Распределитель объемной гидромашины Советский патент 1992 года по МПК F04B1/20 

Фие.3

Изобретение относится к машиностроению, а именно кобьемным гидромашинам, и может быть использовано в гидроприводе различного оборудования.

Известны торцовые распределители объемной гидромашины (ОГМ), содержащие полости высокого (ВД) и низкого (НД) давления, на перемычках между которыми выполняются соединительные отверстия, сообщаемые с помощью внутренних дроссельных каналов с этими полостями. С полостями также сообщаются дроссельные элементы (ДЭ) в виде канавок. К торцу распределителя примыкает блок рабочих камер (РК), на каждой из которых выполнены пазы, расположенные так, что при вращении блока каждый паз за один оборот сообщается то с одним, то с другим соединительным отверстием.

. Известен также торцовый распределитель, на перемычках между полостями ВД и НД которого выполнены соединительные отверстия, сообщаемые посредством внутренних каналов малого диаметра (dK l. где I - длина канала) с этими полостями,и ДЭ, примыкающие к последним.

Назначение внутренних дроссельных каналов и ДЭ - обеспечить условие плавного повышения давления а РКОГМ от давления в полости НД до давления в полости ВД при движении вдоль перемычек каждой из камер (условие безударной коммутации).

Невыполнение этого условия приводит к резким пульсациям давления, возникающим в моменты сообщения каждой из камер с окном ВД, и, как следствие, к повышенному шуму, излучаемому ГМ.

Недостатками известной гидромашины являются; технологическая сложность выполнения внутренних каналов, имеющих , т.е. длинных узких щелей: большая вероятность заращивания (облитерации) внутренних каналов в процессе эксплуатации вплоть до полного перекрытия сечения и затрудненность их очистки; зависимость пульсаций давления в рабочих камерах на участке коммутации (и, как следствие, зависимость шума, излучаемого ГМ) от измене- ния температуры рабочей жидкости вследствие колебаний в широких пределах расходной характеристики внутреннего дроссельного канала при изменении температуры жидкости, свойственной ламинарному режиму ее течения через канал с dK l (узкую щель); увеличение шума, излучаемого ГМ, связанное с содержанием в рабочей жидкости объемных гидромашин нерастворенной газовой составляющей, неучтенной в известной гидромашине, что приводит к существенному занижению необходимой пропускной способности внутренних дроссельных каналов, а следовательно, их поперечного сечения. В результате нарушается требование о плавном повышении давления в РК при их движении вдоль перемычек

и безударном сообщении с полостью ВД.

Цель изобретения - снижение шума, улучшение эксплуатационных и технологических характеристик гидромашины.

Цель достигается тем, что ширина паза

равна диаметру соединительного отверстия, а сам диаметр выбирается из соотношения

d - (0,069 - 0,086$Vo, где V0 - геометрический объем рабочей камеры.

Для обоснования этого следует воспользоваться некоторыми теоретическими положениями. Известно, что для обеспечения условий безударной коммутации необходимо, чтобы на 1-й (по возможности кратковременной) стадии всего периода коммутации (под которым понимают время переезда одной рабочей камеры в направлении от окна НД к окну ВД или в обратном

направлении на противоположном перемычке между,окнами) через внутренний канал и соединительное отверстие в РК поступило количество жидкости, достаточное для сжатия всех пузырьков фазы Г, содержащихся в нерастворенном виде в 2-фазной см еси, заключенной в камере; на 2-й стадии после разобщения камеры от соединительного отверстия резко уменьшить поступление жидкости в РК с тем, чтобы

давление оставшейся в камере жидкой фазы (фазы Ж) плавно повышалось; на 3-й стадии поступление жидкости должно снова увеличиться, чтобы давления в РК и окне ВД в момент их сообщения стали одинаковыми.

Для обеспечения 1-й стадии необходимо выполнить следующие требования

5

/ц 2d/t0 wr 2 я nr ;

2 г „ лй г 2

Vi

(2)

(p1-p)}

где W - объем жидкости, поступившей через отверстие 2 в РК;

fi - коэффициент расхода отверстия; 0р плотность жидкости;

pi и р - давление в окне ВД и в РК соответственно;

аз- угловая скорость РК; п - частота вращения РК; 5 г - радиус вращения оси РК.

Формулой (1) окружная скорость Vu движения цилиндра ограничивается временем to сообщения паза 1 в цилиндре с соединительным отверстием 2 диаметром d (фиг.1). Формула (2) выражает средний расход через соединительное отверстие диаметром d за тот же период to.

В выражении (2) площадь соединительного отверстия и соответственно его диаметр di приняты постоянными величинами, хотя в действительности площадь изменяется за период to по известному закону (фиг.2). Примем, что средняя ордината SCp равна средней ординате синусоиды на отрезке от нуля до п . В этом случае, как известно, среднее значение приближенно равно 0,637 от максимального. Тогда

Scp 0,6375макс.

Подставляя Scp л:Ь2Ср/4 и 5Макс ftd2/4, получим

di dcp 0,798d,(3)

В соответствии с 1-й стадией условия безударной коммутации обьем W в формуле (2) равен

W - mV0,(4)

где m - относительное содержание фазы Г в 2-фазной смеси, заключенной в РК;

Vo - геометрический объем РК.

Давление р в РК в процессе коммутации изменяется от давления рнд в окне НД до pi в окне ВД. Примем среднюю-арифметическую величину на этом интервале

п - . Р1 Рнд

р2

Поскольку в ОГМ рнд« pi- получим

Р-$,5)

Подставляя выражение (3), (4) и (5) в формулу (2), имеем

ntf

Vi m Vo/to 0,798 ft -2%- ( & ) (6)

Исключив из (1) и (6) период to, получим следующее уравнение

ViVi

0,159 ,ud3( рт) V0mnr(,o) . (7) Выражения, стоящие в правой и левой частях уравнения (7), имеют одинаковую размерность, следовательно, разделив все уравнение на член, находящийся в правой части, приведем это уравнение к безразмерному виду

0.159 d3(pp . Гяч

°) Vo mnr (p)

Перепишем безразмерное уравнение (8) в следующем виде:

Vl d - mnr(p) (Q

v0 :vi-

0,159 fi (pi) откуда окончательно имеем

d ,(10)

V6

у- - безразмерный

где mnr)

0,159/t(pi) коэффициент, зависящий от эксплуатационных параметров f.i , pi, m, n, , а также от геометрического параметра г. функционально не связанного ни с размерами внутренних дроссельных каналов, ни с объемом РК.

Выражение (10) может быть вставлено в формулу изобретения при условии, если пределы изменения коэффициента К относительно невелики.

Определим эти пределы. Для этого запишем выражение для максимального (Кмакс) и минимального (КМин) значений коэф- фициента К.

0

5

0

5

0

5

- Пмин , -- Гмин . РМИН Пмакс ГМаксРМЗКС

В рабочем диапазоне температур и давления современного гидропривода пределы изменения плотности р 810...890 кг/м3. При вязкости минеральных масел, охватывающей практически весь рабочий диапазон современного гидропривода, величина m изменяется в пределах 7-9%. В работающем гидроприводе m 6%. Примем пределы m 6-9%. Изменение перепада давления на входе и выходе аксиально-поршневых гидромашин типа 210 (как насосов, так и гидромоторов) во всем диапазоне чисел оборотов и в рабочем (92-94%) диапазоне КПД находится в пределах pi 5-30 МПа. Отношение максимального к минимальному чисел оборотов для всех типоразмеров гидромоторов марки 210 в рабочих диапазонах давлений и КПД колеблется в интервале 4- 5. Примем его равным 5.

Таким образом: п 0,2; /5 0,910; m 0,666; pi 0,166.

Коэффициент расхода /г. как известно из гидравлики, зависит от числа Рейнольдса и практически не зависит ни от условий эксплуатации, ни от объема РК, ни от диаметра d и перепадов давления. Поэтому можно принять /Z 1.

Рассмотрим в качестве примера семейство аксиально-поршневых гидромашин типа 210, а именно 210.12, 210.16, 210.20. 210.25 и 210.32 отечественного производства, значения V0 и г которых представлены в таблице. Тогда

г ,312.

Подставив полученные значения /. pi, m, n, г и р в формулу (13) имеем

0,796 «0,8,

Кмакс

Округляя это отношение до 0,8 {с погрешностью менее 1 %) и подставляя в формулу (11) значения / 0,7, pi 5 МПа; m 0,09; n - 25 г - 0,0024 м; р 890 кг/м , получим пределы изменения безразмерного коэффициента

0,,086.

Если теперь подставить в формулу (tO) максимальное значение коэффициента К, равное 0,0864, и максимальную величину V0 из таблицы, равную 32,14 см3, то получим максимальный диаметр ймакс 2,74 мм.

Для гидромашин типа 210, представленных в таблице, время t0, за которое через отверстия диаметром d и внутренний канал должен пройти объем жидкости V0, равно 0,001-0,006 с в зависимости от частоты вращения ротора и величины центрального угла между кромками окон высокого и низкого давления.

Если принять максимальное время 0,006 с, то минимальный расход жидкости, протекающий через внутренний канал, равен

QMHH -

УОМИН

1.65 0,006

275.0 см7с

DMHH

toM3KC

Используя известную из гидравлики зависимость, получим выражение для минимального диаметра внутреннего канала

1мин Л Удоп

При значении vAOn 6 м/с потери напора в канале не превышают 5-6% от рабочего давления. Тогда .

Онии ° 764 см

Таким образом, отношение .мин 2,8 свиимакс

детельствует о значительном превышении диаметра внутреннего канала над величиной соединительного отверстия.

На фиг.1 и 2 изображены схемы работы гидрораспределителя; на фиг.З - распределитель со стороны, прилегающей к блоку рабочих камер; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.З; на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.З; на фиг.6 - разрез В-В на фиг.З.

Распределитель объемной гидромашины включает окна низкого 1 и высокого 1 давлений, оканчивающиеся ДЭ 3 и 4. На перемычках между окнами выполнены соединительные отверстий 5 и 6, сообщающиеся с внутренними каналами 7 и 8 постоянного большого сечения, каждый из которых соединен с соответствующим окном. С торцовой поверхностью распредели0 теля соприкасается торец блока рабочих камер, одна из которых изображена позицией 9 на фиг.6. С торцовой поверхностью распределителя рабочую камеру соединяет окно 10, которое имеет паз 11, контактиру5 ющий с соединительными отверстиями 5 и 6 при вращении блока.

Работа устройства в режиме насоса происходит в следующем порядке. При вращении блока (по стрелке) момент отсечки от

0 окна 1 отверстия 10 одновременно соответствует касанию кромкой паза 11 соединительного отверстия 5. С этого момента в цилиндр начинает поступать жидкость из окна ВД 2 по пути: внутренний канал - сое5 динительное отверстие - рабочая камера. На этой стадии пузырьки нерастворенной фазы Г в рабочей камере активно сжимаются до растворения в жидкой фазе, при этом расход жидкости определяется только диа0 метром d отверстия 5, а сам диаметр выбирается по формуле (10).

Процесс сжатия и растворения фазы Г заканчивается после отсечки паза 11 от соединительного отверстия 5 (показано

5 штрихпунктирными линиями на фиг.З). Начиная с этого момента поступление жидкости в РК резко ограничивается и определяется сильно задросселированным сечением ДЭ 3, которое выбирается из усло0 вия обеспечения плавного нарастания давления в РК и уравнивания его с давлением в окне 2.

Конфигурация ДЭ выбирается по известным соотношениям.

5 Таким образом, технологические трудности изготовления внутренних каналов 7 и 8, связанные с соотношением , отпали, так как длина и диаметр этих каналов одного порядка. Отпала также вероятность заращи0 вания этих каналов и появилась возможность их очистки в процессе эксплуатации в связи с большим сечением каналов на всей длине. Благодаря последнему обстоятельству внутренний ханал перестал быть узкой

5 щелью, в которой расход сильно зависит от температуры рабочей жидкости, что снижает шум, излучаемый ГМ.

Аналогично происходит работа гидромашины в режиме гидромотора. Формула изобретения

Распределитель объемной гидромашины, содержащий распределительный диск, на рабочей поверхности которого расположены серповидные окна высокого и низкого давления с дроссельными канавками, разделенные перемычками и выполненные с возможностью соединения с окнами рабочих камер блока цилиндров, причем на перемычках выполнены отверстия, каждое из которых соединено каналом с серповидным окном, расположенным по направлению

0

вращения блока цилиндров, а окна рабочих камер снабжены пазами, отличающий- с я , что, с целью снижения шума, улучшения эксплуатационных и технологических характеристик, ширина паза равна диаметру отверстия на перемычке, определяемому из соотношения:

d (0,069-0,,

где V0 - геометрический обьем рабочей камеры.

Использование: в обьемных гидромашинах гидроприводов различного назначения. Сущность изобретения: распределитель объемной гидромашины имеет окна низкого (1) и высокого (2) давления, оканчивающиеся дроссельными элементами (3 и 4). На перемычках между окнами выполнены соединительные отверстия (5 и 6), сообщающиеся с каналами, каждый из которых соединен с соответствующим окном. С торцовой поверхностью распределителя контактирует торец блока рабочих камер, оканчивающихся окнами (10), имеющими пазы (11) для соединения с отверстиями (5 и 6). Ширина паза равна диаметру отверстий на перемычках, определяемому из соотношения d (0.069- 0.086) . где V0 - геометрический объем рабочей камеры. 1 табл. 6 ил.

Фиг Л

SM

Фие.2