Аксиально поршневой насос: устройство, принцип работы, схема

Гидромотор аксиально-поршневой регулируемый, 303 серия. 

В объемных гидроприводах наряду с шестеренными широко используют роторные аксиально-поршневые насосы и гидромоторы. Кинематической основой таких гидромашин служит кривошипно-шатунный механизм, в котором цилиндры перемещаются параллельно один другому, а поршни движутся вместе с цилиндрами и одновременно из-за вращения вала кривошипа перемещаются относительно цилиндров.

Аксиально-поршневые гидромоторы (рис. 1) выполняют по двум основным схемам: с наклонным диском и с наклонным блоком цилиндров. Гидромашина с наклонным диском включает в себя блок цилиндров, ось которого совпадает с осью ведущего вала 1, а под углом а к нему расположена ось диска 2, с которым связаны штоки 3 поршней 5. Ниже рассмотрена схема работы гидромашины в режиме насоса. Ведущий вал приводит во вращение блок цилиндров.

При повороте блока вокруг оси насоса на 180° поршень совершает поступательное движение, выталкивая жидкость из цилиндра. При дальнейшем повороте на 180° поршень совершает ход всасывания. Блок цилиндров своей шлифованной торцовой поверхностью плотно прилегает к тщательно обработанной поверхности неподвижного гидрораспределителя 6, в котором сделаны полукольцевые пазы 7. Один из этих пазов соединен через каналы со всасывающим трубопроводом, другой — с напорным трубопроводом. В блоке цилиндров выполнены отверстия, соединяющие каждый из цилиндров блока с гидрораспределителем. Если в гидромашину через каналы подавать под давлением рабочую жидкость, то, действуя на поршни, она заставляет их совершать возвратно-поступательное движение, а они, в свою очередь, вращают диск и связанный с ним вал. Таким образом работает аксиально-поршневой гидромотор.

Принцип действия аксиально-поршневого насоса-гидромотора с наклонным блоком цилиндров заключается в следующем. Блок 4 цилиндров с поршнями 5 и шатунами 9 наклонен относительно приводного диска 2 вала 1 на некоторый угол. Блок цилиндров получает вращение от вала через универсальный шарнир 8. При вращении вала поршни 5 и связанные с ними шатуны 9 начинают совершать возвратно-поступательные движения в цилиндрах блока, который вращается вместе с валом. За время одного обо-рота блока каждый поршень производит всасывание и нагнетание рабочей жидкости. Один из пазов 7 в гидрораспределителе 6 соединен со всасывающим трубопроводом, другой — с напорным. Объемную подачу аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком цилиндров можно регулировать, изменяя угол наклона оси блока относительно оси вала в пределах 25°. При соосном расположении блока цилиндров с ведущим валом поршни не перемещаются и объемная подача насоса равна нулю.

Конструкция нерегулируемого аксиально-поршневого насоса-гидромотора с наклонным диском показана на рис. 2.

В корпусе 4 вместе с валом 1 вращается блок 5 цилиндров. Поршни 11 опираются на наклонный диск 3 и благодаря этому совершают возвратно-поступательное движение. Осевые силы давления передаются непосредственно корпусным деталям — передней крышки 2 через люльку 14 и задней крышке 8 корпуса — через башмаки 13 поршней и гидрораспределитель 7, представляющие собой гидростатические опоры, успешно работающие при высоких давление и скорости скольжения.

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.

Гидромотор аксиально-поршневой нерегулируемый. 

Система распределения выполняет несколько функций. Она является упорным подшипником, воспринимающим сумму осевых сил давления от всех цилиндров; переключателем соединения цилиндров с линиями всасывания и нагнетания рабочей жидкости; вращающимся уплотнением, разобщающим линии всасывания и нагнетания одну от другой и от окружающих полостей. Поверхности образующие систему распределения, должны быть взаимно центрированы, а одна из них (поверхность блока цилиндров) — иметь небольшую свободу самоориентации для образования слоя смазки. Эти функции выполняет подвижное эвольвентное шлицевое соединение 12 между блоком цилиндров и валом. Чтобы предотвратить раскрытие стыка системы распределения под действием момента центробежных сил поршней, предусмотрен центральный прижим блока пружиной 10.

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.

При вращении блока цилиндров и вала вокруг своих осей поршни совершают относительно цилиндров возвратно-поступательное движение. Вал и блок вращаются синхронно с помощью шатунов, которые, проходя поочередно через положение максимального отклонения от оси поршня, прилегают к его юбке 5 и давят на нее. Для этого юбки поршней выполнены длинными, а шатуны снабжены корпусными шейками. Блок цилиндров, вращающийся вокруг центрального шипа 8, расположен по отношению к валу под углом 30° и прижат пружиной 12 к распределительному диску (на рисунке не показан), который этим же усилием прижимается к крышке 9.

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.

Самое интересное: ТОП статьи по спецтехнике

 

 

Самое интересное о спецтехнике читайте в разделе «Новости спецтехники»!

Гидравлические устройства используются в различных сферах деятельности уже в течение длительного времени и по сегодняшний день не теряют своей актуальности. Всевозможные гидромоторы и гидронасосы можно увидеть в самых разнообразных механизмах, в которых предусматривается необходимость в передаче существенных усилий. Гидравлические машины представляют собой устройства, при помощи которых сообщается механическая энергия рабочей жидкости, проходящей через них, или же, наоборот, получающие от этой жидкости энергию для последующей передачи рабочему органу. Первые и представляют собой насосы аксиально-поршневые, в то время как вторые являются гидромоторами.

Где они используются?

На сегодняшний день использование различных гидронасосов можно встретить в достаточно большом количестве отраслей техники, начиная от стандартных систем водоснабжения различных жилых домов и предприятий и заканчивая подачей топлива в специализированных силовых установках для космических станций.

В наши дни наиболее широким распространением пользуются лопастные и объемные гидронасосы. В лопастных рабочими органами выступают колеса, которые оснащаются специальными лопастями. В данном случае энергия передается путем динамического взаимодействия лопастей рабочего колеса с жидкостью, обтекающей их. Если в таком насосе энергия передается непосредственно от колеса к жидкости, то если речь идет о лопастном гидродвигателе, в данном случае уже жидкость будет передавать энергию колесу.

На чем основан принцип работы

Принцип работы, который используется объемными гидромашинами, базируется на изменении текущего объема рабочих камер, соединенных с определенной периодичностью с патрубками выхода и входа. В частности, в эту группу входят всевозможные поршневые, винтовые, шестеренные, а также насосы аксиально-поршневые.

Что это такое?

Гидравлические машины, входящие в группу аксиально-поршневых, при передаче одинаковой мощности в сравнении с прочими устройствами отличаются предельно возможной компактностью и, соответственно, имеют небольшой вес. Благодаря использованию своих рабочих органов, у которых присутствуют незначительные радиальные размеры, и, следовательно, относительно небольшой момент энергии, насосы аксиально-поршневые обеспечивают возможность предельно быстрой корректировки частоты вращения.

Помимо этого, среди преимуществ подобных устройств стоит выделить также то, что они могут работать в условиях высокого давления, отличаются значительной частотой вращения, а также предусматривают возможность изменения рабочего объема.

Преимущества

Аксиально-поршневые насосы работают в частотном диапазоне от 500 до 4000 оборотов в минуту, что и является наиболее весомым доводом в пользу их применения по сравнению с различными радиально-поршневыми устройствами, предел которых достигает 1500 оборотов. Также стоит отметить тот факт, что работать эти устройства могут даже в условиях давления не более 40 мегапаскалей, в то время как у упомянутых выше устройств данный предел составляет 35 мегапаскалей.

Недостатки

Если же говорить о том, какие недостатки имеют аксиально-поршневые насосы, стоит отметить то, что они имеют немалую стоимость, отличаются предельной сложностью своей конструкции и, следовательно, характеризуются далеко не самой высокой надежностью. Помимо этого в процессе их работы присутствует значительная пульсация подачи, вследствие чего появляется также пульсация давления в используемой гидравлической системе.

Что в него входит?

В традиционной сборке промышленные насосы данного типа включают в себя специализированный блок цилиндров, который дополнительно оборудуется поршнями, а также упорный диск, ведущий вал, шатуны и распределительный агрегат. В процессе работы гидравлического насоса одновременно с запуском вращения вала начинает работать также блок цилиндров, при этом стоит отметить тот факт, что поршни не просто будут вращаться, а также перемещаются вдоль оси данного блока, совершая возвратно-поступательные движения. Именно благодаря такому принципу работы эти промышленные насосы и получили название аксиально-поршневых.

Как они работают

Пока поршни будут выдвигаться из цилиндров, устройством будет осуществляться всасывание, при движении же их осуществляется нагнетание. Через окна, которые имеются в распределительном агрегате, каждый отдельный цилиндр поочередно объединяется с напорной и всасывающей линиями. Для того чтобы исключить возможность объединения всасывающей и напорной гидравлический линий между собой, блок цилиндров предельно плотно прижимается к распределительному агрегату, в то время как его окна разделяются между собой при помощи уплотнительных перемычек. Для того чтобы минимизировать гидравлические удары во время преодоления цилиндрами данных перемычек, в них проделываются специальные дроссельные канавки, за счет чего обеспечивается равномерное повышение давления рабочей жидкости.

Принцип работы аксиально-поршневого насоса предусматривает использование цилиндров в качестве рабочих камер, при этом они размещаются аксиально по отношению к оси ротора. В качестве вытеснителей в данном случае используются сами поршни. В зависимости от того, какая преобладает характеристика насоса, а также какие он имеет конструктивные особенности, эти агрегаты могут оснащаться наклонным диском или же наклонным блоком цилиндров. Цилиндровые блоки такого формата достаточно часто встречаются в приводах тех машин, которые функционируют в средних или же достаточно тяжелых режимах работы, а также довольно часто включаются, так как они отличаются более высокой степенью надежности в условиях переменных нагрузок, а также являются менее чувствительными к всевозможным загрязнениям жидкости по сравнению с насосами с наклонным диском.

Какими они бывают?

Все аксиально-поршневые устройства, которые используются на сегодняшний день, изготавливаются в соответствии с четырьмя основными схемами, в зависимости от чего меняется и характеристика насоса.

— Первый вариант. Приводной вал и наклонный диск объединяются силовым кардном в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. В данном случае диск с поршнями объединяется при помощи специализированных шатунов.

Крутящий момент передается от двигателя к блоку цилиндров при помощи кардана и наклонного диска. Первоначально блок прижимается непосредственно к распределительному устройству при помощи пружины, после чего в процессе работы насоса для этого уже используется рабочая жидкость. Крутящий момент, который передается блоку цилиндров, полностью преодолевает те силы трения, которые образуются между торцевой частью блока и непосредственно самим распределительным устройством.

— Второй вариант. В данном случае принцип работы аксиально-поршневого насоса предусматривает использование двойного несилового кардана, и отличаются такие устройства тем, что в данном случае угол между осями ведущего и промежуточного валов является равным осям ведомого и промежуточного валов. В конечном итоге обеспечивается максимально возможная синхронизация вращения ведущего и ведомого валов, в то время как кардан полностью разгружается. Это обеспечивается благодаря тому, что при помощи диска крутящий момент передается от приводного мотора, при этом данный диск производится вместе с валом.

— Третий вариант. В данном случае устройство аксиально-поршневого насоса представляет собой использование наклонного диска, а сами агрегаты называются насосами с точечным касанием. Для такого оборудования является характерным значительное упрощение конструкции, так как полностью отсутствуют шатуны и карданные валы, однако для того, чтобы добиться запуска данной машины в режиме гидронасоса, нужно принудительно выдвинуть поршни из цилиндров, вследствие чего прижать их к наклонному диску.

Для этого применяются специальные пружины, которые находятся непосредственно в самих цилиндрах. В связи с простотой конструкции, соответственно, в данном случае реже требуется ремонт насосов. В частности по такой технологии изготавливаются популярные на сегодняшний день гидромашины Г15-2, отличающиеся небольшой мощностью.

— Четвертый вариант. Работа аксиально-поршневого насоса бескарданного типа предусматривает объединение ведущего вала и блока цилиндров при помощи шайбы и шатунов. Если говорить о преимуществах таких устройств по сравнению с теми, в которых используется карданная связь, стоит выделить предельную простоту изготовления, а также надежность в эксплуатации при минимальных размерах блока цилиндров. Такой конструкцией оснащаются аксиально-поршневые гидравлические машины серий 300 и 200. В данном случае подача непосредственно зависит от величины хода поршня, которая определяется углом наклона блока цилиндров или же диска. В преимущественном большинстве случаев этот угол составляет около 25 градусов. Если же в агрегате предусматривается возможность изменения угла наклона в процессе работы, то их называют так: насосы аксиально-поршневые регулируемые. Конечно, более оптимально использовать именно регулируемые устройства, но их стоимость может быть существенно больше стандартного оборудования.

Где применяются

На сегодняшний день аксиально-поршневые насосы, цена которых незначительно в большинстве случаев превышает стоимость других распространенных типов гидравлических устройств (от 4 тыс. долларов), являются одними из наиболее распространенных, и используются не только в качестве насосов, но и гидродвигателей. В частности, их сегодня можно встретить в гидравлических системах специализированных одноковшовых экскаваторов, в конструкции приводов всевозможных бульдозеров, в которых осуществляется управление по принципу джойстика. Помимо этого, данное оборудование активно используется при конструировании гидроприводов всевозможных станков, асфальтовых катков, а также самой разнообразной авиационной техники.

По каким критериям нужно выбирать?

Есть несколько основных критериев, по которым нужно выбирать насосы. Так вы сможете обеспечить себе не только оптимальную стоимость и характеристики устройства, но и исключите возможность того, что часто придется делать ремонт насосов вследствие их неисправности:

• Габариты. Наиболее оптимальным является использование насосов с НД, так как в них отсутствует слишком громоздкий узел подшипников, консольный вал и специальная отклоняемая люлька, в которой располагается блок цилиндров. Особенно это относится к регулируемым устройствам. Помимо этого, момент инерции в люльках в насосах с НД значительно меньше по сравнению с НБ, в связи с чем они отличаются более высоким быстродействием при необходимости изменения подачи.
• Трудоемкость в изготовлении. Опять же, более актуально будет использовать насосы с НД, так как они отличаются незначительной металлоемкостью, а также минимальным числом деталей повышенной точности. Многие эксперты говорят о том, что насосы с НБ изготавливать приблизительно на 8-12% сложнее по сравнению с насосами с НД, так как в них присутствует более сложная поршневая группа и различные синхронизирующие устройства.
• Долговечность. В данном случае насосы с НД отличаются меньшей нагруженностью подшипников, а также предусматривают более широкое использование гидростатических опор. Стоит отметить тот факт, что в устройствах с НБ нагрузка на подшипники практически не зависит от угла наклона блока, в то время как в машинах с НД она является пропорциональной тангенсу данного угла. Данное обстоятельство, а также незначительная энергия вращающихся деталей довольно выгодно отличают эти устройства при необходимости их использования в насосных агрегатах переменной производительности с постоянным давлением. Таким образом, при давлении 32 Мпа гидронасосы с НБ смогут работать около 10000 часов, в то время как при одинаковых условиях НД насосы работают более 13000 часов.
• КПД. С этой точки зрения насосы с НБ являются более актуальными, так как в НД-насосах присутствуют значительные механические потери из-за более высоких радиальных сил, оказывающих влияние на поршни, широкого использования гидростатических опор, а также значительных линейных скоростей в парах трения, такие устройства отличаются большей утечкой. В целом именно эти факторы в конечном итоге обуславливают более низкий КПД. Таким образом, при том же давлении 32 Мпа КПД устройств с НД составляет около 90%, в то время как машины с НБ будут иметь КПД на уровне 92-93%.
• Частота вращения. Поршень насоса с НБ позволяет обеспечивать систему распределения с минимальными радиальными размерами. При ограниченности линейных скоростей предусматривается возможность их использования при предельно высоких частотах вращения, что в конечном итоге позволяет добиться значительной энергоемкости данного оборудования.
• Всасывающая способность. По этому параметру также схема насоса с НБ смотрится более привлекательно, потому что они оснащаются меньшими размерами окружных скоростей окон цилиндров, в то время как сами окна могут иметь достаточно больше размеры, что минимизирует возможность снижения подачи из-за кавитации. Всасывающая способность таких насосов выше по той причине, что у них присутствуют минимальные мертвые объемы рабочих камер, а помимо этого проточные части насосов являются более короткими, что также позволяет снизить потери.

Гидромотор — это объемный гидродвигатель вращательного движения.

Гидромотор предназначен для превращения энергии потока жидкости во вращательную энергиею выходного звена. Получается, что гидравлический мотор — выполняют функцию обратную функции насоса. Если провести аналогию с электрооборудованием, то гидромтор по назначению схож с электродвигателем, а насос — с генератором.

Существуют шестеренные, винтовые, пластинчатые и поршневые (радиальные и аксиальные) гидромоторы. Однако конструкции гидравлических моторов обычно имеют некоторые отличия от конструкций соответствующих моторов.

Например, в пластинчатых гидромоторах установлены пружины, которые выталкивают пластины и тем самым обеспечивают пуск мотора.

В аксиально-поршневых моторах угол наклона блока составляет порядка 40 градусов, тогда как в насосах он обычно равен 30 градусам. В шестеренных гидромотрах уплотнения устанавливаются с расчетом на наличие давления на входе, в насосах же избыточное давление в линии всасывания не предусматривается.

Типы гидравлических моторов

Гидравлические моторы классифицируют по различным признакам.

По движению рабочих звеньев
• Роторные
• Безроторные

По числу рабочих звеньев
• Однорядные
• Многорядные

По возможности регулирования
• Регулируемые
• Нерегулируемые

По возможности реверсирования
• Реверсивные
• Нереверсивные

По циклу работы
• Однократного действия
• Многократного действия

Вид конструкции распределения
• С клапанная
• С крановая
• С золотниковая

По виду рабочих звеньев
• Винтовые
• Ролико-лопастные
• Шестеренные
• С внутренним (наружним) зацеплением
• С внешним зацеплением
• Шиберные
• Пластинчатые
• Фигурно-шиберные
• Поршневые
• Аксиально-поршневые
• С наклонным диском (шайбой)
• С профильным диском (шайбой)
• С наклонным блоком
• Радиально-поршневые

Обозначение гидромоторов

Гидромотор обозначается на гидравлических схемах следующим образом.

Один из основных элементов гидросистемы — это насос гидравлический. Имеется множество типов этих устройств. Принцип их работы заключен в вытеснении при повороте вала рабочей жидкости. Применение насоса шестеренного возможно для привода некоторых элементов установки гидравлической при подключении одновременно их к одному насосу. Эти делители используются в машинах:

• промышленных;
• сельскохозяйственных;
• строительных.

Также вместе с насосами приводными могут применяться нередко гидравлические ручные насосы. Они нужны для дублирования насосных основных установок во время возникновения аварийной ситуации. Во время применения насоса ручного имеется возможность при аварийной остановке перемещать рабочий орган. Также применяют ручные насосы и в тех случаях, когда требуется получить повышенное давление на небольшой временной промежуток, при этом затратив совсем немного энергии.

Гидромотор — это один из видов двигателя гидравлического, где энергия гидравлическая преобразуется в энергию механическую. Гидромотор дает возможность валу сообщать вращательные движения. Гидромотору на вход передается рабочая жидкость, а с вала выходного подается крутящий момент. Ходом вала управлять можно поворотом органа рабочего оборудования.

Имеется несколько типов гидромоторов, Цены на гидромоторы различных видов так же могут отличаться. Наиболее распространены такие как:

• аксиально-поршневые;
• шестерённые;
• геролерные;
• радиально-поршневые;
• героторные;
• пластинчатые.

Сфера применения каждого типа гидромотора напрямую зависит от требующихся характеристик работы устройств гидравлических. К примеру, аксиально-поршневые используют, когда необходимо чтобы вал имел большую скорость вращения, а радиально-поршневые, напротив — если требуется небольшая скорость вращения. Основным примером употребления гидромоторов радиально-поршневых являются приводы катков дорожных. В простых системах гидравлики с низкой степенью давления используются гидромоторы шестеренные. В системах гидравлики станков, как правило, используют гидромоторы пластинчатые.

В наше время приобрести гидромотор различного типа, не составляет ни какого труда. Следует лишь понимать, для каких целей он будет применяться и что от него нужно. В промышленном оборудовании и технике обычно применяют электродвигатели. Гидромоторы же используют тогда, когда их применение имеет преимущества. К примеру, гидромотор по массе и габаритам значительно меньше, нежели электродвигатели с такой же мощностью. Как и всякое устройство с коммутацией электрической, электромотор критичен к интенсивному включению и отключению. Для гидромоторов такие действия ни какой опасности не представляют.

ЧТО ТАКОЕ ГИДРОМОТОР(ГИДРОНАСОС)?
Вот уже много лет гидравлические устройства активно применяются в самых разнообразных сферах человеческой деятельности. Гидромоторы и гидронасосы можно встретить, практически, повсюду, где требуется мощное силовое воздействие в узлах и механизмах.

Гидромотор — это устройство, предназначенное для преобразования энергии жидкости в механическую энергию, с последующим воздействием на рабочий орган. Обычно, в качестве такого органа выступает выходной вал, который получает преобразованную энергию. Далее вращательные движения вала способствуют работе всей машины, а также выполнению определенных технологических функций.

Гидравлика позволяет решить проблемы во многих отраслях народного хозяйства. Поскольку, деятельность человека очень широка, гидромоторы нашли своё применение в газовой и нефтяной отрасли, авиации и космической индустрии, автомобильном транспорте и автокранах, строительной технике и коммунальных машинах, а также в железнодорожной отрасли и лесопромышленности.

Эти, казалось бы, небольшие механизмы позволяют выполнять множество необходимых преобразований и обладают высоким эксплуатационным потенциалом.

Широкий спектр применения гидравлики способствует появлению большого количества моделей гидромоторов, служащих человеку в самых различных механизмах. Гидромотор считается одним из самых сложных гидравлических устройств. Поэтому необходимо понимать, что безотказная работа этого узла определяет общее качество работы каждой машины, в которой он используется. Следует иметь ввиду, что ремонт и техническое обслуживание гидромашин требует специальных условий, которых нельзя добиться в обычных мастерских. Персонал при ремонте и обслуживании подобных устройств должен отличаться высоким профессионализмом и иметь соответствующую квалификацию.

При выпуске гидравлического оборудования новых моделей стараются соблюдать условие совместимости с более старыми моделями, чтобы обеспечить хорошую взаимозаменяемость.

Существует множество видов гидромоторов, которые используются в различных машинах. Они могут применяться, как в открытых, так и в закрытых системах. Конструктивно, каждый такой узел имеет те или иные преимущества и недостатки, поэтому он находит применение в своей отрасли, именно там, где эти факторы являются доминирующими. Основными параметрами любого гидронасоса являются рабочий объем V, номинальное давление Р ном и номинальная частота вращения n ном, а производными — производительность (подача) Q ном, потребляемая мощность N ном, а также полный КПД h. В гидроприводах самоходных машин применяются роторно — вращательные и роторно — поступательные насосы, которые по виду рабочих органов разделяют на:

• поршневые;
• шестеренные;
• шиберные (пластинчатые).

По углу между осями блока и поршня различают:

• аксиально-поршневые;
• радиальные.

По механизму передачи движения аксиально-поршневые гидронасосы классифицируют на следующие типы:

• с наклонным блоком;
• с наклонным диском (шайбой).

В свою очередь радиально-поршневые гидронасосы подразделяют на:

Гидронасосы могут быть выполнены с нерегулируемым и регулируемым рабочим объемом и предназначены для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидромотора (насоса-мотора) с реверсивным и нереверсивным направлениями потока.
Сравнительная оценка основных параметров гидромашин различных типов показывает, что каждый тип имеет определенные конструктивные особенности, которые определяют область их использования, целесообразную с технической и экономической точек зрения.
Шестеренные гидронасосы широко используются в мобильных машинах небольшой мощности при низком и среднем давлении в гидросистеме. Они менее требовательны к чистоте рабочей жидкости и имеют меньшую стоимость по сравнению со стоимостью гидронасосов других типов, но характеризуются более низким ресурсом по сравнению с аксиально-поршневыми насосами.
Применение аксиально-поршневых гидронасосов наиболее целесообразно при среднем и высоком давлении в гидросистемах мобильных машин и цикличном характере изменения внешней нагрузки. Дополнительные устройства обеспечивают реверсирование потока и изменение подачи.
Роторные гидромоторы классифицируют по конструкции рабочей камеры на:

• шестеренные;
• коловратные;
• винтовые;
• шиберные (пластинчатые);
• поршневые,
• обладающие обратимостью.

По числу рабочих циклов в каждой камере за один оборот выходного вала гидромоторы разделяют на:

• однократного действия (одноходовые);
• многократного действия (многоходовые).

Аксиально-поршневые насосы имеют более высокий полный КПД, по сравнению с КПД шестеренных и пластинчатых насосов. Объемный КПД аксиально-поршневых насосов начинает заметно снижаться только при вязкости рабочей жидкости менее 10 мм 2/с, для пластинчатых насосов этот предел вязкости составляет 50-80/с, а для шестеренных — 80 мм 2/с.
При выборе предпочтительной модели из наиболее распространенных конструкций аксиально-поршневых насосов следует учитывать, что при прочих равных условиях гидронасосы с шатунной кинематикой имеют следующие преимущества:

• возможность работы в насосоном и моторном режимах в открытой и в замкнутой гидросистемах;
• высокую всасывающую способность, обеспечивающую удовлетворительное заполнение рабочего объема при широком диапозоне изменения вязкости рабочей жидкости, что особенно важно для гидроприводов самоходных машин, эксплуатируемых на открытом воздухе при широком диапозоне изменения температуры;
• относительно меньшую чувствительность к чистоте рабочей жидкости (могут надежно работать при тонкости фильтрации до 40 мкм);
• возможность встраивания регуляторов давления и расхода, а также вспомогательного насоса для питания сис темы управления и подпитки.

В аксиально-поршневых гидронасосах с наклонным блоком цилиндров использована унифицированная конструкция качающих узлов, различающихся только габаритными размерами.
В гидроприводах самоходных машин наиболее часто применяют реверсивные по направлению вращения аксиально-поршневые и радиально-поршневые гидромоторы с нерегулируемым и реже с регулируемым рабочим объемом.
В отечественных самоходных машинах с гидроприводом применяются в основном аксиально-поршневые гидромоторы с регулируемым рабочим объемом, обеспечивающие бесступенчатое изменение частоты вращения исполнительных механизмов с минимальными потерями энергии.
Гидромоторы, используемые при большой частоте вращения, условно называют средне- или высокооборотными (низкомоментными). Гидромоторы, предназначенные для создания большого крутящего момента при малой угловой скорости, принято условно называть высокомоментными.
В объемах гидроприводах самоходных машин наиболее широко применяются шестеренные, аксиально-поршневые, радиально-поршневые и реже пластинчатые гидромоторы. Тип и исполнение гидромоторов выбирают по основным параметрам с учетом назначения и условий их эксплуатации.

Профессионалы утверждают, что при эксплуатации гидромотора необходимо регулярно следить за наличием посторонних шумов в устройстве, уровнем и температурой рабочей жидкости в узле, давлением и герметичностью. Все эти факторы определяют исправность работы любого узла, использующего гидравлику.

Регулярный контроль гидромотора позволит избежать поломок и простоя всей
машины.

Обратите внимание, что жидкость, используемая в гидромоторах, должна соответствовать спецификации и стандартам устройства. Если не соблюдать эти условия, то возможен отказ оборудования.

В принципе, при правильном обслуживании и применении, гидромоторы служат достаточно долго и отличаются высокой надежностью работы.

Гидравлическими двигателями называют силовые установки и машины, преобразующие энергию потока или давления жидкости в механическую энергию.
Как видно из определения, гидравлические двигатели выполняют задачу, обратную задаче гидравлических насосов, из чего вытекает принцип обратимости, согласно которому практически любой насос (преобразующий механическую энергию в энергию потока) можно использовать в качестве гидравлического двигателя для выполнения противоположной функции.
Свойство обратимости гидравлических машин в большинстве случаев позволяет эксплуатировать одну и ту же гидравлическую машину, как в режиме насоса, так и в режиме двигателя, то есть создавать насосы и двигатели по общим конструктивным схемам.

Естественно предположить, что гидродвигатели, как и гидронасосы, можно классифицировать на две группы: динамические, отбирающие кинетическую энергию у потока жидкости, и объемные, преобразующие энергию давления потока в механическую энергию.
К первой группе гидравлических двигателей можно отнести различные турбины, т. е. лопастные (центробежные и осевые) насосы, выполняющие обратную функцию (преобразования энергии движения потока в механическую энергию) .

Вторая группа – объемных гидравлических двигателей, принципиально может быть представлена практически всеми видами рассмотренных ранее конструкций гидравлических насосов объемного типа — шестеренные, пластинчатые, роторно-поршневые, диафрагменные, поршневые и т. д. Однако наибольшее практическое применение в машиностроении нашли лишь динамические гидродвигатели-турбины и объемные гидродвигатели, имеющие высокий КПД – аксиальные и радиальные роторные гидравлические двигатели, а также особый тип гидродвигателей – гидроцилиндры.

Принцип действия объемных гидравлических двигателей основан на возникновении неуравновешенной силы на подвижных элементах рабочих камер при воздействии на них жидкости, подводимой под избыточным давлением от источника питания (насоса, аккумулятора, магистрали) .
В процессе работы двигателя герметично отделенные друг от друга камеры попеременно сообщаются с местами подвода, где они увеличивают свой объем и заполняются маслом под давлением, и отвода, где при уменьшении объемов камер происходит вытеснение жидкости в сливную линию.
Подвижные элементы рабочих камер конструктивно могут быть выполнены в виде зуба, шестерни, пластины, плунжера, поршня и т.д.

По характеру движения выходного звена гидравлические двигатели делят на:

• моторы с неограниченным вращательным движением;
• поворотные двигатели с ограниченным (меньше 360°) углом поворота;
• цилиндры с ограниченным возвратно-поступательным прямолинейным движением.

Рабочие характеристики и параметры гидравлических двигателей

Работа разных по конструкции гидравлических двигателей (как и разных гидронасосов) характеризуется различными параметрами и рабочими характеристиками.
Для гидравлических моторов основными являются следующие параметры:

Рабочий объем – суммарное изменение объемов рабочих камер мотора за одни оборот ротора или объем жидкости, при прохождении которого через мотор его ротор совершит один оборот:

V о = V k zk , м 3

где:
V k – изменение объема рабочей камеры мотора за один рабочий цикл, рассчитанное по ее геометрическим размерам;
z – число рабочих камер;
k – кратность действия, то есть число рабочих циклов, совершаемых за один оборот вала.

Теоретический расход мотора – это расчетный объем жидкости, проходящий через мотор в единицу времени:

Q m = V о n , м 3 /с

где: n – частота вращения вала мотора.

Фактический расход жидкости через мотор больше теоретического на величину объемных потерь:

Q ф = Q m + ΔQ м , м 3 /с

где: ΔQ м – утечки масла через зазоры внутри мотора из полостей питания в полости слива и утечки жидкости в окружающую среду.

В отличие от насоса утечки масла в моторе направлены в ту же сторону, что и основной поток.

Объемный КПД мотора :

η о = Q m /Q ф = Q m /(Q m + ΔQ м) .

Рост объемных потерь приводит к уменьшению КПД мотора.

Частота вращения вала мотора:

n = Q m /V о = Q ф η о /V о , с -1

Номинальное давление рном (Па) – наибольшее давление рабочей жидкости на входе в мотор, при котором гидравлическая машина должна проработать в течение установленного срока службы с сохранением основных параметров в пределах установленных норм.

Перепад давлений определяется разностью давлений масла на входе и выходе мотора:

Δp = р вх — р вых , Па

Полезная (эффективная) мощность мотора определяется из зависимости:

N n = Mω = 2πMn , Вт

где:
М – вращающий момент на валу мотора;
ω = 2πn – угловая скорость вала;
n – частота вращения вала мотора.

Вращающий момент на валу мотора определяется по формуле:

M = N n /ω = Q m Δp/2πn = V о Δp/2π , Нм

Потребляемая гидромотором мощность :

N м = Q ф Δp = N n /η гм , Вт

где: η гм – полный КПД гидравлического мотора.

Полный КПД гидравлического мотора :

η гм = N n /N м или η гм = η о η м η г ,

где: η о, η м, η г – соответственно объемный, механический и гидравлический КПД мотора.

При типовом проектировании привода машины гидравлический мотор выбирают по полезной (эффективной) мощности и номинальной частоте вращения вала, то есть так же, как и электродвигатель.

Поворотные гидравлические двигатели характеризуются следующими основными параметрами:

Рабочий объем на угол поворота (270° и меньше) , м 3 .

Фактический расход масла при максимальной скорости поворота вала определяется по формуле:

Q ф = zbω(R 2 – r 2)/2 , м 3 /с

где:
z – число пластин;
b – ширина пластины;
R и r – большой и малый радиусы ротора поворотного двигателя;
ω – максимальная угловая скорость поворота вала.

Номинальный вращающий момент на валу :

М ном = zbΔp(R 2 – r 2)/2 , Нм

где: Δp – разность давлений в напорной и сливной камерах двигателя при номинальном давлении питания.

Полный КПД при номинальных параметрах (для стандартных поворотных гидравлических двигателей типа ДПГ полный КПД может достигать 95%) .

Для гидравлических цилиндров основными являются следующие параметры:

• диаметр поршня D ;
• диаметр штока d ;
• величина хода S поршня;
• номинальное давление рном на входе;
• номинальное усилие F на штоке;
• минимальная и максимальная скорость v перемещения.

Рабочие (эффективные) площади поршня:

со стороны бесштоковой полости:

F 1 = πD 2 /4 , м 2 ,

со стороны штоковой полости:

F 2 = π(D 2 – d 2)/4 , м 2 ,

где: D – диаметр поршня; d – диаметр штока.

Номинальное усилие на штоке цилиндра без учета сил трения и инерции:

для цилиндра с односторонним штоком:

R = p 1 F 1 – p 2 F 2 , Н ,

для цилиндра с двусторонним штоком:

R = (p 1 – p 2)F 2 , Н ,

где р 1 и р 2 – номинальное давление масла соответственно в напорной и сливной камерах гидроцилиндра.

Скорость движения поршня :

v = Q ф /F , м/с ,

где:
Q ф – фактический расход масла с учетом утечек;
F – площадь поршня со стороны напорной камеры цилиндра.

Мощность цилиндра :

N = Rv , Вт

Тепловое удлинение цилиндра :

λ = εLΔt , м ,

где:
ε – коэффициент линейного расширения (для стали ε = 12×10 -6);
L – длина цилиндра;
Δt – повышение температуры.

Удлинение цилиндра велико (λ ≈ 1 мм, при L = 2 м, Δt = 40˚) , поэтому рекомендуется одну из его опор выполнять скользящую, а другую закреплять неподвижно.
Особо следует подчеркнуть, что полный КПД гидроцилиндра обычно превышает 95% , то есть больше, чем у любых других известных двигателей.



Гидромоторы

Как уже отмечалось выше, гидравлические машины обладают свойством обратимости. Это позволяет создавать по одним и тем же конструктивным схемам, как объемные насосы, так и гидравлические моторы.

Рассмотрим работу гидравлической машины, схема которой показана на рисунке 1 , в режиме мотора. Предположим, что в рабочие камеры машины, расположенные справа от вертикальной оси, подается жидкость от насоса, а камеры, расположенные слева соединены с баком.
Под действием избыточного давления на пластинах возникают неуравновешенные силы, создающие вращающий момент на валу мотора, направленный против часовой стрелки. Камеры, соединенные с баком, при вращении ротора освобождаются от рабочей жидкости. Если кольцо А установить в корпусе мотора соосно с ротором, то момент на валу мотора станет равным нулю и вращение вала прекратится.

Аналогично можно рассмотреть работу в режиме мотора аксиально-поршневой гидравлической машины.
При подаче масла под давлением через отверстие распределителя, поршни будут со значительным усилием прижаты жидкостью к наклонному диску.
В результате силового взаимодействия каждого из поршней с диском возникнет тангенциальная сила, направленная перпендикулярно оси поршня. Таким образом, на блок и связанный с ним вал гидравлического мотора начнет действовать вращающий момент.
Остальные поршни, рабочие камеры которых в это время соединены с магистралью сброса, будут вытеснять масло через отверстие распределителя на слив в бак.

Существенным недостатком рассмотренной схемы являются значительные изгибающие усилия, воспринимаемые поршнями и вызывающие их преждевременный износ и нарушение герметичности рабочих камер.
Для исключения указанного недостатка используют гидравлические машины этого типа с двойным ротором (рис. 2) .

При подводе жидкости через неподвижный торцовый распределитель 6 в рабочую камеру мотора, поршень 2 перемещается вправо в расточке ротора 1 и, воздействуя на толкатель 4 , создает силу F на наклонном диске 8 .
Вращающий момент, создаваемый тангенциальной силой T , передается через толкатель 4 ротору 3 , жестко связанному с валом 7 мотора, и с помощью пальца 5 ротору 1 , свободно вращающемуся на валу. Таким образом, поршни 2 не воспринимают изгибающего момента от действия силы T .

В гидравлических приводах металлообрабатывающих станков преимущественно применяют нерегулируемые аксиально-поршневые моторы, которые в ряде случаев имеют существенные преимущества перед электромоторами (гидравлические моторы одинаковой с электродвигателями мощности в среднем в шесть раз меньше по габаритам и в четыре-пять раз по массе) .

При наибольшей частоте вращения вала n max = 50 c -1 наименьшее значение частоты может составлять n min = 0,5 c -1 , а у моторов специального исполнения – до n min = 0,05 c -1 и меньше, причем легко обеспечивается бесступенчатое регулирование частоты вращения во всем диапазоне.
Время разгона и торможения вала гидравлического мотора не превышает нескольких сотых долей секунды; возможны режимы частых включений и выключений, реверсов, изменения частоты вращения.
Вращающий момент мотора легко регулируется изменением разности давлений на входе и выходе. При подходе рабочего органа станка к упору, вращение вала мотора прекращается, а развиваемый им вращающий момент остается неизменным. Полный КПД находится в пределах 80…90% .

Поворотные гидравлические двигатели нашли широкое применение в станках и промышленных роботах для обеспечения возвратно-вращательного (поворотного) движения рабочих органов или вспомогательных устройств. Конструктивные схемы таких двигателей приведены на рисунке 11 .

Поворотный двигатель (рис. 13,а) состоит из корпуса 1 , поворотного ротора, представляющего собой втулку 2 с одной лопастью 3 , неподвижной разделительной перегородки 4 , подпружиненного уплотнения 5 вала и двух крышек. Вал установлен на двух подшипниках, расположенных в крышках.
Двигатель имеет две герметичные рабочие камеры. При подводе масла под давлением в верхнюю полость лопасть вместе с валом поворачивается по часовой стрелке на угол до 270° , одновременно из нижней полости жидкость вытесняется в сливную линию и возвращается в бак.

Многолопастные поворотные двигатели (рис. 13,б и в) позволяют получить на валу больший вращающий момент, чем у двигателя с одной лопастью, однако при этом уменьшаются возможный угол поворота и угловая скорость вала.
Двигатели с одной лопастью работают при номинальном давлении 16 МПа , развивая номинальный вращающий момент до 2000 Нм .

Гидравлические цилиндры

Гидравлические цилиндры, как тип гидравлических двигателей, нашли широкое применение в технике и многих областях промышленности. Простота и надежность, удобство технического обслуживания и эксплуатации послужили причиной использования этих гидромашин в самых различных гидроприводах — силовых, дистанционного управления механизмами и т. п.
Применяются гидроцилиндры и в сельскохозяйственной, автомобильной и дорожной технике.

Цилиндры, применяемые в гидравлических приводах технологического оборудования, различают по направлению действия рабочей жидкости (одностороннего и двустороннего действия) и по конструкции рабочей камеры (поршневые и плунжерные) .

В цилиндрах одностороннего действия движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно только в одном направлении, а возврат в исходное положение происходит под действием внешних сил, например силы пружины или силы тяжести. В последнем случае цилиндр располагают вертикально.

В цилиндрах двустороннего действия движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно в двух взаимно противоположных направлениях.

В поршневых цилиндрах две рабочие камеры образованы поверхностями корпуса и поршня со штоком (односторонним или двусторонним) .

В плунжерных цилиндрах одна рабочая камера образована поверхностями корпуса и плунжера.

Телескопические цилиндры (одностороннего и двухстороннего действия) имеют рабочую камеру образованную также поверхностями корпуса и плунжера.
Основные типы цилиндров, применяемых в машиностроении, показаны на рисунке 3 .

Корпус поршневого гидроцилиндра двустороннего действия с односторонним штоком (рис. 3,а) жестко закреплен на станине машины, а шток связан с движущимся рабочим органом. Если в цилиндр при прямом (вправо) и обратном (влево) ходе поступает одинаковое количество масла, то при малом диаметре штока площади F 1 и F 2 и скорости v 1 и v 2 близки по величине, а при увеличении диаметра штока скорость v 2 становится заметно больше v 1 .

Равенство скоростей v 1 и v 2 можно обеспечить за счет дифференциального включения цилиндра, у которого F 1 = 2F 2 . В этом случае при движении вправо обе полости (камеры) цилиндра соединяют с напорной линией, а при обратном ходе (влево) – штоковая полость продолжает соединяться с напорной линией, а поршневая соединяется со сливной линией.
При двустороннем штоке (рис. 3,б) площади F поршня обычно одинаковы, следовательно, равны и скорости v1 и v2 . Недостатки таких цилиндров – увеличенная длина и необходимость второго уплотнения для штока.

Иногда, из конструктивных соображений, бывает удобнее закрепить шток цилиндра, а его корпус связать с подвижным органом машины (рис. 3,в и 3,г) . В этих случаях масло в цилиндр подводят через отверстия в штоке или через гибкие рукава (шланги) высокого давления.

Для зажимных и фиксирующих механизмов широко применяют цилиндры одностороннего действия (рис. 3,д) . Плунжерный цилиндр (рис. 3,е) способен перемещать вертикально расположенный рабочий орган только вверх; движение вниз происходит под действием силы тяжести.
С помощью нескольких плунжерных цилиндров (рис. 3,ж) можно обеспечить движение рабочего органа машины в обе стороны.
Плунжерные цилиндры проще в изготовлении, так как отпадает необходимость в трудоемкой обработке внутренней поверхности цилиндра, однако имеют меньший ход. Во избежание ударов поршня о крышки рекомендуется использовать цилиндр с ходом несколько большим, чем ход рабочего органа станка.
Следует помнить, что в большинстве случаев гидроцилиндры не допускают радиальную нагрузку на шток.