Насоси аксіально-поршневі: пристрій і принцип роботи. Поради щодо вибору та відгуки

Гідравлічні пристрої використовуються в різних сферах діяльності вже протягом тривалого часу і по сьогоднішній день не втрачають своєї актуальності. Всілякі гідронасоси і гідромотори можна побачити в самих різноманітних механізмах, у яких передбачається необхідність в передачі істотних зусиль. Гідравлічні машини являють собою пристрої, за допомогою яких повідомляється механічна енергія робочої рідини, що проходить через них, або ж, навпаки, отримують від цієї рідини енергію для подальшої передачі до робочого органу. Перші являють собою насоси аксіально-поршневі, в той час як другі є гідромоторами.

Де вони використовуються?

На сьогоднішній день використання різних гідронасосів можна зустріти в досить великій кількості галузей техніки, починаючи від стандартних систем водопостачання різних житлових будинків і підприємств і закінчуючи подачею палива у спеціалізованих силових установках для космічних станцій. У наші дні найбільш широким поширенням користуються лопатеві і об'ємні гідронасоси. У лопатевих робочими органами виступають колеса, які оснащуються спеціальними лопатками. У даному випадку енергія передається шляхом динамічної взаємодії лопатей робочого колеса з рідиною, оточуючої їх. Якщо в такому насосі енергія передається безпосередньо від колеса до рідини, то якщо мова йде про лопатевому гідродвигуні, в даному випадку вже рідина буде передавати енергію колесу.

На чому заснований принцип роботи

Принцип роботи, який використовується об'ємними гидромашинами, що базується на зміні поточного обсягу робочих камер, сполучених з певною періодичністю з патрубками виходу і входу. Зокрема, в цю групу входять всілякі поршневі, гвинтові, шестеренні, а також насоси аксіально-поршневі.

Що це таке?

Гідравлічні машини, що входять у групу аксіально-поршневих, при передачі однакової потужності в порівнянні з іншими пристроями відрізняються гранично можливої компактністю і, відповідно, мають невелику вагу. Завдяки використанню своїх робочих органів, у яких присутні незначні радіальні розміри, і, отже, відносно невеликий момент енергії, насоси аксіально-поршневі забезпечують можливість гранично швидкого коригування частоти обертання.




Крім цього, серед переваг подібних пристроїв варто виділити також те, що вони можуть працювати в умовах високого тиску, відрізняються значною частотою обертання, а також передбачають можливість зміни робочого об'єму.

Переваги

Аксіально-поршневі насоси працюють в частотному діапазоні від 500 до 4000 оборотів в хвилину, що і є найбільш вагомим аргументом на користь їх застосування порівняно з різними радіально-поршневі пристроями, межа яких досягає 1500 оборотів. Також варто відзначити той факт, що ці пристрої можуть працювати навіть в умовах тиску не більше 40 мегапаскалей, в той час як у згаданих вище пристроїв даний межа становить 35 мегапаскалей.

Недоліки

Якщо ж говорити про те, які недоліки мають аксіально-поршневі насоси, варто відзначити те, що вони мають чималу вартість, відрізняються граничною складністю своєї конструкції і, отже, характеризуються далеко не самою високою надійністю. Крім цього в процесі їх роботи присутня значна пульсація подачі, внаслідок чого з'являється також пульсація тиску у гідравлічній системі.

Що в нього входить?

У традиційній збірці промислові насоси цього типу включають в себе спеціалізований блок циліндрів, який додатково обладнується поршнями, а також упорний диск, провідний вал, шатуни та розподільчий агрегат. В процесі роботи гідравлічного насоса одночасно із запуском обертання вала починає працювати також блок циліндрів, при цьому варто відзначити той факт, що поршні не просто будуть обертатися, а також переміщуються уздовж осі даного блоку, здійснюючи зворотно-поступальні рухи. Саме завдяки таким принципом роботи ці промислові насоси і отримали назву аксіально-поршневих.

Як вони працюють

Поки поршні будуть висуватися з циліндрів, пристроєм буде здійснюватися всмоктування, при русі ж їх здійснюється нагнітання. Через вікна, які є в розподільчому агрегаті, кожен окремий циліндр по черзі об'єднується з напірною і всмоктувальною лініями. Для того щоб виключити можливість об'єднання всмоктувальної та напірної гідравлічний ліній між собою, блок циліндрів гранично щільно притискається до розподільного агрегату, в той час як його вікна розділяються між собою за допомогою ущільнювальних перемичок. Для того щоб мінімізувати гідравлічні удари під час подолання циліндрами даних перемичок, у них робляться спеціальні дросельні канавки, за рахунок чого забезпечується рівномірне підвищення тиску робочої рідини. Принцип роботи аксіально-поршневого насоса передбачає використання циліндрів в якості робочих камер, при цьому вони розміщуються аксіально по відношенню до осі ротора. Як витеснителей в даному випадку використовуються самі поршні. Залежно від того, яка переважає характеристика насоса, а також які він має конструктивні особливості, ці агрегати можуть оснащуватися похилим диском або ж похилим блоком циліндрів. Циліндрові блоки такого формату досить часто зустрічаються в приводах тих машин, які функціонують у середніх або ж досить важких режимах роботи, а також досить часто включаються, так як вони відрізняються більш високим ступенем надійності в умовах змінних навантажень, а також є менш чутливими до всіляких забруднень рідини в порівнянні з насосами з похилим диском.

Якими вони бувають?

Всі аксіально-поршневі пристрої, які використовуються на сьогоднішній день, виготовляються відповідно з чотирма основними схемами, залежно від чого змінюється і характеристика насоса. - Перший варіант. Приводний вал і похилий диск об'єднуються силовим кардном у вигляді універсального шарніра з двома ступенями свободи. У цьому випадку диск з поршнями об'єднується за допомогою спеціалізованих шатунів. Крутний момент передається від двигуна до блоку циліндрів за допомогою кардана і похилого диска. Спочатку блок притискається безпосередньо до розподільного пристрою за допомогою пружини, після чого в процесі роботи насоса для цього вже використовується робоча рідина. Крутний момент, який передається блоку циліндрів, повністю долає ті сили тертя, які утворюються між торцевою частиною блоку і безпосередньо самим розподільним пристроєм. - Другий варіант. В даному випадку принцип роботи аксіально-поршневого насоса передбачає використання подвійного несилового кардана, і такі пристрої відрізняються тим, що в даному випадку кут між осями ведучого й проміжного валів є рівним осях веденого і проміжного валів. В кінцевому підсумку забезпечується максимально можлива синхронізація обертання ведучого і веденого валів, в той час як кардан повністю розвантажується. Це забезпечується завдяки тому, що за допомогою диска крутний момент передається від приводного двигуна, при цьому даний диск проводиться разом з валом. - Третій варіант. У цьому випадку пристрій аксіально-поршневого насоса являє собою використання похилого диска, а самі агрегати називаються насосами з точковим дотиком. Для такого обладнання є характерним значне спрощення конструкції, так як повністю відсутні шатуни і карданні вали, проте для того, щоб домогтися запуску даної машини в режимі гідронасоса, потрібно примусово висунути поршні з циліндрів, внаслідок чого притиснути їх до похилому диску. Для цього застосовуються спеціальні пружини, які знаходяться безпосередньо в самих циліндрах. У зв'язку з простотою конструкції, відповідно, в даному випадку рідше потрібен ремонт насосів. Зокрема за такою технологією виготовляються популярні на сьогоднішній день гідромашини Г15-2 відрізняються невеликою потужністю. - Четвертий варіант. Робота аксіально-поршневого насоса бескарданного типу передбачає об'єднання провідного валу і блоку циліндрів за допомогою шайби і шатунів. Якщо говорити про переваги таких пристроїв у порівнянні з тими, в яких використовується карданна зв'язок, варто виділити граничну простоту виготовлення, а також надійність в експлуатації при мінімальних розмірах блоку циліндрів. Такою конструкцією оснащуються аксіально-поршневі гідравлічні машини серій 300 і 200. У даному разі подання безпосередньо залежить від величини ходу поршня, яка визначається кутом нахилу блоку циліндрів або ж диска. У переважній більшості випадків цей кут становить близько 25 градусів. Якщо ж в агрегаті передбачається можливість зміни кута нахилу в процесі роботи, то їх називають так: насоси аксіально-поршневі регульовані. Звичайно, більш оптимально використовувати саме регульовані пристрої, але їх вартість може бути істотно більше стандартного обладнання.

Де застосовуються

На сьогоднішній день аксіально-поршневі насоси, ціна яких незначно в більшості випадків перевищує вартість інших поширених типів гідравлічних пристроїв (від 4 тис. доларів), є одними з найбільш поширених, і використовуються не тільки в якості насосів, але і гідродвигунів. Зокрема, їх сьогодні можна зустріти в гідравлічних системах спеціалізованих одноківшевих екскаваторів, в конструкції приводів всіляких бульдозерів, в яких здійснюється управління за принципом джойстика. Крім цього, дане обладнання активно використовується при конструюванні гідроприводів різноманітних верстатів, асфальтових ковзанок, а також найрізноманітнішої авіаційної техніки.

За якими критеріями треба вибирати?

Є кілька основних критеріїв, за якими потрібно вибирати насоси. Так ви зможете забезпечити собі не тільки оптимальну вартість і характеристики пристрою, але і виключіть можливість того, що часто доведеться робити ремонт насосів внаслідок їх несправності:

Габарити. Найбільш оптимальним є використання насосів НД, так як у них відсутня занадто громіздкий вузол підшипників, консольний вал і спеціальна отклоняемая люлька, в якій розташовується блок циліндрів. Особливо це відноситься до регульованим пристроїв. Крім цього, момент інерції у колисках в насосах з НД значно менше порівняно з НБ, у зв'язку з чим вони відрізняються більш високою швидкодією при необхідності зміни подачі.

Трудомісткість у виготовленні. Знову ж таки, більш актуально буде використовувати насоси з НД, так як вони відрізняються незначною металомісткістю, а також мінімальним числом деталей підвищеної точності. Багато експертів говорять про те, що насоси з НБ виготовляти приблизно на 8-12% складніше порівняно з насосами з НД, так як в них присутня більш складна поршнева група і різні синхронізуючі пристрою.

Довговічність. В даному випадку насоси з НД відрізняються меншою завантаженістю підшипників, а також передбачають більш широке використання гідростатичних опор. Варто відзначити той факт, що в пристроях з НБ навантаження на підшипники практично не залежить від кута нахилу блоку, в той час як в машинах з НД вона є пропорційною тангенсу даного кута. Дана обставина, а також незначна енергія обертових деталей досить вигідно відрізняють ці пристрої при необхідності їх використання в насосних агрегатах змінної продуктивності з постійним тиском. Таким чином, при тиску 32 Мпа гідронасоси з НБ зможуть працювати близько 10000 годин, у той час як при однакових умовах НД насоси працюють понад 13000 годин.

ККД. З цієї точки зору насоси з НБ є більш актуальними, так як в НД-насосах присутні значні механічні втрати з-за більш високих радіальних сил, що впливають на поршні, широкого використання гідростатичних опор, а також значних лінійних швидкостей в парах тертя, такі пристрої відрізняються більшою витоком. В цілому саме ці фактори в кінцевому підсумку зумовлюють низький ККД. Таким чином, при тому ж тиску 32 Мпа ККД пристроїв з НД становить близько 90%, у той час як машини з НБ будуть мати ККД на рівні 92-93%.

Частота обертання. Поршень насоса з НБ дозволяє забезпечувати систему розподілу з мінімальними радіальними розмірами. При обмеженості лінійних швидкостей передбачається можливість їх використання при гранично високих частотах обертання, що в кінцевому підсумку дозволяє домогтися значної енергоємності даного обладнання.

Всмоктувальна здатність. За цим параметром також схема насоса з НБ виглядає більш привабливо, тому що вони оснащуються меншими розмірами окружних швидкостей вікон циліндрів, в той час як самі вікна можуть мати досить більші розміри, що мінімізує можливість зниження подачі через кавітації. Всмоктувальна здатність таких насосів вище з тієї причини, що у них присутні мінімальні мертві обсяги робочих камер, а крім цього проточні частини насосів є більш короткими, що також дозволяє знизити втрати.