Аксиально-плунжерная гидромашина

Аксиально-плунжерная гидромашина

Аксиально-плунжерная гидромашина [1]  — один из видов роторно-поршневых гидромашин. Последние не следует относить к поршневым гидромашинам.

Содержание

Область применения [ править | править код ]

Являются одним из наиболее распространённых типов гидромашин. Применяются как в качестве насосов, так и в качестве гидромоторов. Их устанавливают, например, в гидросистемах многих одноковшовых экскаваторов, также привод некоторых бульдозеров, в которых управление построено по принципу джойстика, также осуществляется аксиально-плунжерными насосами и гидромоторами. Широкое распространение данный вид гидромашин получил в гидроприводе станков, асфальтовых катков, строительной техники и самолётов.

Также используются в некоторых Мойках высокого давления, например, в некоторых мойках Kärcher.

Технические и технологические параметры [ править | править код ]

У аксиально-плунжерных гидромашин диапазон регулирования частот вращения шире (500-4000 об/мин [2] ), чем у радиально-плунжерных, тогда как у большинства последних частота вращения ограничена величиной 1500 об/мин [3] .

Данный вид гидромашин способен работать при давлениях до 40 МПа [2] . Это несколько больше, чем у радиально-плунжерных гидромашин (до 35 МПа [4] ). Однако, есть данные, что как аксиально-плунжерные гидромашины, так и радиально-плунжерные способны работать при давлениях до 100 МПа [5] .

Конструктивные особенности [ править | править код ]

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.

Одним из достоинств аксиально-плунжерных гидромашин является возможность регулирования рабочего объёма. Изменение рабочего объёма осуществляется путём изменения угла наклона диска или угла наклона оси блока цилиндров. Максимальный угол наклона у машин с наклонным диском ограничен 15-18°. Это ограничение связано с ростом контактных нагрузок между деталями гидромашины. В то же время, в машинах с наклонным блоком рост угла наклона ограничен только конструктивными параметрами, и может достигать 40° (обычно до 25°). Но насосы с наклонным диском имеют то преимущество, что при их регулировании легко осуществляется реверс подачи рабочей жидкости (при работе в режиме насоса) или реверс направления вращения вала (при работе в режиме гидромотора); в гидромашинах с нерегулируемым наклонным блоком работающих в режиме насоса, реверс подачи рабочей жидкости можно изменить только изменением направления вращения вала гидромашины. В аксиально-плунжерных гидромашинах с нерегулируемым наклонным блоком работающих в режиме мотора (например, гидромотор хода — мотор типа «банан»), смена направления вращения, осуществляется сменой направления подачи рабочей жидкости. При этом в гидромашинах с регулируемым наклонным блоком, можно изменять рабочий объем в диапазоне от 0 до 100 % рабочего объема машины и тем самым регулировать производительность насоса (объем подачи масла) или производительность мотора — скорость вращения и момент на валу (от 0 до 100 %).

Во избежание резонансных явлений и для снижения пульсаций подачи и расхода количество плунжеров всегда выполняют нечётным.

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.

Аксиально-поршневые насосы

Аксиально-поршневым называют роторный поршневой насос, у которого угол между осью вращения ротора и осям рабочих органов не превышает 45°.

Классификация аксиально-поршневых насосов

По виду кинематических схем конструкции различают аксиально-поршневые насосы:

• с наклонным диском — кулачковый
• с наклонным блоком — шатунный

По механизму синхронизации движения:

• Двойной несиловой кардан (если вал объединен с блоком шатунов)
• Двойной силовой кардан (если на блок шатунов приходится большая часть нагрузки)

По возможности регулирования рабочего объема:

• регулируемые
• нерегулируемые

Чем аксиально-плунжерный насос отличается от поршневого

Плунжерный насос отличается от поршневого конструкцией вытеснителя, в первом случае это плунжер, во втором — поршень.

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

Регулируемые аксиально-поршневые насосы

Регулируемыми могут быть как насосы с наклонным блоком так и с наклонным диском.

Регулируемый насос с наклонным блоком

Для изменения угла наклона блока может быть использовано механическое, гидравлическое или электрическое пропорциональное управление. Принципиальная схема регулируемого аксиально-поршневого насоса показана на рисунке.

Угол наклона блока 1 изменяется с помощью винтовой передачи 2. Если наклон отсутствует, то подача насоса будет равна 0. При максимальном значении угла наклона блока относительно оси приводного вала подача насоса будет максимальной.

Регулируемый насос с наклонным диском

Рабочий объем насосов данного типа можно регулировать изменяя угол наклона шайбы. Управление может быть механическим или гидравлическим.

На рисунке показан аксиально-поршневой регулируемый насос с наклонным диском 2. На который с одной стороны воздействует плунжер 3, с другой — пружина 1.

При изменении давления рабочей жидкости под плунжером наклон диска будет меняться.

При отсутствии наклона шайбы подача насоса будет нулевой. При увеличении угла наклона шайбы подача будет увеличиваться.

Устройство аксиально-поршневого насоса

Устройство аксиально-поршневого насоса [вверх]

Аксиально-поршневой насос – это устройство, относящееся к категории гидравлических машин, которое перерабатывает механическую энергию кругового вращения в энергию движения 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. Этот механизм давно занял значимую нишу в различных сферах жизни человека. Их устанавливают, например, в гидросистемах многих одноковшовых экскаваторов, также привод некоторых бульдозеров, в которых управление построено по принципу джойстика, также осуществляется аксиально-плунжерными насосами и гидромоторами. Широкое распространение данный вид гидромашин получил в гидроприводе станков, асфальтовых катков, строительной техники и самолётов. Также используются в некоторых Мойках высокого давления, например, в некоторых мойках Kärcher.

Принцип действия аксиально-поршневого насоса [вверх]

Схема аксиально-поршневого насоса [вверх]

К базовой комплектации гидравлического аксиально-поршневого насоса относят:

• основной вал;
• поршень (плунжер);
• блок цилиндров (ротор);
• распределитесь.

Высокая производительность таких устройств обеспечивается высокой герметичностью цилиндров. Обычно, аксиально-поршневые насосы имеют небольшие размеры, и, как следствие, небольшой вес. Это делает регулировку агрегата несложной и не затратной.

Особенности аксиально-поршневого насоса [вверх]

Основательно разобравшись в нюансах работы аксиально-поршневых насосов, можно сделать вывод, что такие устройства имеют очень хорошую производительность, они энергоёмки и эффективно функционируют даже при высоком давлении рабочей среды.

Кроме того, диапазон вращения таких насосов гораздо шире, чем у гидромоторов. Он варьируется в диапазоне от 500 до 4000 оборотов в минуту. Достичь таких показателей не под силу ни одному другому устройству радиально-поршневого вида.

Учитывая столь положительные моменты, стоит знать, что использовать аксиально-поршневые насосы нужно строго придерживаясь рекомендаций. Ведь стоимость таких агрегатов не маленькая, да и его ремонт может повлечь за собой значительные затраты.

Напоминаем, что на нашем сайте вы можете получить любую техническую и информационную поддержку. В случае необходимости, мы предлагаем своим клиентам не только купить качественные аксиально-поршневые насосы отечественного производства, но и помощь в их ремонте и подборке комплектующих. Доставка товаров осуществляется по всей территории СНГ.

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.

Аксиально-поршневые насосы

Устройство и принцип работы аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком без механизма регулирования (видео)

Принцип действия (работа) аксиально-поршневого насоса (3D модель)

Представлен принцип действия аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком без механизма регулирования

Общее описание

Аксиально-поршневые насосы в качестве вытеснителей перекачиваемой жидкости используют поршни. Диапазон частоты вращения составляет от 500 до 4000 оборотов/мин, показатель рабочего давления в пределах 40 Мпа. Являются одним из самых распространенных типов гидравлических двигателей и широко применяются в качестве насосов.

Особенности конструкции

Данный тип насосов оснащен блоком цилиндров с поршнями, которые выполняют функцию вытеснителей рабочей жидкости, шатунами, упорным диском, ведущим валом, а также распределительным устройством.

В процессе функционирования агрегата вращаются вал и блок цилиндров. В момент, когда блок цилиндров или упорный диск располагаются под наклоном, поршни двигаются аксиально, совершая возвратно-поступательные движения. Всасывание происходит по мере того, как поршни выходят из цилиндров, при обратном действии осуществляется нагнетание. Блок цилиндров жестко соединен с распределительным устройством, чтобы всасывающая и напорная линии не соединялись. Между окнами распределительного устройства находятся уплотнители. В уплотнителях имеются канавки, которые смягчают гидравлический удар в момент прохождения цилиндра (способствуют постепенному повышению давления в цилиндрах).

Цилиндры (или рабочие камеры насоса) расположены аксиально по отношению к ротору агрегата. Система поршней насоса выполняет функцию вытеснителей.

В соответствии с типом передачи движения, данные агрегаты бывают оснащены либо наклонным блоком, либо наклонным диском.

Наиболее широко распространены следующие конструкции аксиально-поршневых агрегатов:

• Насосы, оснащенные силовым карданом. Крутящий момент рабочим камерам передается посредством кардана и наклонного диска, что обеспечивает преодоление трения между распределительным устройством и торцом блока цилиндров. Блок, в свою очередь, прижат к распределительному устройству пружиной, а в процессе функционирования давлением рабочей жидкости.
• Насосы, оснащенные двойным несиловым карданом. В таких насосах ведущий и ведомый вал вращаются почти одновременно, при этом, кардан не загружается. Крутящий момент передается блоку цилиндров от двигателя посредством диска.
• Насосы, в которых поршни точечно касаются наклонного диска. Такие насосы имеют самую несложную конструкцию, т.к. в ней отсутствуют карданный вал и шатуны. Для использования агрегата в качестве гидронасоса, необходимо чтобы поршни прижимались к опорной части наклонного диска. Данные насосы не являются мощными, по причине того, что в местах, где поршни контактируют с диском, создается высокое напряжение, что значительно ограничивает давление жидкости.
• Насосы, не оснащенные карданом (бескарданные). Рабочие камеры насоса посредством шайбы и шатунов соединяются с ведущим валом. Такие агрегаты просты в изготовлении, более надежны и компактны.

Преимущества

К преимуществам данных насосов можно отнести компактность, небольшую массу и габариты, простоту ремонта и монтажа, способность функционировать при высоком числе оборотов.

Область применения

Аксиально-поршневые насосы и гидравлические моторы используются в гидравлических системах некоторых видов строительной техники, а также в гидравлических приводах станков, асфальтовых катков, некоторых самолетов.