где − площадь поперечного сечения поршня 5, − расстояние поршней 5 от оси вращения, − число оборотов вала, − число поршней 5, γ − угол наклона диска 2 относительно вертикали. Расход жидкости можно бесступенчато регулировать за счёт изменения угла γ путём подпитки системы управления от шестеренчатого насоса. При рабочем давлении = 20 МПа эти насосы имеют производительность в интервале от 4,2·10^-4 до 6,7·10^-4 м³/с, объёмный КПД h₀ = 0,93 – 0,95 и число оборотов вала = 1500 мин.^-1

Рис. 1.4 Конструктивная схема Рис. 1.5 Конструктивная схема

радиально-поршневого насоса шиберного насоса

При вращении ротора 3 (рис. 1.4) радиально-поршневого насоса по часовой стрелке с линией всасывания соединены отверстия 4, расположенные ниже горизонтальной оси, а линией нагнетания – выше этой оси. Поршни 6 опираются на поверхность статора 2, который имеет эксцентриситет относительно оси ротора 3. Ротор закреплён на крестовине 5.

Вследствие эксцентриситета поршни 6 перемещаются по направлению к ротору, за счёт чего увеличивается объём полости «А» и происходит процесс всасывания рабочей жидкости. При их перемещении к крестовине объём указанной полости уменьшается, вызывая процесс вытеснения рабочей жидкости в линию нагнетания.

Перемещение поршней 6 по статору 2 вызывает их вращение вокруг своих осей, поэтому обеспечивается более равномерный износ поршней. Величина эксцентриситета может быть отрегулирована вручную винтом 8 путём его перемещения в корпусе 1; винт воздействует на пружину 7, а последняя – на статор 2, который сдвигается вправо или влево относительно оси ротора 3. Средне-цикловая производительность такого насоса составляет

где – площадь сечения поршня 6, – число поршней в одном ряду, – число рядов поршней, – ход поршня. При рабочем давлении = 20 МПа производительность насоса данного вида находится в интервале от 1,67·10^-3 до 6,67·10^-3 м³/с, = 1000 мин.^-1, h₀ = 0,85 – 0,87.

В РОТОРНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫХ насосах процессы всасывания и нагнетания определяются вращением ротора. Так шиберный насос имеет два выгнутых по дуге паза «А» и «Б», которые соединены с линией всасывания и нагнетания соответственно. При вращении ротора 1 (рис. 1.5) по часовой стрелке вокруг оси 5 шиберы 3, расположенные выше горизонтальной оси, приближаются к центру, а ниже этой оси – удаляются от него. Поэтому выше оси осуществляется процесс нагнетания рабочей жидкости, а ниже – процесс её всасывания.

Шиберы 3 расположены по направлению к своей оси под углом α, чтобы равнодействующая действующих на них сил бала бы направлена вдоль их оси. В насосах простого действия перемещение шиберов 3 происходит вследствие наличия эксцентриситета, а площадь поперечного сечения шибера равна

,

а скорость на входе в зону нагнетания

,

где , – радиус статора. Тогда средне - цикловая производительность насоса данного типа составит

,

где – ширина шибера, ω – угловая скорость вращения вала насоса. Всасывание и нагнетание производится через отверстия 6.

Рис. 1.6 Схема зон расположения пазов

Чаще применяются насосы двойного действия, у которых ротор и статор имеют цилиндрическую поверхность, но их оси смещены на величину – эксцентриситет. В этом случае при вращении ротора по часовой стрелке шиберы зон «А1» и «А2» удаляются от статора и через них происходит всасывание рабочей жидкости, а через шиберы зон «Б1» и «Б2» – наоборот нагнетание.

Так процесс протекает при повороте ротора на угол до 180°. Если угол поворота превышает 180°, то зона всасывания становится зоной нагнетания и нагнетания − зоной всасывания соответственно. Поскольку площадь шибера насоса этого типа

,

то цикловая производительность насоса

–

где параметры и δ – являются шириной и толщиной шибера, – расстояние конца шибера от оси вращения (максимальное и минимальное значение), – число шиберов.

Для рабочего давления = 6,3 МПа производительность насоса этого типа лежит в пределах от 8,33·10^-5 до 3,33·10^-3 м³/с, число оборотов вала = 1000 мин.^-1, объёмный КПД h₀ = 0,62 - 0,91.

Таблица 1.1 Техническая характеристика аксиально-поршневого насоса

Диаметр поршня, (мм)	Число поршней, (шт.)	Диаметр осей поршней, (мм)	Число оборотов вала насоса, (мин.)	Угол наклона прижимного диска, (град.)
Производительность, (л/с)	Объёмный КПД, h0 (%)	Мощность, (кВт)	Рабочее давление, (МПа)	Полный КПД, h (%)
0,77

Таблица 1.2 Техническая характеристика шиберного насоса

Ширина шибера, (мм)	Эксцентриситет, (мм)	Число оборотов вала, (мин.^-1)	Текущий радиус потока, (мм)
Цикловая производительность, (л/с)	Потребляемая мощность, (кВт)	Рабочее давление, (МПа)	Полный КПД, h (%)
5,8		6,3

Таблица 1.3 Техническая характеристика радиально - поршневого насоса

Диаметр поршня, d (мм)	Число поршней в ряду, zn (шт.)	Число рядов, zp (шт.)	Эксцен –триситет, e (мм)	Ход поршня, h (мм)	Производительность, Q (л/с)	Мощность, N (кВт)
					0,2

Порядок выполнения работы

1.Изучить устройство аксиального, аксиально-поршневого, радиально-поршневого и шиберного насосов. Зарисовать конструктивные схемы и кратко описать работу этих насосов.

2.Для аксиально-поршневого насоса определить число поршней, обеспечивающих заданную величину производительности, и затрачиваемой для этого мощности. Данные занести в таблицу 1.1.

3.Для шиберного насоса определить расстояние между центром ротора и точкой тяжести потока жидкости, а также величину потребляемой насосом мощности. Данные занести в таблицу 1.2.

3.Для радиально-поршневого насоса посчитать число рядов поршней, которые обеспечат получение заданной величины производительности, и величину затрачиваемой мощности. Данные занести в таблицу 1.3.

4.Сопоставить рассчитанные и фактические значения параметров для насоса данного типа и оценить погрешность расчётов.

Содержание отчёта

1.Краткий конспект теоретической части с рисунками и пояснениями к ним в соответствии с её тематикой.

2.Таблицы с заданными параметрами и результатами расчётов.

3.Выводы по результатам выполненной работы.

Вопросы для подготовки к отчёту

1.Какие конструктивные элементы определяют величину производительности аксиального насоса?

2.Какой элемент кольца 8 у аксиально-поршневого насоса гарантирует процесс всасывания и нагнетания рабочей жидкости?

3.Зачем в радиально - поршневом насосе предусмотрено перемещение статора 2 и как определить жёсткость пружины 7 для этого?

4.Какие параметры шиберного насоса влияют на объём рабочей жидкости, нагнетаемой за один оборот ротора?

5.Каким образом определить ход поршня 3 в аксиальном насосе?

6.Каким образом подсчитать максимальный угол наклона диска 2 аксиально-поршневого насоса?

7.Каким способом можно обеспечит процесс всасывания и нагнетания рабочей жидкости при отсутствии эксцентриситета в радиально-поршневом насосе?

8.Откуда поступает рабочая жидкость в отверстия 6 в процессе всасывания и куда она вытесняется – в процессе нагнетания у шиберного насоса?

Дата добавления: 2015-10-21