Гидравлические машины (насосы и моторы)

Гидравлические машины (насосы и моторы)

В гидроприводах машин применяются насосы различных типов (аксиально-поршневые, радиально-поршневые радиально-кулачковые, пластинчатые и шестеренные). При отключенном насосе или в случае его отказа ни один из гидродвигателей не может быть приведен в действие. Работоспособность насоса определяет безотказность работы всего гидропривода машины. Отсюда вытекает важность изучения конструкции, знание принципа действия и умелого обслуживания насосов и гидромоторов.

Насос предназначен для нагнетания рабочей жидкости в трубопроводы. Обычно насос считается источником, создания давления в гидравлической системе. Однако такое определение неточно, так как для получения давления должно быть создано сопротивление потоку рабочей жидкости в виде внешней нагрузки на валу гидромотора.

Шестеренные насосы широко используются в машинах небольшой мощности при низком и среднем давлении в гидросистеме.

Они достаточно надежны в эксплуатации, менее требовательны к чистоте рабочей жидкости и имеют меньшую стоимость по сравнению со стоимостью гидронасосов других типов.



Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы

Применение аксильно-поршневых и пластинчатых гидронасосов наиболее целесообразно при среднем и высоком давлении в гидросистемах машин и цикличном характере изменения внешней нагрузки. Дополнительные устройства обеспечивают реверсирование потока и изменение подачи.

Насосы и гидромоторы нерегулируемые аксиально-поршневые предназначены для гидростатических приводов.

Насос преобразует механическую энергию в энергию потока рабочей жидкости. Гидромотор - энергию потока рабочей жидкости в механическую на выходном валу. Направление и частота вращения вала гидромотора определяется направлением потока и количеством рабочей жидкости, подводимой к гидромотору.

Насосы аксиально-поршневые регулируемые предназначены для объемных гидроприводов мобильных машин, они преобразуют энергию вращения двигателя в энергию потока рабочей жидкости с бесступенчатым регулированием потока.

Эти насосы имеют качающий узел шатунного ведения блока цилиндров, работающий в широком диапазоне частот вращения.

В конструкции насосов использованы регуляторы с рычажным механизмом, которые позволяют получить как пропорциональные зависимости рабочего объема от давления, так и гиперболические при использовании сервоуправления. Конструкция насосов обеспечивает регулирование рабочего объема и давленая с нулевых значений этих параметров.

Конструкция механизма регулирования насосов предусматривает возможность применения, как встроенных регуляторов, так и дистанционных автоматических блоков управления.

Они имеют минимальные габариты и вес, присоединительные размеры соответствуют международным стандартам ISO.

Насосы производятся в различных вариантах исполнения для работы в открытых и замкнутых системах мобильных машин и оборудования.

Регулируемый аксиально-поршневой насос состоит из качающего узла и блока регулятора.

Качающий узел преобразует крутящий приводной момент на валу в возвратно-поступательное движение поршней, которые всасывают за первую половину оборота рабочую жидкость, а за другую половину оборота нагнетают ее в гидролинию.

Регулятор предназначен для поддержания или изменения подачи насоса путем изменения рабочего объема и может работать как в автоматическом режиме в зависимости от рабочего давления, так и в режиме управления, обеспечивая требуемые характеристики.

Качающий узел включает вал, установленный в корпус на подшипниках. Со стороны выходного конца приводного вала насос закрывается крышкой с манжетой. Фланец вала через сферические головки шатунов соединен с поршнями. Поршни перемешаются в цилиндрах блока, всасывая и нагнетая рабочую жидкость через пазы распределителя. Величина хода поршней определяется углом, образованным осями вращения блока и вала. Вращающийся блок цилиндров вогнутой сферической поверхностью на торце сопрягается с двояковыпуклой сферической поверхностью подвижного распределителя, который опирается противоположной стороной на поверхность корпуса регулятора и перемещается по радиусу, описываемому качающим узлом. Блок цилиндров по сферической поверхности контактирует с распределителем, который противоположной стороной прилегает к опорной поверхности корпуса регулятора.

Полость меньшего диаметра поршня постоянно соединена с каналом нагнетания насоса, а давление в полости большего диаметра поршня регулируется дросселирующим пояском золотника . Через отверстия в поршне и пальце жидкость поступает под дросселирующий поясок золотника . Двухкромочный ступенчатый золотник является измерителем давления и через башмак и подпятник воздействует на рычаг , на другое плечо действуют детали крышки , пружины и (или) плунжера. В различных исполнениях насоса настройка и поднастройка могут осуществляться различными способами.

Регулятор работает следующим образом:

золотник через продольные канавки соединяет полость большого диаметра поршня регулятора со входом в насос, и, пока усилие пружины не позволяет перемещать плунжер , рабочий объем соответствует номинальному (максимальному);

при перемещении золотника изменяется настройка, золотник смещается и регулирует кромками давление в полости большого диаметра поршня. В результате этого рабочий объем уменьшается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие рычага за счет уменьшения плеча со стороны золотника ;

при уменьшении рабочего давления нарушается равновесие рычага , перемещается золотник вместе с распределителем и блоком цилиндров , уменьшается подача и снова возрастает давление, приводя к равновесию рычага за счет увеличения плеча;

изменение рабочего объема насоса автоматически вызывает изменение подачи и приводного момента.

Регулятор мощности насосов позволяет значительно уменьшить их размеры. Возможно также регулирование в зависимости от рабочего (высокого) давления и от давления управления, создаваемого автономным источником гидравлической энергии, а также дистанционное управление оператором с автоматическим поддержанием заданного значения параметра регулирования в зависимости от внешней нагрузки.

Насос регулируемый самовсасывающий предназначен для работы в открытых гидросистемах объемного гидропривода.

Регулирование подачи осуществляется за счет изменения угла наклона блока цилиндров. Возможны три типа регулирования насоса: по давлению подачи; по давлению управления; по мощности.

Шестерённые насосы

Шестеренные насосы отличаются простой, надежной конструкцией, малой массой и компактностью. Благодаря этим качествам они получили широкое применение в гидроприводах железнодорожно-строительных машин при давлении рабочей жидкости до 15-20 МПа и частоте вращения 1800-2400 об/мин.

В соответствии с заказом насосы собирают только для правого или только для левого вращения и поставляют с присоединительными или без присоединительных муфт.

Шестеренные насосы состоят из алюминиевого корпуса 1, в расточках которого помешены ведущая и ведомая шестерни, выполненные заодно с цапфами, опирающимися на бронзовые втулки . Втулки служат подшипниками для шестерен и уплотняют их торцевые поверхности.

Для уменьшения внутренних перетечек рабочей жидкости через зазоры между торцевыми поверхностями шестерен и втулок в насосе применена компенсация величины зазоров по торцам шестерен в зависимости от давления нагнетания. Рабочая жидкость из камеры нагнетания по каналу поступает в полость между подвижными втулками и крышкой и стремится поджать втулки к торцам шестерен, уменьшая зазор между ними. Результирующее усилие, которое прижимает втулки к торцам шестерен, незначительно превосходит отжимающее усилие, сохраняя смазочную пленку. Давление рабочей жидкости со стороны зубьев шестерен неравномерно. Во избежание перекосов втулок вследствие неравномерной нагрузки часть их торцовой площади изолирована от действия поджимающего давления резиновым уплотнением , направляемым пластиной . Вытекание рабочей жидкости из полости предотвращается уплотнительными кольцами

Рабочая жидкость, проникающая через зазоры внутри насоса и через подшипники, отводится системой каналов в полость всасывания. Приводной конец вала ведущей шестерни уплотнен резиновой манжетой, закрепленной упорным и стопорным кольцами. Крепление насоса фланцевое.

Гидромоторы гидравлические

Гидромотор преобразует энергию потока рабочей жидкости, развиваемую насосом, в энергию вращения выходного вала для приведения в действие исполнительного механизма машин и оборудования.

Роторные гидромоторы классифицируют (ГОСТ 17752-81) по конструкции рабочей камеры на шестеренные, коловратные, винтовые, пластинчатые и поршневые, обладающие обратимостью, т.к. они могут работать и как гидронасосы.

В гидроприводах машин наиболее часто применяют реверсивные по направлению вращения аксиально-поршневые и радиально-поршневые гидромоторы с нерегулируемым и реже с регулируемым рабочим объемом.

Гидромоторы, используемые при большой частоте вращения, условно называют средне- или высокооборотными (низко-моментными).

Гидромоторы, предназначенные для создания большого крутящего момента при малой угловой скорости, принято условно называть высоко-моментными.

Аксиально-поршневые гидрометры обладают характеристиками, которые обеспечивают их применение в гидроприводах различных машин (привод движителя, рабочего органа и другие). Преимущества гидромоторов:

- высокое рабочее давление в пределах от 35 до 42 МПа;
- быстроходность (высокая частота вращения) в пределах 5000 об/мин;
- компактность, малые габариты и масса;
- высокие значения КПД общего >0,9 и объемного 0,95;
- широкий диапазон регулирования частоты вращения вала гидромотора
- до 1:100 при переменных и 1:1000 при постоянных нагрузках;
- возможность работы при низкой частоте вращения (до 50 об/мин);
- благоприятная энергетическая характеристика для мобильных машин;
- долговечность - до 12000 часов;
- быстродействие (изменение подачи от нулевой до максимальной и наоборот) - не более 0,1 с;
- вязкие потери на трение позволяют получать большой момент страгивания - более 0,9 М,
- низкие эксплуатационные затраты и быстрая окупаемость.

Качающий узел состоят из приводного вала, семи поршней с шатунами , радиального и сдвоенного радиально-упорного шарикоподшипников, блока цилиндров , центрируемого сферическим распределителем и центральным шипом. От осевого перемещения внутренние кольца подшипников удерживаются двумя пружинными кольцами , втулкой и стопорным кольцом . В передней крышке установлено армированное манжетное уплотнение , опирающееся на термообработанную втулку .

Центральный шип опирается с одной стороны сферической головкой на гнездо во фланце вала, а с другой - на бронзовую втулку , запрессованную в распределитель.

В сферических гнездах фланца установлены семь шатунов и закреплены пластиной . На шатунах завальцованы семь поршней . Поршни находятся в блоке цилиндров . К внутренней поверхности крышки присоединен распределитель , два дугообразных паза которого совмещены с такими же пазами крышки. Сферическая поверхность блока цилиндров с помощью тарельчатых пружин прижата к сферической поверхности распределителя. При вращении блока, полости цилиндров в определенной последовательности совмещаются с дугообразными пазами распределителя.

При работе объемной гидромашины в режиме гидромотора рабочая жидкость поступает из гидросистемы в рабочие камеры блока цилиндров через отверстие в задней крышке и полукольцевое отверстие в распределителе. Давление рабочей жидкости на поршни передается через шатуны, расположенные под углом 25 градусов, к фланцу приводного вала.

В месте контакта шатуна с валом осевая составляющая силы давления рабочей жидкости на поршень воспринимается радиально-упорными шарикоподшипниками , а тангенциальная создает крутящий момент на валу . Крутящий момент, развиваемый гидромотором, пропорционален рабочему объему и давлению, определяемому внешней нагрузкой (сопротивлением).

При изменении объема рабочей жидкости или направления ее подачи изменяются частота и направление вращения вала гидромотора.

Направление вращения насоса указано стрелкой на корпусе со стороны вала. Насос правого вращения может работать как гидромотор левого вращения. Для использования гидромотора в режиме насоса необходимо дополнительное согласование с заводом-изготовителем.

Гидромотор аксиально-поршневой регулируемый предназначен для привода исполнительных механизмов мобильных машин, требующих бесступенчатого регулирования частоты вращения. Возможно его использование в гидроприводах со ступенчатым регулированием.

Гидромотор с регулятором в виде рычажного механизма позволяет получать как пропорциональные зависимости рабочего объема от давления, так и гиперболические при сервоуправлении от напорной гидролинии.

В сравнении с ранее применяемыми регуляторами эта конструкция проще, не имеет каналов управления в корпусе, что обеспечивает возможность компактного расположения присоединительных фланцев в трех плоскостях.

Высокая надежность, повышенные удельная мощность и КПД значительно снижают затраты в эксплуатации.

Конструктивно этот гидромотор состоит из двух основных узлов: качающегося узла и регулятора.

Качающий узел гидромотора преобразует энергию давления рабочей жидкости в крутящий момент, а регулятор служит для изменения рабочего объема гидромотора посредством изменения угла наклона блока цилиндров.

Узел регулятора состоит из установленных в корпусе ступенчатого поршня , пальца, зафиксированного в поршне винтом , золотника с подпятником, рычага, пружины и плунжера в крышке . Золотник поджат пружиной к рычагу .

Полость с малым диаметром поршня постоянно соединена с каналом высокого давления через обратный клапан. Через отверстие в поршне и пальце распределительный поясок золотника может соединяться с высоким давлением иди дренажом.

В процессе работы при подаче давления управления (через отверстия в крышке ) под плунжер , последний отклоняет рычаг , золотник под действием пружины перемещается вправо и открывает каналы в пальце , жидкость поступает в полость с большим диаметром поршня. Поршень перемещается вверх до тех пор, пока на рычаге не уравновешиваются моменты сил от пружин , и плунжера (давление управления). Движение поршня прекращается, золотник возвращается в нейтральное положение, гидромотор работает с меньшим рабочим объемом, но при более высокой частоте вращения. При снятии управляющего давления с плунжера , поршень перемещается в нижнее положение, увеличивая рабочий объем гидромотора. При подаче переменного давления под плунжер обеспечивается бесступенчатое регулирование рабочего объема. Минимальный рабочий объем ограничивается винтом .

Героторные гидромоторы

Основные достоинства указанных гидромоторов:
- высокое рабочее давление;
- ровный ход при низком числе оборотов;
- постоянный рабочий момент в большом диапазоне скоростей вращения;
- высокий пусковой момент.

Рабочая жидкость из напорной магистрали гидросистемы через подводящее отверстие в корпусе гидромотора, канал в распределителе и отверстие в торцовой пластине попадает на зубья ротора , находящегося эксцентрично в зубчатом зацеплении со статором . Вращаясь под действием рабочей жидкости по статору , ротор заставляет вращаться промежуточные валы , соединенные с ним при помощи шлицев. Вал также через шлицы передает вращение распределителю . Распределитель, вращаясь вместе с промежуточным валом , непрерывно перемещает полость давления, что обеспечивает непрерывное вращение ротора . Рабочая жидкость, подведенная к ротору, через отверстие в торцовой пластине и каналы в распределителе поступает через канал на выход через отверстие . Промежуточный вал передает вращение на выходной вал гидромотора.



Гидромоторы шестеренные

Конструкция шестеренных гидромоторов аналогична конструкции шестеренных насосов. Рабочая жидкость, подведенная под давлением к шестеренному гидромотору, действует на неуравновешенные зубья шестерен и создает крутящий момент. Шестеренные гидромоторы работают с частотой вращения 100+5000 об/мин.

В камере подвода рабочей жидкости установлен экран с плоской поверхностью параллельно линии центров шестерен , и имеющий профилированные боковые поверхности , сопряженные с вершинами зубьев шестерен. Экран совместно со втулкой закреплен в корпусе. В камере установлен клапан, запорный элемент которого выполнен в виде цилиндрического стакана , поджатого пружиной ко втулке.

В момент пуска гидромотора рабочая жидкость воздействует на стакан 6. При этом давление в канале 5 будет возрастать до тех пор, пока усилие, отжимающее стакан, не превысит усилия, развиваемого пружиной. Запорный клапан открывается, и поток рабочей жидкости под давлением, определяемым настройкой пружины, воздействует на шестерни и приводит их во вращение. Установка клапана позволяет повысить давление жидкости и крутящий момент при пуске гидромотора.

За счет установки экрана достигается частичная разгрузка подшипников скольжения от радиальных усилий, уменьшаются усилия прижима шестерен к корпусу, а также противодействующий момент усилий воздействия рабочей жидкости на зубья шестерен в зоне их зацепления.

Шестеренные мотор-насосы могут работать в режиме гидромотора, для чего необходимо подвести жидкость под напором к нагнетательному отверстию. Направление вращения вала при работе в режиме гидромотора обратно направлению вращения вала при работе в режиме насоса. Подпор на всасывающем фланце должен быть не более 0,02-0,03 МПа (0,2-0,3 кгс/см2) во избежание отказа манжетного уплотнения вала. Мотор-насосы выполнены в корпусах насосов с незначительными изменениями. Мотор-насос имеет дренажный штуцер, через который в бак отводятся утечки рабочей жидкости.