Насосы гидравлических систем станков и машин - Леонов А.Е.
Скачать (прямая ссылка):
1) непосредственный контакт поршня, имеющего сферическую головку, с конической поверхностью кольца барабана;
2) передача усилия от кольца барабана поршню через пару роликов, устанавливаемых на пальце, запрессованном в отверстии головки поршня.
В первом случае поршни имеют простую форму и небольшой диаметр рабочей части. Количество поршней в одном насосе составляет несколько десятков.
Во втором случае поршни имеют сложную ртупенчатую форму и относительно ббльший диаметр рабочей части. Количество поршней в насосе 7—9.
Отверстия в роторе для поршней— ступенчатые, требующие точной соосности.
Второй принцип не получил распространения в насосах в связи со сложностью технологии изготовления роторов и поршней.
Рассмотрим работу поршня и действующие на него усилия для первого случая (фиг. 43). Поршень Л, имеющий сферическую головку, опирается на коническую поверхность кольца Б, установленного в барабане.
Обе детали изготовляются из шарикоподшипниковой стали, закаленной до высокой твердости.
Qm = 10~G л/мин.
(102)
(ЮЗ)
108
В точке /С, соприкосновения поршня с кольцом, возникает контактное напряжение, которое не позволяет допускать усилие от действия кольца на поршень более 350—400 кг. Исходя из этого диаметры поршней принимаются для насосов, работающих при давлении-до 100 кг!см2, не более 20 мм и для насосов, работающих при давлении до 200 кг!см2 не более 16 лш, во избежание быстрого износа и разрушения поверхностей контакта поршней и колец.
Точка контакта К сферической поверхности поршня отстоит от его оси на некотором расстоянии С. Во время вращения ротора насоса около своей оси и барабана с кольцом около оси ротора на величину эксцентриситета, е окружные скорости в точке К у поршня и кольца будут различны в связи с неравенством радиусов вращения.
Благодаря плечу С, сила трения кольца о поршень, приложенная к точке /С, сообщит поршню вращательное движение около его оси с небольшой угловой скоростью.
У поршней с малым диаметром головки выполняются грибообразной формы для увеличения плеча С, что обеспечивает проворачивание поршней с меньшим скольжением.
Так как поршень совершает возвратно-поступательное движение в отверстии ротора, то это движение будет суммироваться с его вращательным движением. В результате сложения двух указанных движений поршень будет двигаться по спирали, что можно наблюдать по характерным следам на поверхности поршней длительно работавших насосов.
Для избежания интенсивного износа головок поршней и большого вылета поршней величина эксцентриситета у насосов со сферическими головками поршней и коническими кольцами составляет 5—8% от размера радиуса окружности точек касания поршней и кольца барабана.
При указанных пределах размеров диаметров поршней и эксцентриситетов для обеспечения производительности насосов 50—400 л!мин количество поршней у одного насоса обычно составляет несколько десятков. Так, например, у насоса НПМ-715 при теоретической производительности 430 л/мин число поршней составляет 54.
В связи с нецелесообразностью расположения такого большого количества поршней в роторе в один ряд, поршни обычно располагают в несколько рядов.,
Число рядов поршней бывает от двух до шести.
В рядах поршни располагаются радиально с равномерным распределением по окружности.
Количество поршней в одном ряду принимается нечетным для уменьшения пульсации подаваемой жидкости.
Фиг. 43. Схема опоры поршня со сферической головкой.
109
При нечетном числе поршней начало работы одного поршня не совпадает с концом работы другого, что имеет место при четном числе поршней ввиду их симметричного расположения.
Поэтому разность мгновенных наибольших и наименьших подач при нечетном числе поршней меньше, чем при четном.
Кольца барабана имеют двойные конические поверхности для обслуживания одним кольцом двух рядов поршней.
Усилие N (фиг. 43), с которым кольцо барабана статора действует на сферическую поверхность поршня, направлено по нормали к образующей конуса, имеющей угол ф к горизонтали и проходит через центр сферы.
Это усилие раскладывается на радиальную силу Q, действующую вдоль оси поршня, и статически уравновешивающую усилие от давления масла на поршень, и осевую силу S, направленную параллельно оси ротора, которая изгибает поршень и прижимает его к стенкам отверстия ротора, создавая силу трения при движении поршня.
Соотношение между силами N, Q и S зависит от угла ф конуса и может быть определено из треугольника этих сил:
Сила N вызывает контактные напряжения между поршнями и кольцом барабана.
Сила S стремится сдвинуть ротор в осевом направлении. При четном количестве рядов поршней в роторе их расположение по разным сторонам колец приводит к уравновешиванию сил S. При нечетном количестве рядов поршни среднего ряда располагаются в шахматном порядке, чем достигается уравновешивание сил S в этом
При движении поршня в период нагнетания сила Q должна преодолеть силу С от давления жидкости на поршень, осевую силу трения F и центробежную силу W от массы поршня
где /— коэффициент трения (для закаленной стали по чугуну при наличии смазки и средних скоростях движения поршня в отверстии до 0,5 м/сек может быть принято равным 0,08. Из формул (106) и (107)
