Принципиальные схемы аксиально-поршневых гидромашин
Насос аксиально-поршневой – это техническое устройство, относящееся к категории гидравлических машин, механическая энергия рабочего органа которых преобразуется в энергию движущегося потока жидкости. Если такие машины совершают обратное действие (другими словами, энергия потока жидкости преобразуется в механическую), они называются гидромоторами. Использоваться как гидромоторы, так и гидравлические насосы стали достаточно давно, а сегодня они активно применяются практически везде.
Аксиально-поршневые насосы устанавливаются на самосвалах, бункеровозах, мультилифтах и другой технике
Аксиально-Поршневой Гидронасос Гидромотор — один из видов роторно-поршневых гидромашин.
Конструктивные особенности Аксиально-Поршневых Гидронасосов Гидромоторов
Аксиально-плунжерные и аксиально-поршневые гидромашины отличаются тем, что в первых в качестве вытеснителей используются плунжеры, а во вторых — поршни. Наибольшее распространение получили аксиально-плунжерные гидромашины.
Выпускают гидромашины с наклонным диском (шайбой) и с наклонным блоком цилиндров.
Во избежание резонансных явлений и для снижения пульсаций подачи и расхода количество плунжеров всегда выполняют нечётным.
В конструкции первых, коленчатый вал объединяют с цилиндрическим блоком, закрепляя его подшипниками. В этом случае, поршневая система опирается прямо на шайбу. Такой угол позволяет поршням усиливать движение жидкости при вращательных движениях. Регулировка подобного устройства происходит путем изменения угла наклона диска.
Виды аксиально-поршневых насосов [вверх]
В зависимости от того, как выглядит схема плунжерного насоса аксиального типа, эти устройства бывают двух видов: агрегаты с наклонной шайбой (диском) и аксиально-поршневые насосы с наклонным цилиндрическим блоком.
В конструкции первых, коленчатый вал объединяют с цилиндрическим блоком, закрепляя его подшипниками. В этом случае, поршневая система опирается прямо на шайбу. Такой угол позволяет поршням усиливать движение жидкости при вращательных движениях. Регулировка подобного устройства происходит путем изменения угла наклона диска.
Во втором случае, возвратно-поступательные движения поршней происходят с наклоном самого блока цилиндра. Особенностью такого устройства является опора цилиндрического блока на вторую ось и его расположение под углом к основному валу. В центре конструкции размещаются параллельные расточки, внутри которых стоят поршни. Последние соединяются с основным валом при помощи шатунов. Регулировка осуществляется изменением угла наклона самого блока.
Стоит заметить, что конструкция аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком позволяет менять размерность поршневого хода. Это, в свою очередь, помогает изменять показатели рабочего объема в камерах.
Если ось вращения вала параллельна осям рабочих органов, или составляет с ними угол менее 45°, то такой насос называют аксиально-поршневым.
Вытеснителями в аксиально-поршневых машинах могут быть поршни или плунжеры.
Насосы с плунжерами иногда называют аксиально-плунжерными. Однако часто эту особенность названия и не отражают, и называют насос аксиально-поршневым, не зависимо от того, что является вытеснителем – поршень или плунжер.
В аксиально-поршневых насосах с наклонным блоком, оси рабочих органов находятся под углом к оси приводного вала. Этот угол определяет величину хода поршней. Его величина меньше 45 °. В большинстве конструкций угол наклона составляет 20°-30°.
При вращении вала, ротор или блок цилиндра также приводится во вращение через шарнирно установленные на приводном валу поршней.
Ротор прижимается к сферической поверхности распределительного диска, на которой выполнены два серповидных паза.
При вращении приводного вала, каждый из поршней перемещается в отверстиях ротора. Величина перемещения зависит от угла наклона блока.
Когда поршень перемещается, увеличивая объем рабочей камеры, жидкость через серповидный паз всасывается и заполняет камеру.
Когда поршень движется в противоположное направление, объем рабочей камеры уменьшается. Жидкость через другой серповидный паз вытесняется. Отверстия в роторе, в которых перемещаются поршни, распределены равномерно. В тот момент, пока одни поршни вытесняют жидкость, другие – движутся в обратном направлении. Это обеспечивает непрерывную подачу рабочей жидкости насоса со значительно сниженными пульсациями.
В аксиально-поршневых насосах с наклонным диском, оси рабочих органов параллельны оси приводного вала. Перемещение поршней или плунжеров внутри ротора обеспечивается наклонным диском, на которую через толкатели опираются плунжеры.
Ротор зафиксирован на валу с помощью шпонки, поэтому, при вращении приводного вала, вращается и ротор, а вместе с ним и плунжеры.
Плунжеры, при вращении приводного вала, перемещаются в отверстиях ротора.
При увеличении рабочей камеры жидкость заполняет её. Когда плунжер движется в противоположном направлении, жидкость вытесняется в напорную магистраль.
В нерегулируемом аксиально-поршневом насосе-гидромоторе с реверсивным потоком и наклонным блоком цилиндров (рис. 3) ось вращения блока 7 цилиндров наклонена к оси вращения вала 1. В ведущий диск 14 вала заделаны сферические головки 3 шатунов 4, закрепленных также с помощью сферических шарниров 6 в поршнях 13.
Что собой представляет гидронасос аксиально-поршневого типа
Насос гидравлический аксиально-поршневой, как и радиально-поршневой, является устройством объемного типа, которое функционирует за счет изменения объема рабочих камер. В гидравлических насосах аксиально-поршневой группы такие рабочие камеры сформированы расточками, которые выполнены в цилиндрическом блоке. В отличие от радиально-поршневых насосов, у аксиально-поршневых машин внутренние рабочие камеры располагаются параллельно по отношению к поршням и оси самого устройства. В ходе перемещения поршней такого насоса при вращении цилиндрического блока происходит увеличение или уменьшение объема рабочих камер, что и позволяет устройству всасывать и отдавать перекачиваемую им жидкость.
Насосы аксиально поршневые регулируемые
В аксиально-поршневом насосе-гидромоторе применена система распределения рабочей жидкости торцового типа, образованная торцом 6 блока цилиндров, на поверхности которого открываются окна 9 цилиндров, и торцом гидрораспределителя 7.
В нерегулируемом аксиально-поршневом насосе-гидромоторе с реверсивным потоком и наклонным блоком цилиндров (рис. 3)
ось вращения блока 7 цилиндров наклонена к оси вращения вала 1. В ведущий диск 14 вала заделаны сферические головки 3 шатунов 4, закрепленных также с помощью сферических шарниров 6 в поршнях 13.
Рабочая жидкость подводится и отводится через окна 10 и 11 в крышке 9. Поршни, находящиеся в верхней части блока, совершают ход всасывания рабочей жидкости. В то же время нижние поршни вытесняя жидкость из цилиндров, совершают ход нагнетания. Манжетное уплотнение 2 в передней крышке гидромашины препятствует утечке масла из нерабочей полости насоса.
Насос состоит из корпуса (на рисунке не показан) , блока цилиндров с поршнями 2 , наклонного диска 3 , выполненного в виде упорного подшипника качения, неподвижного торцового распределителя 5 . Поршни 2 пружинами 6 постоянно поджаты к наклонному диску. Вал 4 насоса передает вращение блоку 1 от приводного электродвигателя. Рабочие камеры насоса образованы поверхностями цилиндрических расточек (цилиндров) блока 1 и торцами поршней 2 .
Аксиально-поршневые и аксиально-плунжерные гидромашины выполняют по двум основным схемам: с наклонным диском и с наклонным блоком цилиндров. Наибольшее распространение получили насосы с наклонным диском (рис. 1) .
Насос состоит из корпуса (на рисунке не показан) , блока цилиндров с поршнями 2 , наклонного диска 3 , выполненного в виде упорного подшипника качения, неподвижного торцового распределителя 5 . Поршни 2 пружинами 6 постоянно поджаты к наклонному диску. Вал 4 насоса передает вращение блоку 1 от приводного электродвигателя. Рабочие камеры насоса образованы поверхностями цилиндрических расточек (цилиндров) блока 1 и торцами поршней 2 .
Для подвода и отвода жидкости в распределителе 5 выполнены дугообразные пазы В всасывания и Н нагнетания, которые отверстиями 7 и 8 соединены соответственно с всасывающим и напорным трубопроводами. При вращении блока 1 рабочие камеры попеременно сообщаются с пазами В и Н распределителя.
Изменяя угол наклона диска за счет его поворота относительно оси II-II , можно изменять производительность насоса. При этом если диск 3 установлен перпендикулярно оси I-I , движение поршней 2 в цилиндрах прекратится, и производительность насоса будет равна нулю. Наклон диска в другую сторону приводит к изменению направления потока жидкости, то есть приведенная на рисунке 1 схема позволяет создать регулируемый и реверсируемый насос.
Теоретическая производительность аксиально-поршневого насоса определяется по формуле:
Qm = πd 2 (D tg β zn)/4 ,
где: d — диаметр поршня; D — диаметр окружности блока, на которой расположены оси цилиндров с поршнями; β — угол наклона диска; z — число поршней в блоке; n — частота вращения блока (обычно равна частоте вращения вала приводного электродвигателя).
Рабочие характеристики и параметры аксиальных насосов определяются по алгоритмам и формулам, описаным в разделе объемные насосы.
Область применения аксиально-поршневых насосов
Аксиально-поршневые насосы нашли применение в гидроприводах, работающих при давлении жидкости до 20 МПа. Их устанавливают, например, в гидросистемах экскаваторов и другого горного оборудования, бульдозеров, в гидроприводе металлообрабатывающих станков, асфальтовых катков, дорожной и строительной техники, самолётов.
Такого типа насосы используют в приводах оборудования большой мощности (до 60 кВт) . Небольшие радиальные размеры насосов позволяют эксплуатировать их при частотах вращения ротора до n = 25 с -1 высоким (до 85%) КПД. Тонкость фильтрации масла должна быть не хуже 25 мкм (с целью повышения ресурса предпочтительна фильтрация с тонкостью 10 мкм) .
Для правильной работы аксиально-поршневого насоса необходимо, чтобы поверхности системы распределения были взаимно центрированы, а одна из них могла свободно двигаться, чтобы образовывался слой смазки. Этому помогает расположенное между блоком цилиндров и валом подвижное эвольвентное шлицевое соединение. Для того, чтобы не произошло расхождение стыка системы под действием силы поршней, конструкция предполагает наличие центрального прижима блока пружиной.
И прежде чем браться за ремонт аксиально-поршневого насоса, советуем правильно оценить свои силы и знания в области гидравлики. Мы настоятельно рекомендуем сначала пройти курсы повышения квалификации по специальности гидравлика, в крайнем случае можно пройти дистанционные курсы гидравликов, тем более, что заказать этот курс можно не выходя из дома. Это вам обойдётся намного дешевле, чем если насос станет не ремонтопригодным после вашего ремонта.
Несколько основных функций выполняет система распределения: упорный подшипник, воспринимающий сумму осевых сил давления от всех цилиндров; переключатель соединения цилиндров с линиями всасывания и нагнетания рабочей жидкости; вращающееся уплотнение, разобщающее линии всасывания и нагнетания одну от другой и от полостей вокруг.
Для правильной работы аксиально-поршневого насоса необходимо, чтобы поверхности системы распределения были взаимно центрированы, а одна из них могла свободно двигаться, чтобы образовывался слой смазки. Этому помогает расположенное между блоком цилиндров и валом подвижное эвольвентное шлицевое соединение. Для того, чтобы не произошло расхождение стыка системы под действием силы поршней, конструкция предполагает наличие центрального прижима блока пружиной.
Одновременно с этим процессом нижние поршни нагнетают рабочую жидкость, вытесняя ее из цилиндров. Утечку масла из нерабочей полости насоса предупреждает манжетное уплотнение (2) в передней крышке гидронасоса.
- Износ и выработка деталей распределительного узла насоса, частей поршневой группы, выход из строя уплотнений.
- Возникновение заусениц на плоскостях трущихся деталей.
- Работа аксиально—поршневого насоса сопровождается увеличением давления в масляной магистрали.
- Не вращается главный вал насоса.
Насосы с наклонным блоком или шайбой
У помп с наклонным блоком рабочий цилиндр установлен под небольшим углом. Название изделия получило от типа расточек, которые представляют собой рабочие полости. В технологичном словаре они называются аксиальными. У таких помп принцип работы схож с двигателем внутреннего сгорания. Вращательное действие передается через ведущий вал непосредственно в блок цилиндров через шатуны на поршни, часть которых, до определенной метки, подается ротором. Иная часть погружается внутрь него. Получаемая разница положений уменьшает или увеличивает полезный объем аксиальных камер, что и сопровождается засасыванием жидкости с проталкиванием подающими магистралями к пункту сброса.
Схема прибора, где приводной вал закрепляется с цилиндром и установлен на подшипники
Засасываемая жидкость вытесняется из технологических полостей сквозь специальные окна, которые вырезаны в донышке блока цилиндров, а также сквозь окна-отверстия, проделанные в распределяющем диске. Оттуда она поступает в выводные каналы корпуса и в подающую магистраль.
Рабочий объём аксиальных расточек пропорционален углу наклона функциональных цилиндров. Изменяя его, будет также увеличиваться или уменьшаться количество пропускаемой жидкости за определенную единицу времени.
Таким образом, переменная величина угла наклона в помпе будет указывать на то, что ее тип – это насос располагающий регулируемой подачей.
Принцип работы насоса с наклонной шайбой, практически ничем не отличается от уже представленного выше. Как и в первом случае по аксиальным расточкам в блоке цилиндров двигаются поршни. Они опираются на технологическую наклонную шайбу, которая служит им рабочей поверхностью, создавая угол перпендикулярный оси функциональных блока цилиндров.
Крутящий момент АПГ
Соответственно изменяя угол наклона оговариваемой шайбы, оператор получает возможность регулировать объемы вытесняющей помпой жидкости. Такие насосы являются регулируемыми. Секрет их многофункциональности заключается в возможности создавать реверсируемую подачу жидкости, соответственно, принимающий трубопровод и подающий не меняются местами.
ВИДЕО: Принцип работы аксиально поршневого насоса с наклонной шайбой
Регулируемые агрегаты с наклонным диском
В рассматриваемом примере помпа с наклонным диском применяется в системе объемных гидроприводов, у которых собственно помпа и гидронасос представлены двумя отдельными самостоятельными функциональными агрегатами, работающими по принципу закрытой системы. Не менее активно их используют и в мобильных конструкциях, оснащённых гидроприводным ходом, и в технологически сложном оборудовании:
- комбайны,
- подъемные краны
- дорожные вибро-уплотнители,
- бетоносмесители на автомобильной платформе и т.д.
Широкое применение изделия получили благодаря легко усваиваемой системе управления и малым функциональным габаритам.
Жидкостная подача помпы с наклонным диском непосредственно зависит от вращательных оборотов ротора и размеров аксиальных полостей, которые регулируются с помощью угла наклона поворотного диска, функциональной поверхности изделия. Создавая наклоны этого диска в противоположные стороны по отношению к нейтральному исходному положению, оператор получает возможность изменять направление течи подаваемой жидкости или реверсировать его.
Читать также: Обработка титана в домашних условиях
Схема агрегата с наклонным блоком
Стоит отметить, что помпы высокого давления отличаются технологически предсказуемой возможностью работы в паре с гидрораспределителем. Отличаются они от других типов этого класса буквенными маркировками:
Маркировка
Технические характеристики
Гидромеханическая сложно инженерная пропорциональная стартовая система предоставляет оператору возможность удержания наклонного диска в требуемом положении с помощью специального рычага управления в требуемом положении для поддержания необходимого уровня подачи жидкости
Трехпозиционный электрический управляющий блок, используемый по принципу включить/выключить/включить. Возможна дуплексная работа с регулировочным блоком максимального функционального объема
Стартовая гидравлически-пропорциональная сложно инженерная система способствует удержанию оператором наклонного диска в требуемом положении по средствам гидравлического управляющего сигнала. Применяется в сложных технологических комплексах и/или машинах
Пропорциональная сложно инженерная электрического плана система управления предназначается для бесступенчатого изменения рабочих аксиальных камер помпы. Эффект достигается путем изменения силы электрического тока подающегося на два пропорционально типовых магнита. Технологически изделие располагает возможностью работы помп по системе «тандем» или парно
Нерегулируемые с наклонным блоком
Ничего особенно устройство аксиально поршневого насоса собой не представляет. Спектр их применения крайне узкопрофильный. Они разрабатывались для работы на гидроприводных объемных машинах. По своему функционалу насос с наклонным блоком преобразовывает механическую энергию, получаемую от вращательного движения приводного вала в гидравлическую для создания движения жидкостных потоков. Стоит отметить, что подача перекачиваемой жидкости будет всегда пропорционально равна рабочему объему аксиальных полостей, а также скорости вращения рабочего вала.
Устройство нерегулируемого АПГ
Оговариваемые помпы применяются исключительно в гидравлических системах открытого типа. Оговариваемые поршневые насосы, принцип работы которых фактически универсален, выпускаются не только с левым вращением вала, но также и правым. Способ выноса вала избирается соответственно рабочей ситуации или планом применении.
ВИДЕО: Устройство насоса
Для открытых гидросистем с возможностью регулировки
Предлагаемый аксиальный насос или же плунжерный, как его еще называют, оснащен возможностью регулировки объема рабочих полостей-расточек благодаря присутствию наклонной шайбы. Такого типа помпы широко применяют в тех областях, где присутствует работа с высокими давлениями в подающих трубопроводах.
Регулируемый для открытых гидросистем
В частности, они широко используются в:
- дорожно-строительных гидросистемах;
- открытых централизованных;
- машинах обслуживающих шахты.
Достижение требуемого показателя давления происходит методом манипуляций с регулятором подачи. С его помощью в подающем трубопроводе происходит ограничения максимального сжатия жидкости и поддержание достигнутого показателя на протяжении необходимого времени работы изделия, несмотря на скорость движения приводного вала и/или подающиеся на него нагрузки.
Этот агрегат также способен к работе в тандеме с другими подающими аппаратами, как например, с помпами шестеренного типа.
Достоинства и недостатки аксиально-поршневых насосов
Наиболее популярны сейчас объемные и лопастные насосы. Функции объемных машин осуществляются за счет постоянного изменения размеров их рабочих камер. К ним подведены патрубки для входа и выхода жидкости. К такому типу устройств относится аксиально—поршневой насос. Это широко известный агрегат, который используется во всех гидросистемах производственного назначения.
Основные преимущества устройства:
- Выполнение рабочих функций при высоком давлении до 35-40 МПа.
- Диапазон вращения в машине 500-4000 тысяч об/мин.
- Способность изменять рабочий объем при высоком давлении.
- Быстрая регулировка частоты вращения.
- Небольшие размеры рабочих органов способствуют малому инерционному моменту.
- При небольшой массе установки довольно большая мощность.
Недостатки и слабые места:
- Сложность конструкции.
- Частые выходы из строя деталей с трущимися поверхностями.
- Повышенная пульсация расхода и подачи.
- Высокая пульсация давления по всей системе.
- Сложность конструкции затрудняет устранение неисправностей.
- Ремонт занимает длительный период.
- Высокая стоимость эксплуатации, ремонта, обслуживания.
Рис. 1. Схема работы аксиально-поршневого насоса
Все неисправности вызваны выработкой валов, уплотнений, поршней, всех трущихся деталей. Их замена и ремонт требуют значительных затрат времени, денег, людских ресурсов, энергии, материалов, инструментов, механизмов.
Многократно увеличить ресурс работающих механизмов, возможно применяя новые технологии, которые позволяют восстановить и защитить сопряженные пары трения от износа.
Подобное оборудование состоит из следующих узлов и деталей:
Устройство и принцип действия
Подобное оборудование состоит из следующих узлов и деталей:
- в цилиндрическом блоке расположены поршни;
- есть основной или ведущий вал;
- шатуны;
- распределительное устройство;
- упорный диск.
Принцип действия прибора основан на вращении ведущего вала, действие которого передаётся на специальный цилиндрический блок. Во время этого происходит поступательное движение поршней в направлении оси блока. В итоге механизмы выполняют возвратно-поступательные движения (аксиальные), благодаря которым и был назван прибор.
- Двойной несиловой кардан (если вал объединен с блоком шатунов)
- Двойной силовой кардан (если на блок шатунов приходится большая часть нагрузки)
Нерегулируемые аксиальные насосы
В нерегулируемых насосах, угол наклона блока, или диска не изменяется.
Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком
При вращении вала 1 насоса, установленного в подшипниках 2, наклонный блок 3 приводится во вращение шарнирно-расположенными поршнями 4. В процессе работы поршни совершают линейное перемещение относительно блока. Величина хода поршней зависит от угла наклона блока. В распределительном диске 5 выполнены серповидные пазы 6, один и которых соединен с линией всасывания, второй — с линией нагнетания.
Расчет подачи аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком
Теоретическая подача объемного насоса пропорциональна его рабочему объему q и частоте вращения вала n:
Рабочий объем аксиально-поршневого насоса можно вычислить, используя формулу:
- где d — диаметр поршня
- z — число поршней
- h — ход поршня
Ход поршня аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком зависит от угла α наклона блока и диаметра расположения поршней D:
Для вычисления реальной подачи необходимо теоретическую умножить на объемный КПД (0,9. 0,98 для поршневых насосов ):
Аксиально-поршневой насос с наклонным диском
Блок цилиндров 2 установлен на приводном валу 1. Поршни 4, установленные в башмаках 3 опираются на наклонный диск (или шайбу). При вращении вала с блоком 5 поршни за счет наклона диска будут совершать возвратно-поступательное движение относительно блока. В распределительном диске 6 выполнены серповидные окна, которые соединяются с линиями всасывания и нагнетания.
Расчет подачи аксиально-поршневого насоса с наклонным диском
Расчетная схема показана на рисунке.
Для вычисления подачи насоса нужно знать его рабочий объем и частоту вращения приводного вала:
Величина хода поршня зависит от геометрии насоса с наклонным диском.
- где D — диаметр расположения поршней
- α — угол наклона шайбы
Можно заказать аксиально поршневой насос цена которого является весьма доступной, нескольких видов. Такие устройства могут работать в открытых и полностью закрытых гидравлических машинах.
Принцип работы [ править | править код ]
При вращении вала гидромашины (рис. 1) плунжер, находящийся внизу (в нижней мёртвой точке), перемещается наверх, и одновременно совершает движение вдоль оси насоса «от края» блока цилиндров — происходит всасывание. Одновременно с этим тот плунжер, который находился вверху, перемещается вниз, и совершает движение «к краю» блока цилиндров — происходит нагнетание. Плунжеры, осуществляющие в данный момент нагнетание, соединены вместе одной канавкой — и образуют полость высокого давления; а те плунжеры, которые осуществляют в данный момент всасывание, соединены вместе другой канавкой — и образуют полость низкого давления. Полости высокого и низкого давления отделены друг от друга. Точка, в которой плунжер переходит от полости высокого давления к полости низкого давления, называется верхней мёртвой точкой, а там где происходит обратный переход, расположена нижняя мёртвая точка. В момент перехода плунжера через одну из мёртвых точек образуются запертые объёмы.
