Аксиально поршневой насос с наклонным блоком

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-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:

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.

Насос аксиально поршневой характеризует специального типа рабочие полости, представленные технологическими расточками, проделанными в блоке цилиндров. Они проделаны параллельно к оси помпы и ходу поршней, перемещающихся в этих функциональных полостях. Исходя из сказанного, принцип действия заключается в увеличении или уменьшении функциональной полости, что провоцирует засасывание перекачиваемой жидкости либо ее выдавливание в процессе вращения, создающегося в блоке цилиндров.

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.

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.

Преимущества и недостатки

Однозначного ответа в этих вопросах искать нельзя. Все зависит от конкретной рабочей ситуации. Исходя из нее, потребуется регулируемый или нерегулированный насос. Тем не менее, даже в таких типах помп есть как положительные моменты, так и отрицательные. Среди положительных характеристик потребители отмечают:

1. Возможность оператора провести регулировку направления подачи жидкости.
2. Чрезвычайно высокую степень герметичности аксиальных полостей.
3. Работу с предельно высокими степенями сжатия при компактных размерах.

Относительно недостатков отмечают:

1. Невозможность работы с загрязненными рабочими жидкостями.
2. Внушительный шумовой порог.
3. Высокий ценовой эшелон изделия.

ВИДЕО: Принцип работы аксиально-поршневого регулируемого гидронасоса