|
Вопросы:
1. Функциональное назначение энергообеспечивающей подсистемы, основные понятия.
2. Маслостанции: назначение, классификация и конструкции входящих в них устройств.
3. Насосы: шестеренные, пластинчатые, аксиальные
Тема 2.1. Энергообеспечивающая подсистема
Вопрос 1. Функциональное назначение энергообеспечивающей подсистемы
Первичными источниками энергии являются энергия солнца, воды, ветра, тепловая энергия, атомная энергия, энергия химических реакций и т. д. В большинстве случаев первичная энергия преобразуется в механическую, а затем механическая энергия преобразуется либо в электрическую энергию электростанциями, либо в энергию потока жидкости насосными станциями, либо в энергию сжатого воздуха компрессорными станциями. В отдельных объектах, где используется химическая реакция для образования газов, например в ракетной технике, энергия образованных газов подобно сжатому воздуху может быть использована в газовых приводах. В приводах автоматизированного оборудования в качестве источников энергии применяют электрическую энергию для электрического привода, энергию сжатого газа для пневматического или газового привода, а для гидравлического привода обычно механическую энергию электрического двигателя, реже пневматического, преобразуют с помощью насоса в энергию потока жидкости (Рис.1).
Рис.1. Обобщенная функциональная схема привода: ИО – исполнительный орган
Структурная схема гидропривода, как и пневмопривода, состоит из энергообеспечивающей и силовой (исполнительной) систем, а также направляющей регулирующей подсистемы.
Рис. 2. Исполнительный орган экскаватора (стрела)
Энергообеспечивающую систему образуют устройства, используемые для производства и подготовки сжатой рабочей среды. К ним относятся компрессоры, фильтры, устройства осушки воздуха, ресиверы и т. п.
Под рабочей средой в пневмоприводе понимают предварительно сжатый в компрессоре воздух из окружающей среды (в некоторых особых случаях используют другие газы).
Под приводом понимают устройство или совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие рабочих органов машин или механизмов.
Привод в общем случае состоит из источника энергии, механизма для передачи и преобразования энергии (движения) и аппаратуры управления.
Гидравлическим приводом, называют устройство (агрегат) для приведения в движение механизма (машины), преобразующее и передающее энергию посредством рабочей жидкости и составленное из приводного двигателя, насоса, гидродвигателя, устройств управления, дополнительных и вспомогательных устройств.
Передача энергии осуществляется гидроприводом с двойным преобразованием: сначала механическая энергия приводящего двигателя преобразуется насосом в механическую энергию потока рабочей жидкости, а затем в гидродвигателе механическая энергия потока рабочей жидкости преобразуется в механическую на его выходном звене.
Пневмоприводом называют устройство с одним или более объемными пневматическими двигателями (или пневмодвигателями), включающее в себя пневматический механизм, в котором рабочая среда находится под давлением.
Вопрос 2. Гидравлические станции (маслостанции)
Основой гидропривода является гидростанция (Рис.3), которая предназначена для подачи рабочей жидкости под давлением в гидросистемы металлорежущих и деревообрабатывающих станков, автоматических линий, кузнечно-прессового, литейного и другого гидрофицированного оборудования, а также различного технологичного оборудования, например, широко применяется гидростанция в таком оборудовании, как станки с ЧПУ.
Рис.3. Гидростанция (общий вид)
К основным характеристикам гидростанций, маслостанций и насосных установок относятся: давление, МПа, Бар, кгс (1 МПа = 10Бар = 10,19кгс/см2). производительность, л/мин. объем гидробака, л. количество отводных линий (количество предполагаемых исполнительных органов - гидроцилиндров или гидромоторов пресса, машины, автомата, станка).
Гидростанция (Рис.4) состоит из бака и крышки (съемная), на которой установлен насосный агрегат с электродвигателем и гидроблок с предохранительным клапаном. Бак масляный представляет собой резервуар, на котором монтируются стандартные компоненты.
а). 
б). 
Рис. 4. Гидравлическая станция СГТО70:
а) различные компоновки
б) гидравлическая схема маслостанции СГТО70
Бак оснащен перегородкой, которая разделяет всасывающую и сливную полость, имеет сливное отверстие, и винт заземления. Также в баке предусмотрена дренажная линия L для слива утечек. Гидростанция применяется в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом. Гидростанция работает на чистом минеральном масле с вязкостью 15….100 сСт. Диапазон рабочих температур рабочей жидкости +1,0°С …+60°С Диапазон температур окружающей среды +1,0°С…+40°С. Класс чистоты масла по ISO 4406 - 19/16 при установке фильтра 25мкм.
Рис. 5. Гидравлическая маслостанция для смазки подшипниковых узлов электродвигателей,
генераторов и турбоагрегатов
Стандартно, гидростанция комплектуется:
Рис.6. Аксиально-поршневые насосы
Рис.7. Электродвигатели переменного тока
-
Гидробак. Стандартные объёмы гидробаков 10, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400 л. Гидробак оснащен краном слива масла, люками для очистки. Объем гидробака зависит от рабочего объёма исполнительных органов гидросистемы. Например, если рабочим органом служит гидроцилиндр, то нужно знать его внутренний диаметр.
Рис.8. Гидробак емкостью 75 л
Рис.9. Фильтр заливной Г42-12Ф
Фильтр заливной Г42-12Ф (Рис.9) предназначен для очистки от механических примесей масла, заливаемого в резервуар смазочной системы станка модели 16К20 и циркулирующего в этой системе, а также для очистки циркулирующего в пространстве над уровнем масла воздуха от частиц пыли, находящихся в нём во взвешенном состоянии.
Фильтр очищает минеральные масла. Вязкость которых не более 150 мм2/с в диапазоне температур 10-70°С. Климатическое исполнение и категория размещения станций по ГОСТ15150: предназначенных для стран с умеренным климатом – УХЛ4, для стран с тропическим климатом – О4.1.
Фильтры состоят из пластмассового корпуса с запресованной в него сеткой для фильтрации масла, пластмассовой крышки, имеющей горловину для заливки масла. Верхняя часть корпуса представляет собой воздушный фильтр, фильтрующим элементом которого служит нетканная ткань. Фильтр Г42-12Ф имеет магнитный патрон, который служит для задерживания ферромагнитных частичек, содержащихся в заливаемом масле. Фильтры устанавливаются на крышке бака, в специально обработанные отверстия, в вертикальном положении.
- Предохранительный автоматический клапан. Служит (Рис.10) для контроля рабочего давления гидростанции, а также может служить для регулировки рабочего давления от 0 до P ном. насоса.
Рис.10. Гидроклапаны
Рис.11. Фильтры:1. Элемент фильтрующий очистки воздуха 740-1109560-02; 2. Фильтр очистки воздуха 740-1109510-03; 3. Фильтр очистки масла 740-1012010-01; 4. Фильтр тонкой очистки топлива 740-1117010; 5. Элемент фильтрующий очистки масла740-1012040-10; 6. Элемент фильтрующий очистки топлива 740-1117040-01 Манометр.
- Манометры (Рис.12) предназначены для контроля давления.
Рис.12. Манометры
Дополнительно, гидростанция может комплектоваться гидрораспределителем, или гидрораспределителями, в зависимости от количества и схемы исполнительных органов. Для регулировки подачи используют дроссели. В гидростанциях, используемых для гидропрессов применяют гидрозамок и гидроаккумулятор (Рис.13). Для гидростанций, работающих в непрерывном режиме воизбежание перегрева используют воздушный теплообменник или водяной теплообменник.
Рис.13. Баллонный гидропневмоаккумулятор
Гидропневмоаккумулятор, предназначен для накопления (аккумуляции) и отдачи. В данном случае аккумулятор накапливает и отдаёт жидкость с помощью газа, обычно азота. Две стихии уживаются в одном устройстве благодаря разделителю сред.
Баллонный гидроаккумулятор получил своё название благодаря форме этого разделителя: на вид он напоминает резиновый баллон или вытянутую грушу, находящуюся в такой же по форме металлической ёмкости. С одной стороны гидроаккумулятора резиновая груша заправляется азотом, а с другой стороны он подсоединяется к рабочей полости, из которой поступает жидкость (в промышленности используется минеральное и синтетическое масло).
В это время баллон с газом сжимается, уступая объём жидкости. Однако после, когда давление в системе падает - газ в баллоне расширяется, вытесняя масло обратно в систему, тем самым восполняя нехватку жидкости. Дальше гидронасос опять заправляет аккумулятор маслом под давлением, заставляя баллон сжиматься.
По сравнению с другими типами, баллонный аккумулятор не такой инертный, как поршневой, однако основная его линейка типоразмеров больше, чем у мембранного. Баллонный аккумулятор может справляться с такими задачами, как:
- питание системы при аварийной ситуации;
- аккумулирование энергии;
- уравновешивание сил;
- компенсация утечек жидкости;
- питание системы в аварийной ситуации;
- гашение пульсации поршневых насосов и гидроударов;
- поддержание необходимого давления в системе при выключенном насосе.
Вопрос 3. Гидравлические насосы
В машиностроительных гидроприводах (в гидроприводах металлорежущих станков, промышленных роботов, автоматических линий, транспортирующих устройств и другого автоматизированного оборудования) применяют в основном гидравлические насосы объемного типа, основанные на принципе объемного вытеснения жидкости из рабочих камер насоса с помощью вытеснителей. Последние выполняют в виде поршня, пластины, зуба шестерни, кулачка. Рабочие камеры в таких насосах представляют собой замкнутое пространство, попеременно сообщающееся с полостью нагнетания или всасывания.
Под роторными гидромашинами понимают объемные роторные насосы и гидромоторы.
В роторных гидромашинах подвижные рабочие элементы, образующие рабочие камеры, совершают вращательное или вращательное и возвратно-поступательное движение. Роторные гидромашины имеют три основных рабочих элемента: ротор, статор и замыкатель (вытеснитель).
Ротором называется основной рабочий элемент, который вращается во время работы синхронно с валом приводящего двигателя.
Статор — рабочий элемент, имеющий приемную и отдающую камеры.
Замыкатель — рабочий элемент, герметично соприкасающийся со статором и ротором и разделяющий приемную и отдающую камеры.
Замыкатели совершают строго циклическое движение, период которого пропорционален частоте вращения ротора.
Шестеренный насос
Шестеренным называется роторный насос с рабочими звеньями в виде шестерен (зубчатых колес), обеспечивающих геометрическое замыкание рабочих камер и передающих вращающий момент.
Шестеренные насосы применяются в гидроприводах как самостоятельные источники питания невысокого давления или как вспомогательные насосы для подпитки гидросистем. Подача жидкости в шестеренных насосах обеспечивается шестернями, установленными на ведомом и ведущем, соединенным муфтой с электродвигателем, валах. Насосы снабжены предохранительными клапанами, предотвращающими повышение давления в трубопроводе выше допустимого.
Рис.14. Конструкция шестеренного насоса
В расточках корпуса 2 (Рис.14) размещены ведущая шестерня 1 и ведомая 3, находящиеся в зацеплении. Шестерни имеют одинаковые модули и число зубьев. Корпус является статором, ведущая шестерня ротором, а ведомая — замыкателем. В насосе имеются вал 7, ось 6 и боковые крышки 4 и 5. Рабочие камеры образуются рабочими поверхностями корпуса, двух боковых крышек и зубьев шестерен. Корпус 2 имеет полость всасывания А и нагнетания Б.
Принцип работы шестеренного насоса следующий. В насосе полость всасывания расположена с той стороны, где зубья шестерен выходят из зацепления. При вращении вала и ведущей шестерни, например, по часовой стрелке, в полости всасывания А создается разрежение, так как при выходе из зацепления зубьев шестерен объем полости увеличивается. Под действием перепада давлений рабочая жидкость заполняет освободившееся пространство в полости А. Так происходит процесс всасывания. После этого каждая из шестерен перемещает в противоположных кольцевых направлениях рабочую жидкость, находящуюся во впадинах зубьев, из полости А в полость Б. Происходит процесс вытеснения (нагнетания), при котором встречные объемы жидкости сначала соединяются в полости Б, а затем жидкость вытесняется из полости Б на выход насоса зубьями шестерен, входящими в зацепление.
Насос шеcтеренный Г11-24А (Рис.15) предназначен для нагнетания под номинальным давлением постоянного по величине и направлению потока минерального масла в смазочные системы станков и других стационарных машин.
Рис.15. Насос шеcтеренный Г11-24А
Шестеренные насосы (Рис.16) НШ6, НШ8, НШ10, НШ14, НШ25, НШ32, НШ40, НШ50, НШ71, НШ100 - предназначены для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические системы управления рабочими органами машин (минерального масла в гидравлических системах грузовых автомобилей, строительных и сельскохозяйственных машин). Кинематическая вязкость минерального масла, которую могут нагнетать шестеренные насосы - до 400 cCт при температуре 50˚ С при номинальном давлении 160 атм (кгс/см2). Насосы шестеренный НШ изготавливаются правого и левого направления вращения.
По умолчанию направление вращения правое, если требуется левое в конце обозначения указывается "Л”.
Рис.16. Детали шестеренного насоса НШ
Пластинчатый насос
Основными деталями пластинчатых насосов являются корпус, приводной вал с подшипниками и рабочий комплект (Рис. 17), состоящий из распределительных дисков 2 и 7, статора 3, ротора 4 и пластин 5. Диски и статор зафиксированы в угловом положении относительно корпуса штифтом 9 и плотно прижимаются друг к другу пружинами (на чертеже не показаны), а также давлением масла в напорной линии.
При вращении ротора 4, связанного через шлицевое соединение с приводным валом, в направлении, указанном стрелкой, пластины 5 центробежной силой и давлением масла, подведенного в отверстия 11, прижимаются к внутренней поверхности 10 статора 3, имеющей форму овала, и, следовательно, совершают возвратно-поступательное движение в пазах ротора. Во время движения пластин от точки А до точки В и от точки С до точки D объем камер, образованных двумя соседними пластинами, внутренней поверхностью статора, наружной поверхностью ротора и торцовыми поверхностями дисков 1 и 7, увеличивается, и масло заполняет рабочие камеры через окна 2 и 12 диска 1, связанные со всасывающей линией. При движении пластин на участках ВС и DA объем камер уменьшается, и масло вытесняется в напорную линию гидросистемы через окна 6 и 8 диска 7.
Рис.17. Рабочий комплект пластинчатого насоса
Пластинчатые насосы выпускаются одно- и двухпоточными. В последних на общем приводном валу установлены два рабочих комплекта (одинаковых или различных), что обеспечивает возможность нагнетания масла двумя независимыми потоками. В двухпоточных насосах параметры каждого комплекта соответствуют параметрам определенного однопоточного насоса. Двухпоточные насосы БГ12-4 предназначены для продолжительной работы при давлении не более номинального и общей затрачиваемой мощности не более 4 кВт.
Рис.18. Гидронасос пластинчатый нерегулируемый БГ
Рис. 19. Насос пластинчатый нерегулируемый НП
Основные технические характеристики:
Насосы выпускаются одно- и двухпоточные.
Насосы работают на минеральных маслах марок ИГП-38, ВНИИ НП-403 или аналогах с характеристиками:
- температура масла от минус 10 до +60оС;
- кинематическая вязкость масла от 20 до 400 мм2/с - для насосов на 6,3 МПа и от 25 до 213 мм2/с - для насосов на 16 и 20 МПа;
- тонкость фильтрации 25 мкм. Частота вращения вала насосов: 960 об/мин - для насосов на 6,3 МПа; 1500 об/мин - для насосов на 16 МПа, 20МПа.
Направление вращения вала - правое (по часовой стрелке со стороны привода).
Насос пластинчатый регулируемый Г 12.
Насосы пластинчатые регулируемые применяются в гидросистемах металлорежущих станков и других машин. Обеспечивают изменение подачи минерального масла от номинального значения до нуля при достижении в системе давления, равного давлению настройки клапана. Настройка клапана регулятора давления - механическая.
Рис.20. Насос пластинчатый регулируемый Г 12
Основные технические характеристики
Предусмотрено изменение рабочего объема:
механическое – для насосов моделей Г12-54АМ и Г12-55АМ (номинальное давление до 6,3 Мпа), дистанционное – для насосов моделей 2Г12-54АМ-2,5 и 2Г12-55АМ-4 (номинальное давление 2,5 и 4 Мпа соответственно).
Номинальная частота вращения – 1500 об/мин, направление вращения – правое (по часовой стрелке со стороны вала).
Диапазон кинематической вязкости 20-213 мм2/с (сСт) при температуре от +10 до +50оС.
Тонкость фильтрации масла - 25 мкм.
Рис.21. Конструкция пластинчатого насоса
Подачу жидкости можно регулировать как вручную, так и автоматически не за счет смещения ротора 1 (Рис.21), а за счет перемещения статора 2, выполненного в виде подвижного кольца. Вращая винт 3, можно установить желаемую подачу, а винтом 5 и пружиной 6 настроить максимальное давление, при котором насос не будет подавать жидкость. Дело в том, что при работе насоса со стороны жидкости, находящейся между пластинами 4, ротором 1 , статором 2 и распределительными дисками 7, 8 и вытесняемой при вращении ротора в напорную магистраль Б при давлении нагрузки, на статор 2 действует сила, пытающаяся сдвинуть его в сторону пружины 6. Поэтому если давление на выходе насоса возрастает настолько, что эта сила преодолевает силу пружины 6, то статор смещается в сторону пружины и эксцентриситет е уменьшается до нуля. Тем самым подача жидкости прекращается.
Радиально-поршневой насос
Рис.22. Схема радиально-поршневого насоса однократного действия
Статор 1 (Рис.22) расположен эксцентрично относительно ротора 2 (е — эксцентриситет). В цилиндрах, радиально расположенных в роторе, находятся поршни 3, которые опираются сферической головкой на опорную поверхность статора. Оси цилиндров расположены в одной плоскости и пересекаются в одной точке. Распределение рабочей жидкости осуществляется неподвижным цапфенным золотниковым распределителем 4, в котором А — всасывающая и Б — нагнетающая полости, аб — перемычка. Вал 5 жестко соединен с ротором 2. Нерегулируемая аксиально-поршневая гидромашина Аксиально-поршневой насос состоит (Рис.7) из приводного вала 1 с радиальным 14 и сдвоенным радиально-упорным 13 подшипниками, семи поршней 12 с шатунами 11, блока 8 цилиндров, сферического распределителя 9, центрирующего шипа 5, корпуса 19 и крышки 20.
Нерегулируемая аксиально-поршневая гидромашина
Аксиально-поршневой насос состоит (Рис.23) из приводного вала 1 с радиальным 14 и сдвоенным радиально-упорным 13 подшипниками, семи поршней 12 с шатунами 11, блока 8 цилиндров, сферического распределителя 9, центрирующего шипа 5, корпуса 19 и крышки 20.
Рис.23. Аксиально-поршневой насос
| 
