Особенности, типы гидромоторов и гидронасосов

Гидронасосы шестеренного типа.

Насос шестеренный относится к классу объёмных насосов и может работать с жидкостью практически любой вязкости, что весьма важно при подаче смазочных материалов к рабочим элементам и узлам. Согласно технической классификации шестерённые насосы подразделяются:

  • насосы общепромышленного типа;
  • насосы для подачи битума;
  • вискозные насосы;
  • насосы для машиностроительных гидросистем.

Как следует из названия, работа такого устройства, как насос шестеренный, обеспечивается за счёт шестерней. За счёт вращения шестеренчатых приспособлений образуются разряженные зоны, при этом жидкость движется по направлению к патрубку.

Основными преимуществами шестеренных насосов является:

  • конструкционная простота и как следствие надежность в работе;
  • невысокая стоимость в сравнении с другими объемными гидронасосами;
  • компактность;
  • высокий КПД (до 85 %);
  • простота обслуживания (большинство насосов не нуждаются в смазке, ее роль выполняет рабочая жидкость);
  • низкие требования к очистке рабочей жидкости (насосы работоспособны, при тонкости фильтрации не хуже 100 мкм).

Недостатками шестеренных насосов является:

  • Пульсация жидкости на выходе;
  • Постоянная нагрузка на опоры шестерен, вызванная разностью давлений в напорной и всасывающей камерах, что снижает долговечность насоса.

Пластинчатые насосы и гидромоторы.

Пластинчатый насос — это роторно-поступательный насос с рабочими органами (вытеснителями) в виде плоских пластин. Пластинчатые насосы могут быть однократного, двукратного или многократного действия.

Пластинчатые насосы компактны, просты в производстве и надежны в эксплуатации. Поэтому они нашли применение в технике, в первую очередь в станкостроении. Максимальные давления, создаваемые ими, составляют 7... 14 МПа. Частоты вращения пластинчатых насосов обычно находятся в диапазоне 1000... 1500 об/мин. Полные КПД для большинства составляют 0,60...0,85, а объемные КПД — 0,70...0,92. Число пластин может быть от 2 до 12. С увеличением числа пластин подача насоса уменьшается, но при этом увеличивается ее равномерность.

В пазах вращающегося ротора 4, ось которого смещена относительно оси неподвижного статора 6 на величину эксцентриситета ( е ), установлены несколько пластин 5 с пружинами 8. Вращаясь вместе с ротором, эти пластины одновременно совершают возвратно-поступательное движение в пазах 7 ротора. Рабочими камерами являются объемы 1 и 3, ограниченные соседними пластинами, а также поверхностями ротора 4 и статора 6. При вращении ротора рабочая камера 1, соединенная с полостью всасывания, увеличивается в объеме и происходит ее заполнение. Затем она переносится в зону нагнетания. При дальнейшем перемещении ее объем уменьшается и происходит вытеснение жидкости (из рабочей камеры 3). 

Пластинчатые гидромоторы, могут быть также, одно-, двух- и многократного действия. Пластинчатые гидромоторы от пластинчатых насосов отличаются тем, что в их конструкцию включены устройства, обеспечивающие постоянный прижим пластин к статорному кольцу.

Радиально-поршневые насосы и гидромоторы.

Радиально-поршневыми насосами, по ГОСТ 17398-72, являются объемные насосы, у которых ось вращения ротора (он же блок цилиндров) перпендикулярна осям рабочих органов или составляет с ними угол более 45 град. Т. е. оси цилиндров и поршней рабочих камер перпендикулярны (радиальны) оси блока цилиндров или составляют угол с ним более 45 град. Если угол между ротором и осями рабочих камер менее 45 град., то такие насосы относятся к аксиальному типу.

По принципу действия радиально-поршневые гидромашины делятся на одно-, двух- и многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот ротора поршни совершают одно возвратно-поступательное движение.

На рис. 1 представлена конструктивная схема радиально-поршневого насоса однократного действия.

Основным элементом насоса является ротор 4 с плунжерами 5, который вращается относительно корпуса 6 насоса. Ротор 4 установлен в корпусе 6 со смещением оси (с эксцентриситетом e). Полости всасывания и нагнетания располагаются в центре насоса и разделены перемычкой 2. 

При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе с ротором 4 и одновременно скользят по корпусу 6. За счет этого и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратно-поступательное движение плунжеров 5 относительно ротора 4. Когда рабочая камера перемещается из верхнего положения 3 в нижнее 1, ее объем увеличивается. При этом перемещении она через отверстие в роторе 4 соединена с полостью всасывания, поэтому обеспечивается ее заполнение рабочей жидкостью — всасывание. При обратном перемещении — из нижнего положения 1 в верхнее 3 — камера уменьшается и происходит вытеснение жидкости в полость нагнетания.

Наибольшее применение радиально-поршневые насосы получили в станкостроении: прессах, установках по обработке полимеров, зажимных устройствах станков и во многих других областях требуется значение рабочего давления до 32 МПа но допускаются и более высокие давления.

Преимущества радиально-поршневых насосов:

  • Высокие рабочие давления;
  • Возможность плавно и в широких пределах регулировать подачу; 
  • Высокий КПД при больших давлениях;
  • Значительная энергоемкость на единицу массы;

Недостатки радиально-поршневых насосов

  • Сложность конструкции и как следствие низкая надежность;
  • Высокие требования к обработке и подгонке сопрягаемых поверхностей, что сказывается на стоимости данного типа гидромашин;
  • Необходимость в тонкой фильтрации рабочей жидкости; 
  • Большие радиальные размеры

Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы

Аксиально-поршневые регулируемые насосы с наклонным диском предназначены для объемных гидроприводов (ГСТ), состоящих из насоса и гидромотора, работающих по закрытой схеме. Используются в гидроприводах хода мобильных машин – зерноуборочных и других комбайнах, гидроприводах технологического оборудования – автобетоносмесителях, дорожных уплотнителях и прочих машинах.

Принцип действия таких гидромашин основан на работе кривошипно-шатунного механизма, 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 машины (рис. 1) выполняют по двум 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. 

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-мотора 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 оборота блока каждый поршень производит всасывание и нагнетание рабочей жидкости. Один из пазов 7 в распределителе 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.

В нерегулируемом аксиально-поршневом насосе-моторе с реверсивным потоком и наклонным блоком цилиндров (рис. 3) ось вращения блока цилиндров 7 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.

Преимущества аксиально-поршневых машин:

  • Высокие рабочие давления;
  • Возможность плавно и в широких пределах регулировать подачу;
  • Высокий КПД при больших давлениях;
  • Значительная энергоемкость на единицу массы;
  • В сравнении с радиально-поршневыми насосами аксиально-поршневые допускают более высокую частоту вращения;
  • Сравнительно малая инерционность вращающихся масс;
  • Меньшие радиальные размеры, масса и габариты (в сравнении с радиально-поршневыми насосами);

Недостатки аксиально-поршневых машин:

  • Сложность конструкции и как следствие низкая надежность;
  • Высокие требования к обработке и подгонке сопрягаемых поверхностей, что сказывается на стоимости данного типа гидромашин;
  • Необходимость в тонкой фильтрации рабочей жидкости;