Радиально-поршневые гидромашины

 

Радиально-поршневые гидромашины применяют при сравнительно высоких давлениях (10 МПа и выше). По принципу действия радиальнопоршневые гидромашины делятся на одно-, двух- и многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот ротора поршни совершают одно возвратно-поступательное движение. Варианты схем радиально-поршневого насоса однократного действия приведены на рис. 6.17.

 

 

Рис. 6.17. Схемы радиально-поршневых машин:
1 –цилиндр; 2 – поршень; 3 – статор; 4– ролик

 

Рассмотрим более насыщенный элементами вариант схемы 6.17, а, изображенный на рис. 6.18.

Рабочая камера в насосе образуется полостью радиально расположенного цилиндра и торцем поршня-вытеснителя (или плунжера) 9. Ротор 1 с поршнями насажен на цапфу 2 по скользящей посадке. Цапфа имеет два канала 3 и 4 (один соединен с гидролинией всасывания, другой – с нагнетательной гидролинией). Каналы посредством окон 5 соединяются с рабочими к амерами 6 насоса. Кольцо статора 7 по отношению к ротору располагается с эксцентриситетом, поэтому поршни 9 при вращении ротора участвуют в двух движениях: в возвратно-поступательном движении в полос ти цилиндров и вращательном вместе с ротором. Поршни, выдвигаясь из цилиндров, создают в рабочей камере разрежение и жидкость самотеком заполняет ее. При движении поршня к оси ротора, жидкость вытесняется в напорную линию. Поршни прижимаются к кольцу статора центробежной силой (а в зоне вытеснения жидкости еще и давлением жидкости).

 

Рис. 6.18. Схема радиально-поршневого насоса однократного действия:

1 – ротор; 2 – цапфа; 3, 4 – каналы для подвода – отвода жидкости; 5 – окно;
6 – полость цилиндра; 7 – кольцо статора; 8 – муфта; 9 – поршень

 

Контактные напряжения, возникающие между поршнем и кольцом статора, ограничивают давление радиально-поршневых машин 16 МПа. Для уменьшения контактных напряжений торцевую площадь поршня стремятся сделать меньше, а их количество увеличивают. Это способствует выравниванию подачи насоса и уменьшает радиальные габариты гидромашины благодаря уменьшению хода поршней при заданном значении рабочего объема гидромашины.

В серийных конструкциях радиально-поршневых насосов число радиально расположенных поршней принимается нечетным (чаще всего 5, 7 или 9). Число рядов поршней может быть от 2 до 6. На рис. 6.19. приведена конструкция регулируемого радиально-поршневого насоса с двумя поршнями в ряду.

Для увеличения диапазона рабочих давлений применяют гидростатичскую разгрузку всех пар трения, воспринимающих радильные силы. В перечень этих пар входит разгрузка цапфы от односторонней радиальной силы и разгрузка поршня от контактных напряжений.

Рис. 6.19. Радиально-поршневой насос с двумя рядами поршней

 

На рис. 6.20 показана схема гидравлически регулируемого радиально – поршневого насоса с гидростатическим башмаком, которая позволяет свести контактные напряжения между поршнем и статорным кольцом практически к нулю. Схема башмака приведена на рис. 6.21. Через отверстие 2 в поршне и и стойке башмака жидкость из камеры насоса 1 подводится в полость 3 подошвы башмака, уплотненной кольцевым пояском подошвы башмака, уплотненной кольцевым пояском 4. Размеры полости 3 и пояска 4 выбирают так, чтобы сила давления жидкости на поверхности статорного кольца была равна силе давления на поршень. Такмим образом сила давления на поршень передается кольцу статора через слой жидкости. Контакт металла по металлу практически отсутствует. Это позволяет иметь рабочие давления у таких гидромашин до 30 МПа.

 

Рис. 6.20. Схема регулируемого радиально-поршневого насоса
с гидростатической разгрузкой поршня с цапфенным механизмом распределении:

1 – башмак; 2 – поршень; 3 – цапфа; 4 – статорное кольцо

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.21. Схема работы башмака

 

На рис. 6.22. показан разрез регулируемого роторно-поршневого насоса с гидростатическим башмаком.

 

Рис. 6.22. Радиально-поршневой насос с гидростатическим башмаком:

1 – регулятор давления; 2 – кольцо статора; 3 – дренаж; 4 – корпус;
5 – фланец присоединения к напорной магистрали; 6 – башмак; 7 – плунжер;

8 – подшипник; 9 – блок цилндров

 

Вариант схемы 6.17, б предполагает, что цилиндрические отверстия выполнены в неподвижном статоре, вал ротора и статор сосны, на валу ротора выполнена эксцентриковая поверхность (их может быть несколько), с которой связаны поршни. При вращении вала ротора эксцентрик вынуждает поршни совершать возвратно-поступательное движение в радиальном направлении, что является отличительной особенностью радиально-поршневых машин. На рис 6.23 покан общий вид с разрезом радиально-поршневой машины.

Гидромашины данного типа могут иметь как встроенные, так и внешние механизмы разной сложности для регулирования подачи (расхода).

 

 

Рис. 6.23. Радиально-поршневая машина с эксцентриковым валом

 

Аксиально-поршневые насосы

 

Применение аксильно-поршневых гидронасосов наиболее целесообразно в гидроприводах при среднем и высоком давлении и цикличном характере изменения внешней нагрузки. Нерегулируемые аксиально-поршневые насосы и гидромоторы предназначены для гидростатических приводов. Насосы аксиально-поршневые регулируемые предназначены для объемных гидроприводов мобильных машин: строительная и дорожная техника, авиационная и судовая техника.

Данные насосы имеют минимальные габариты и вес. Конструкция механизма регулирования насосов предусматривает возможность применения, как встроенных регуляторов, так и внешних автоматических блоков управления.

Отличительной особенностью аксиально-поршневых насосов является не радиальное, а аксиальное расположение рабочих камер в роторе (т.е. параллельно оси ротора).

Механизмы всасывания/вытеснения аксиально-поршневых насосов (гидродвигателей) выполняются по четырем принципиальным схемам и представлены на рис. 6.24:

· механизм с наклонным диском и силовым карданом (рис. 6.24, а);

· механизм с наклонным диском и точечным касанием поршней (рис. 6.24, б);

· механизм наклонным блоком цилиндров с двойным и несиловым карданом (рис. 6.24, в);

· механизм с наклонным блоком цилиндров бескарданного типа (рис. 6.24, г).

В связи с этим нсосы получили название: насос с наклоннм диском, насос с наклонным блоком цилиндров.

При наклонном положении диска или блока цилиндров поршни, кроме вращательного, совершают возвратно-поступательнные движения вдоль оси вращения блока цилиндров. Применительно к насосу, когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание жидкости, а когда вдвигаются в цилиндры – вытеснение жидкости.

В насосах с наклонным диском и силовым карданом приводной вал 6 соединен с валом блока цилиндров 9 карданом с двумя степенями свободы. Шатуны 7 поршней шарнирно связаны с наклонным диском 5. Крутящий момент от приводного двигателя передается блоку цилиндров через кардан.Начальное прижатие блока цилиндров к распределительному устройству обеспечвается пружиной 10, а во время работы насоса давлением жидкости.Наклонное положение диска 5 обеспечивает качательное движение поршней в полости цилиндров.

Насосы с наклонным диском и точечным касанием поршнями наклонного диска 5 имеют наиболее простую конструкцию (нет шатунов и карданных валов). Однако для того, чтобы машина работала в режиме насоса, необходимо обеспечить принудительное выдвижение поршней из цилиндров для прижатия их к поверхности наклонного диска (например, пружинами, помещенными в цилиндрах). По такой схеме чаще всего изготовляют гидромоторы небольшой мощности, т.к. в местах контакта поршней с диском возникает высокое контактное напряжение, которое ограничивает допустимое давление жидкости.

Насосы с наклонным блоком цилиндров выполняются как по схеме с двойным несиловым карданом так и по бескарданной схеме. В насосах с двойным несиловым карданом углы между карданом 11 и осями ведущего 6 и ведомого 9 валов принимают одинаковыми (рис. 6.24, в). При такой схеме вращение ведущего и ведомого валов будет практически синхронным, а кардан разгруженным. Крутящий момент от приводного двигателя передается блоку цилиндров через фланец ведущего вала 6.

В аксиально-поршневых насосах бескарданного типа блок цилинлиндров соединяется с ведущим валом через фланец ведущего вала 6 и шатуны 7. Насосы (гидромашины) бескарданного типа проще в изготовлении, надежнее в эксплуатации, имеют меньший габарит блока цилиндров. По данной схеме отечественной промышленностью выпускается большинство аксиально-поршневых машин. Второе место занимают аксиально-поршневые машины с двойным несиловым карданом.

 

 

  а                                                                        б

в                                                                   г

Рис. 6.24. Принципиальные схемы аксиально-поршневых насосов:

а, б – с наклоным диском; в, г – с наклонным блоком цилиндров;

1 и 3 – окна; 2 – распределитель жидкости; 4 – поршень; 5 – наклонный диск;
6 – ведущий вал; 7 – шатун; 8 – блок цилиндров; 9 – ведомый вал; 10 – пружина;
11 – карданный вал; 12 – фланец

 

  6.6.2.1. Аксиально-поршневой насос с наклонным диском

 

На рис. 6.25. изображена схема нерегулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным диском с гидростатической опорой поршня. Он состоит из блока цилиндров 1, люльки 5, наклонного диска 6, приводного вала 4, распределителя жидкости (диск 3). Рабочая камера образуется цилиндром и полостью поршня 2, перемещающимся в цилиндре. Блок цилиндров с поршнями приводится во вращение валом 4 (они имеют силовую связь между собой). Гидростатические опоры поршней (рис. 6.26) опираются на наклонный диск 6. При вращении блока цилинддров гидростатические опоры поршней скользя по поверхности наклонного диска, принуждают поршни совершать возвратнопоступательные движения в полости своих цилиндров, изменяя тем самым объем рабочей камеры.

Гидростатическая опора позволяет существенно снизить потери энергии на трение и уменьшить контактные напряжения между трущимися поверхностями. Для уменьшения потерь мощности в некоторых типах насосов между наклонным диском и люлькой устанавливается упорный шарикоподшипник (рис. 6.27).В этом случаеопоры поршней имеют жесткую связь с наклонным диском.

 

Рис. 6. 25. Схема аксиально-поршневого насоса с наклонным диском
с гидростатической опорой поршня:

1 – блок цилиндров (ротор); 2 – поршень; 3 – распределительный диск;
4 – приводной вал; 5 – люлька; 6 –наклонный диск

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.26. Гидростатическая опора поршня