Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33


Рис. 2.28. Элементы конструкции винтового мотора

широко применяют в приводах клапанной арматуры, где максимальные усилия необходимы в начальный момент открытия клапана (затем усилие подъема значительно снижается в результате выравнивания давления).

Винтовые моторы представляют собой корпус с расточкой в виде «восьмерки», двух торцовых крышек, двух (или более) находящихся в зацеплении винтов, оси которых расположены параллельно, н синхронизирующих шестерен. Винты установлены на подшипниках качения, смонтированных в крышках! В сечении, перпендикулярном оси, винты представляют собой находящиеся в зацеплении шестерни с зубьями специальных профилей. Однако если в шестеренных моторах сжатый воздух перемещается по окружности зубчатых колес, то в винтовых он движется в осевом направлении вдоль спиральных зубьев к полости выхлопа. Выступы одного винта плотно входят во впадины другого и в нескольких местах (в зависимости от того, насколько длина винта больше его шага) отделяют полость давления от выхлопа. Давление сжатого воздуха воздействует иа зубья и создает крутящий момент.

На рис. 2.28 показаны рабочие элементы одной из конструкций моторов этого типа. Винт 1 с выходным валом - четырехзаходный, профиль его зубьев образован выпуклыми полуокружностями; винт 2 имеет шесть зубьев, профиль которых выполнен в виде вогнутых полуокружностей. Синхронизирующие косозубые колеса Зц 4 предохраняют от силового контакта между винтами, что предотвращает их износ, при этом можно не предъявлять высоких требований к качеству их смазывания.Вследствие спирального расположения зубьев процесс взаимодействия винтов протекает непрерывно, поэтому развиваемый крутящий момент является плавным, без пульсаций. Вибрации при работе мотора отсутствуют.

Винтовые моторы подобно шестеренным с шевронными зубьями работают с частичным расширением сжатого воздуха. Отсутствие силового контакта, относительно малый диаметр винтов, применение подшипников качения обеспечивают частоту вращения до 250 z (\Ъ ооо об/мин). Винтовые моторы долговечны, компактны, быстроходны, развивают плавный крутящий момент, имеют относительно высокий КПД, не требуют смазывания при работе и высокой очистки сжатого воздуха, однако высокая сложность их изготовления и, как следствие, высокая стоимость, сдерживают широкое применение моторов этого типа в промышленности.

Турбинные моторы отличаются от объемных тем, что в них кинетическая энергия потока воздуха непосредственно превращается в механическую работу. В турбинных моторах сжатый воздух входит в суживающееся сопло с начальным давлением, затем, расширяясь, выходит из сопла с большой скоростью прямо на рабочие лопатки мотора. Направление струи воздуха, проходящего по каналам между рабочими лопатками, изменяется, в результате чего развивается сила, приложенная к лопаткам и создающая крутящий момент, таким образом, сжатый воздух отдает часть своей энергии турбинному колесу.

На рис. 2.29 изображен турбинный пневмомотор, предназначенный для встраивания в качестве привода в ручные шлифовальные машины и силовые


Рис. 2.29. Турбинный пневмомотор

Рис. 2.30. Зависимость мощности Л"» и крутящего момента М(, от частоты вращения /la Для турб1нных пневмомоторов

«0

головки. Рабочее колесо 4 с выходным валом 1 вращается на двух шарикоподшипниках, встроенных в корпус 2. Лопатки рабочего колеса охватываются бандажным кольцом 5. Сжатый воздух поступает в полость А и через отверстия Б в сопловом аппарате 3 подается на лопатки рабочего колеса.

Типичные кривые зависимости мощности и крутящего момента Mq от частоты вращения «q для турбинных пневмомоторов показаны на рис. 2.30.

Турбинные моторы могут быть одноступенчатыми - с одним рабочим колесом и Одним венцом лопаток или двухступенчатыми - с одним рабочим колесом и двумя венцами лопаток. Двухступенчатые моторы обычно изготовляют как специальные на большие мощности.

Достоинства турбинных моторов: малые масса на единицу мощности и размеры; высокая скорость выходного вала; возможность регулирования мощности изменением числа сопел.

Недостатки этих моторов: низкий КПД при малой мощности; сложность реверсирования; понижение КПД при резком изменении режима работы; неустойчивость работы при малой частоте вращения.

Турбинные моторы можно применять там, где требуется высокая частота вращения и постоянный режим работы. Моторы используют для привода пнев-мошпинделей и ручного инструмента - малых высокоскоростных шлифовальных машин для тонкой обработки.

Выбор типа пневмомотора. Ни один из рассмотренных типов моторов не является безукоризненным, пригодным для любого случая. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, и выбор типа мотора в каждом конкретном случае должен сопровождаться всесторонней оценкой его особенностей. Не последнюю роль играет в этом экономический анализ: иногда бывает выгодно потерять в КПД, но выиграть в массе и размерах, или же проиграть в размерах, но выиграть в долговечности и т. п.

В табл. 2.10 представлены основные параметры пневмоторов различных типов. Рабочее давление для всех типов моторов примерно одинаково: 0,3- 0,6 МПа.

Самую большую частоту вращения способны развивать турбинные моторы, меньшую пластинчатые, винтовые и шестеренные. Мембранные и радиально-поршневые моторы являются самыми тихоходными. Радиально-поршневые моторы рекомендуется применять при рабочих скоростях вращения ниже 25-30% скорости холостого вращения, так как при этой скорости вращения они лучше регулируются и меньше потребляют воздуха.

Пластинчатые, винтовые и турбинные моторы развивают стабильный крутящий момент, а у мембранных, поршневых и шестеренных моторов момент пульсирующий.

Наиболее высокий адиабатический КПД (наименьшие утечки сжатого воздуха) имеют поршневые и мембранные моторы; КПД пластинчатых и шестеренных моторов гораздо ниже из-за значительных утечек. Снижает КПД также установка глушителей шума. КПД турбинных моторов высок лишь при больших мощностях. Расход воздуха на единицу мощности меньше у тех моторов, которые работают С частичным расширением сжатого воздуха, поэтому расход воздуха для прямо-



6 . g s

C;-. * tn Щ

0<n

О lo

.3°

T! I

r§2

о о eg о eg

I I I

Sio sio ffl я о э- о

t-" - о ад й: lo-

g s u a l>

co h cr pre

b- о я

a = s

Ё 5 a:

ffl Ч cq

<j tj-

jS co

Рис. 2.81. Зависимость крутящего момента Ma (/ ) и мощности (2) от частоты вращения для двух различных давлений

зубых и косозубых шестеренных моторов превышает расход для других типов. Велик расход воздуха для турбинных моторов малой мощности.

Масса на единицу мощности наиболее низка у пластинчатых, турбинных и аксиально-поршневых моторов, вследствие чего они являются основными типами для привода ручного инструмента.

Турбинные и пластинчатые моторы отличаются от мембранных, поршневых, шестеренных и винтовых минимальными размерами. Регулирование крутящего момента можно осуществлять в мембранных, поршневых и турбинных моторах: в первых двух- изменением степени наполнения; в последнем - изменением числа сопел.

Все типы моторов, кроме мембранных и шестеренных с шевронными зубьями, могут быть выполнены реверсивными путем перемены направления подачи воздуха. Однако моторы с реверсированием менее мощны и потребляют больше воздуха, но характеризуются лучшим стартовы.м крутящим моментом и более быстрым достижением полной скорости. Так, реверсивный пластинчатый мотор, не соединенный с инерционными приводными механизмами, набирает полную скорость примерно за пол-оборота, а поршневой - за доли секунды. При выборе типа мотора следует знать также основные параметры его характеристики.

На рис. 2.31 показаны типичные кривые мощности No и крутящего момента Mq мотора для двух рабочих давлений. Мощность мотора при постоянном давлении на входе изменяется от нуля при остановленном моторе до максимума прн частоте вращения, доведенной до определенного предела. Затем мощность снова уменьшается до нуля прн скорости холостого хода (ненагруженного мотора). Крутящий момент имеет максимальное значение при остановленном моторе (тормозной крутящий момент) и уменьшается почти линейно до нуля при скорости холостого хода. Стартовый крутящий момент (снимаемый с вала мотора) составляет приблизительно 75% тормозного крутящего момента. Максимальная мощность моторов, как правило, достигается при работе их на частоте вращения, составляющей приблизительно 50% скорости холостого хода для конструкций моторов без регулятора скорости и 80% - для конструкций с регуляторами скорости. При значительном изменении нагрузки на ведомом приводе применяют моторы с регуляторами скорости, что позволяет поддерживать частоту вращения, близкую к номинальной, снижая непроизводительный расход воздуха. Однако сложность конструкций и стоимость их выше, по сравнению с конструкциями регулятора скорости.

Все моторы легко и просто регулируются изменением рабочего давления на входе. Каждое изменение давления дает изменение рабочих характеристик мотора - новую пару кривых мощности и крутящего момента.

Так как в каталогах заводов-изготовителей мощность моторов может быть указана при разных давлениях, то для сравнения двух моторов по мощности их приводят к одной и той же величине рабочего давления, принимая, что изменение давления на 0,05 МПа дает приблизительно 10% изменения мощности. Моторы не имеют жесткой характеристики и при изменении нагрузки изменяют частоту вращения. Они могут быть остановлены под нагрузкой на любое время без опасности повреждения или нагрева их деталей.

Часто применяют моторы с шестеренными редукторами, что повышает крутящий момент на величину передаточного отношения и уменьшает эффект влияния изменения нагрузки иа частоту вращения.



Для прикидочных расчетов расход воздуха при давлении 0,6 МПа и работе двигателя на максимальной мощности может быть определен, исходя из эксплуатационных средних данных расхода на 1 кВт мощности, приведенных ниже:

N. кВт................ 1 1-3 Св.

Q, м/мин на I кВт.......... 1,5 - 2 1,2 - 1,5 0,9-

1,2

Расход воздуха Q в режиме холостого хода двигателей без регулятора ско" рости составляет приблизительно 130%, а при 25%-ной скорости холостого хода - приблизительно 60% расхода воздуха в режиме максимальной мощности. Для определения расхода воздуха при любой промежуточной частоте вращения двигателя по указанным выше данным определяют расход при максимальной мощности, 25%-ной скорости и скорости холостого хода. Через эти точки проводят плавную кривую в системе координат, где на одной оси указывается частота вращения, а на другой - расход воздуха. По этой кривой определяют расход при любой частоте вращения.

Пневмомоторы выбирают на основании механических характеристик, дающих зависимость движущего момента М на валу мотора, его мощности N и расхода Q сжатого воздуха от установившейся скорости w или частоты вращения п (см., например, рис. 2.31). Механические характеристики могут быть получены экспериментально нли теоретически [4, 9, 10].

Точное определение расхода воздуха для моторов различного типа весьма сложно, поэтому для приближенных расчетов можно воспользоваться следующими упрощенными формулами.

Для шестеренных моторов с двумя зубчатыми колесами

Q = 6,50нот6пмПоб -4- Ра

где Djio - диаметр начальной окружности; m - модуль; b - ширина зубчатого колеса; «м - частота вращения вала мотора; - объемный КПД; Ра - абсолютное атмосферное давление. Для пластинчатых моторов [9]:

Q =е2/гПмТ1об

t(+0,5)-2( + i)cos (cp„ + i)sin?

-J cos (2фо + V) sin Y

Pl + Pa Pa

Где e - эксцентриситет ротора мотора; I - длина ротора; г - число пластин;., V - угол между двумя соседними пластинами ротора,

V = 2л/г = 3607г;

Го - радиус ротора; фо - угол поворота ротора, соответствующий концу зоны впуска (см. рис. 2.21).

Для поршневых моторов:

радиально-поршневых одноходовых

Ра .

радиально-поршневых двухходовых .Pi + Pa .

аксиально-поршневых с односторонним расположением поршней

±1 Ра

аксиально-поршневых с двусторонним расположением порщней

где D - диаметр поршней; г - число поршней; Da - диаметр окружности, на которой расположены оси цилиндров; - угол между осью цилиндрового блока и наклоииой шайбой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике. Т. 5. М.: Наука, 1976,

с. 848.

2. Башта Т. М., Зайченко И. 3., Ермаков В. В., Хаймович Е.М. Объемные гидравлические приводы. М.: Машиностроение, 1969. 628 с.

3. Герц Е. В. Пневматические приводы. Теория и расчет. М.: Машиностроение, 1969. 359 с.

4. Герц Е. В., Бозров Б. М. Механичес14ие характеристики пластинчатых пневмомоторов. - В кн.: Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 7. М.: Машиностроение, 1979, с. 241 -245.

5. Герц Е. В., Долженков Б. С. Выбор параметров быстродействующего пневмопривода. - Станки и инструмент, 1977, № 4, с. 15 -17.

6. Герц Е. В., Крейнин Г. Б. Расчет пневмоприводов. М.; Машиностроение, 1975.

272 с.

7. Гуревич д. Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1969. 887 с.

8. Дегтярев Б. И., Мялковский Б. И., Борисенко К- С. Шахтные пневмомоторы. М.: Недра, 1979. 190 с.

9. Зеленецкий С. Б., Рябков Е. Д., Микеров А. Г. Ротационные пневматические двигатели. Л.: Машиностроение, 1976. 239 с.

10. Зиневич Б. Д., Ярмоленко Г. 3., Калита Е. Г. Пневматические двигатели горных машин. М.: Недра, 1975, 344 с.

11. Кожевников С. Н., Пешат Б. Ф. Гидравлические и пневматические приводы металлургических машин. М.; Машиностроение, 1973. 359 с.

12. Крейнин г. Б., Солицева К. С. Воспроизведение заданного закона движения механизмов с пневмоприводом. - Машиностроение, 1971, № 3, с. 35-41

13. Перельцвайг М. И. К расчету ударного пневматического поршневого привода. - В кн.: Теория машин-автоматов и пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1966, с. 203 - 211.

14. Справочник металлиста. Том 1. М.; Машиностроение. 1976. 768 с.

15. Цилиндры пневматические на номинальное давление 10 кгс/см по ГОСТ 15608 - 70. Конструкция и исполнительные размеры. Ч. 1 и ч. П.. 2-е изд. Харьков: 1974, 150 с.; 149 с. (ВНИИГидропривод).

16. Pneumatische Steuerungsgerate. Martonair Druckluft.sleuerun?en GmBH, 1976, S. 2.3. 115.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33