Жидкость и ее основные физические свойства

     В роторном насосе жидкость вытесняется  из перемещаемых рабочих камер в  результате вращательного или вращательно-поступательного  движения вытеснителей (поршней, винтов, пластин).

     К общим свойствам объемных насосов, которые отличают их от динамических (лопастных), относятся цикличность  рабочего процесса, самовсасывание, малая  зависимость подачи насоса от развиваемого ими давления. 

     7.2 Основные параметры объемных насосов 

     Для характеристики насосов объемного  гидропривода используют следующие  параметры:

     1 Рабочий объем  - разность наибольшего и наименьшего значений объема рабочей камеры за один оборот вала или за двойной ход рабочего органа насоса.

     2 Подача насоса  - объем жидкости, подаваемой насосом за единицу времени.

     3 Давление насоса - разность между давлением на выходе из насоса и давлением на входе в него

         . (6.1)

       4 Мощность N ,кВт, потребляемая вращательным насосом (подводимая от двигателя):

         , (6.2)

             где M – крутящий момент на валу насоса;

      - частота вращения вала.

5. Полезная мощность насоса - мощность, сообщаемая насосом перекачиваемой жидкости:

            . (6.3)

           6 К.п.д. насоса - отношение полезной мощности к мощности насоса

           . (6.4) 

     8. Объемные гидродвигатели и гидроаппаратура 

     8.1 Объемные гидродвигатели 

     Объемным  гидродвигателем называется объемная гидромашина для преобразования энергии потока жидкости в энергию  движения выходного звена (вала, штока). В зависимости от характера движения выходного звена гидродвигатели подразделяются на три класса:

     а) гидроцилиндры – объемные гидродвигатели с поступательным движением выходного  звена;

     б) поворотные гидродвигатели - объемные гидродвигатели с углом поворота меньше 360°;

     в) гидромоторы - объемные гидродвигатели с вращательным движением выходного  звена.

     1 Гидроцилиндры. Гидроцилиндры являются  простейшими гидродвигателями, которые  применяются в качестве исполнительных  механизмов гидроприводов различных  машин и механизмов с поступательным  движением выходного звена.

     В гидроцилиндрах одностороннего действия движение выходного звена под  действием потока рабочей жидкости осуществляется только в одном направлении, в гидроцилиндрах двустороннего  действия – в обоих направлениях. Кроме этого, гидроцилиндры выполняются  с односторонним или двусторонним штоком. Преимущественно применяют  гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком. Схема  такого гидроцилиндра показана на рис. 7.1.

     Расход  гидроцилиндра определяется из соотношения 

      ,     (7.1)

           где S_э – эффективная площадь поршня гидродвигателя;

     V_n – скорость движения поршня; - объемный к. п. д. 

     

     Рисунок 7.1 – Схема гидроцилиндра с  односторонним штоком двустороннего  действия 

     Площадь S_э зависит от направления движения поршня. При движении поршня вправо S_{э пр} = pD²/4, при движении влево – S_{э лев} = p(D² – d²)/4. При изменении площади соответственно изменяются расход и скорость движения жидкости при ходе влево или вправо.

     Усилие  на штоке F определяется из уравнения равновесия поршня и для хода вправо будет равно:

            F = (F₁-F₁)∙     (7.2)

                 или

          ∙ ,  (7.3)

            где р₁ и р₂ – давления жидкости в рабочей и сливной полостях гидроцилиндра; D – диаметр поршня; d – диаметр штока; - механический к. п. д. гидроцилиндра, учитывающий потерю энергии в гидроцилиндре на преодоление сил трения при движении поршня и штока ( = 0,85-0,95).

     Выходная (полезная) мощность гидроцилиндра  N_вых определяется из соотношения 

     N_вых = F× V_n,   (7.4)

             где F – усилие на штоке; V_n – скорость передвижения поршня.

     Входная мощность N определяется параметрами на входе в цилиндр:

            N_вх = PQ,   (7.5)

         где р – давление на входе в цилиндр; Q – расход гидроцилиндра. К. п. д. цилиндра – это отношение выходной мощности к входной

          ,  (7.6)

        2 Поворотные гидродвигатели. По конструкции поворотные гидродвигатели бывают поршневые, лопастные и мембранные. Наиболее распространены поршневые поворотные гилродвигатели (рис. 7.2). 

 
 

  3 Гидромоторы. Это объемные гидродвигатели вращательного движения. В машиностроении в качестве гидромоторов используют объемные роторные гидромашины. Благодаря свойству обратимости роторных насосов, любой из них может быть использован в качестве гидромотора. Гидромоторы, как и насосы, классифицируют на шестеренные, винтовые, пластинчатые и поршневые.

       В зависимости от возможности  регулирования рабочего объема  гидромоторы делятся на регулируемые  и нерегулируемые. Если выходное  звено гидромотора может вращаться  в обе стороны, то он называется  реверсивным. Условное обозначение  реверсивного регулируемого гидромотора  показано на рис. 7.3. 

 
 

         (7.7)

            где n – частота вращения вала гидромотора; объемный к. п. д.

     Перепад давления на гидромоторе определяется разностью между давлением на входе и на выходе, т. е.

            Dр = р₁-р₂.    (7.8)

             Полезная мощность гидромотора равна

         N_n = М×w,   (7.9)

     где М – крутящий момент на валу гидромотора; w - угловая скорость вала, w = pn/30.

     Мощность, потребляемая гидромотором:

          N =DpQ.    (7.10)

          Отношение N_п/N определяет общий к. п. д. гидромотора

            .    (7.11) 

2. Гидроаппаратура

       Гидроаппаратом называется устройство, предназначенное для изменения параметров потока рабочей жидкости (давления, расхода, направления движения) или для поддержания их заданного значения. Основным элементом всех гидроаппаратов является запорно-регулирующий орган – подвижный элемент, при перемещении которого частично или полностью перекрывается проходное сечение гидроаппарата. В зависимости от конструкции запорно-регулирующие элементы бывают золотниковые, клапанные, крановые.

     Если  гидроаппарат изменяет параметры потока рабочей жидкости, то он является регулирующим.

     Гидроаппараты можно разделить на три основных типа:

     а) гидрораспределители; б) гидроклапаны; в) гидродроссели.

     Рассмотрим  кратко каждый тип гидроаппарата.

     1 Гидрораспределители. Гидрораспределитель  – это гидроаппарат, предназначенный  для изменения направления потока  рабочей жидкости в двух или  более гидролиниях. В зависимости  от числа внешних гидролиний, подводимых к распределителю, гидрораспределители  бывают двухлинейные, трехлинейные  и т. д.; в зависимости от  числа позиций запорно-регулирующего  органа - двухпозиционные, трехпозиционные 

 
 

     Наиболее  распространенным является золотниковый распределитель.

     Потери  давления Dр_р в гидрораспределителе определяют по формуле

                 (7.12)

                где Q_ном и р_ном – номинальная подача и потери напора на номинальной подаче (паспортные данные);

     Q_ф - фактическая подача жидкости в гидроаппарате.

     2 Гидроклапаны. Гидроклапаном называется  гидроаппарат, в котором степень  открытия проходного сечения  изменяется под воздействием  напора проходящей через него  жидкости. Гидроклапаны бывают регулирующие  и направляющие. К регулирующим  относятся клапаны давления, предназначенные  для регулирования давления в  потоке рабочей жидкости. Из них  наиболее широко применяются  напорные и редукционные клапаны.

     Напорные  гидроклапаны делятся на предохранительные, которые предохраняют систему от давления, превышающего допустимое, и  переливные, предназначенные для  поддержания заданного уровня давления путём непрерывного слива рабочей  жидкости во время работы.

     Основные  элементы шарикового напорного клапана  показаны на рис. 7.5 . 

 
 
 
 

     Fдавл = р × , (7.13)

           где р- давление жидкости в системе; d_y – диаметр седла клапана (условного прохода жидкости).

     Когда давление жидкости в системе превысит заданное, то Fпр< Fдавл, запорно-регулирующий орган клапана смещается и открывает проход рабочей жидкости на слив.