Ж.Н. Нокина, А.Е. Окимбаева

«Гидро- және пневможетек», «Гидропневматикалық машиналар және жетектер» пәндері бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға арналған

ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР

Қарағанды 2015

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ҚАРАҒАНДЫ МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

«Тау-кен машиналары және жабдықтары» кафедрасы

Ж.Н. Нокина, А.Е. Окимбаева

5В072400, 5В071300, 5В071200 мамандықтарының студенттері үшін «Гидро- және пневможетек», «Гидропневматикалық машиналар және жетектер» пәндері бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға арналған

ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР

Оқу түрі: күндізгі

Қарағанды 2015

ӘОЖ 621.74

Нокина Ж.Н., Окимбаева А.Е. «Гидро- және пневможетек», «Гидравликалық машиналар және жетектер»пәндері бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар.

-Қарағанды: ҚарМТУ баспасы, 2015 ж. 48б.

Әдістемелік нұсқаулар «Гидро- және пневможетек», «Гидропневматикалық машиналар және жетектер» пәндерінің бағдарламасы мен оқу жоспарына сай құрастырылған. Әдістемелік нұсқаулар 5В072400, 5В071300, 5В071200 мамандығының студенттеріне арналған.

Пікір жазған – ҚарМТУ-дың Редакциялық-баспа кеңесінің мүшесі, техника ғылымдарының кандидаты, доцент И.Д.Арыстан

Университеттің Редакциялық-баспа кеңесі бекіткен

©Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, 2015

Мазмұны

№1 зертханалық жұмыс. Пластиналы гидромашиналардың құрылымын зерттеу..................................................................................................................4 №2 зертханалық жұмыс. Тістегерішті гидромашиналардың құрылымдары мен сипаттамасын зерттеу..................................................................................9 №3 зертханалық жұмыс. Аксиалды-поршеньді гидромашиналардың құрылымын зерттеу...........................................................................................17 №4 зертханалық жұмыс. Радиалды-поршеньді гидромашинаның құрылымын зерттеу...........................................................................................25 №5 зертханалық жұмыс. Винтті сорғылардың құрылымын зерттеу...........30 №6 зертханалық жұмыс. Гидроцилиндрлердің құрылымын зерттеу...........40 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

№1 зертханалық жұмыс.

Пластиналы гидромашиналардың құрылымын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: пластиналы сумашинаның құрылымдық ерекшеліктерімен, әрекет ету принциптерімен және олардың өлшемдерін анықтау әдістемесімен танысу.

ПЛАСТИНАЛЫ ГИДРОМАШИНАНЫҢ ҚҰРЫЛЫМДЫҚ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ МЕН ӘРЕКЕТ ЕТУ ПРИНЦИПТЕРІ

Пластиналы сорғы дегеніміз жұмыс органдары ерсілі-қарсылы қозғалатын, құрылымы қарапайым, пайдалануда сенімді, ұзақ уақытқа жарамды айналмалы роторлы сорғы. Өлшемдерінің ықшамдығы мен жоғары ПӘК-іне байланысты техникада кеңінен қолданылады. Құрамы 1-суретте көрсетілгендей 1, 7 таратқыш дискілерден, 3 статордан, 4 ротордан, 5 пластиналардан, 6, 8 айдау қуысының саңылауынан, 2, 12 сорғыш қуысының саңылауынан, 9 штифттен, 10 статордың ішкі қабатынан, 11 саңылаулардан тұрады.

1-сурет - Пластиналы сорғының құрылымы

Пластиналы сорғылардың жұмыс органдары эксцентрлі статорда айналатын ротор мен ротордың ойықтарына бойлай орналасқан пластиналар болып табылады. Жұмыс істеу принципіне байланысты сорғылар бір ретті, екі ретті және көп ретті болып бөлінеді. Бір ретті пластиналы сорғылардың (2-сурет) жұмыс істеу принципі келесідей: сорғы роторы 1 статорға 2 қатысты эксцентрлі орналасқан. Ротор сағат тілінің бағытымен айналғанда вертикаль осьтің сол жағында орналасқан пластиналар арасындағы көлем ұлғаяды және сұйық сору құбырлары арқылы пластина аралық кеңістік түзетін жұмыс камераларына келіп түседі. Оң жақта орналасқан пластиналар арасындағы көлем азаяды және жұмыс камераларындағы сұйық арындық құбырға ығыстырылады.

Қарастырылатын сорғыны реттеу эксцентриситет шамасын статорды жылжыту жолымен өзгерту арқылы жүргізіледі. Ротордың бір жақты айналу кезінде пластиналар міндетті түрде радиусқа біршама градус (10-15⁰) бұрышталып орнатылады, соның нәтижесінде пластиналардың жұмыс істеу мерзімі артады.

Мұндай сорғыларда әдетте 8-12 пластиналар болады. Пластиналардың саны артқан сайын олардың жұмысына салмақ азаяды және сұйықтықтың біркелкі қысып шығару ағыны артады. Пластиналардың саны азайғанда (8 ден кем) сұйықтық ағыны біркелкі болмайды.

2-сурет - Бірретті пластиналы сорғы: 1 – ротор, 2 – статор, 3 – пластина

Екі ретті пластиналы сорғының схемасы 3-суретте көрсетілген. Статордың жұмыр профилінде екі кіру 1, 2 және екі шығару арнасы орналасқан. Бұл роторды радиалды әсерден босатуға немесе сорғының жұмыс қысымын арттыруға мүмкіндік береді. Әр пластинка ротордың бір айналымында екі рет сору және айдау үрдісін жүзеге асырады.

Екі ретті пластиналық сорғыда саңылаулар арқылы ағып кетулерді азайту үшін ротор жазықтығы арнайы дисктермен нығыздалады.

3-сурет – Екі ретті пластиналы сорғы: 1, 3 – шығу арналары, 2, 4 – кіру арналары, r – ротор радиусы, R – статор радиусы, h – пластина биіктігі

Пластиналы сорғылардың роторы мен статоры болаттан, бүйір дискілері жезден немесе марганецті қоладан, корпус пен қақпақ шойыннан дайындалады. Пластина материалы шынықтырылған вольфрамды болат болып табылады.

ПЛАСТИНАЛЫ МАШИНАЛАРДЫҢ ӨЛШЕМДЕРІН АНЫҚТАУ ӘДІСТЕРІ

Сорғының барлық жұмыс камералары ротордың бір айналымында айдау облысына пластиналар алатын көлемді есептемегенде қалыңдығы 2е сақинаның көлеміне тең сұйық көлемін өткізеді. Сондықтан қарастырылатын сорғының жұмыс көлемі:

, (1)

мұнда z – ротордағы пластина саны; S – пластина қалыңдығы; D – статор диаметрі, b – ротор қалыңдығы, е – эксцентриситет шамасы.

Екіретті пластиналы сорғылардың жұмыс көлемі келесі формуламен анықталады:

. (2)

Бұдан әдетте айналмалы әрекеттегі гидромашиналар үшін қысым Р_с және сорғы шығыны Q_с, гидромотордың моменті М_гм мен айналу жылдамдығы n_гм анықталады:

(3)

(4)

(5)

(6)

ПЛАСТИНАЛЫ МАШИНАЛАРДЫҢ ПАРАМЕТРЛЕРІН АНЫҚТАУ БОЙЫНША ЕСЕПТЕР

1 есеп: Алдын ала беріктік есептерінен бір ретті әрекетті сорғы үшін білік диаметрі d мен біліктен саңылау негізіне дейінгі қашықтық δ (4-сурет) белгілі. Сонымен қатар жалпы қабылданған тәуелділіктерден пульсация критерийі бойынша h₁/h₂ = 0.9 және корпустың ішкі беті бойынша пластиналардың максималды сырғанау жылдамдығы 18 м/с тең.

Егер габариттік шектеулерден қосымша түрде корпустың ішкі диаметрі D мен ротор ені b берілсе, қалыңдықты есепке алмай сорғы өнімділігі Q мен қажетті айналымдар санын анықтаңыз.

2 есеп: Егер шығын Q мен айналу жылдамдығы n белгілі болса, негізгі құрылымдық көрсеткіштерді D, D₁ және b анықтаңыз.

3 есеп: η_гм= 0.9, η_к = 0.95 деп қабылдап, қоректендіру көрсеткіштері Р_гм және Q_гм белгілі болса, зертханалық макет үшін жұмыс көлемін q, сонымен қатар гидромотор режимінде бастапқы деректерді М_гм және n_гм есептеңіз.

4 есеп: η_гм= 0.9, η_к = 0.95 деп қабылдап, бастапқы қуат көрсеткіштері М_с және n_с белгілі болса, зертханалық макет үшін жұмыс көлемін q, сонымен қатар сорғы режимінде бастапқы көрсеткіштерді Q_с және Р_с анықтаңыз.

1 және 2 есептерді шешуге арналған деректер 1-кестеде көрсетілген, 3 және 4 есептер үшін 2-кестеде көрсетілген. r₁, r₂, z, S құрылымдық көрсеткіштерін зертханалық макет бойынша анықтаңыз.

4-сурет – Бір ретті сорғының есептік схемасы

1-кесте - Бастапқы деректер

Көрсеткіштер	Нұсқа
d, мм
δ,мм
D,мм
B,мм
Q,м3/с
n,1/с

2-кесте - Бастапқы деректер

Көрсеткіштер	Нұсқа
Ргм, МПа
Q∙10-3, м3/с
Мс, Н∙м
Nс, 1/с

Бақылау сұрақтары:

1. Пластиналы гидромашиналардың құрылымын сипаттау.

2. Бір ретті пластиналы сорғылардағы берілімді қалай өзгертуге болады?

3. Екі ретті пластиналы сорғылардың бір ретті пластиналы сорғылардан артықшылықтары.

4. Пластиналарды ротордың радиуысына бұрыштап орналастырудың себебі.

№2 зертханалық жұмыс

Тістегерішті гидромашиналардың құрылымдары мен сипаттамасын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: тістегерішті гидромашиналарды және пневмомашиналарды зерттеу процесінде төмен қысымдағы май сорғыларының, гидромоторларының және пневмоқозғалтқыштардың құрылымдарымен танысу.

Тістегерішті сорғылар - роторлы сорғылардың ең көп таралған түрі болып табылады. Олар машиналар мен механизмдерді майлау жүйелерінде, мұнай, мұнай өнімдерін және де басқа сұйықтықтарды айдайтын әртүрлі гидрожетектерде пайдаланылады.

Тістегерішті сорғылардың артықшылықтары құрылымының қарапайымдылығы, кіші габаритті өлшем мен массада (поршеньдіге қарағанда екі-үш есе аз), үлкен айдау қысымын тудыру қабілеттілігі, құрғақ сору қабілеті, арынның берілістен тәуелсіздігі болып табылады.

Осы үлгідегі сорғылардың кемшілігіне жататындар: радиалды күштердің теңсіздігі, берілістің әркелкілігі, сорылатын сұйықтықтың механикалық қоспаларына жоғары сезімталдылық, сорылатын сұйықтықты эмульсиялау, салыстырмалы түрде тістердің тез тозуы.

Тістегерішті сорғылар сыртқы және ішкі іліністі тістегеріштерімен дайындалады.

1-сурет - Сыртқы іліністі тістегерішті сорғының схемасы:

1 – жетекші тістегеріш, 2 – айдау қуысы, 3 – жетектегі тістегеріш,

4 – корпус, 5 – сору қуысы.

Тістегерішті сорғылардың кең таралған түріне сыртқы іліністісі жатады. Бұл типті сорғының қарапайым түрі 1-суретте берілген.

Сорғы суреттің сол жағында пунктирмен көрсетілген корпуста 4 тығыздалып орналасқан жетекші 1 және жетектегі 3 тістегеріштерден тұрады. Стрелканың бағыты бойынша тістегеріштер айналғанда тістердің ойыстарын толтырып тұрған сұйықтық сору қуысынан 5 айдау қуысына 2 ауыстырылады. Сору қуысында тістегеріш тістері іліністен шығады, ал айдау қуысында ілініске кіреді. Соған байланысты сору қуысында сұйықтықтың көлемі ұлғаяды да, айдау қуысында азаяды.

2-сурет - Ішкі іліністі тістегерішті сорғының схемасы:

1 – сыртқы тістегеріш, 2 – ішкі тістегеріш

2-суретте ішкі іліністі тістегерішті сорғының схемасы көрсетілген.

Айдау қуысын сору қуысынан бөлу үшін ішкі және сыртқы тістегеріштердің арасына орақ тәріздес (серповидный) элемент қолданылады. Сыртқы тістегеріштер мен корпустың арасын тығыздау үшін пружиналы тығыздау элементтері орнатылады.

Сұйықтықтарды ағызу кезінде тістегеріштердің айналу бағыттарын ауыстырған жағдайда орақ тәріздес элементті 2-суретте көрсетілгендей диаметралды қарама-қарсы қалыпқа ауыстырған жөн.

Бұл типті сорғылардың габаритті өлшемдері шағын болып келеді және сыртқы іліністі тістегерішті сорғыларға қарағанда төзімдірек, алайда дайындау қиындықтарына байланысты олар сирек кездеседі, негізінен реверсивті қозғалтқыштарды майлау жүйелерінде қолданылады.

Тістегерішті сорғылардың негізгі түрі сыртқы іліністі тік тісті тегеріштер жұбынан тұратын және тістерінің саны бірдей эвольвентті профилді сорғы болып табылады. Сорғының бұл түрі құрылысының қарапайымдылығымен және пайдалану сенімділігімен ерекшеленеді.

3-сурет - Үш тістегерішті сорғының схемасы: 1, 3 – сору қуыстары,

2,4 – айдау қуыстары

Берілісті ұлғайту үшін орталық жетекші тістегеріштің айналасында орналасқан үш және одан да көп тістегеріштері бар сорғылар пайдаланылады. 3-суретте үш тістегерішті сорғының схемасы берілген. Ортаңғы тістегеріш жетекші болып табылады; ол көрсетілген стрелканың бағытымен айналғанда сұйықтық каналдардың ықпалына түсіп 2 және 4 каналдары арқылы айдалады. Мұндай сорғылардың теориялық берілісі дәл осындай өлшемді екі тістегеріштен тұратын сорғының теориялық берілісінен екі есеге артық. Осындай типтегі сорғының нақты берілісі ағып кетудің артуынан сорғының екі еселенген берілісінен едәуір төмен болады.

4-сурет - Үш сатылы тістегерішті сорғының схемасы: 1,2,3 – сорғы сатылары, 4 - қайта іске қосу клапаны

Сұйықтықтың қысымын жоғарылату үшін тістегерішті сорғылар көпсатылы болып дайындалады.

4-суретте үшсатылы тістегерішті сорғының схемасы көрсетілген. Сорғының әр өткен сатысының берілісі келесі сатының шығынынан жоғарырақ болып келеді. Артық сұйықтықты шығару үшін әрбір сатыда тиісті қысым беріп тұратын қайта іске қосу клапаны болады.

Екі- және үшсатылы сорғыларды қолдану арқылы тиісінше қысымды екі- және үш еселеуге болады; алайда мұндай жағдайда агрегаттың жалпы ПӘК-і төмендейді, себебі, бастапқы сатылар келесі сатылардың сенімді қуаттануын қамтамасыз етуге қажетті берілісті арттыруға есептелуі тиіс.

Бір агрегатта бірнеше тістегеріш топтарын тізбектеп-параллель біріктіру арқылы жоғары қысымды ірі шығын сатылы сорғыны, яғни жоғары қысымды көп ұңғылы сорғыны алуға болады.

5-суретте екі сатылы алты ұңғылы тістегерішті сорғының схемасы көрсетілген.

5-сурет - Сұйықтық параллель-тізбектеліп ағатын тістегерішті сорғының схемасы

Қиғаш тісті (6-сурет) және шевронды (7 және 8 суретер) тістегерішті сорғыларда тістердің ілініске кіруі және іліністен шығуы тік тісті тегерішті сорғылардағыдай барлық ені бойынша бірден емес, біртіндеп жүргізіледі. Соған байланысты олардың дайындау қателіктері мен монтажға сезімталдығы төмен, төзімдірек болып келеді, сонымен бірге бірқалыпты, шусыз жұмыс істейді.

Қиғаш тісті тістегеріштердің елеулі бір кемшілігі жұмыс барысында тістегерішті корпустың бүйіріне қысып тастайтын осьтік күштің пайда болуынан көрінеді, бұл үдемелі түрде тозуына әкеледі. Бұл кемшіліктер шевронды тістегерішті сорғыларда кездеспейді.

6-сурет - Қиғаш тістегерішті сорғы

Әдетте шевронды тістегеріштер екі қиғаш тісті тістегеріштерден тұрады, оның біреуі сол жаққа қиылған, біреуі – оң жаққа (7-сурет).

7-сурет - Шевронды тістегерішті сорғының роторы

Жетекші білікте отырған қиғаш тісті тістегеріш 1, оң жаққа қарай қиылған, ал сол білікке орнатылатын қиғаш тісті тістегеріш 2, сол жаққа қарай қиылған. Екі тістегеріш бір шевронды тістегерішті құрайды; олар білікте ортақ шпонкада орналасады. Жетектегі роторда орналасқан қиғаш тісті тістегеріштер кері ретпен орналасқан, яғни 3 тістегеріш сол жаққа қиылған, ал 4 тістегеріш – оң жаққа. Тістегеріш 3 біліктегі шпонкада орналасқан, ал 4 тістегеріш білікке еркін орналастырылған, бұл оған жетекші ротор тістегерішінің тістеріне қатысты ротор жұмысы кезінде өздігінен орнатылуға мүмкіндік береді.

Шевронды тістегеріштерде тістердің көлбеу бұрышы әдетте 20…25⁰ құрайды.

Шевронды тістегерішті сорғылар тік тісті тегерішті сорғыларға қарағанда жылдамырақ (айналым саны) және қызмет ету мерзімі ұзағырақ. Сонымен қатар, бұл сорғыларда сұйықтықтардың тістердің ойыстарында бітеліп қалуы болмайды. Кейбір сорғыларда шевронды тістегеріштердің тістері тек нығыздау мен сұйықтықты ығыстыру (айдау) үшін қажет, айналу моментінің берілісі тік тісті тегеріштердің сыртқы жұбы арқылы жүзеге асады (8-сурет).

8-сурет - Тік тісті тегеріштердің сыртқы жұбы және шевронды тістегерішті сорғы

Шевронды тістегеріштердің кемшілігі оларды салыстырмалы түрде үлкен қысымда және үлкен шығында қолданылатынын ескере отырып айдау және сору камераларын нығыздау қиындығы болып табылады.

Шевронды тістегерішті сорғылар тұтқырлығы жоғары сұйықтықтарды (300⁰ВУ дейін) сору кезінде өздерінің тиімділігін көрсетті. Оларды, сонымен қатар, құрамында газы бар және қаныққан булардың айтарлықтай серпімділігіне ие сұйықтықтарды сору үшін қолданған жөн. Бұл айдау қуысына қысылған көлемнің болмауы арқасында қысылған газ бен булардың аз мөлшерінің өтуімен түсіндіріледі.

Тістегерішті сорғылар ішкі және шығарылған подшипниктермен дайындалады. Ішкі подшипникті сорғылар подшипниктердің қалыпты жұмысын қамтамасыз ететін сұйықтықтарды соруда, ал шығарылған подшипникті сорғылар агрессивті, майлау қасиеті жоқ сұйықтықтарды сорғанда қолданылады.

Заманауи тістегерішті сорғылар 100 кГ/см² дейінгі және одан да жоғары қысымды көтере алады. Авиациялық гидрожүйелерде айдау қысымы 15…20 МПа тістегерішті сорғылар қолданылады.

теориялық есептеулерді орындау тәртібі

Сорғының өнімділігін анықтау

Тістегерішті сорғының жұмыс көлемі мына формула бойынша анықталады:

,м³ (1)

мұнда — ілініс модулі, м;

—тістердің саны;

— тістегеріштің ені, м.

z<17 болғанда тістер саны бірдей тісті ілініс модулі төмендегідей анықталады:

, м. (2)

Тістегерішті сорғының орташа теориялық (идеальды) берілісі мына формула бойынша анықталады:

, л/мин, (3)

мұнда — сорғы білігінің (винттерінің) айналу жиілігі, айн/мин;

Орташа нақты беріліс теориялық берілістен негізінен көлемдік шығындар есебінен төмен болады. Өлшеулер нәтижесі бойынша нақты беріліс келесі формула бойынша анықталады:

; , л/мин, (4)

мұнда — өлшеу багына сорғымен берілетін майдың көлемі, м­³;

— өлшеу багына литр майды беруге жұмсалатын уақыт, с;

— көлемдік шығын, м³/с.

Көлемдік шығындар сорғы ішінде айдау қуысынан уақыт бірлігінде кері сору қуысына айдалатын сұйықтық көлемінің үлесі болып табылады. Сұйықтықтың ағып шығуы тістегеріштер мен корпустардың бүйір беті арасындағы саңылаулар арқылы корпустың жонып өңделген цилиндрлік беті мен тістегеріш ұштарының сыртқы беттері арасындағы саңылаулар арқылы, сонымен қатар, тістер арасындағы байланыс қуыстары арқылы жүреді. Үлкен саңылаулар болған жағдайда сорғы құрғақ сору қабілетін жоғалтады.

Сорғы қысымын анықтау

Сорғы қысымын айтарлықтай нақты келесі формула бойынша анықтайды:

, (5)

мұнда — сорғы қысымы, Па;

және — сорғыға айдау (шығуда) және сору (кіріс) абсолютті қысымы, Па.

Сорғыдан шығар кездегі сұйықтықтың абсолютті қысымы мәнінен анықталады, мұнда - манометрдегі артық қысым, кгс/см². Сорғыға кірер кездегі сұйықтықтың абсолютті қысымы мәнінен анықталады, Па, вакуумметр көрсеткіштері үшін қысымы атмосфералық қысымнан төмен.

Сорғының қуатын анықтау

Сорғының пайдалы қуатын келесі формула бойынша анықтайды:

. (6)

Сорғының ПӘК-ін анықтау

Сорғыдағы қуат шығынын сәйкес ПӘК шамасымен бағалайды, олар келесі формулалар бойынша анықталады:

- көлемдік ПӘК

; (7)

- сорғы ПӘК-і

. (8)

Көлемдік сорғыларда сұйықтықтың қозғалу жылдамдығы 5 м/с аспайтындықтан, ал тұтқыр сұйықтықтардың жылдамдығы 2,5…3,5 м/с болғандықтан, гидравликалық шығындар болмайды. Гидравликалық ПӘК 0,97…0,99 шегінде болады, сондықтан » 1 деп қабылданады.

Жұмысқа тапсырма:

Тістегерішті гидромашинаның көрсеткіштерін анықтаңыз:

- сорғы жұмыс көлемін W_с;

- сорғының теориялық берілісін Q_Т;

- сорғының көлемдік ПӘК-ін ;

- сорғының пайдалы қуатын ;

- сорғының жұмсалатын қуаты

1-кесте - Бастапқы деректер

Нұсқа	Негізгі диаметр De, см	Тістегеріштің ені b, см	Тістердің саны z	Айналу жиілігі n, айн/мин	Беріліс Q, л/мин	Номиналды қысым Р, МПа	Толық ПӘК, %	Масса m, кг
	5,0				6,5
	4,5	2,2						5,5
	5,5	2,5			7,5			6,5
		2,7			6,5

2-кесте - Есептеу нәтижелері

Нұсқа	Сорғының жұмыс көлемі, Wн, см3	Сорғының теориялық берілісі, QТН, л/мин	Сорғының көлемдік ПӘК-і, %	Пайдалы қуат NП, кВт	Сорғының жұмсалатын қуаты, Nз

Бақылау сұрақтары:

1. Тістегерішті сорғылардың құрылысының ерекшеліктері.

2. Тістегерішті сорғылардың жұмыс істеу принципі.

3. Тістегерішті сорғылардың ең көп тараған түрі қандай?

4. Неліктен ішкі іліністі тістегерішті сорғылар аз қолданылады?

5. Тістегерішті сорғылардың артықшылықтары.

6. Тістегерішті сорғылардың кемшіліктері.

№3 зертханалық жұмыс.

Аксиальды-поршеньді гидромашиналардың құрылымын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: аксиалды гидромашиналардың схемасын, құрылымын және жұмыс істеу принципін зерттеу

Поршеньді гидромашиналарды қолдану - жұмыс камераларын сұйықтықпен ауық-ауық толтыра отырып, соңынан оларды камерадан арынды магистральға ығыстыруға негізделеді.

Қарапайым поршеньді сорғының принципті схемасы 1-суретте көрсетілген. Кривошип 1 және шатун 2-ден тұратын кривошипті-шатунды механизмнің көмегімен машиналар білігінің айналу қозғалысы цилиндр 3-те орнатылған поршень 4-тің қайтарымды-үдемелі қозғалысына айналады. Поршень солдан оңға қозғалғанда жұмыс камерасының көлемі артады, нәтижесінде онда сұйылу пайда болады да, соның әсерінен айдауыш клапан 6 жабылады, ал сору клапаны 5 ашылады да, гидроблоктан келетін сұйықтық сорғыш құбыржолы бойымен цилиндрге түседі. Поршень оңнан солға қозғалғанда жұмыс камерасының көлемі кішірейеді, нәтижесінде ондағы қысым артады, ол сыртқа шығару клапанын ашып-жабады да, сұйықтық жұмыс камерасынан айдауыш құбыржолына ығыстырылады.

1-сурет - Қарапайым поршеньді сорғының схемасы

Аксиалды-поршеньді гидромашина деп жұмыс камералары цилиндрлер мен поршеньдердің жоғары қабатына орнатылатын, ал поршень мен цилиндрлер осьтері цилиндрлер блогының айналу осіне параллель болып келетін немесе онымен 45 градустан аспайтын бұрыш құратын поршеньді машинаны айтамыз.

Аксиалды-поршеньді гидромашиналар гидрожетектерде кеңінен қолданылады, бұл олардың бірқатар артықшылықтарымен түсіндіріледі: радиалды көлемі, массасы, габариті кіші және айналатын массалар инерциясының моменттері аз болады; айналымдар жиілеген кезде жұмыс істеу мүмкіндігі болады; монтаж және жөндеу жұмыстары ыңғайлы жүргізіледі.

Аксиалды-поршеньді сорғы цилиндрлер блогынан 2 (2-сурет) поршеньдерден (плунжерларден) 4, тірек дискілерінің шатундарынан 5, бөлгіш қондырғылардан 1 және жетекші біліктен 7 тұрады.

2-сурет - Аксиалды-поршеньді сорғының құрылысы: 1 – қақпақ; 2 – цилиндрлі блок; 3 – бағыттаушы білік; 4 – поршендер; 5 – тірек дискі, 6 – арынды пластина, 7 – білік

Аксиалды-поршеньді машиналардың техникалық сипаттамасы роторлы машиналардың басқа түрлерімен салыстырғанда артығырақ болып келеді. Алайда, сонымен бірге олар қымбат, сол себепті олар көп пайдаланылмайды. Аксиалды-поршеньді машиналарда ауданы 95-98% ПӘК болады, оның шуы аз және айналу жиілігі жоғары (30000 мин^-1 дейін) болып келеді. Сонымен бірге олар айналу жиілігі төмен гидромотор режимінде тұрақты жұмыс істей алады (шамамен 3 мин^-1). Аксиалды машиналар қысымды 60-70 МПа-ға жеткізе алады. Аксиалды-поршеньді машиналарды пайдалану кезінде айдалатын сұйықтықты тазартуға қойылатын талаптар жоғары, өйткені қатты қоспалар поршендер мен цилиндрлердің өте жоғары дәлдікпен өңделген жоғары қабаттарына зақым келтіруі мүмкін.

Аксиалды-поршеньді сорғының жұмыс істеу принципін мынадан көруге болады. Сорғының білігі айналған кезде айналу моменті өзі де айналып тұратын цилиндрлер блогына беріледі. Мұнда көлбеу дискімен байланысқа түсетін поршеньдердің айналуы күрделене түседі, олар цилиндрлер блогымен бірге айналады және сонымен бір мезгілде блоктардың цилиндрлерінде қайтарымды-үдемелі қозғалысқа түсіп отырады. Поршеньдер мен цилиндрлердің қайтарымды-үдемелі қозғалыстары жұмыс камераларының өзгерістерін тудырады, соның әсерінен сұйықтықты сору және айдау процестері жүреді.

Ротор айналғанда және кез келген поршень төменгі нүктеден жоғары нүктеге дейін өткенде, осы алаң арқылы өтетін поршень дискілерінің көлбеу бұрышы болғандықтан цилиндрлерден ығыстырылып, жұмыс камераларының көлемін ұлғайтады. Ал көлемнің артуы, әдетте, қысымның төмендеуіне әкеледі, бұл май багынан сұйықтықты соруға жеткілікті сұйылту процесін тудырады.

Аксиалды-поршеньді сорғылар ротордың орналасуына қарай жетекші буын мен ротордың айналу осьтері сәйкес келетін көлбеу дискілі сорғылар және жетекші буын мен ротордың айналу осьтері бұрыштарға орналасқан көлбеу блокты сорғылар болып бөлінеді.

Көлбеу дискілі сорғылардың 3, а-суретте көрсетілгендей конструктивті схемасы болады.

а)

б)

3-сурет - Көлбеу дискілі (а) және көлбеу блокты (б) аксиалды-поршеньді гидромашиналардың схемалары: 1 – бөлгіш дискі; 2 – цилиндрлер блогы; 3 – поршень; 4 – көлбеу дискі; 5 – білік; 6 – фланец; 7 – центрлеу білікшесі; 8 - шатун

Цилиндрлер блогының 2 ішінде оның осьтеріне параллель поршень 3 орнатылатын цилиндрлер болады. Барлық поршеньдердің ұштары көлбеу дискіге 4 сүйенеді. Цилиндрлер блогы 2 поршеньдермен 3 бірге білік 5 айналуына ұштастырылады. Жұмыс сұйықтығын жұмыс камерасына енгізу және шығару үшін бүйірлік бөлгіш дискіде 1 екі доға тәріздес терезе орнатылады. Поршеньдерді цилиндрлерден шығару үшін цилиндрлер қуыстарында орнатылған және поршеньге әсер ететін цилиндрлі орама пружиналар қолданылады немесе көлбеу дискілі поршеннің кинематикалық топсалы (шарнирная) байланыстары пайдаланылады.

Көлбеу блокты аксиалды-поршеньді сорғыда да поршеньді цилиндрлерде орнатылған цилиндрлер блогы және сондай бүйірлік бөлгіш дискі болады, бірақ көлбеу дискілі сорғыдан бір айырмашылығы оның барлық поршеньдері шатундарда орнатылады (3, б-суреті).

Жұмыс істеу принципіне қарай аксиалды-поршеньді сорғылар тұрақты өнімділікті және айналмалы өнімділікті деп бөлінеді. Тұрақты өнімділікті сорғыларда диск белгілі бір бұрышпен орнатылады да бұл сорғыға беріліс бір қалыпты беріледі. Ал айналмалы өнімділікті сорғыларда басқару рычагтары арқылы дисктің бұрышы өзгертіліп, сол арқылы оған берілетін беріліс те өзгеріп тұрады (4-сурет).

4-сурет - Аксиалды-поршеньді сорғы:

а) тұрақты өнімділікті; б) айнымалы өнімділікті

Аксиалды-поршеньді гидромашиналардың негізгі параметрлерін есептеу реті

Негізгі параметрлер айналу жиілігі n, пайдалы беріліс Q_п, айдау қысымы р_н және механикалық шамасы η_мех және көлемдік η_к ПӘК болып табылады.

Аксиалды-поршенді сорғылардың теориялық берілімі мына формула бойынша анықталады:

, л/мин, (1)

мұнда W_С – сорғының жұмыс көлемі, см³;

n – сорғы білігінің айналу жиілігі, айн/мин.

Жұмыс көлемі мына формула бойынша анықталады:

- көлбеу блокты гидромашиналар үшін

, см³; (2)

- көлбеу дискілі гидромашиналар үшін

, см³, (3)

мұнда S_n – поршень ауданы, см²;

z – поршеньдер саны;

2Rsin a және 2Rtg a – поршень жүрісі, см.

Бұдан соң поршень диаметрі d анықталады. Оны мынадан шығарып аламыз, поршеньді гидромашиналар үшін бір айналымдағы жұмыс камерасының өзгерісі былайша көрсетіледі:

, (4)

мұнда f, d – поршень (цилиндр) ауданы және оның диаметрі;

h - поршеннің жүрісі;

z – поршеньдер саны.

Демек, бір поршеннің диаметрін былай табамыз:

, (5)

мұнда - конструктивті параметр (әдетте i = 1…2).

Теңдікке кіретін (3) параметрлер мәнін анықтау кезінде жұмыс камераларын құратын элементтердің конструктивті ерекшеліктері мен практиканың деректері ескеріледі.

Есептеуіш мәні d қолданыстағы МЕСТ бойынша жақын мәндерге дейін, ал һ мәні – миллиметрлердің жақын жұп сандарына дейін жуықталады, сонымен бірге қажетті және алынған q мәнінің төменгі алшақтығын қамтамасыз етеді.

Гидромотор поршенінің d диаметрін есептеу үшін, оның q жұмыс көлеміне байланысты (бір айналымдағы есептік шығындар) мына практикалық формула пайдаланылады:

, (6)

мұнда γ- шайба көлбеуінің бұрышы;

η_к- гидромотордың көлемдік ПӘК-і.

Гидромотор поршенінің диаметрін М айналу моментіне байланысты мынадай формуламен есептеуге де болады:

, (7)

мұнда р_а и р_қ- гидромотордың айдау және құю қуыстарының қысымы;

η_мех- гидромотордың механикалық ПӘК.

Гидромоторлар цилиндрлерінің ұсынылған санын келтіріліп отырған қатардан іріктеп алады.

1-кесте - Цилиндрлердің ұсынылған саны

Бір айналым шығыны, см3	100-ге дейін	100-250	250-ден артық
Цилиндрлердің ұсынылған саны, z

Цилиндрлі блоктың параметрлері анықталады. Цилиндрге сұйықтықты енгізу жағдайларын жақсарту үшін цилиндрлер осьтері орнатылған, шеңбердің диаметрі D_б минималды болып келуі қажет. Алайда, сонымен бірге цилиндрлі блоктың қаттылығын қамтамасыз ету үшін цилиндрлер арасындағы қабырғалардың оңтайлы (оптимальный) қалыңдығын (а=0,2d) сақтау қажет.

Шеңбердің диаметрі D_д көлбеу блокты КГМ-да(ОГМ)шайбадағы шатундардың жанасу (заделки) ортасын мына формула бойынша табамыз:

, (8)

мұнда γ- цилиндрлі блок пен жетекті біліктің осьтері арасындағы бұрыш;

h_дmax – поршеннің максималды жүрісі, мынадай түрде болады: h_дmax=h=id.

Шеңбердің диаметрін D_б цилиндрлі блокта поршеньдерді орналастыру орталығының дезаксиалдығын ескере отырып, ұтымды қабылдау қажет:

. (9)

Шеңбердің диаметрі D_д көлбеу дискілі КГМ-да(ОГМ) цилиндрлі блокта поршеньдерді орналастыру ортасы мына төмендегідей есептеледі:

. (10)

γ- көлбеу дискі мен жетекті біліктің осьтері арасындағы бұрыш.

Блоктың (ротордың) сыртқы диаметрі D_р мынадай арақатынастардан алынады:

. (11)

Бұл арақатынастар мынадай есептерден келтіріліп отыр: цилиндрлер арасындағы қабырғалар қалыңдығы а=0,2d болады, (яғни мына жағдайды орындау қажет, Dб=(0,35…0,4)dz), ал цилиндр айнасы мен цилиндрлі блоктың сыртқы қабаты арасындағы қабырғалар қалыңдығы b=0,3d, мұнда d-цилиндр диаметрі.

Толық ПӘК келесі формула бойынша анықталады:

. (12)

Бұл сорғылардың толық ПӘК-і -ке дейін жетеді, ал көлемдік ПӘК .

Жұиысқа тапсырма

Аксиалды-поршеньді гидромашиналардың параметрлерін анықтау:

- сорғы көлемі W_с;

- теориялық беріліс Q_т;

- гидромеханикалық ПӘК η_м;

- пайдалы қуаты.

2-кесте - Бастапқы деректер

Гидромашина ттүрі	Поршендер диаметрі dn, см	Поршендер саны, z	Көлбеу дискі, блок бұрышы, град	Осьтер диаметрі D, см	Айналу жиілігі, n айн/мин	берілімі Q, л/мин	Номинальды қысымы pH, МПа	Толық ПӘК, %	Масса, кг
Көлбеу блокты	2,5			7,7		159,6		0,91
Көлбеу дискілі	2,2		20	6,5				0,89
Көлбеу блокты								0,85
Көлбеу дискілі	2,3		22					0,87

3-кесте - Есептеу нәтижелері

Гидромашина түрі	Жұмыс көлемі, W см3	Сорғының теоретикалық берілімі Qт.н., л/мин	Гидромеханикалық ПӘК, %	Пайдалы қуаты Nn, кВт
Көлбеу блокты
Көлбеу дискілі
Көлбеу блокты
Көлбеу дискілі

Бақылау сұрақтары:

1. Аксиалды-поршеньді сорғылардың басқа көлемді сорғылардан айырмашылығы.

2. Аксиалды-поршеньді сорғылардың құрылысының ерекшелігі.

3. Аксиалды-поршеньді сорғылардың жұмыс істеу принциптеріне қарай қандай түрлері болады?

4. Аксиалды-поршеньді сорғылардың артықшылықтары.

5. Аксиалды-поршеньді сорғылардың кемшіліктері.

№4 зертханалық жұмыс.

Радиалды-поршеньді гидромашинаның құрылымын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: радиалды гидромашиналардың схемасын, құрылымын және жұмыс істеу принциптерін зерттеу.

Радиалды-поршеньді гидромашиналар деп сұйықтықты цилиндрде орналасқан поршеньдер арқылы ауыстырып құюға арналған машиналарды айтамыз, ал поршеньдер мен цилиндрлердің осьтері ротор осьтеріне радиалды орналасады.

Радиалды-поршеньді гидромашиналар салыстырмалы түрде жоғары қысымда қолданылады (10 МПа және одан жоғары). Осы типтес сорғылардың басқалардан ерекшелігі олардың жай жүрістілігінде, бұл типтегі сорғылардың айналу жиілігі әдетте 1500-2000 айн/мин аспайды. 3000 айн/мин дейінгі айналу жиілігін тек жұмыс көлемі 2-3см³ сорғылар үшін ғана кездестіруге болады.

Әрекет ету принциптері бойынша радиалды-поршеньді гидромашиналар бір-, екі- және көп ретті қозғалыста кездеседі. Бірретті қозғалыстағы машиналарда ротор бір айналғанда поршеньдер бір қайтарымды-үдемелі қозғалысқа түседі.

1-сурет - Бір ретті қозғалыстағы радиалды-поршеньді сорғының схемасы

Сорғыдағы жұмыс камералары радиалды орналасқан цилиндрлер, ал ығыстырғыш – поршеньдер болып табылады.

1 –тұғырдағы (посадка) ротор (цилиндрлер блогы);

2 – ротор орнатылған ось;

3, 4 – ось арналары (біреуі сору гидрожелісіне (гидролиния), екіншісі – қысымды гидрожелісіне қосылады);

5 – каналдар саңылауы;

6 – цилиндрлер;

7 – статор, роторға эксцентриситетпен орналасады;

8 – муфта, бұл арқылы ротор жетекті білікпен айналады;

9 – поршеньдер: бастапқыда цилиндрлермен айналады (сору жүргізіледі), одан соң жылжытылады (айдайды). Тиісінше жұмыс сұйықтығы басында цилиндрді толтырады, одан соң поршеньдермен ол жерден 4 каналға ығыстырылады және одан әрі гидрожүйенің қысымды желісіне ығыстырылады. Поршеньдер жылжытылып, статорға центрден тепкіш күшпен немесе мәжбүрлі түрде қысылады (пружинамен, жұмыс сұйықтығының қысымымен немесе басқа жолмен).

Сорғының жұмыс істеу принципі келесідей. Роторды айналдырғанда, мысалы, сағат тілімен, поршеньдер күрделі қозғалысқа түседі – олар ротормен бірге айналады және өздерінің цилиндрлерінде бағыттаушы статормен тұрақты байланысқа түсетіндей қайтарымды-үдемелі қозғалыста болады. Поршеньдер статорға центрден тепкішкүшпен, сұйықтық қысымымен және кейде пружиналармен қысылады. Горизонталь осьтік сызықтан жоғары орналасқан жұмыс камераларында поршеньдер бөлгіштер (распределителя) бағытында орналасады. Жұмыс камералары сорғыш қуыстарына жалғанады. Өйткені бұл жұмыс камераларының көлемі арта түсіп, оларды жұмыс сұйықтығы толтырады. Осылайша сору процесі жүргізіледі. Горизонталь осьтік сызықтан төмен орналасқан жұмыс камералары айдау қуыстарына жалғанады. Бұл камералардағы поршеньдер цапфалық бөлгіштің бағытында орналасады және жұмыс сұйықтығын жұмыс камераларынан сорғыдан айдап шығарады. Осылайша айдау процесі жүргізіледі.

Поршендерді цилиндрлерден қозғалту центрден тепкіш күштердің қысымы арқылы жүргізіледі, ал егер олар жеткіліксіз болса, онда цилиндрлердің ішіне поршеньдерді итеретін пружиналар немесе поршеньдер мен статордың арасына кинематикалық байланыстар орнату арқылы мәжбүрлеп қозғалту әдістері пайдаланылады. Поршеньдерді сонымен бірге, сұйықтық қысымымен де қозғалтуға болады.

Көрсетілген конструкция бірретті қозғалыстағы машина болып табылады, өйткені машина білігінің бір айналымында әрбір поршень сору және айдау тактілерінен тұратын сұйықтықты құйып алудың бір циклін жасайды. Мұндай машиналардың ротор мен статордың араласу (смещение) (эксцентриситет) шамасын өзгерту арқылы жұмыс көлемін реттеуге мүмкіндік береді. Ал араласу бағытының кері өзгеруі кезінде сұйықтық ағысының бағыты да ротор айналымы бағытымен өзгеріске түседі.

Жұмыс көлемін арттыру мақсатында радиалды-поршеньді гидромашиналар көпретті қозғалыстағы машиналар түрінде орындалады, онда статордың ішкі қабатының арнайы пішіні болады, ол машина роторының бір айналымында цилиндрдегі поршеньдердің көп ретті қайтарымды-үдемелі қозғалысын тудырады. Бөлгіш (распределительный) элемент бұл жағдайда да барынша күрделі бола түседі және ротор ішінде орналасқан білік түрінде беріледі, сонымен бірге, онда сұйықтықтың цилиндрге ағатын радиалды саңылауы да болады.

Жұмыс көлемін арттыру мақсатында радиалды-поршенді гидромашиналар кейде көпқатарлы болып та келеді. Поршеньдердің осьтері бұл жағдайда біршама параллель жазықтықта орналасады.

Радиалды-поршеньді сорғылардың эксцентрлі роторлы және эксцентрлі білікті деген де типтері кездеседі.

Эксцентрлі роторлы радиалды-поршеньді сорғы 2-суретте берілген. Сорғының конструктивті поршеньді тобы сорғының роторында орналасқан. Ротордың айналу осі мен статордың қозғалмайтын осі эксцентриситет арақашықтығында орналасады. Ротор айналғанда поршеньдер үдемелі қозғалыста болады. Адым шамасы 2е-ні құрайды. Мұндай типті сорғыларда золотникті таратқыштар болады. Айналған сайын цилиндрлер кезекпен орталықта орналастырылған сығу және айдау қуыстарымен біріктіріліп отырады.