Винтовой забойный двигатель ВЗД-Д3-172-Курсовая работа

Особенности ВЗД
Винтовые двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам, которые отличаются многообразием типов и конструкций.
Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции этих гидромашин по сравнению с поршневыми явились важными факторами, способствующими их широкому использованию в современной технике.

Рнс. 1 - Схема ВЗД
/ - неподвижный корпус (статор); 2 - ротор; 3 - выходной над; 4 - упорные подшипники; 5 - радиальные подшипники; 6 - породоралрушающин ин-струмент. P1 - область высокого давления жидкости; Р2 - область низкого данления жидкости
Характерным для роторных гидромашин является наличие развитых поверхностей трения и щелевых уплотнений, поэтому большинство из них работают с использованием жидкостей с хорошей смазывающей способностью, свободных от механических примесей. Исключение составляют одновинтовые гидравлические машины, предложенные Муано.
Согласно общей теории винтовых роторных гидравлических машин, элементами рабочих органов (РО) являются:
 статор двигателя с полостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления;
 ротор - винт, носящий название ведущего, через который крутящий момент передается исполнительному механизму;
Упрощенная схема двигателя показана на рис. 1. При циркуляции жидкости через РО под действием перепада давления на роторе двигателя вырабатывается крутящий момент, причем винтовые поверхности РО, взаимно замыкаясь, разобщают область высокого давления и область низкого давле-ния. Следовательно, по принципу действия винтовые двигатели аналогичны поршневым, у которых имеется винтообразный поршень, непрерывно переме-щающийся в цилиндре вдоль оси двигателя (принцип капсулизма Муано).
К отличительным особенностям ВЗД следует отнести:
 отсутствие быстроизнашивающихся распределительных устройств, поскольку распределение жидкости по камерам РО осуществляется автоматически за счет соотношения чисел зубьев и шагов винтовых поверхностей ротора и статора;
 кинематику РО в относительном движении которых сочетается качение со скольжением при относительно невысоких скоростях последнего, что снижает износ рабочей пары; непрерывное изменение положения контактной линии (геометрического места точек касания ротора и статора) в пространстве, в результате чего механические примеси, находящиеся в жидкости, имеют возможность выноситься потоком из РО.
Благодаря указанным особенностям ВЗД являются практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, которые сравнительно долговечны при перекачивании жидкостей, содержащих механические примеси и не обладающих смазывающими свойствами. Это достигается за счет особенностей принципа действия и конструктивного исполнения РО.
ВЗД отличаются традиционным конструктивным исполнением РО: металлическим ротором с износостойкой рабочей поверхностью и статором, имеющим эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью. Такое исполнение берет свое начало с первых насосов Муано и объясняется технологическим фактором - рациональностью выполнения формующего стержня для изготовления эластичной обкладки в форме вала.
Выбор эластомера (обычно это резина) в качестве материала обкладки статора определяется:
 необходимостью получения достаточной износостойкости в абразивной среде (широкий опыт использования резинометаллических подшипников в различных тяжелых условиях подтверждает это положение);
 возможностью компенсации погрешностей изготовления ротора и статора (профиля, диаметров, шагов и прямолинейности осей винтовых поверхностей);
 возможностью обеспечения герметичности рабочих камер за счет создания натяга в РО увеличением диаметральных размеров ротора.

Условия превращения ВГМ в рабочие органы объемного гидродвигателя
ВГМ представляет собой зубчатую косозубую пару внутреннего циклоидального зацепления, состоящую из z_1 - заходного статора и z_2 - заходного ротора, между винтовыми поверхностями которых образуются рабочие камеры.
Для создания в ВГМ камер, теоретически разобщенных от областей высокого и низкого давлений (шлюзов), необходимо и достаточно выполнение четырех условий:
 число зубьев z_1 наружного элемента (статора) должно быть на единицу больше числа зубьев z_2 внутреннего элемента (ротора);
 отношение шагов винтовых поверхностей наружного Т и внутреннего t элементов должно быть пропорционально отношению числа зубьев: T⁄t=z_1⁄z_2 ;
 длина РО L должна быть не менее шага винтовой поверхности наружного элемента: L ≥Т;
 профили зубьев наружного и внутреннего элементов должны быть взаимоогибаемы и находиться в непрерывном контакте между собой в любой фазе зацепления.


Кинематическое отношение
Отличительным параметром ВГМ, во многом определяющим его характеристики, является отношение чисел зубьев РО, называемое кинематическим отношением i=z_2⁄z_1 .
ВГМ с различными кинематическими отношениями показаны на рис. 2.
В каждом поперечном сечении кинематика ВГМ может быть представлена в виде двух начальных окружностей (центроид) (см. рис. 2, пунктирные линии), одна из которых обкатывается внутри другой без скольжения.
Центр сечения статора совпадает с центром начальной окружности статора α, а центр сечения ротора - с центром начальной окружности ротора β. Наружная окружность α (с центрами 0_4,0_5,0_6) - неподвижная, а окружность β с центрами 0_1,0_2,0_3 катится по окружности α.
Исключение составляет ВГМ с однозаходиым ротором, представляющим в сечении круг, несимметричный относительно центра своей начально]! окружности, и двухзаходным статором с овальным сечением, симметричным относительно центра РО.
Этот частный случай кинематической схемы ВГМ был положен в основу первой модели насоса Муано и до сих пор применяется в известных промышленных конструкциях одновинтовых насосов. Он же был заложен в конструкцию первых образцов ВЗД.

Вывод
В результате выполнения данной курсовой работы был рассмотрен принцип работы винтового забойного двигателя, а также спроектирован винтовой забойный двигатель согласно заданию.
Параметры двигателя:
1.  Диаметр двигателя – 172мм;
2. Расход жидкости – 25л/с;
3. Перепад давления на двигателе – 5,5МПа;
4. Кинематическое отношение – 7/8;
5. Момент двигателя – 23кНм;
6. Скорость вращения ротора – 1,2об/с;
7. Число подпятников – 3;
Рассмотрены варианты модернизации ВЗД. Объектом модернизации стал переливной клапан двигателя. Реализация предложенных вариантов модернизации создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному клапанному устройству забойного двигателя, и обеспечить до-стижение положительного технического результата:
• Снижение гидравлического сопротивления протоку промывочной жидкости за счет более рационального и эффективного использова-ния площади поперечного сечения;
• Исключение возможности интенсивного истирания и ускоренного износа деталей за счет исключения скольжения деталей с острыми кромками по резиновым уплотнениям и предотвращения возможно-сти просачивания и последующего размыва деталей;
• Повышение герметизации клапанного устройства за счет плотного прижатия свободного конца резиновой манжеты к седлу гильзы;
• Сохранение на более длительный период в работоспособном состоянии и в конечном счете повышение надежности, долговечности и экономической эффективности предлагаемого клапанного устрой-ства винтового забойного двигателя.