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凸轮转子泵
凸轮转子泵
1.1国内外发展概况
1.国内发展概况:
近年来,我国在泵行业得到了迅速的发展,但是我国大多数泵制造企业规模不大,产品更新不够快,质量不够高,在许多方面和国外泵还有较大差距。
目前工业泵普通产品供大于求,高水平、高质量的特殊产品供不应求,还需从国外进口,产品的水平与用户要求差距较大。
产业结构和产品结构不合理的现象尤为明显,产品达到当代世界先进水平极少,大部分仅达到80年代末90年代初的水平,不能适应市场需求结构的变化。
一方面产品积压严重,另一方面市场急需的产品试制太慢或短缺,冲不出传统产品的格局。
与国外的动态差距并没有缩小,形势不容乐观。
在泵站设计时,只能选用性能差不多的有限几种定型产品,这样不但降低了泵站效率,而且还留下很多不安全隐患。
我国大多数水泵制造企业规模不大,缺乏高精度加工、检测等工艺设备。
新工艺、新材料、新技术(包括CAD、CAM等)未能得到普遍的推广和应用
2.国外发展概况:
国外泵的发展速度较快,技术也更为先进。
国外大型水泵生产企业制造出来的泵,一般具有转速高、体积小、重量轻等优点,其流量是我国同口径水泵流量的1.5~2倍。
尤其是荷兰、日本、美国、原苏联等国家,水泵的性能指标明显优于国内。
荷兰较注重科研的投入,其科研力量很强,设施较为完善,对水泵及其进出水流道均有比较系统的研究。
国外尤其是工业水平较为发达的国家,他们在水泵的设计和制造方面和对水泵研究的重视程度,的确值得我们学习和借鉴,但并不是说他们在水泵设计和制造领域是尽善尽美的,也同样需要在泵的扬程和流量等重要参数上作出进一步突破,这就需要在水泵机械结构改进上投入力量。
随着科学技术的发展,国内外泵行业向大型化、高速化、高强度、高压力、高可靠性、长寿命、系统控制和机、电、仪一体化等高科技方向发展,其中,寿命、可靠性及自动化已成为选择泵时的主要考虑因素。
1.2凸轮泵发展趋势凸轮转子泵是容积式泵的一种,也是出现较晚的一个类型,此泵结构简单、设计合理、体积小、重量轻、拆装维修非常方便,它即具备了离心泵的优点,又发挥了齿轮泵的优点,是目液、含固体杂前比较理想的化工、食品、医药卫生泵。
具有极强的自吸能力,可输送多种液体。
如含气的泡沫质的多种液体和具有较高粘度的液体。
有很好的发展前景。
另一方面由于该泵的转子形状较为特殊而精度要求又很高,故国内少有成功制造的厂家,众多的用户只能购买进口。
转子泵的研究和应用是泵行业又一次具有突破性、实用性和开拓性的技术发明,将给工业生产和人民生活带来巨大的经济和使用价值。
同时,多项新技术、新材料在特种转子泵中的应用,使其具有了现有泵类无法达到的技术水平。
可以学习了解国外先进技术,更可以结合国内情况,研制适合国内市场的转子泵新类型,为泵产业提供新的“血液”。
随着科学技术的发展和材料的更新,转子泵会在以后的更多行业中得到广泛应用,也会给社会和工业生产带来不可小看的新变化。
第2章
凸轮转子泵的工作原理和特点
2.1凸轮转子泵的工作原理
TLB型凸轮转子泵的结构见凸轮泵装配图TLB-00。
两个互成90°的凸轮转子由轴代带动转动。
凸轮转子长径和定子内孔系滑动配合。
定子上开有两个柱塞槽,柱塞能在槽内滚动。
在重力作用下,柱塞紧压在转子表面上,保证初始密封。
转子外表面曲线由两个大圆弧、两个小圆弧和四段过度曲线组成。
转子转动时,柱塞一边自转一边沿转子作相对运动。
油泵工作时,输出压力油,这时,柱塞就在重力和液压力的作用下,紧紧压在凸轮转子表面上,将泵的吸、压油腔隔开。
浮动挡板将两个定子、两个凸轮转子隔开,形成密封容积。
这样,定子、转子、柱塞、浮动挡板、泵体和泵盖就构成了径向对称分布的吸、压油腔各两个。
轴带动转子转一转,就完成吸、压油各两次。
2.2凸轮转子泵的特点
1.噪声低
TLB型凸轮转子泵,它的基本频率(基本频率=油腔数目每秒的转数)与其它形式的液压泵相比为最低。
TLB型凸轮转子泵,在定子的内部铣出两个柱塞槽,如图2-2所示,从而完全消除了困油现象。
泵的轴承又采用了精度较高的D级滚动轴承,可使泵的噪音降低。
凸轮转子长径和定子内孔的滑动配合,既起密封作用,又增加了辅助支承,凸轮转子和轴不易振动。
同时,转子受力平衡,这样就减少了转子高速转动时产生的机械噪声,因此,该泵噪声很小。
柱塞槽
压油腔
吸油腔
转子
图2-2
2.寿命长
TIB型凸轮转子泵有两个吸油腔和两个压油腔,且吸、压油腔时径向对称分布的,因此,凸轮转子承受的径向力是平衡的,轴承不承受径向负荷,寿命很长。
凸轮转子直径较小,线速度不高,接触应力小,磨损小,所以凸轮转子的寿命很长。
3.流量均匀
泵的两个凸轮转子的相位角为90°,只要转子四段过渡曲线设计合理,泵的输出流量脉动可以显著减小。
4.造价低、互换性好。
5.泵的安装连接尺寸完全符合国家标准和ISO标准。
3.1型号
公称排量(ml/r)额定工作压力,E:
(Mpa)凸轮转子叶片泵
3.2系列参数
表3-1
泵的型号
排量
(ml/r)
额定工作压力(Mpa)
最高压力(Mpa)
额定转速
(r*p*m)
噪声(dBA)
TLB-E400
400
16
20
1000
<70
3.3凸轮泵的合理几何参数(图3-1)
图3—1
3.3.1凸轮曲线
凸轮转子泵,为了流量均匀通常使凸轮大圆弧段的范围角等于凸轮小圆弧段
的范围角,令其为,过渡曲线的范围角用表示,
则式中x-凸轮的凸起数。
凸轮过渡曲线通常采用等加速曲线,当凸轮顺时针转动时,柱塞1相对于凸轮的角位移为时,则凸轮曲线矢径以为变量的表达式如下(参考叶片泵的等加速定子曲线方程):
2(Rr)
2
2(Rr)(
2(
2时
2(R2r)[(2
2()时
3.3.2凸起数x、柱塞数z、和凸起数m
分析可知,一个柱塞的流量时间断的,而全部柱塞流量的叠加,也只有当凸起数x、柱塞数z、和凸起数m选择排列恰当时,才能使泵的流量脉动最小。
实验证明双凸起或四凸起必须采用交错()的双凸轮四凸起轮结构,才能使流量曲线叠加为最佳形状。
本课题设计中取x=2,z=2,m=2。
3.4凸轮泵的转子曲线
在凸轮泵中,转子曲线的形状和凸轮泵的性能(如噪声、效率、流量的均匀
性等)及寿命关系很大。
除加工质量外,转子曲线长短半径比、过渡曲线的形状以及各区段的范围角,都对泵的性能有影响。
3.4.1过渡曲线确定原则
1.使泵不产生“脱空”现象。
“脱空”即柱塞短时离开定子的现象。
“脱空”会使柱塞和定子撞坏并产生噪声,甚至会破坏密封造成流量严重脉动,使泵无法工作,因此必须保证足够的转速不产生“脱空”现象。
2.使柱塞各部分受力良好
在凸轮转子转动中,为保证柱塞与定子的良好接触,过渡曲线法线与矢径之夹角要保证合理。
同时还希望柱塞与转子的压紧力不要产生突然变化,即不发生软冲,所以曲线要避免跳点。
3.使瞬时几何流量均匀。
3.4.2过渡曲线及其特点
综合上面过渡曲线选择的三个原则,本次设计采用的使等加速曲线,它的优点是在柱塞不“脱空”的条件下,可以得到最大的R/r值,此外因d曲线使斜d直线(见图3-3),容易组合成(d)i=常数的情形,即容易实现瞬时流量均匀。
d
其缺点使最大压力角偏大,在0、和三点存在“软冲点”。
2
1
等加速修正的阿基米德螺线,当1时,即变成等加速曲线。
2
1.“圆修”阿基米德螺线
阿基米德螺线,其首、尾的连接点要产生“硬冲”,故必须进行修正。
在角范围内用阿基米德螺线设计,然后将靠模拟曲线进行适当“圆修”
消除拐点。
令dd=c,其“圆修”前的理论方程导出如下:
rc
(1)
由,R的边界条件得
cRr
Rrr
dRr
==cd
2)
3)
d2
修正段
2.解析修正的阿基米德螺线
“圆修”后的阿基米德螺线,过渡段的范围角比“圆修”前的分别向两端延
伸了一个'和'';为保证修正后的范围角不变,并有效的控制(d2)max的值,d
可人为的给修正段的大小即曲线方程。
修正段的曲线方程,可由给定之d2的变化规律积分并通过边界条件
d2
当或
(1)时
dd
Rr
(4)
(1
)
当0时
d
0
r
(5)
d
当时
d
0
R
(6)
d
得出结果如下:
等加速修正曲线(
d2
d2
=常数)
方程(见图
3-5)
d2
=c1,
积分并利用边界条件(4)、(5)得
R
Rr2()2,则
2
(1)2
当0
时
d2
Rr
d2
(1)2
d
Rr
d
(1)2
Rr2
r
2
(1)2
当
(1)
时
d2
c(Rr)
d2
12
12
(1)2
2
d
积分并利用边界条件(4)、(6)得
7)
8)
9)
10)
(1
11)
Rr
2(1
2(
)2
12)
d2
修正后的(d2)max值和最大压力角为
d2
Rr
c
Rr
max
r
r
(1)
令
1
1,由式(7)至(
2
12)
得等加速曲线为
当0
时
2
d2
4(R
r)
d2
2
c1
2)max
d2
(dd
(1
)
2
13)
14)
当2
d
4(Rr)
d
2
r
2(Rr
2
d2
4(R
d2
2
d
4(Rr)
2
时
2
d
r)
R2(R2r)(
)2
)2
其中(d2)max和最大压力角分别为d
3.5凸轮泵几何尺寸的确定
3.5.1凸轮转子尺寸计算
由给定参数n=1000r/minQ=400L/min
来确定有关尺寸:
流量Q=400L/min转速n=1000r/min可得排量V=Q/n=400ml/r
设凸轮小半径为r,大半径为R,宽为B。
取r=70mm据统计资料在系列设计中可取(查文献[2]146页)R
1.06~1.15
r
R
取1.1,则R=1.1r=77mm
r
取R=77mm
查文献【1】15页公式V2(R2r2)B,得
V
2(R2
2=62mmr2)
验算:
在系列设计中,据统计资料可略取(查文献【2】149页)B(0.45~1)r
则B/r=0.88(0.45~1),故B满足条件。
22
V2(R2r2)B400.6ml/r这与400ml/r接近,合理。
故得:
r=70mmR=77mmB=62mm
3.5.2配油盘尺寸及油槽尺寸、柱塞直径及柱塞孔直径的确定
1.柱塞直径d>R–r=77-70=7mm为保证柱塞不脱离定子,d取15mm柱塞孔直径D>2d=21530mm
D取36mm
2.为保证油的泄漏量最小,定子上的进(排)油槽,初定:
深为62mm宽为16mm验算:
总流量Q=400L/min=6.7L/s设计中共有四个吸排油槽,每个油槽的流量
qQ1.67L/S
4进、排油槽油的流速
Vq1.5m/sA
[v]--允许流速,推荐值:
吸油区为0.5~1.5m/s(查文献【1】44页)v[v],满足要求。
故进(排)油槽尺寸为:
深62mm宽为16mm
3.确定配油盘上配流孔的半径由流速梯形原则:
配油槽的面积s6216106992106m2所以配油孔的半径RS=16.3
考虑设计合理及方便取R=17.5mm
4.
确定配流盘进出油口直径及板厚和油槽尺寸
直径D1=2R1=60mm
因为出油口与压油管路相连,压油管路的油液流速较大,油液流速的推荐值为v2.5~6m/s。
查文献【3】17-615页,得公式
4.61v
其中,--液体流量,L/min
v--推荐流速,取v=5m/s得出油口直径D24.6140042mm
5
取D260mm
因进出油口系采用管接头连接,需在出油口铰出M60长30mm的孔内螺纹。
板厚应大于进油口直径D1,取板厚为80mm
2s1
深h2s130mm
2r2宽b=2R=35mm
5.确定两侧挡板的尺寸根据相关数据得两挡板尺寸为厚度为14mm和11mm直径都为154mm
6.
确定凸轮范围角、(见图3-1),进(排)油槽的布置角度当凸轮转过90°,泵的瞬时流量为0时,必须保证吸、压油口不能想通,这就需要凸轮大圆弧段必须封闭两相临油口。
2R?
360180l
68.5
R
=70°
取=30°
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