Zastosowanie objętościowej przekładni hydrostatycznej do napędu wyrzutni rakiet przeciwlotniczych

Przekładnia hydrauliczna

Pod pojęciem przekładni hydraulicznej rozumiemy urządzenie służące do przekazania (za pomocą cieczy) energii na wejściu na energię ruchu na wyjściu układu z jednoczesnym wykonaniem funkcji regulacji prędkości i kierunku obrotu lub posuwu ogniwa wyjściowego.

Rys.1. Schemat działania pompy tłokowo-osiowej o zmiennej wydajności: 1 — tłoki; 2 — cylindry; 3 — krążek napędowy; 4 — wałek napędowy; x — skok tłoków; D — średnica rozmieszczenia przegubów tłoków na krążku napędowym; a — kąt pochylenia wałka napędowego; d — średnica cylindrów

Pod względem kinematycznym rozróżniamy następujące przekładnie hydrauliczne (hydrostatyczne):

• ruchu obrotowym, w 'której element wyjściowy wykonuje ruch obrotowy, a w charakterze silnika hydraulicznego stosowany jest silnik hydrostatyczny;
• o ruchu prostoliniowym, w której element wyjściowy wykonuje ruch prostoliniowy (posuwisto-zwrotny), a w charakterze silnika hydraulicznego używa się cylinder siłowy;
• o ruchu wahadłowym, w której element wyjściowy wykonuje ruch obrotowy o kąt mniejszy od 360°, a w charakterze silnika hydraulicznego używa się cylinder hydrauliczny z tłokiem wahliwym.

Pod względem sposobu regulacji przekładnie hydrauliczne mogą być z regulacją przez dławienie (tzn. regulacja odbywa się przez zmianę przekroju dławika, który jest umieszczony w linii hydraulicznej) lub z regulacją objętościową (tzn. regulacja odbywa się za pomocą zmiany objętości roboczej pompy lub silnika hydraulicznego albo obu razem).

Schemat ideowy i zasada pracy objętościowej przekładni hydraulicznej

W objętościowych przekładniach hydrostatycznych mają zastosowanie pompy tłokowo-osiowe z korpusem obrotowym (rys. 1). Mają one cylindry ustawione równolegle. Oznaczają się małymi wymiarami w porównaniu z pompami innych rodzajów. Tłoki wykonują ruch przestrzenny, składający się z ruchu względem cylindra, który z kolei obraca się wraz z korpusem dookoła osi „Z-Z". Wskutek obrotu wałka napędowego z krążkiem napędowym o kąt 180°, przy równoczesnym obrocie (o ten sam kąt) korpusu zawierającego cylindry, tłok wykona skok „x". Podczas tego suwu cylinder jest połączony z komorą ssania. W czasie dalszego obrotu o kąt 180° tłok wykonuje skok „x" w kierunku przeciwnym i tłoczy zassaną poprzednio ciecz roboczą do instalacji. Wydajność Q_p pompy o „z" cylindrach, na jednostkę czasu wynosi:

Q_p =πd² znx/240 [m³/s]

gdzie: 
                    n — liczba obrotów

          x = D sinα

Ponieważ d, z, n i D są parametrami stałymi pompy, to Q_p można przedstawić w postaci:

         Q_p = K_px [m³/s]

gdzie:

          K_p=πd²zn/240 [ m³/s]

jest współczynnikiem wzmocnienia pompy.

Objętościowa przekładnia hydrostatyczna (rys. 2) pracuje w obiegu zamkniętym na dwa kierunki obrotu z uzupełnieniem cieczy roboczej w linii ssania pompy głównej.

Pompa tłokowo-osiowa zmiennej wydajności, poprzez sprzęgło i przekładnię zębatą napędzana jest od silnika elektrycznego. Kierunek obrotu pompy jest stały, natomiast kierunek tłoczenia i wydatek cieczy roboczej zależy od kąta pochylenia wałka napędowego pompy. Pompa tłokowo-osiowa podaje ciecz roboczą do silnika hydraulicznego. Wielkość i kierunek obrotu na wale silnika hydraulicznego zależna jest od wydatku i kierunku tłoczenia pompy tłokowo-osiowej. Wzrost ciśnienia w linii tłoczenia ograniczają zawory zwrotne i zawór przelewowy. Ciśnienie tłoczenia pompy zębatej, uzupełniającej przecieki w układzie zamkniętym przekładni ograniczone jest zaworem podporowym. Należy nadmienić, że ze względu na małe gabaryty podzespołów przekładni - pompy, zawory i silnik hydrauliczny można umieścić w zbiorniku cieczy roboczej, stanowiącym jednocześnie korpus przekładni.

Rys.2.Schemat ideowy objętościowej przekładni hydrostatycznej: 1 - silnik elektryczny; 2 - pompa tłokowo-osiowa zmiennej wydajności; 3 - pomocnicza pompa zębata; 4 - zawory zwrotne; 5 - zawór przelewowy; 6 - silnik hydrauliczny; 7- filtr cieczy roboczej; 8 - zawór podporowy; 9 - zbiornik cieczy roboczej.

W fazie projektowania objętościowej przekładni hydrostatycznej niezbędna jest, w oparciu o dane wyjściowe projektu, analiza charakterystyk dynamicznych i statycznych. Podstawą analizy charakterystyk dynamicznych jest transmitancja przyjętego na rys. 2 schematu ideowego przekładni, którą określamy na podstawie bilansu przepływu cieczy roboczej w układzie. Dokładną analizę tych problemów znajdą zainteresowani w pracy Andrzeja Pizonia - Elementy i układy hydrauliczne w automatyce.

Czynniki określające celowość zastosowania objętościowej przekładni hydrostatycznej jako napędu wyrzutni rakiet przeciwlotniczych

Zastosowanie do napędu wyrzutni rakiet przeciwlotniczych objętościowej przekładni hydrostatycznej gwarantuje uzyskanie:

• płynnej regulacji prędkości obrotowej na wyjściu przekładni w całym zakresie prędkości roboczych, przy zachowaniu stałego momentu na wale silnika hydraulicznego lub stałej siły;
• bardzo szybkiej zmiany kierunku ruchu na przeciwny oraz minimalny czas rozbiegu i hamowania (stosunek momentu obrotowego do momentu bezwładności elementów ruchomych przekładni jest kilkakrotnie wyższy niż dla napędów elektrycznych);
• ruchu obrotowego bez stosowania dodatkowych mechanizmów i przekładni (w napędach elektrycznych istnieje konieczność stosowania przekładni ciężkich, o dużym przełożeniu dochodzących do kilku a nawet kilku tysięcy).

Dalsze czynniki przemawiające za zastosowaniem przekładni hydrostatycznej:

• przekładnie hydrostatyczne mogą pracować bez przerw przez dłuższy okres czasu, podczas gdy przekładnie elektryczne są najczęściej przewidywane na pracę krótkotrwałą;
• sprawność nowoczesnych pomp hydra ulicznych w zakresie stosowanych obecnie mocy, przewyższa sprawność prądnic prądu stałego;
• objętość pomp hydraulicznych wynosi 12—13% objętości prądnic prądu stałego o równoważnej mocy;
• ciężar ogólny instalacji hydraulicznej maleje ze wzrostem ciśnienia roboczego przy tej samej mocy. -Przy tej samej mocy prądnice prądu stałego są około 6—10 razy cięższe od pomp hydraulicznych;
• istotne znaczenie ma przestrzeń zajmowana przez układy hydrauliczne i łatwość ich zabudowy, ze względu na mały ciężar i zajmowaną objętość;
• proste zabezpieczenie przed przeciążeniem;
• odporność układu hydraulicznego na impuls elektromagnetyczny powstający przy wybuchu jądrowym;
• łatwość zdalnego, jak i ręcznego, bezpośredniego sterowania;
• podzespoły hydrauliczne produkowane są w szerokim asortymencie w kraju, co stanowi o czynniku antyimportowym;
• łatwa i prosta obsługa nie wymagająca wysokich kwalifikacji operatorów.

          BIBLIOGRAFIA:

Głębicki K.: Wyposażenie samolotów cz. 2. Wyd. 2 PWN Łódź 1958.

Pizoń A.: Elementy i układy hydrauliczne w automatyce. Skrypt uczelniany AGH 1967.