РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ
ОСОБЕННОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
НА ВЫХОДНЫЕ ХАРАКТКРИСТИКИ
ПЛАНЕТАРНЫХ ГИДРОМОТОРОВ
Анализ эксплуатационных характеристик планетарных гидромоторов позволил сформулировать основные задачи теоретических исследований:
1. Исследование влияния геометрических параметров распределительных систем на процессы, протекающие в планетарных гидромоторах.
2. Исследование взаимосвязи основных геометрических параметров торцевых распределительных систем.
3. Исследование влияния геометрических параметров распределительных систем на пульсацию потока рабочей жидкости.
4. Определение потерь в торцевой распределительной системе.
2.1. Исследование влияния конструктивных особенностей распределительных систем на процессы, протекающие в планетарных гидромоторах
Для изучения процессов, происходящих в планетарном гидромоторе при его эксплуатации, рассмотрим работу гидросистемы (рис. 2.1). Гидронасос Н передает необходимую гидравлическую энергию (подача при давлении ) к гидромотору Гм, вал которого связан с нагрузкой Нр. Для защиты гидросистемы от возможных перегрузок, в схеме установлен предохранительный клапан Кл, срабатывающий от превышения давления в магистрали 1-3.
Функциональные параметры представленной гидросистемы можно оценивать стабильностью (постоянством) выходных параметров гидромотора Гм (угловой скоростью и моментом ), обусловленных соответствующими параметрами нагрузки ( и ). Допуская, что гидравлическая мощность, развиваемая насосом постоянна (т.е., и - const), отклонение выходных параметров гидромотора может быть вызвано только пульсацией давления в магистрали 1-3, которое возможно в двух случаях: при колебаниях крутящего момента нагрузки Нр, характеризующих условия работы гидросистемы и при несовершенстве конструкции основных узлов гидромотора Гм.
Рис. 2.1. Схема работы планетарного гидромотора в процессе эксплуатации:
Н - насос; Кл - клапан; Гм - гидромотор; Р - распределительная система;
В - вытеснительный блок; Нр - нагрузка.
Считаем, давление на выходе из насоса равно давлению на входе в гидромотор и предохранительный клапан и равно номинальному давлению ; давление на выходе из гидромотора и клапана равно нулю, ; мощность насоса постоянна ; подача насоса постоянна ; утечек в клапане и гидромашинах нет.
Тогда количество жидкости, подходящей к гидромотору, можно определить выражением:
. (2.1)
При исследованиях выходных характеристик планетарного гидромотора Гм, его физическую модель [3,14,46,55,61,97] можно представить совокупностью двух основных узлов, вызывающих пульсацию давления - распределительной системой Р и блоком вытеснителей В (рис. 2.1). Примем допущение, что параметры нагрузки неизменны (и - const), а пульсация давления в рассмотренных узлах гидромотора Гм обусловлена изменением площади проходного сечения в распределительной системе Р и колебаниями площади рабочих камер , возникающими при перемещении вытеснителей В.
Нестационарный процесс, обусловленный изменением площади проходного сечения, для упрощения математического описания будем рассматривать как квазистационарный [58,59].
Исследуемый квазистационарный процесс обусловлен пульсацией давления гидромотора ввиду несовершенства его конструкции вызывает отклонения давления от номинального , на участке магистрали 1-3 (рис. 2.1). Необходимо отметить, что большая частота пульсации давления (100...2000Гц [62,66,67,93,94]) не может быть сглажена от воздействия инерционного момента нагрузки, как это бывает при аналогичной пульсации крутящего момента нагрузки.
Известно, что при повышении давления срабатывают предохранительные клапаны гидросистем, давление срабатывания которых определяется выражением . Однако с ростом давления увеличивается вероятность работы клапанов в режиме автоколебаний, что отрицательно сказывается на работе гидросистемы в целом. Для предотвращения колебаний клапана, поток жидкости, вытекающей из щели должен быть устойчивым. Однако, изменение пропускной способности щели ведет к пульсации давления, обуславливающей колебания клапана. Этот эффект усиливается с ростом давления. Поэтому колебания возникают при больших давлениях перед клапаном. Наиболее трудно устранить колебания клапанов, работающих в системах с пульсирующим давлением [4,9,30,42,47,70].
Отклонение давления рабочей жидкости в гидромоторе от номинального может происходить как в сторону повышения, так и в сторону понижения давления. При условии, что величина текущего значения давления рабочей жидкости гидромотора меньше номинального , расход через клапан равен 0, т.е. если , то и . В этом случае наступает торможение вала гидромотора Гм, в следствие уменьшения развиваемого им крутящего момента . Вал гидромотора (как и в первом случае) приводится в движение под действием инерционного момента , вызывая разрыв потока жидкости в гидромоторе и связанные с ним гидродинамические явления.
Если же величина текущего значения давления рабочей жидкости гидромотора превышает номинальное давление, т.е., , то срабатывает (открывается, совершая перемещение ) предохранительный клапан Кл и перепускает часть рабочей жидкости на слив (), уменьшая при этом количество жидкости , подводимое к гидромотору Гм (определяется из выражения (2.1)), что приводит к функциональному отказу - снижению угловой скорости вращения вала гидромотора , вызывая торможение нагрузки. Вал гидромотора будет вращаться под действием инерционного момента , а во внутренних полостях гидромотора (рис. 2.1), на участке 3'-4 (т.е., внутри гидромотора), может возникнуть разрыв потока жидкости и, как следствие, наличие кавитационных явлений с последующими гидроударами.
Считая, что через среднюю площадь проходного сечения распределительной системы проходит номинальный расход, т.е., , при