Благодаря малым габаритным размерам, удобству встраивания и высокому КПД пластинчатые гидромашины широко применяют в гидроприводах станков и других машин-орудий. Особенно распространены пластинчатые нерегулируемые насосы двукратного действия для давлений 7—14 МПа, отличающиеся большой надежностью. Рис. 3.41. Схема пластинчатого насоса однократного действия
Основными частями простейшего пластинчатого насоса однократного действия (рис. 3.41) являются вращающийся ротор 1, помещенный с эксцентриситетом е в неподвижном кольце статора 2. В пазах ротора находятся пластины 3, способные при вращении перемещаться радиально. Их наружные концы скользят по окружности Rc статора. В статоре прорезаны окна 4 и 5, соединенные с подводящей и отводящей линиями. Дуги перемычек между окнами 4 и 5 соответствуют угловому шагу между пластинами 2я/z (где z — число пластин). Рабочий объем пластинчатой машины определяется радиусом статора Вс и активным радиусом га ротора, связанных соотношением RC — га = е. Радиус га больше радиуса г ротора на величину минимального зазора между ротором и статором против мертвой точки Б. Когда объем между двумя соседними пластинами находится против нижней мертвой точки Б, он минимален; при нахождении против верхней мертвой точки А — максимален. За один оборот ротора из области с давлением рг в область с давлением рг переносится г объемов, характеризуемых разностью максимальной abb'a' и минимальной edd'e' площадей между пластинами. Приближенно разность этих площадей можно представить как участок кольца fgg'f со средним радиусом R = Лср = ra + е и шириной 2е, за вычетом толщины пластины Д. Тогда максимальный объем между пластинами Рассматривая треугольник 00'Т, который определяет закон выдвижения пластин х — / (а), можно видеть, что он аналогичен такому же треугольнику скелетного механизма радиально-поршневой машины (см. рис. 3.25). Значит, зависимость х = / (а) в рассматриваемом случае такая же, как и для поршневых гидромашин, и вытеснение жидкости пластинами при их перемещении по перемычкам происходит согласно закономерностям (3.16) и (3.17). Поэтому для пластинчатых гидромашин неравномерность подачи ст = / (z) согласно выражению (3.24) такая же, как и для поршневых, и число пластин в машинах однократного действия всегда выбирают нечетным. При работе пластины должны быть прижаты к статорному кольцу. Начальный прижим пластин в насосе обычно осуществляется под действием центробежных сил и иногда пружин, а рабочий прижим производится под действием гидростатических сил давления жидкости на внутренние торцы пластин из полостей 6. В насосах, предназначенных для работы при более высоких давлениях (ра ss 14-16 МПа), как правило, эти полости сообщают соответственно с окнами высокого и низкого давления, как было описано выше. Не трудно видеть, что этим, кроме увеличения рабочего объема, достигается и частичное гидростатическое уравновешивание пластин, благодаря которому уменьшаются контактные нагрузки между пластинами и статором п увеличивается механический КПД. Эти мероприятия усложняют конструкцию насоса. В насосах среднего и низкого давления (рп < 7 МПа) во все полости 6 подводят жидкость под высоким давлением р2, что упрощает конструкцию, по повышает объемные и механические потери в области низкого давления. Необходимость использования центробежных сил для выдвигания пластин ограничивает минимальную частоту вращения пластинчатых насосов значением remm > (0,4 -0,6) птах. Особенно важно это в начальный период после пуска насоса, когда рабочая жидкость еще холодца и ее вязкость велика. Под действием полной разности давлений р — =? Рг — Pi на рабочую по-верхность вытесняющей пластины и силы трения на ее скользящей кромке пластина изгибается. При этом создается момент, защемляющий ее в пазу ротора. Во избежание быстрого изнашивания пластин и заклинивания их в пазах максимальный вылет пластин 2е должен быть меньше, чем часть пластины, погруженная в ротор. Это ограничивает возможность увеличения объема V0 при заданном Rc путем увеличения е. Трение пластин о статор ограничивает вместе с возможностью навигационного снижения подачи максимальную частоту вращения и, следовательно, максимальную подачу насоса. Рис. 3.42. Регулируемый пластинчатый насос однократного действия
Регулируемый пластинчатый насос показан схематически на рис. 3.42. Окна 10 А 5 подвода и отвода жидкости выполнены в боковых неподвижных крышках корпуса, между которыми может перемещаться, скользя в направляющих 11 и 4, кольцо статора 12. При этом изменяются эксцентриситет е и, согласно выражению (3.59) рабочий объем V0. Переход центра О' статора через центр О вращения ротора изменяет знак е и ведет к изменению направления подачи. Статор перемещается толкателями 7 и 14. Для умсиыпепия контактных сил между пластинами и статором в насосе применена гидростатическая разгрузка. Для этого в боковых крышках корпуса выполнены полукольцевые пазы 8 и 2, разделенные перемычками 6 и 13. Каждый из пазов соединен с ближайшим к нему окном и с полостями 3 под пластинами, поэтому полости 3 используются для подачи жидкости. При скошенных кромках 15 пластин они частично разгружаются от радиальных сил прижима к статору, так как давление под пластиной частично уравновешивается таким же давлением со стороны ее наружного торца. Для ослабления изгиба пластин они наклонены вперед по направлению вращения на угол Для снижения шума соединение рабочих камер между пластинами с полостями, находящимися под давлениями р2 и р1г производится постепенно через дросселирующие канавки 1 и 9. Рис. 3.43. Пластинчатый насос двукратного действия
Насосы такого типа используются при давлениях 10—12 МПа. Ограниченность давления обусловлена контактными нагрузками между пластинами и статором, а также односторонней нагрузкой ротора силами давления со стороны полости, находящейся под давлением р2. Эти силы нагружают подшипники и при больших значениях р„ ограничивают срок их службы. Полной уравновешенности ротора удается достигнуть в пластинчатых машинах двукратного действия (рис. 3.43). В них ротор 1 с пластинами 2 охвачен статором 3 специального профиля. Число пластин z четное (не меньше 8). За один оборот две любые соседние пластины совершают два рабочих цикла, перемещая жидкость из окна 5 в окно 7 через перемычку А и потом из окна 8 в окно 4 через перемычку А'. Окна 4 и 7, а также 5 и 8 соединены попарно между собой и далее с подводящей (рх) и отводящей (р.2) полостями. Схемы рабочих органов насосов двукратного действия показаны на рис. 3.44 (схема а соответствует насосу, изображенному на рис. .Vt3). Профиль участков статора между перемычками 6П1 и бП2.описан лекальными кривыми, обеспечивающими плавное изменение скорости пластин в относительном движении во избежание ударов их о статор. Участки статора on1и оП2, соответствующие перемычкам, описаны дугами окружностей радиусами RC1 и RС2 из центра ротора О. Рис. 3.44. Схемы рабочих органов пластинчатых насосов двукратного действия: а — с неразгруженными пластинами; б — с разгруженными сдвоенными пластинами
Рабочий объем машины точно определяется выражением (3.60) Благодаря описанной выше форме статора объем жидкости, запертый между двумя пластинами, во время перемещения по перемычкам не изменяется по величине. Этим устраняются пульсации давления и шум, вызываемые изменением запертого объема, поскольку в целях улучшения герметичности угол раскрытия перемычек 8П выполняется больше, чем угол между пластинами 2я/z. Это положительное качество недостижимо в машинах однократного действия, где запертый объем из-за эксцентричности ротора и статора всегда изменяется. В результате перекрестного размещения областей 5 и 8 низкого давления и областей 4 и 7 высокого давления (см. рис. 3.43) ротор и, следовательно, подшипники разгружены от действия радиальных сил. Для обеспечения герметичности под внутренние торцы пластин в камеры 14 через отверстие 10 подается жидкость под давлением р2. С такой же целью предусмотрен гидравлический поджим боковых дисков 9 и 13. Для этого диск 9 со стороны полости, находящейся под давлением р2) выполнен подвижным в осевом направлении. Начальный поджим дисков осуществляется пружинами 12. Начальный поджим пластин в насосах, работающих при п — const, производится центробежными силами. Благодаря неизменному направлению вращения в насосах возможна установка пластин под некоторым углом £ к радиусам вперед по ходу вращения. Этим снижается защемляющий момент от сил трения о статор. Рассмотренный насос двукратного действия предназначен для работы при невысоком давлении (р„ ^ 7 МПа). Его пластины не разгружены от радиальных сил и поэтому, особенно в зоне всасывания, трение пластин о статор велико. Это снижает механический КПД и, во избежание износа пластин и статора, не допускает применения такого насоса для больших давлений. Пластины могут быть разгружены при усложнении конструкции. Насосы с разгруженными пластинами можно использовать при давлении до 14 МПа и, кратковременно, при пиковых нагрузках до 17 МПа. Схема рабочих органов такого насоса показана на рис. 3.44, б. В каждый паз ротора помещены две пластины 2 и 2', образующие со статором две уплотняющие кромки с камерой 1 между ними. Полости 3 под пластинами соединены с дуговыми пазами 4, 4' и 5, 5' на боковых дисках (13 и 9 на рис. 3.43), через которые в них подводится высокое р2 или низкое р1 давление в зависимости от зоны, в которой находится пластина. При этом пластины разгружаются от радиальных сил, а их внутренние торцы получают возможность подавать жидкость, что увеличивает при тех же размерах рабочий объем. Утечки в пластинчатых машинах происходят по зазорам I, I', II, 1Г (рис. 3.43) между торцами ротора и боковых дисков, по зазорам VII между пластинами и пазами ротора, по зазорам III и IV между боковыми дисками и корпусом и на перемычках, между наружными торцами пластин и статором (V), а также между боковыми торцами пластин и боковыми дисками (VI). Поэтому детали качающего узла (ротор с пластинами, статор, боковые диски) должны выполняться по высоким классам точности и чистоты обработки. Современные пластинчатые насосы имеют высокий КПД. На рис. 3.45 показаны характеристики неразгруженного (штриховые линии) и разгруженного (сплошные линии) насосов с рабочими органами, показанными на рис. 3.44, а и б. Характеристики подтверждают описанный выше эффект разгрузки пластин, позволяющий сохранить высокие значения полного КПД т) и объемного КПД Г|0 в области более высоких давлений. Преимуществом пластинчатых гидромашин двукратного действия (см. рис. 3.43) является возможность быстрой замены без демонтажа насоса всего комплекта качающего узла (статор, ротор, боковые диски) в случае его износа, а также возможность получения насосов с разными рабочими объемами V0 путем изменения только радиуса #С2 и сопрягающего профиля статора. .Недостатком конструкции насосов двукратного действия является невозможность выполнять их регулируемыми. Пластинчатые насосы имеют удовлетворительную всасывающую способность и могут работать без подпора перед входом в насос. Минимально допустимое давление р1а и максимальная частота итах вращения определяются для них, как и для поршневых насосов, суммой потерь давления от входа в насос до полости рабочей камеры. Подводящее каналы в корпусе и подводящие окна (В на рис. 3.44, а) выполняют всегда большими и они представляют малое сопротивление (скорость жидкости в окнах не более 2 м/с). Главными являются потери рвх на входе во вращающуюся камеру между пластинами. Второй основной потерей давления ры является потеря на преодоление центробежных сил вращающейся в камерах жидкости. Центробежное повышение давления, в противоположность радиально- поршневым насосам, действует навстречу втекающему потоку и должно преодолеваться за счет pia. При этом в камере давление не должно понижаться ниже допустимого р1а mjn. Таким образом Минимальное давление jo,nin, при котором из-за интенсивного выделения из жидкости растворенного воздуха подача начинает снижаться, можно принимать равным pamin ~ 0,04 - 0,05 МПа. Исходя из сказанного для пластинчатых насосов по условиям возникновения кавитационного снижения подачи принимают допустимое минимальное давление перед входом в насос р1а mjn = 0,07 - 0,08 МПа; ориентировочное максимальное значение и2 » 6-7 м/с. Приведенные рекомендации позволяют оценить условия работы насоса для обеспечения его бескавитационной работы. Пластинчатые гидромашины обратимы, однако большинство насосов этого типа не могут быть использованы как гидромоторы без видоизменения конструкции. Причиной этого является широта диапазона изменения частот и переменность направления вращения у гидромоторов. Схема рабочих органов гидромотора двукратного действия показана на рис. 3.46. В нем из-за переменности направления вращения пластины 3 могут устанавливаться только радиально. Переменность частоты вращения и, следовательно, отсутствие стабильных центробежных сил, выдвигающих пластины, требует применения их принудительного выдвигания. Для этого используются показанные на рисунке пластинчатые пружины 2 под торцами пластин 3. Так как из-за возможных усталостных разрушений пружины могут являться элементами ненадежности, для ведения пластин используют также внутренние кулачки, эквидистантно повторяющие профиль статора. При малых п пластины опираются на них внутренними торцами 4. Идеальный момент пластинчатого гидромотора определяется при разгруженных пластинках выражениями (3.41) и (3.61), а при неразгруженных — (3.41) и (3.60). КПД пластинчатых гидромоторов достигает величин порядка 0,8. В них основные потери — механические, составляющие три четверти всех потерь энергии. Рис. 3.46. Схема рабочих органон пластинчатого гидромотора двукратного действия
