Насос аксиально-плунжерный регулируемый “Vickers”

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Пермский национальный исследовательский  политехнический университет

ПНИПУ

 

Факультет Аэрокосмический

Специальность Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему: Насос аксиально-плунжерный регулируемый “Vickers” 

Студент Головин Н.А. 

Состав курсового  проекта:

1. Пояснительная записка на   стр.
2. Графическая часть на    листах.

Руководитель курсового проекта

         Горбунов А.В. ( )

 

 

Пермь 2013г.

Содержание

Введение                                                                                                        3                                                                                                                            

Расчет основных параметров                                                                               5

Силы, действующие на ротор  со стороны плунжерной группы           11

Силы, действующие на плунжер                13

Нагрузки, передающиеся на ротор  насоса со стороны плунжерной группы           15

Проекция силы трения, действующая  в районе контакта плунжера с шайбой         16

Суммарная сила трения в  районе контакта плунжера с цилиндром           20

Суммарная составляющая касательных  сил             23

Момент от сил трения и  от сил давления, относительно осей «OZ» на перемычку ротора     27

Расчет вала                  33

Расчет контакта плунжера с наклонной шайбой              40

Расчет наклонной шайбы                   41

Расчет каналов штутцера                47

Расчет фланцевого соединения               48

Заключение                    49

Список литературы                 50

 

Введение:                                                                                         Важнейшими элементами гидравлических приводов, гидравлических и топливных систем автоматического регулирования в различных отраслях техники являются гидравлические машины и, прежде всего, объемные гидравлические машины – насосы и гидромоторы.

Идея использования объемных гидроприводов для передачи мощности возникла сравнительно давно, однако, начиная лишь с 1920-1930 гг. их начали интенсивно внедрять в машиностроение. Особенно возрос интерес к гидроприводам за последние десятилетия, когда, помимо, станкостроения, авиа- и автомобилестроения, гидроприводы с успехом стали применять в судостроении и сельскохозяйственном машиностроении, в химической, горнорудной, металлургической промышленностях и др. В сравнении с электромеханическими передачами объемные гидроприводы обладают рядом преимуществ: электромеханическая передача при больших передаточных отношениях, от двигателя к конечному валу механизма, как правило, состоит из большого числа звеньев, в гидроприводе же – кинематическая цепь значительно компактней, благодаря чему представляется возможность располагать гидравлические устройства независимо от размещений механизмов в машине.

На работу гидромашины  оказывают влияние целый ряд  факторов: грязь, пыль, высокая температура  рабочей жидкости. Давление наружных и внутренних утечек. Однако, все перечисленные факторы могут быть в значительной степени устранены или компенсированы при условии правильно спроектированной и тщательно собранной гидромашины.

Аксиально-поршневой называется объемная гидромашина, оси поршней которой параллельны оси блока цилиндров или составляют с ней угол менее 45˚.

Ротор насоса состоит из вала и шайбы, выполненных в виде одной детали. В качестве опор применяются радиально-упорные подшипники, воспринимающие нагрузки со стороны шайбы и передающие их на корпус. Опорами блока цилиндров служит подшипник скольжения, в котором расположен хвостовик, и плоскость распределительного золотника. В цилиндрических расточках блока установлены поршни, связанные с шайбой при помощи шатунов и сфереческих соединений.

Блок при помощи пружины  и сил давления прижимается торцом к рабочей поверхности распределительного золотника и одновременно прижимает  его к крышке корпуса. Каждый цилиндр  имеет специальное отверстие, выходящий  на конец блока. Распределительный  золотник имеет два сквозных рабочих  окна серповидной формы и специальный  паз для штифта, исключающий вращение золотника вокруг своей оси. В  крышке корпуса выполнены канавки  серповидной формы, состыкованные  с соответствующими окнами золотника. Канавки в крышке корпуса переходят  в отверстия, в которые устанавливают  штуцера насоса. При вращении блока  отверстия каждого цилиндра половину полного оборота связано с  одним рабочим окном золотника, а другую половину – с другим окном.

Если ось блока цилиндров  наклонена к оси вала на угол, то при вращении ротора гидромашины  по часовой стрелке за счет изменения  расстояния между торцом шайбы и  передним торцом блока цилиндров  поршни совершают возвратно-поступательные движения. При этом поршни, расположенные  за плоскостью чертежа, входят в цилиндрические расточки, вытесняя из них жидкость и осуществляя процесс нагнетания, а поршни, расположенные выше плоскости  чертежа, выдвигаются из цилиндров, обеспечивая процесс всасывания. В соответствии с этим окно золотника  вместе с канавкой крышки и штуцером являются полостью нагнетания, а окно золотника с соответствующей канавкой крышки и штуцером являются полостью всасывания. Так обеспечивается последовательное подключение каждого цилиндра насоса то к зоне нагнетания, то к зоне всасывания.

Анализируя работу механизма, нетрудно убедиться в том, что  ход поршней, а значит, и расход насоса зависит от угла наклона блока  цилиндров по отношению к оси  вала и растут с его увеличением.  

 

Расчет основных параметров

1. Некоторые параметры и кинематические составляющие

Объемный расход жидкости

 

Число оборотов

 

Рабочий объем

 

КПД объемной машины по заданию

    Расчетная производительность

 

 

Удельная производительность

Диаметр плунжера

 

Где k – коэффициент(k=1)

Z – количество плунжеров (z=8)

 

  

 

 

 Ход плунжера

 

Где – радиус блока цилиндров

- угол поворота наклонной  шайбы (

- угол поворота ротора

При

плунжер	Ход плунжера
1й плунжер (угол 0)	0
2й плунжер (угол 45)	0,001631
3й плунжер (угол 90)	0,005569
4й плунжер (угол 135)	0,009504
5й плунжер (угол 180	0,011136
6й плунжер (угол 225)	0,009505
7й плунжер (угол 270)	0,00557
8й плунжер (угол 315)	0,00163

 

Скорость плунжера

 

Где - угловая скорость вращения

 

При

плунжер	Скорость плунжера м/с
1й плунжер (угол 0)	0
2й плунжер (угол 45)	1,133249
3й плунжер (угол 90)	1,602653
4й плунжер (угол 135)	1,133467
5й плунжер (угол 180	0
6й плунжер (угол 225)	-1,13326
7й плунжер (угол 270)	-1,60265
8й плунжер (угол 315)	-1,13301

 

 

 

Ускорение плунжера

 

При

плунжер	Ускорение плунжера м/с
1й плунжер (угол 0)	461,2915
2й плунжер (угол 45)	326,1817
3й плунжер (угол 90)	0
4й плунжер (угол 135)	-326,119
5й плунжер (угол 180	-461,291
6й плунжер (угол 225)	-326,179
7й плунжер (угол 270)	0
8й плунжер (угол 315)	326,2518

 

 

 

2. Силовой анализ

2.1 Силы, действующие на  ротор со стороны плунжерной  группы

2.1.1 силы давления, действующие  со стороны нагнетания и всасывания

 

Где P_Н – давление в зоне нагнетания

 

 

 

d_n – диаметр плунжера

d_n = 0,011 м

922,2027

Сила, действующая на стороне  всасывания

 

1,8636 1

 

2.1.2 Сила инерции плунжера (расположенная в центре масс  плунжера)

 

Где –вес плунжера

g - ускорение свободного падения g=9.81 м/с²

при

 

плунжер	Сила инерции, Н
1й плунжер (угол 0)	103,44967
2й плунжер (угол 45)	73,149829
3й плунжер (угол 90)	0
4й плунжер (угол 135)	-73,13573
5й плунжер (угол 180	-103,4497
6й плунжер (угол 225)	-73,14929
7й плунжер (угол 270)	0
8й плунжер (угол 315)	73,165532

 

2.1.3 Центробежная сила  рис 2.1

(2.4)

 

2.1.4 Определение касательной  и нормальной составляющей плунжера  в точке контакта плунжера

 

 Где  – касательная составляющая

- суммарная сила, действующая вдоль оси плунжера

 

Для зоны нагнетания

плунжер	Суммарная сила вдоль оси  плунжера, Н
1й плунжер (угол 270)	922,2027
2й плунжер (угол 315)	995,3682
3й плунжер (угол 0)	1025,652
4й плунжер (угол 45)	995,3525

Для зоны всасывания

плунжер	Суммарная сила вдоль оси  плунжера, Н
5й плунжер (угол 90	-1,863606
6й плунжер (угол 135)	-74,99934
7й плунжер (угол 180)	-105,3133
8й плунжер (угол 225)	-75,0129

 

Касательная составляющая

 

плунжер	Касательная составляющая
1й плунжер (угол 0)	317,2715
2й плунжер (угол 45)	307,8986
3й плунжер (угол 90)	-0,576481
4й плунжер (угол 135)	-23,20001
5й плунжер (угол 180	-32,57721
6й плунжер (угол 225)	-23,20421
7й плунжер (угол 270)	285,2707
8й плунжер (угол 315)	307,9035

 

 

 

 

 

 

 

Реакции со стороны наклонной  шайбы

                                   (2.8)

 

 

плунжер	Реакция со стороны наклонной  шайбы, Н
1й плунжер (угол 0)	332,1044
2й плунжер (угол 45)	322,2934
3й плунжер (угол 90)	-0,603432
4й плунжер (угол 135)	-24,28465
5й плунжер (угол 180	-34,10025
6й плунжер (угол 225)	-24,28904
7й плунжер (угол 270)	298,6076
8й плунжер (угол 315)	322,2985

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.5 Сила трения в зоне контакта плунжера с наклонной шайбой

                       (2.9)

Где (для пары бронза-сталь)

 

 

плунжер	Сила трения в зоне контакта плунжера с наклонной шайбы, Н
1й плунжер (угол 0)	16,60522
2й плунжер (угол 45)	16,11467
3й плунжер (угол 90)	-0,030172
4й плунжер (угол 135)	-1,214233
5й плунжер (угол 180	-1,705012
6й плунжер (угол 225)	-1,214452
7й плунжер (угол 270)	14,93038
8й плунжер (угол 315)	16,11492

 

 

2.1.6 Проекция силы трения, действующая в районе контакта  плунжера с шайбой 

                                                (2.10)

 

плунжер	Проекция Силы трения, Н
1й плунжер (угол 0)	15,86357
2й плунжер (угол 45)	15,39493
3й плунжер (угол 90)	-0,028824
4й плунжер (угол 135)	-1,160001
5й плунжер (угол 180	-1,628861
6й плунжер (угол 225)	-1,16021
7й плунжер (угол 270)	14,26354
8й плунжер (угол 315)	15,39517

2.1.7 Равнодействующая  сила в плоскости плунжера(рис 2.2)

                                                (2.11)

 

плунжер	Равнодействующая сила в  плоскости плунжера, Н
1й плунжер (угол 0)	320,6157
2й плунжер (угол 45)	311,2429
3й плунжер (угол 90)	2,767766
4й плунжер (угол 135)	-19,85577
5й плунжер (угол 180	-29,23296
6й плунжер (угол 225)	-19,85996
7й плунжер (угол 270)	288,615
8й плунжер (угол 315)	311,2477

 

2.1.8 Равнодействующая  в нормальной плоскости 

                                                                   (2.12)

 

плунжер	Равнодействубшая в нормальной плоскости, Н
1й плунжер (угол 0)	15,86357
2й плунжер (угол 45)	15,39493
3й плунжер (угол 90)	-0,028824
4й плунжер (угол 135)	-1,160001
5й плунжер (угол 180	-1,628861
6й плунжер (угол 225)	-1,16021
7й плунжер (угол 270)	14,26354
8й плунжер (угол 315)	15,39517

 

2.1.9 Модуль главного вектора

                                             (2,13)

 

плунжер	Модуль главного вектора, Н
1й плунжер (угол 0)	321,00792
2й плунжер (угол 45)	311,62337
3й плунжер (угол 90)	2,7679159
4й плунжер (угол 135)	19,889624
5й плунжер (угол 180	29,278309
6й плунжер (угол 225)	19,893822
7й плунжер (угол 270)	288,96721
8й плунжер (угол 315)	311,62823

2.1.10 Угол между  плоскостью плунжера и плоскостью, проходящей через главный вектор

                          (2.14)

 

 

плунжер	Угол между  плоскостью плунжера и плоскостью, проходящей через главный вектор
1й плунжер (угол 0)	0,049438
2й плунжер (угол 45)	0,049422
3й плунжер (угол 90)	0,010414
4й плунжер (угол 135)	3,083238
5й плунжер (угол 180	3,08593
6й плунжер (угол 225)	3,083239
7й плунжер (угол 270)	0,04938
8й плунжер (угол 315)	0,049422

 

2.1.11 Значение момента в плоскости  плунжера

 

Где - длина вылета плунжера

 

 

- расстояние от  предельного торца блока цилиндров  до рабочей поверхности шайбы  при =0

 

 

 

плунжер	длина вылета плунжера l2 м
1й плунжер (угол 0)	0,0196
2й плунжер (угол 45)	0,017969
3й плунжер (угол 90)	0,014032
4й плунжер (угол 135)	0,010096
5й плунжер (угол 180	0,008464
6й плунжер (угол 225)	0,010095
7й плунжер (угол 270)	0,014032
8й плунжер (угол 315)	0,01797

 

 

 

 

плунжер	L21 м
1й плунжер (угол 0)	0,005
2й плунжер (угол 45)	0,003369
3й плунжер (угол 90)	-0,00057
4й плунжер (угол 135)	-0,0045
5й плунжер (угол 180	-0,00614
6й плунжер (угол 225)	-0,00451
7й плунжер (угол 270)	-0,00057
8й плунжер (угол 315)	0,00337

 

 

 

 

Момент в плоскости  плунжера

5,076343321

плунжер	Момент в плоскости  плунжера  Нм
1й плунжер (угол 0)	5,076343321
2й плунжер (угол 45)	4,926377893
3й плунжер (угол 90)	-0,00922369
4й плунжер (угол 135)	-0,37120024
5й плунжер (угол 180	-0,52123538
6й плунжер (угол 225)	-0,37126733
7й плунжер (угол 270)	4,564331594
8й плунжер (угол 315)	4,926455614

 

Значение момента  в нормальной плоскости

 

 

 

плунжер	Момент в нормальной плоскости Нм
1й плунжер (угол 0)	0,253817
2й плунжер (угол 45)	0,246319
3й плунжер (угол 90)	-0,00046
4й плунжер (угол 135)	-0,01856
5й плунжер (угол 180	-0,02606
6й плунжер (угол 225)	-0,01856
7й плунжер (угол 270)	0,228217
8й плунжер (угол 315)	0,246323

 

2.1.13 Угол между осью Z и плоскость., проходящей через ось плунжера и нормальной к вектору главного момента

 

 

плунжер	Суммарный момент Нм
1й плунжер (угол 0)	5,082685
2й плунжер (угол 45)	4,932532
3й плунжер (угол 90)	0,009235
4й плунжер (угол 135)	0,371664
5й плунжер (угол 180	0,521887
6й плунжер (угол 225)	0,371731
7й плунжер (угол 270)	4,570033
8й плунжер (угол 315)	4,93261

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

плунжер	Суммарный момент Нм
1й плунжер (угол 0)	3,091634
2й плунжер (угол 45)	3,091634
3й плунжер (угол 90)	3,091634
4й плунжер (угол 135)	3,091634
5й плунжер (угол 180	0,049958
6й плунжер (угол 225)	0,049958
7й плунжер (угол 270)	0,049958
8й плунжер (угол 315)	0,049958

 

 

2.1.14 Основные  уравнения для системы сил  и моментов, действующих на плунжер

(2.22 )     

- длина опорной  части поверхности плунжера

 

- полная длина  плунжера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

плунжер	Опорная длина  плунжера м
1й плунжер (угол 0)	0,031
2й плунжер (угол 45)	0,032631
3й плунжер (угол 90)	0,036568
4й плунжер (угол 135)	0,040504
5й плунжер (угол 180	0,042136
6й плунжер (угол 225)	0,040505
7й плунжер (угол 270)	0,036568
8й плунжер (угол 315)	0,03263

 

Рассчитаем уравнение (2.22) относительно Rx и Rr, в первом приближении при µ=0

 

 

Из уравнения (2.23) получим 

 

Подставим выражение  в (2.24)

 

 

 

 

 

 

 

 

274,3151

плунжер	Реакция Rr м
1й плунжер (угол 0)	274,3151
2й плунжер (угол 45)	284,3806
3й плунжер (угол 90)	-2,796557
4й плунжер (угол 135)	22,47243
5й плунжер (угол 180	34,06333
6й плунжер (угол 225)	22,47748
7й плунжер (угол 270)	298,026
8й плунжер (угол 315)	284,3762

 

Определим силу Rx

плунжер	Реакция Rx Н
1й плунжер (угол 0)	-46,69278
2й плунжер (угол 45)	-27,2427
3й плунжер (угол 90)	-0,033684
4й плунжер (угол 135)	2,583506
5й плунжер (угол 180	4,785495
6й плунжер (угол 225)	2,584359
7й плунжер (угол 270)	9,058884
8й плунжер (угол 315)	-27,25203

 

 

 

 

 

 

2.1.15 суммарная  сила трения в районе контакта  плунжера с цилиндром

 

 

плунжер	Суммарная сила трения в районе контакта плунжера с цилиндром  Н
1й плунжер (угол 0)	11,38112
2й плунжер (угол 45)	12,8569
3й плунжер (угол 90)	-0,141512
4й плунжер (угол 135)	1,252797
5й плунжер (угол 180	1,942441
6й плунжер (угол 225)	1,253092
7й плунжер (угол 270)	15,35425
8й плунжер (угол 315)	12,85621

 

2.1.16 с учетом  значения силы трения определим  осевые силы, действующие на каждый  плунжер

 

плунжер	Сила, действующая  на каждый плунжер Н
1й плунжер (угол 0)	1044,86
2й плунжер (угол 45)	1014,092
3й плунжер (угол 90)	-1,451817
4й плунжер (угол 135)	-72,81509
5й плунжер (угол 180	-103,5979
6й плунжер (угол 225)	-72,82886
7й плунжер (угол 270)	939,8105
8й плунжер (угол 315)	1014,108

 

2.1.17 определим  с учетом сил трения, действующей на плунжер

 

 

плунжер	Касательная нагрузка, с учетом сил трения Н
1й плунжер (угол 0)	317,2715
2й плунжер (угол 45)	307,8986
3й плунжер (угол 90)	-0,576481
4й плунжер (угол 135)	-23,20001
5й плунжер (угол 180	-32,57721
6й плунжер (угол 225)	-23,20421
7й плунжер (угол 270)	285,2707
8й плунжер (угол 315)	307,9035

 

2.1.18 Определим  нормальную составляющую с учетом  силы трения, действующей на плунжер

 

 

плунжер	Касательная нагрузка, с учетом сил трения Н
1й плунжер (угол 0)	1073,603261
2й плунжер (угол 45)	1041,886854
3й плунжер (угол 90)	-1,95073225
4й плунжер (угол 135)	-78,5056798
5й плунжер (угол 180	-110,236831
6й плунжер (угол 225)	-78,5198702
7й плунжер (угол 270)	965,3171532
8й плунжер (угол 315)	1041,903291

2.1.19 Определим  опрокидывающий момент для каждого  плунжера

 

 

плунжер	опрокидывающий  момент для каждого плунжера Нм
1й плунжер (угол 0)	6,662700609
2й плунжер (угол 45)	5,850073748
3й плунжер (угол 90)	-0,00864721
4й плунжер (угол 135)	-0,32480021
5й плунжер (угол 180	-2,931949
6й плунжер (угол 225)	-0,23204208
7й плунжер (угол 270)	4,279060869
8й плунжер (угол 315)	5,850166041

 

2.1.19 Определим  вертикальную составляющую силы  инерции вращательного движения

 

 

плунжер	Вертикальная  составляющая силы инерции вращательного  движения Н
1й плунжер (угол 0)	3,344247
2й плунжер (угол 45)	2,364735
3й плунжер (угол 90)	0
4й плунжер (угол 135)	-2,36428
5й плунжер (угол 180	-3,34425
6й плунжер (угол 225)	-2,36472
7й плунжер (угол 270)	0
8й плунжер (угол 315)	2,365243

2.1.21 определим  опрокидывающий момент от центробежных  сил инерции

 

0,070229

плунжер	опрокидывающий  момент от центробежных сил инерции  Нм
1й плунжер (угол 0)	0,070229
2й плунжер (угол 45)	0,04493
3й плунжер (угол 90)	0
4й плунжер (угол 135)	-0,0331
5й плунжер (угол 180	-0,30098
6й плунжер (угол 225)	-0,02365
7й плунжер (угол 270)	0
8й плунжер (угол 315)	0,04494