Содержание к диссертации
ВВВДЕНИЕ 5
1. К ИССЛЕДОВАНИЮ РАБОТЫ ОПОР ТРЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭШМ'ОНАПРЯЖЕННЫХ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫХ ГИДРОНАСОСОВ 9
1.1. Анализ основных конструктивных решений разгрузки опоры трения поршневого элемента аксиально-поршневого насоса. Обоснование выбора объекта исследования - базовой конструкции .
1.2. Обзор существующих методов расчета гидростати- 16 ческих опор трения
1.3. Методы решения нестационарных задач смазки 19
1.4. Основные методы экспериментального определения быстроменяющихся давлений и толщины смазочной пленки • 24
1.5. Выводы 30
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ГИДРОСТАТОДШЖЕСКОй ОПОРЫ ТРЕНИЯ ПОРШНЕВОГО ЭЛЕМЕНТА 31
2.1. Постановка задачи 31
2.2. Уравнения движения 34
2.3. Уравнение Рейнольдса для гидростатодинамической опоры трения 38
2.4. Определение граничных условий для составляющих скорости жидкости в рабочем зазоре опоры 43
2.5. Толщина смазочного слоя в опоре 45
2.6. Определение граничных условий по давлению 45
2.7. Решение нестационарного уравнения Рейнольдса 46
2.8. Определение сил и моментов, действующих на опору со стороны смазочной пленки 50
2.9..Решение уравнений движения 52
2.10.Результаты решения задачи 55
2.II.Выводы 59
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЩОВАНИЕ РАБОТЫ ОПОРЫ ТРЕНИЯ ОРШНЕВОГО ЭЛЕМЕНТА 62
• 3.1. Обоснование постановки эксперимента 62
3.2. Описание экспериментальной установки 65
3.3. Измерение толщины смазочной пленки в рабочем зазоре опоры трения 68
3.4. Градуировка емкостного датчика 73
3.5. Измерение давления 75
3.6. Оценка динамической погрешности, вносимой соединительными каналами 78
3.7. Градуировка тракта измерения давления . 81
3.8. Регистрирующая аппаратура 82
3.9. Оценка погрешностей измерения исследуемых параметров 84
3.10.Результаты экспериментального исследования и сравнение их с расчетом * . 87
3.П.Выводы 94
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПА РАМЕТРОВ НА РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПОРЫ ТРЕНИЯ . 95
4.1. Выбор исследуемых параметров и диапазонов их изменения 95
4.2. Влияние вязкости рабочей жидкости 97
4.3. Влияние давления в нагнетающей полости насоса. 102
4.4. Влияние частоты вращения и производительности качающего узла 102
4.5. Влияние радиуса подводящей полости 108
4.6. Влияние протяженности дросселирующего зазора в поршневой паре 112
4.7. Влияние радиального зазора в поршневой паре . 116
4.8. Выводы 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
ЛИТЕРАТУРА 124
ПРИЛОЖЕНИЕ. Копии документов, характеризующих достоверность и практическую ценность исследований автора 132
Введение к работе
Основным направлением развития гидросистем является снижение их материалоемкости, веса и габаритов при одновременном увеличении долговечности и надежности. Как следствие, возрастает энергонапряженность гидросистем - повышается рабочее давление и растут частоты вращения качающих узлов гидронасосов. В настоящее время наибольшее распространение в энергонапряженных гидросистемах получили аксиально-поршневые насосы, которые обеспечивают при малых габаритах большие энергопотоки рабочей жидкости. С ростом энергонапряженности насосов увеличиваются как статические так и динамические нагрузки на все его элементы. В этих условиях для увеличения долговечности насоса необходимо стремиться обеспечить жидкостный режим трения во всех парах скольжения.
Однишиз наиболее нагруженных деталей качающего узла энергонапряженного аксиально-поршневого насоса, которые определяют его долговечность, являются опоры трения поршневых элементов (башмаки), которые скользят по беговой дорожке наклонной шайбы. Эти детали работают в условиях быстропеременных силовых воздействий и скоростей. Существующие методики расчета, учитывающие лишь статические характеристики смазочных пленок, не позволяют проектировать опоры трения поршневых элементов, надежно работающие при повышенных частотах вращения качающих узлов насосов. Это связано с тем, что при достижении некоторого уровня частот вращения, силы, зависящие от нестационарности процессов в смазочных пленках опор трения, возрастают до таких величин, что их нельзя не учитывать при расчете конструктивных параметров соответствующих элементов.
Высокие требования к к.п.д. современных гидронасосов привели к ограничению расходов рабочей жидкости на смазку опор трения, тем более, что в гидросистемах с повышенным давлением в напорной магистрали даже сравнительно малые расходы на смазку опор приводят к значительному снижению к.п.д. насоса. Особенно актуально требование уменьшения утечек рабочей жидкости в насосах малых типоразмеров. Это привело к тому,, что в настоящее время в насосах малых типоразмеров применяется в основном частичная гидростатическая разгрузка опор трения, которая обеспечивает малые расходы рабочей жидкости на этот элемент, но приводит к тому, что в опоре преобладает смешанный режим трения. Смешанный решил трения приводит к повышенному износу рабочей поверхности опоры и, как следствие, к снижению ресурса насоса. Частичная гидростатическая разгрузка опор трения поршневых элементов применяется в связи с тем, что отсутствуют надежно работающие дросселирующие элементы на малые расходы.
Настоятельная потребность в увеличении ресурса энергонапряженных гидронасосов привела к необходимости более детального исследования процессов, происходящих в смазочной пленке опор трения поршневых элементов. Целью такого исследования является создание методики расчета опор трения, работающих в режиме жидкостного трения при умеренных расходах рабочей жидкости на разгрузку этого элемента и, в конечном итоге, увеличение ресурса энергонапряженных гидронасосов.
В последнее время появилась конструкция поршневого элемента, обеспечивающего надежную работу дросселя при малых расходах рабочей жидкости, но отсутствие методики расчета не позволяет использовать ее в высокооборотных гидронасосах, где не допустимо пренебрежение гидродинамическими эффектами в смазочной пленке. Учет нестационарности процессов в смазочной пленке опоры трения позволит создатьболее точную математическую модель, которая даст возможность разрабатывать работоспособные опоры трения для высокооборотных гидронасосов.
Настоящая работа посвящена разработке методики расчета опор трения поршневых элементов высокооборотных энергонапряженных аксиально-поршневых гидронасосов, обеспечивающей надежную работу качающего узла при допустимых потерях рабочей жидкости.
В первой главе дан краткий обзор методов теоретического и экспериментального исследования гидростатических и гидродинамических опор трения.
Вторая глава посвящена разработке математической модели гидростатодинамическои опоры, работающей в условиях нестапионарного нагружения.
В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования гидростатодинамическои опоры, подтвердившие правильность теоретического решения задачи.
В четвертой главе изложен анализ влияния различных параметров на основные характеристіпси гидростатодинамическои опоры трения.
Научная новизна работы:
- создана математическая модель гидростатодинамическои опоры трения энергонапряженного аксиально-поршневого насоса;
- получено решение уравнения Рейнольдса с переменными граничными условиями по давлению совместно с уравнениями движения опоры в нестационарной постановке;
- разработаны метод и аппаратура, с помощью которых измерены нестационарные, достигающие весьма малых величин, толщины смазочных пленок;
- разработана методика определения основных характеристик гидростатодинамической опоры трения.
Практическая ценность исследования заключается в разработке метода расчета опор трения поршневых элементов энергонапряженных аксиально-поршневых гидронасосов малых типоразмеров, и рекомендаций по их проектированию.
Использование результатов работы на ХШ им.Ф.Э.Дзержинского при создании усовершенствованных опор позволило полушіть значительный экономический эффект.
