Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы
Аксиально-поршневые гидромашины нашли широкое применение в гидроприводах, что объясняется рядом их преимуществ: меньшие радиальные размеры, масса, габарит и момент инерции вращающихся масс; возможность работы при большом числе оборотов; удобство монтажа и ремонта.
Аксиально-поршневой насос состоит из блока цилиндров 8 (рис.) с поршнями (плунжерами) 4, шатунов 7, упорного диска 5, распределительного устройства 2 и ведущего вала 6.
Рис. Принципиальные схемы аксиально-поршневых насосов:
1 и 3 — окна; 2 — распределительное устройство; 4 — поршни;
5 — упорный диск; 6 — ведущий вал; 7 — шатуны; 8 — блок цилиндров
а — с иловым карданом; б — с несиловым карданом;
в — с точечным касанием поршней; г — бескарданного типа
Во время работы насоса при вращении вала приходит во вращение и блок цилиндров. При наклонном расположении упорного диска (см. рис., а, в) или блока цилиндров (см. рис.3.8, б, г) поршни, кроме вращательного, совершают и возвратно-поступательные аксиальные движения (вдоль оси вращения блока цилиндров). Когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание, а когда вдвигаются — нагнетание. Через окна 1 и 3 в распределительном устройстве 2 цилиндры попеременно соединяются то с всасывающей, то с напорной гидролиниями. Для исключения соединения всасывающей линии с напорной блок цилиндров плотно прижат к распределительному устройству, а между окнами этого устройства есть уплотнительные перемычки, ширина которых b больше диаметра dк отверстия соединительных каналов в блоке цилиндров. Для уменьшения гидравлического удара при переходе цилиндрами уплотнительных перемычек в последних сделаны дроссельные канавки в виде небольших усиков, за счет которых давление жидкости в цилиндрах повышается равномерно.
Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов являются цилиндры, аксиально расположенные относительно оси ротора, а вытеснителями — поршни. По виду передачи движения вытеснителям аксиально-поршневые насосы подразделяются на насосы с наклонным блоком (см. рис., б, г) и с наклонным диском (см. рис., а, в). Известные конструкции аксиально-поршневых насосов выполнены по четырем различным принципиальным схемам.
Насосы с силовым карданом (см. рис., а) приводной вал соединен с наклонным диском силовым карданом, выполненным в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. Поршни соединяются с диском шатунами. При такой схеме крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через кардан и наклонный диск. Начальное прижатие блока цилиндров распределительному устройству обеспечивается пружиной, а во время работы насоса давлением жидкости. Передача крутящего момента блоку цилиндров необходима для преодоления сил трения между торцом блока цилиндров и распределительным устройством.
В насосах с двойным несиловым карданом (см. рис. б) углы между осью промежуточного вала и осями ведущего и ведомого валов принимают одинаковыми и равными 1 = 2 = /2. При такой схеме вращение ведущего и ведомого валов будет практически синхронным, а кардан полностью разгруженным, так как крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через диск 5, изготавливаемый заодно с валом 6.
Насосы с точечным касанием поршней наклонного диска (см. рис., в) имеют наиболее простую конструкцию, поскольку здесь нет шатунов и карданных валов. Однако для того, чтобы машина работала в режиме насоса, необходимо принудительно выдвижение поршней из цилиндров для прижатия их к опорной поверхности наклонного диска (например, пружинами, помещенными в цилиндрах). По такой схеме чаще всего изготовляют гидромоторы типа Г15-2 (рис.). Эти машины выпускаются небольшой мощности, т.к. в местах контакта поршней с диском создается высокое напряжение, которое ограничивает давление жидкости.
Рис. Аксиально-поршневой гидромотор типа Г15-2:
1 — вал; 2 — манжета; 3 — крышка; 4, 9 — корпус; 5, 16 — подшипник; 6 — радиально упорный подшипник; 7 — барабан; 8 — поводок; 10 — ротор; 11 — пружины; 12 — дренажное отверстие; 13 — распределительное устройство; 14 — полукольцевые пазы; 15 — отверстие напорное; 17 — поршни; 18 — шпонка; 19 – толкатель
Опорно-распределительный диск 6 и наклонная шайба 2 аксиально-поршневого насоса расположены неподвижно в корпусе, а ротор 4 приводится во вращение от электродвигателя 1 через вал 15. В роторе выполнены рабочие камеры 5, в которых перемещаются поршни 3. Каждая из камер имеет осевое отверстие, которое попеременно сообщается с полу кольцевыми пазами 13 и 14 диска 6, связанными с напорной 7 и всасывающей 11 линиями гидросистемы. Ротор к диску и поршни к наклонной шайбе прижимаются пружинами (не показаны) и давлением масла. При вращении ротора 4 поршни, взаимодействующие с наклонной шайбой, совершают возвратно-поступательное движение: при движении от точки А до точки В — выдвигаются из ротора и всасывают масло из бака 12 через линию 11 и паз 14, а при движении от точки В к точке А — вдвигаются в ротор и через паз 13 вытесняют масло в линию 7/Давление р (МПа) масла в напорной линии зависит от сопротивлелия подключенной к насосу гидросистемы.
При полностью открытом дросселе 9 манометр 8 будет показывать давление, близкое к нулевому (потери давления в сливной линии 10). По мере закрытия дросселя давление в напорной линии растет, причем максимально допустимое давление не должно превышать паспортного значения во избежание резкого снижения долговечности или поломки деталей насоса.