Универсальный регулятор скорости (УРС)

Рис. 8.1 — Принципиальная схема УРС приведена на рис. 8.1.

В блоке цилиндров 1 расположены поршни 2. Золотниково-распределительное устройство 3 обеспечивает образование двух полостей – полости нагнетания и полости всасывания рабочей жидкости. Поршни при помощи штоков 4 соединены с качающейся шайбой 6. Шайба помещена в чашку 5. Шарнир 7 обеспечивает передачу вращения от входного вала, жестко связанного с блоком цилиндров, качающейся шайбе. В основу данной машины заложен кривошипно-шатунный механизм (рис. 8.2).

Рис. 8.2

Только таких механизмов несколько. Все они объединены в один блок. Кривошип R заменен шайбой и повернут на 90о в плоскости вращения, при этом шайба на подшипниках покоится в чашке, при помощи которой может наклоняться от начального положения на угол  +/- a. Поршни с цилиндрами разнесены от оси вращения таким образом, что угол g » 0о, и вращаются вместе с валом и шайбой.

Нетрудно убедиться, что каждый поршень будет совершать одновременно два движения: переносное (в пространстве) и относительное (возвратно-поступательное).

Для изучения существа работы гидравлической машины как преобразователя механической энергии в энергию потока жидкости и наоборот, имеет значение в основном относительное движение, в процессе которого за один оборот вала машины (за один цикл переносного движения поршень) совершает 2 хода длиной:

h = 2 R * sina

Рис. 8.3

Один ход (на половине оборота вала) используется для всасывания жидкости в полость цилиндра, другой — для вытеснения ее из цилиндра (нагнетания в магистраль). Это обеспечивается специальной конфигурацией каналов золотниково-распределительного устройства (рис. 8.3).

Величина хода поршня, пропорциональна a, и, при прочих равных условиях, определяет количество подаваемой насосом жидкости. Если в процессе вращения вала с одной и той же скоростью и в одну сторону изменять угол a, например, от 20о до 0о, то будет изменяться и количество перекачиваемой жидкости от какого-то значения Q до 0 (естественно a не может быть равен или превышать 45о, обычно a = 15?30о). При переходе  шайбы через вертикальную ось (ось “мертвых положений”), направление потока жидкости изменится на противоположное, т.е. произойдет  реверс потока жидкости и, в итоге, реверс движения выходного вала.

Так эта машина работает в роли насоса. Если же под поршни такой машины, через распределитель, подавать жидкость под давлением от какого-либо источника, то она будет гидродвигателем, в котором энергия потока жидкости будет преобразовываться в механическую энергию и через его вал передаваться управляемому рабочему органу.

То есть ротационно-поршневые машины, как и всякие другие типы гидравлических машин, в принципе обратимы (необратимыми являются машины лишь с клапанным распределением) и в этом плане они аналогичны электрическим машинам постоянного тока.

Поскольку это так, то очевидно гидропривод может быть образован из двух принципиально одинаковых машин, одна из которых регулируема и используется, например, в качестве насоса, вращаясь в одну и ту же сторону с w1 =  const, а другая  нерегулируема и используется в качестве гидродвигателя (гидромотора), для которого w2 =  var. Именно по такой схеме в 1905 году в Америке, инженером Дженни был изобретен первый высококачественный гидравлический агрегат, предназначенный для передачи механической энергии от какого-либо источника к рабочему органу машины и регулирования скорости движения этого органа.

Этот аппарат, названный вначале “муфтой Дженни”, не был признан на родине создателя. Однако, был сразу же оценен русскими инженерами военно-морского флота, прошедшими Цусимское сражение, в результате которого для русского флота трагическую роль сыграл электропривод на башенных артиллерийских установках. Машина очень хорошо отработана, обладает большой долговечностью и надежностью. Однако, по ряду параметров (частота вращения 500 об/мин), давление 15?75 кГ/см2) не удовлетворяет требованиям некоторых современных отраслей техники, и в частности требованиям к приводам летательных аппаратов, пусковых и артиллерийских установок, танков, самоходных кранов и т.п. Пониженные скорости и рабочие давления обусловлены кинематическими особенностями машины — одношарнирным (несинхронным) соединением ведущего и ведомого звеньев (вал-блок цилиндров и ведомая шайба-блок цилиндров). Одношарнирное соединение валов, как известно, ведет к неравномерности текущей скорости ведомого звена (шайба), что в свою очередь вызывает дополнительные динамические нагрузки, в первую очередь на штоки поршней, что ведет к ограничению вышеуказанных параметров. Поэтому в дальнейшем были изобретены более совершенные аксиально-поршневые машины.