Распределитель объемной гидромашины

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ СкИХ

РЕСПУБЛИК 3 фв

О

Q3

Од

1 (21) 4835998/29 (22) 07.06.90 (46) 23,07.92. Бюл. % 27 (71) Уральский политехнический институт им, С.М.Кирова (72) В.Ю.Энгель (56) Патент ФРГ М 1653409, кл. 59а 14, 1971. (54) РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ОБЪЕМНОЙ ГИДРОМАШИНЫ (57) Использование: в объемных гидромаши нах гидроприводов различного назначения.

Сущность изобретения: распределитель объемной гидромашины имеет окна низкого (1) и

„„5ЦÄÄ 1749539 А1 высокого (2) давления, оканчивающирю дроссельными злементами (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 = (0,0690,086) ф, где Vp — геометрический объем рабочей камеры. 1 табл., 6 ил.

1749539

Изобретение относится к машиностроению, а именно к объемным 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 (PK), на каждой иэ которых выполнены пазы, расположенные так, что при вращении блока каждый паэ эа один оборот сообщается то с одним. то с другим соедини. тельным 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

l — длина канала) с этими полостями,и ДЭ, примыкающие к последним.

Назначение внутренних дроссельных каналов и ДЗ вЂ” обеспечить условие плавного повышения давления в РКОГМ от давления в полости НД до давления в полости ВД при движении вдоль перемычек каждой из кам ер (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

d,«l, 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 изменения 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 d<«I (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 соотно10 шения д = (0,069-0,086) Яо, где V> — 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 воэможности 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 противоположной перемычке между окнами) через внутренний канал и соединительное отверстие в PK поступило количество жидкости, достаточное для сжатия всех пузырьков фазы Г, со20

30 держащихся в нерастворенном виде в

2-фаэной смеси, 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 PK и окне ВД в

Чц =- 2d/tp = а)г = 2 л nr;; (1

2 лб» 2 й4о = Q = p — - (— (p< — р ) J, (2)

4 Р . где W — объем жидкости, поступившей через отверстие 2 в РК; ,и — коэффициент расхода отверстия; р- плотность жидкости; р» и р — давление в окне ВД и в РК соответственно;

Йу- угловая скорость РК;

n — частота вращения РК;

r — радиус вращения оси РК.

Формулой (1) окружная скорость V„движения цилиндра ограничивается временем

t> сообщения паза 1 в цилиндре с соединительным отверстием 2 диаметром о (фиг. l), Формула (2) выражает средний расход чемомент их сообщения стали одинаковыми, 40 Для обеспечения 1-й стадии необходимо выполнить следующие требования

1749539 рез соединительное отверстие диаметром d за тот же период tp.

В выражении (2) площадь соединительного отверстия и соответственно его диаметр dl приняты постоянными величинами, хотя в действительности площадь изменяет. ся за период tp по известному закону (фиг.2).

Примем, что средняя ордината ScII равна средней ординате синусоиды на отрезке от нуля до л. В этом случае, как известно, среднее значение приближенно равно 0,637 от максимального, Тогда

$ср = 0,637$макс.

Подставляя $ср = xd ср/4 M $макс = Xd /4, 2 получим . d1 = dcP = 0,798d, (3)

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

W=mVp, (4) где m — относительное содержание фазы Г в 2-фаэной смеси, заключенной в РК;

Vo — геометрический объем РК.

Давление р в PK в процессе коммутации

ИЭМЕНяЕтСя От даВЛЕНИя рнд В ОКНЕ НД дО р1 в окне ВД. Примем среднюю.арифметическую величину на этом интервале

P1 — Рнд

Поскольку в ОГМ рнд«р1, получим р= —, (5)

Р1

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

П1 Чо/то = 0,798,и (— ) (6)

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

0,159,ибз(PI ) =vp mnr(P) . (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 — 1. (8)

Vo mnr (p)

Перепишем резразмерное уравнение (8) в следующем виде:

1 (9)

Vp

0,159,и (p1) откуда окончательно имеем

d = K Жо, (10) где К = — безразмерный коэффициент, зависящий от эксплуатационных параметров,и, р1, m, п,, а также от геометрического параметра r, функционально не связанного ни с размерами внутренних дроссельных каналов, ни с объемом PK.

Выражение (10) может быть вставлено в

10 формулу изобретения при условии, если пределы изменения коэффициента К относительно невелики.

Определим эти пределы, Для этого за15 пишем выражение для максимального (Кмакс) и минимального (Кмин) значений коэффициента К.

Кмакс

12) Кмин =

Разде

Кмин

25 (13) Кмакс

Ямиин, — Р1мин . — П1мин гдето = : P1

/ макс p 1макс лтмакс

Пмин,— Гмин . — Ямин

Пмакс 1"макс РМВКс

В рабочем диапазоне температур и давления современного гидропривода пределы изменения плотности /у= 810...890 кг/м, При вязкости минеральных масел, охватывающей практически весь рабочий диапазон современного гидропривода, величина

m изменяется в пределах 7 — 9%, В работающем гидроприводе m = 6%. Примем пред40 елы m - 6-9%, Изменение перепада

0 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 p1 = 5-30 МПа, Отношение максимального к минимальному чисел оборотов для всех типоразмеров гидромоторов марки 210 в рабочих диапазонах давлений и КПД колеблется в интервале 45. Примем его равным 5, Таким образом: и = 0,2; р = 0,910; m=0,666; p1 = 0,166.

Коэффициент рас ода,и, 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 й= 1.

Рассмотрим в качестве примера семейство аксиально-поршневых гидромашин ти1749539 па 210, а именно 210,12, 210.16, 210.20, 210.25 и 210.32 отечественного производства, значения Vo u r которых представлены в таблице.

Тогда 5

3 2 0,312.

Подставив полученные значения,й, р1, т. и, r и р в формулу (13) имеем

К 10 мин =0796 =0

Кмакс

Округляя это отношение до 0,8 (с погрешностью менее 17) и подставляя в формулу (11) значения,и= 0,7. р = 5 МПа; m

=0,09; n - 25 с ; r -. 0,0024 м; р 890 кг/мз, 15 получим пределы изменения безразмерного коэффициента .

0,069< К<0,086,.

Если теперь подставить в формулу (10) максимальное значение коэффициента К, 20 равное 0,0864, и максимальную величину Чо из таблицы, равную 32,14 см, то получим з максимальный диаметр дм кс - 2,74 мм, Для гидромашин типа 210, представленных в таблице, время то, за которое через 25 . отверстия диаметром d и внутренний канал . должен пройти объем жидкости Чо, равно

0,001-0,006 с з зависимости от частотЫ вращения ротора и величины центрального угла между кромками окон высокого и низкого 30 давления.

Если принять максимальное время

0.006 с, то минимальный расход жидкости, . протекающий через внутренний канал; равен, .:

g — омин — " 65 — 2750 з

1омекс 0,006

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

Омин = доп

При значении чдоп = 6 м/с потери напора в канале не превышают 5-6 от рабочего давления Т з армии = — 0,764 см =7,64мм.

Такйм обрезом, отношение """ 2,8 свиDмин омэкс детеяьствует 0 значительном превышении диаметра внутреннего канала над величи- ной соединительного отверстия.

На фиг.1 и 2 изображены схемы работы гидрорзспределитвля; на фиг.3 — распределитель со стороны, прилегающей к блоку рабочих камер; на фиг.4 — сечение А-А на фиг.З: нз фиг.5 — сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.б- разрез В-В нз фиг.3.

Распределитель объемной гидромашины включает окна низкого 1 и высокого 1 давлений, оканчивающиеся ДЭ 3 и 4. На перемычках между окнами выполнены соединительные отверстии 5 и 6, сообщающиеся с внутренними каналами 7 и 8 постоянного большого сечения, каждый из которых соединен с соответствующим окном. С торцовой поверхностью распределителя 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 паэ 11, контактирующий с соединительными отверстиями 5 и б при вращении блока, Работа устройства в режиме насоса происходит в следующем порядке. При вращении блока (по стрелке) момент отсечки от 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 — соединительное 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 диаметром б отверстия 5, а сам диаметр выбирается по формуле (10).

Процесс сжатия и растворения фазы Г заканчивается после отсечки пазз 11 от соединительного отверстия 5 (показано штрихпунктирными линиями на фиг.3). Начиная с этого момента поступление жидкости в РК резко ограничивается и определяется сильно задросселированным сечением ДЭ 3, которое выбирается из условия обеспечения плавного нарастания давления в РК и уравнивания его с давлением в окне 2.

Конфигурация ДЭ выбирается по известным соотношениям.

Таким образом, технологические трудности изготовления внутренних каналов 7 и

8, свяэанйые с соотношением бк«1, отпали, так как длина и диаметр этих каналов одного гюрядка. Отпала также вероятность заращи взния этих каналов и появилась возможность их очистки в процессе эксплуатации в связи с большим сечением каналов на всей длине. Благодаря последнему обстоятельству внутренний канал перестал быть узкой щелью, в которой расход сильно зависит от температуры рабочей жидкости, что снижает шум, излучаемый ГМ, Аналогично происходит работа гидромашины в режиме гидромотора, Формула изобретения

1749539

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 серповиднйм окном, расположенным по направлению вращения блока цилиндров, а окна рабочих камер снабжены пазами, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения шума, улучшения эксплуатационных и технологиче5 ских характеристик, ширина паза равна диаметру отверстия на перемычке, определяемому из соотношения:

d = (0,069 — 0,086ф4, 10 где V< — геометрический объем рабочей камеры.

1749539

Составитель В,Энгель

Редактор С.Патруаева Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши

Заказ 2579 . Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 . . Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. ул.Гагарина, 101