Распределение жидкости в аксиально-поршневых гидромашинах, страница 2

Угол запаздывания  – это угол, на который должен быть повернут блок, чтобы цилиндр переместился из этого нейтрального положения в положение, соответствующее началу его соединения с противоположным окном золотника.

Определим угол смещения окна  цилиндра, при котором будет достигнуто требуемое сжатие жидкости в цилиндре. Положение окна будем определять углом  поворота блока цилиндров от начального положения (рис. 4.15, а).

Рис. 4.15. – Схемы плоского распределительного золотника аксиально-поршневых машин

За начальное примем такое положение блока, при котором рассматриваемый цилиндр вступает в такт нагнетания. Скорость поршня определяется соотношением:

.

Если при  цилиндр не сообщается ни с зоной всасывания, ни с зоной нагнетания, то уравнение неразрывности для замкнутого объема жидкости в цилиндре запишется в виде:

, где     – площадь сечения поршня;

 – модуль упругости жидкости;

 – объем жидкости в цилиндре при .

Левая часть данного уравнения определяет расход, обусловленный движением поршня; правая часть  сумму расхода, обусловленного сжимаемостью жидкости и утечек из полости цилиндра. Учитывая скоротечность процесса сжатия и малость утечек  ими можно пренебречь.

Интегрируя это равенство и учитывая, что при , значение давления равно давлению во всасывающей магистрали насоса , получаем зависимость давления в замкнутой полости цилиндра от угла  поворота ротора:

.

Выделив из этого уравнения угол и подставив в него вместо величины р значение давления р_н в нагнетательной магистрали, получим выражение для угла упреждения φ₁:

.

При переходе этого цилиндра из области нагнетания в область всасывания условия более благоприятны, т.к. в этом случае из области нагнетания жидкость переносится в объем вредного пространства.

Интегрируя уравнение неразрывности, для этого случая получим:

, где     – объем жидкости в цилиндре при  и.

Получаем зависимость давления в замкнутой полости цилиндра от угла  поворота ротора и угла упреждения φ₂:

.

Учитывая, что , и подставив вместо значения  в равенство значение давления во всасывающей магистрали р_вс, получаем величину угла запаздывания φ₂, на который должен переместиться замкнутый объем  от нейтрального (мертвого) положения до положения начала открытия всасывающего окна:

.

Углы запаздывания и упреждения выбирают в основном из условия возможного устранения вакуума и компрессии жидкости, обеспечения минимального перепада давления между полостью цилиндра и соединенного с ним в данный момент окна распределительного золотника, иначе возникнут «забросы» давления в цилиндрах. Для устранения «забросов» давления жидкость, находящаяся в цилиндрах, предварительно сжимается на участке перехода от всасывания к нагнетанию; при переходе от нагнетания к всасыванию давление плавно снижается.

Большой угол запаздывания в зоне всасывания приводит к тому, что жидкость начнет поступать в цилиндр после того, как поршень совершит некоторый ход. При этом в цилиндре разовьется высокий вакуум, произойдет «вскипание» жидкости и ухудшится ее всасывание.

Для обеспечения безударного перехода цилиндра из полости всасывания в полость нагнетания в узле распределения обычно выполняют дроссельные канавки малого сечения («усы») (рис. 4.15, б), через которые цилиндры в начале хода нагнетания соединяются до прихода к основному окну с полостью нагнетания. При этом происходит плавное дозаполнение цилиндров жидкостью и повышение давления заключенной в них жидкости до давления нагнетания что снижает «забросы» давления (гидравлические удары) и шум насоса.

Длина усов определяется углом , ширина – 1–2 мм. Расстояние между ними обычно выбирают так, чтобы было обеспечено условие . Однако в некоторых насосах для обеспечения более высокой плавности соединения и снижения шума принято  (рис. 4.15, в). В этом случае цилиндр соединяется через эти канавки с полостью нагнетания еще до прихода в нейтральное положение, т. е. когда он находится еще в полости всасывания. При этом будет обеспечена максимальная плавность повышения давления в цилиндре до давления нагнетания, но повышаются утечки жидкости.

Следует отметить, что поскольку перепад давления в канавке в этом случае равен рабочему давлению (20–30 МПа), в канавке развиваются высокие скорости течения жидкости, сопровождающиеся разрывом сплошности потока (кавитацией) и соответственно кавитационным разрушением (эрозией) поверхности перемычки впереди «уса».