Гидравлика методичка лаб. Методичка лаб ГО СК студ. Краткие сведения из теории общие сведения о гидропередачах и гидромашинах
 Скачать 1.17 Mb.
|
|
Контрольные вопросы 1. Дать определение гидропривода (из каких двух основных устройств он состоит), нарисовать его принципиальную схему. 2. Дать определение производительности насоса, теоретической произво- дительности насоса, действительной производительности насоса, а также написать формулы. 3. Дать определение объемным потерям (утечкам). От каких основных параметров они зависят? 4. Записать выражение для определения параметра регулирования и тео- ретической производительности насоса с учетом параметра регулиро- вания. 5. Записать выражение для определения теоретической частоты вращения выходного вала гидропривода n 20 и действительной n 2 с учетом утечек. 6. Записать выражения для определения среднего крутящего момента гидромашины и теоретической мощности гидромашины. 7. Записать выражения для определения объемного, гидромеханического и полного КПД насоса и гидропривода. 12 Работа №1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА Цель работы – изучить принцип устройства и действия шестеренных насосов, ознакомиться с их особенностями и получить представление о ме- тодике экспериментального определения основных характеристик насосов объемного типа. Общие сведения о шестеренных насосах Шестеренные насосы с цилиндрическими шестернями внешнего зацеп- ления (рис. 2.1) являются наиболее простыми из всех известных типов насо- сов. Они, по существу, состоят из двух одинаковых шестерен 1 и 2, поме- щенных с малыми зазорами в корпусе 3. Рис. 2.1. Принципиальная схема шестеренного насоса Рабочей камерой в шестеренных насосах является пространство, ограни- ченное впадиной между зубьями и стенками корпуса. При указанном на рис. 2.1 направлении вращения шестерен жидкость, заключенная во впадинах зубьев, переносится из полости всасывания «В» в полость нагнетания «Н». Помимо насосов, построенных на базе двух шестерен внешнего зацепле- ния с зубьями эвольвентного профиля, применяются также насосы: – с косозубыми шестернями, – с шевронными шестернями, – с шестернями внутреннего зацепления, 13 – трехшестеренные, – двух- и трехступенчатые. Все разновидности шестеренных насосов отличаются малыми габарита- ми и весом, компактностью, надежностью, простотой изготовления, быстро- ходностью и меньшей, чем другие типы объемных машин, чувствительно- стью к загрязнениям рабочей жидкости. В принципе они обратимы, то есть могут работать не только в качестве генераторов гидравлической энергии, но и в качестве гидромоторов. Вышеперечисленные качества способствовали массовому распростране- нию шестеренных насосов во многих отраслях техники общего и специаль- ного назначения. При этом они одинаково широко используются как в систе- мах, предназначенных для перекачки различных жидкостей из мест хранения к местам потребления, так и в гидравлических системах управления рабочи- ми органами различных машин. Определенные ограничения при применении шестеренных насосов в си- стемах машиностроительной гидравлики вызываются, главным образом, только двумя обстоятельствами: повышенной пульсацией подачи и отсут- ствием регулируемых машин (хотя регулирование в принципе и осуществи- мо). В настоящее время промышленность серийно выпускает шестеренные насосы на рабочие давления в пределах от 5 до 210 кгс/см 2 . Насосы, приме- няемые для перекачки жидкости при низком давлении, строят на производи- тельность до 1000 л/мин, а насосы высокого давления – до 500 л/мин. Объем- ный КПД современных образцов доведен до 0,95–0,96; общий КПД – до 0,90; срок службы – до 5000 часов. Основными характеристиками объемного насоса любого типа, в том чис- ле и шестеренного, являются: а) характеристики производительности Q 1 = f(n 1 ), Q 1 = f(∆p)и Q 1 = f(μ); б) характеристики КПД η об1, η гм1 , η 1 =f(n 1 ), η об1 , η гм1 , η 1 = f(∆p) и η об1 , η гм1 , η 1 = f(μ), где Q 1 – действительная производительность насоса; n 1 – частота вращения вала насоса; ∆p – перепад давлений в полостях; μ – динамический коэффициент вязкости рабочей перекачиваемой жид- кости; η об1 – объемный КПД; η гм1 – гидромеханический КПД; η 1 – общий КПД. Примерные графики некоторых характеристик приведены на рис. 2.2. 14 Рис. 2.2. Примерные графики характеристик шестеренного насоса Экспериментальная установка Для экспериментального определения статических характеристик шесте- ренного насоса служит стенд, схема которого приведена на рис. 2.3. Основ- ными элементами стенда являются масляный бак 3, испытуемый шестерен- ный насос 7, приводной электродвигатель 10, дроссель 16 и аксиально- поршневой гидромотор 19. Масляный бак размещается в водяной ванне 2, которая предназначена для ускорения процесса повышения или понижения температуры рабочей жидкости (масла) до заданных пределов во время эксперимента. Для подо- грева рабочей жидкости включается в электросеть нагреватель 4, для охла- ждения – часть воды сливается через кран 1, а ванна доливается холодной водой. Термометр 5 предназначен для замеров температуры рабочей жидкости во время опытов. Кран 6 при выполнении работы должен быть полностью открыт. Его основное назначение – перекрывать всасывающую магистраль во время промывки фильтра. При помощи вакуумметра 8 определяется степень разрежения в полости всасывания испытуемого насоса. 15 Для определения крутящего момента на валу насоса использована из- вестная система мотор–весы, суть которой в данном случае заключается в том, что жестко прикрепленный к вывешенному статору приводного элек- тродвигателя рычаг длиной l опирается на платформу весов 9. Особенностью этой системы является то обстоятельство, что центр тяжести вывешенного электродвигателя располагается ниже оси качания статора. То есть достаточ- но точные результаты могут быть получены только в том случае, если рычаг, а с ним и грузовая платформа весов, во время замеров занимают исходное положение. Это достигается уравновешиванием действующей на грузовую платформу силы G гирями, размещаемыми на малой платформе. При этом стрелка весов должна устанавливаться как можно ближе к нулевой отметке циферблата (в пределах от 0 до 100 грамм). Рис. 2.3. Принципиальная схема стенда для испытаний шестеренного насоса: 1 – кран, 2 – водяная ванна, 3 – масляный бак, 4 – электронагреватель, 5 – термометр, 6 – кран, 7 – испытуемый насос, 8 – вакуумметр, 9 – весы, 10 – приводной электродвигатель, 11 – реостат в цепи якоря, 12 – тахометр, 13 – рычаг, 14 – манометр, 15 – демпфер, 16 – дроссель, 17 – предохранительный клапан, 18 – фильтр, 19 – аксиально-поршневой гидро- мотор, 20 – цифровой тахометр. Кроме того, для повышения точности результатов перед каждым заме- ром необходимо слегка нажать на рычаг статора и спокойно отпустить его. Вышеуказанная операция необходима потому, что между щетками и коллек- тором приводного электродвигателя имеют место силы трения, которые со- здают момент, действующий навстречу реактивному моменту. То есть без принудительного покачивания статора перед замером нагрузка на весах, как правило, будет меньше той, которая соответствует действительному моменту на валу насоса. 16 Вал насоса соединен с валом приводного электродвигателя без каких- либо промежуточных передач. Поэтому заданная скорость вращения насоса устанавливается по тахометру 12 с помощью реостата 11. Нагрузка устанавливается по манометру 14 при помощи регулируемого дросселя 16. При этом следует иметь в виду, что с изменением нагрузки бу- дет меняться и скорость вращения приводного электродвигателя. Следова- тельно, операции по установке заданных давлений и частот вращения долж- ны осуществляться одновременным воздействием на рукоятки дросселя и реостата. Демпфер 15 служит для сглаживания колебаний стрелки манометра 14. Предохранительный клапан 17 и фильтр 18 выполняют функций защиты гид- равлической системы стенда от перегрузок и загрязнений. При превышении давления в напорном трубопроводе сверх допустимого срабатывает предо- хранительный клапан, и жидкость, минуя дроссель, фильтр и гидромотор, через открытый клапан поступает в бак 3. Для определения действительной производительности нагруженного ис- пытуемого насоса использован работающий вхолостую аксиально- поршневой гидромотор 19 (к выходному валу гидромотора не приложена внешняя нагрузка) с заранее известным рабочим объемом. Частота вращения вала гидромотора определяется с помощью цифрового тахометра 20. Нагруз- кой для насоса является давление жидкости, которое устанавливается в напорном трубопроводе с помощью дросселя (на участке между насосом и дросселем) и реостатов, служащих для изменения частоты вращения вала насоса: чем больше давление (и температура рабочей жидкости), тем больше утечки жидкости из рабочих камер насоса и тем меньше его действительная производительность. Утечки жидкости из рабочих камер работающего вхолостую гидромото- ра незначительны (давление жидкости в трубопроводе перед гидромотором на участке между гидромотором и дросселем несколько превышает атмо- сферное), поэтому при определении характеристик шестеренного насоса их можно не учитывать и направлять по дренажному трубопроводу в масляный бак. При необходимости эти утечки всегда можно собрать в отдельный мер- ный сосуд и учесть при обработке экспериментальных данных. При работе насоса жидкость поступает из масляного бака 3 по трубо- проводу в полость всасывания насоса 7, затем она направляется через дрос- сель 16, фильтр 18 в аксиально-поршневой гидромотор 19, из которого она поступает в бак 3. Объем и содержание эксперимента Эксперимент проводится при определенной температуре рабочей жидко- сти согласно одному из вариантов, представленных в таблице, и состоит из шести групп опытов (по числу заданных значений частоты вращения вала насоса). Каждая группа подразделяется на шесть опытов, проводимых при различных давлениях жидкости в полости нагнетания насоса. В каждом из 36 опытов по измеренным и заранее известным параметрам определяются мо- 17 мент на валу насоса, перепад давлений в рабочих полостях, теоретическая и действительная производительность, потребляемая насосом мощность, по- лезная мощность, теоретическое давление, объемный, гидромеханический и общий КПД насоса. На основании результатов опытов и вычислений, в соответствии с инди- видуальным заданием, строятся графики основных характеристик насоса. Варианты задания № вари- антов Параметры Значения параметров 1 t м, ºС n 1, об/мин p 1, кгс/см 2 35 400 600 800 1000 1200 1500 8 10 12 14 16 20 2 t м, ºС n 1, об/мин p 1, кгс/см 2 40 500 800 1100 1400 1700 2000 10 14 16 18 20 22 3 t м, ºС n 1, об/мин p 1, кгс/см 2 45 600 800 1000 1200 1400 1600 8 10 14 18 22 24 4 t м, ºС n 1, об/мин p 1, кгс/см 2 50 400 700 1000 1300 1600 1900 9 12 15 18 20 22 5 t м, ºС n 1, об/мин p 1, кгс/см 2 55 300 600 900 1200 1500 1800 8 10 12 14 16 18 6 t м, ºС n 1, об/мин p 1, кгс/см 2 60 700 900 1100 1300 1500 1700 7 10 13 16 19 22 7 t м, ºС n 1, об/мин p 1, кгс/см 2 65 500 800 1100 1400 1700 2000 8 10 12 15 18 20 8 t м, ºС n 1, об/мин p 1, кгс/см 2 70 600 800 1000 1200 1400 1600 6 8 10 12 14 16 Последовательность выполнения работы 1. Распределить участников эксперимента по рабочим местам: а) дроссель, манометр и тахометр на валу приводного электродвигателя (насоса); б) реостаты; в) термометр и рубильник электронагревателя; г) весы; д) мановакуумметр и рубильник на щите стенда; е) тaxoметр на валу расходомера (гидромотора); ж) ведение протокола испытаний. 2. Подготовить бланки протокола испытаний по форме 2.1. 3. Совместно с преподавателем или лаборантом опробовать установку. 4. Нагреть (остудить) рабочую жидкость до заданной температуры. 18 5. Согласно заданному варианту провести испытания шестеренного насоса, соблюдая при этом следующие правила: а) установить рычаги реостатов в положение «min»; б) подать питание 220 В из розетки на стенде цифровому тахометру ТЦ- 3М и включить его тумблер; в) на распределительном щите (на стенде) включить рубильники 380 В и 110 В; г) открыть вентиль у бака; д) открыть дроссель на напорном трубопроводе; е) держа рычаг электродвигателя, включить на щитке стенда вниз; ж) опустить рычаг на платформу весов; з) воздействуя на рукоятки реостатов и дросселя, установить требуемые частоту вращения вала насоса и давление в полости нагнетания; и) одновременно снять показания со всех приборов и записать их в про- токол испытаний (форма 2.1); в форме 2.1 представлен образец заполнения соответствующих столбцов до начала эксперимента для варианта №1. к) в пределах данной группы опытов при переходе от одного давления к другому строго поддерживать заданную частоту вращения вала насоса. Примечания. 1. При проведении всех опытов отклонения температуры рабочей жидкости от заданного значения допускаются в пределах ±2° С. 2. Последовательность проведения опытов может быть произвольной. Поэтому если температура ра- бочей жидкости на 1–2 °С ниже заданной, то целесообразно начинать эксперимент с максимальных значе- ний скорости вращения вала насоса, если выше – с минимальных. Изменяя таким образом после- довательность проведения опытов, можно получить заметный выигрыш в затратах времени на операции по стабилизации температуры рабочей жидкости. 19 Форма 2.1 Протокол испытаний шестеренного насоса № гр № опыта n 1 G M 10 n 2 p 1 П p 2 ∆ p t м υ Q 1 Q 10 N 1 N 10 p 0 η гм1 η об1 η 1 η 1 ' 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 2/1 2/2 2/3 2/4 2/5 2/6 3/1 3/2 3/3 3/4 3/5 3/6 4/1 4/2 4/3 4/4 4/5 4/6 5/1 5/2 5/3 5/4 5/5 5/6 6/1 6/2 6/3 6/4 6/5 6/6 400 400 400 400 400 400 600 600 600 600 600 600 800 800 800 800 800 800 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1500 1500 1500 1500 1500 1500 8 10 12 14 16 20 8 10 12 14 16 20 8 10 12 14 16 20 8 10 12 14 16 20 8 10 12 14 16 20 8 10 12 14 16 20 22 20 Обозначения в форме 2.1 n 1 – частота вращения вала насоса, устанавливаемая по тахометру на ва- лу приводного двигателя, об/мин; G – нагрузка на платформу весов, кгс; М 10 –теоретический момент на валу насоса, кгс-м; n 2 – частота вращения вала расходомера (гидромотора), об/мин; р 1 – давление рабочей жидкости в полости нагнетания, кгс/см 2 ; П – показание мановакуумметра; мм рт. ст.; р 2 – давление рабочей жидкости в полости всасывания, кгс/см 2 ; ∆р – перепад давлений в полостях насоса (рабочее давление), кгс/см 2 ; t м – температура рабочей жидкости, °С; υ – кинематический коэффициент вязкости рабочей жидкости, сст; Q 1 – действительная производительность насоса, л/мин; Q 10 – теоретическая производительность насоса, л/мин; N 1 – полезная (действительная) мощность насоса, л.с.; N 10 –потребляемая насосом (теоретическая) мощность, л.с.; р 0 –теоретическое давление рабочей жидкости, кгс/см 2 ; η гм1 – гидромеханический КПД насоса; η об1 –объемный КПД насоса; η 1 , η 1 ' – общий КПД насоса, вычисляемый для проверки по различным формулам. Примечания. Графы 1,2,6 заполняются до начала эксперимента; графы 3,5,7,10 – в процессе проведе- ния опытов; прочие графы – при обработке полученных данных. Расчетные формулы По данным измерений и заранее известным параметрам для каждого опыта определяют: а) теоретический момент на валу насоса l G M 10 кгс·м, где l = 0,6 м – длина рычага, закрепленного на статоре приводного элек- тродвигателя; б) давление рабочей жидкости в полости всасывания р 2 = –П · 0,0013596 кгс/см 2 ; в) перепад давлений в полостях насоса 2 1 p p p кгс/см 2 ; г) действительную производительность насоса 1000 · 2 2 1 n q Q л/мин, где q 2 = 10 см 3 /об – рабочий объем расходомера (гидромотора); д) теоретическую производительность насоса 1000 · 1 1 10 n q Q л/мин, где q 1 = 15 см 3 /об – рабочий объем испытуемого насоса; 21 е) полезную (действительную) мощность насоса 450 1 1 Q p N л.с.; ж) потребляемую насосом (теоретическую) мощность 2 , 716 1 10 10 n M N л.с.; з) теоретическое давление рабочей жидкости р 0 = 41,9 М 10 кгс/см 2 , (получено из соотношения 2 , 716 450 1 10 10 0 n M Q p ); и) гидромеханический КПД насоса 0 гм1 p p ; к) объемный КПД насоса 10 1 об1 Q Q ; л) общий КПД насоса 10 1 1 N N и η 1 ' =η гм1 ·η об1 Кинематический коэффициент вязкости υ определяется при заданном значении температуры и крайних ее отклонениях по имеющемуся в лабора- тории графику υ = f(t м ). |