Аксиально-поршневые насосы и гидродвигатели. Устройство, классификация, принцип работы, сферы применения

barometer

Гидравлические устройства, давно и прочно вошедшие в самые разные области человеческой деятельности, не теряют свою актуальность и в наши дни. Сегодня гидронасосы и гидромоторы можно обнаружить во многих механизмах, где имеется необходимость в передаче значительных усилий. Гидравлическими называются машины, сообщающие механическую энергию проходящей через них рабочей жидкости или, наоборот, получающие от нее энергию для дальнейшей передачи рабочему органу. Первые известны как гидравлические насосы, а вторые относятся к гидромоторам. Гидронасосы неизменно находят применение в самых разных отраслях техники, начиная от водоснабжения наших жилищ, промышленных предприятий, и заканчивая подачей топлива в силовых установках космических кораблей.

В современном оборудовании наиболее распространены объемные и лопастные гидронасосы. В последних в качестве рабочих органов используются рабочие колеса, оснащенные лопастями. Передача энергии осуществляется благодаря динамическому взаимодействию лопастей рабочего колеса с жидкостью, которая их обтекает. Если в лопастном насосе энергия передается от колеса жидкости, то в лопастном гидродвигателе процесс происходит в обратном направлении — жидкость передает энергию колесу. Принцип работы объемных гидромашин основан на изменении объема рабочих камер, которые с заданной периодичностью соединяются с патрубками входа и выхода. Сюда относятся шестеренные, поршневые, винтовые, а также аксиально-поршневые насосы, о которых и пойдет дальше речь.

Аксиально-поршневые гидравлические машины при передаче одинаковой мощности по сравнению с остальными поршневыми агрегатами отличаются компактностью и вытекающей из этого минимальной массой. За счет использования рабочих органов, обладающих небольшими радиальными размерами и, следовательно, сравнительно малым моментом инерции, в таких машинах реализуется возможность быстрого регулирования частоты вращения. Помимо этого, к преимуществам аксиально-поршневых насосов и двигателей относится способность к функционированию при высоком давлении, большая частота вращения (если сравнивать, например, с радиально-плунжерными устройствами), допустимость изменения рабочего объема.

Так, диапазон частот вращения у таких машин составляет 500-4000 оборотов в минуту, что является весомым доводом в их пользу при сравнении с радиально-поршневыми гидромоторами и насосами (у большинства из них верхний предел числа оборотов в минуту составляет не больше 1500). Аксиально-поршневые гидравлические машины функционируют при давлении до 40 мегапаскалей, в то время как у радиально-плунжерных устройств этот показатель составляет 35 мегапаскалей.

Среди недостатков машин этого типа следует отметить солидную стоимость, сложность конструкции и вытекающую из этого не самую высокую надежность, а также существенную пульсацию расхода (для гидродвигателя) и подачи (в случае с насосами), следствием чего становится большая пульсация давления во всей гидравлической системе.

Традиционно аксиально-поршневой гидронасос включает в себя блок цилиндров, оборудованный поршнями (или плунжерами), шатуны, упорный диск, ведущий вал и специальное распределительное устройство. В процессе работы гидронасоса одновременно с началом вращения вала приходит в движение и блок цилиндров. При этом поршни не просто вращаются, но и перемещаются вдоль оси блока цилиндров, совершая так называемые возвратно-поступательные аксиальные движения.

Пока поршни выдвигаются из цилиндров, осуществляется всасывание. Поршни начинаются вдвигаться – происходит нагнетание. Через окна, имеющиеся в распределительном устройстве, каждый из цилиндров поочередно соединяется с всасывающей и напорной линиями. Во избежание соединения напорной и всасывающей гидролиний друг с другом блок цилиндров устанавливается плотно прижатым к распределительному устройству, а его окна разделяются специальными уплотнительными перемычками (причем их ширина превышает диаметр отверстий соединительных каналов блока цилиндров). Для уменьшения гидроудара в процессе преодоления цилиндрами перемычек в последних (при их изготовлении) выполняются дроссельные канавки в форме небольших «усиков». Благодаря этому достигается равномерное повышение давления рабочей жидкости в цилиндрах.

Роль рабочих камер в насосах аксиально-поршневого типа отводится цилиндрам, которые размещаются аксиально относительно оси ротора. Вытеснителями, в свою очередь, являются поршни. В зависимости от конструктивных особенностей аксиально-поршневые гидромашины могут иметь наклонный блок цилиндров или наклонный диск. Первые чаще используются в приводах машин, функционирующих в тяжелых и средних режимах работы с большой частотой включения. Они показывают более высокую надежность при переменных нагрузках и отличаются меньшей чувствительностью к загрязнению жидкости, нежели гидронасосы с наклонным диском. Используемые в настоящее время модели аксиально-поршневых насосов, как правило, изготовляются по 4-м принципиальным схемам.

Первый вариант – приводной вал и наклонный диск соединены при помощи силового кардана, представляющего собой универсальный шарнир, имеющий 2 степени свободы. Для соединения поршней с диском используются шатуны. В этом случае передача крутящего момента от двигателя блоку цилиндров осуществляется через наклонный диск и кардан. Изначально блок прижимается к распределительному устройству пружиной, а в дальнейшем, при работе насоса – давлением жидкости. Крутящий момент, передаваемый блоку цилиндров, преодолевает силы трения, возникающие между распределительным устройством и торцевой частью блока.

Аксиально-поршневые насосы, оборудованные двойным несиловым карданом, отличаются тем, что угол между осями промежуточного и ведущего валов равен углу между осями промежуточного и ведомого валов. В итоге достигается максимальная синхронизация вращения ведомого и ведущего валов, а кардан целиком разгружается. Это связано с тем, что передача крутящего момента от приводного мотора реализуется через диск, который изготавливается вместе с валом.

Для насосов с точечным касанием поршней наклонного диска характерно существенное упрощение конструкции, что обусловлено отсутствием карданных валов и шатунов. Тем не менее, для запуска машины в режиме гидронасоса поршни должны быть принудительно выдвинуты из цилиндров и прижаты к наклонному диску. Для этого используются пружины, которые располагаются непосредственно в цилиндрах. По данной схеме производятся гидромашины типа Г15-2, которые, как правило, имеют небольшую мощность (так как в местах, где поршни соприкасаются с диском, неизбежно возникают значительные напряжения, накладывающие определенные ограничения на давление рабочей жидкости).

Конструкция аксиально-поршневой машины бескарданного типа подразумевает соединение блока цилиндров с ведущим валом с помощью шатунов и шайбы. Преимущества таких насосов перед агрегатами с карданной связью заключаются в простоте изготовления, надежности в эксплуатации и меньших размерах блока цилиндров. Такую конструкцию имеет большинство аксиально-поршневых гидравлических машин серий 200 и 300. Подача аксиально-поршневого насоса напрямую зависит от величины хода поршня, определяемого углом наклона блока цилиндров либо диска. Этот угол обычно составляет не больше 25 градусов. Машины, в которых возможно изменение угла наклона во время работы, называются регулируемыми.

В настоящее время аксиально-поршневые гидромашины являются одним из самых распространенных видов гидравлических устройств, которые используются как в качестве гидродвигателей, так и в роли насосов. Они применяются в гидросистемах целого ряда одноковшовых экскаваторов, в конструкции привода отдельных моделей бульдозеров, где управление базируется на принципе джойстика. Кроме того, оборудование этого типа пускают в ход при конструировании гидроприводов асфальтовых катков, всевозможных станков, авиационной техники.

Понравилась статья? Поддержи автора!

Похожие публикации

Сообщения пользователей
Добавить сообщение

B i U
Добавить фотографии