Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Аксиально-поршневым называют роторный поршневой насос, у которого угол между осью вращения ротора и осям рабочих органов не превышает 45°.

Классификация аксиально-поршневых насосов

По виду кинематических схем конструкции различают аксиально-поршневые насосы:

  • с наклонным диском — кулачковый
  • с наклонным блоком — шатунный

По механизму синхронизации движения:

  • Двойной несиловой кардан (если вал объединен с блоком шатунов)
  • Двойной силовой кардан (если на блок шатунов приходится большая часть нагрузки)

По возможности регулирования рабочего объема:

Чем аксиально-плунжерный насос отличается от поршневого

Плунжерный насос отличается от поршневого конструкцией вытеснителя, в первом случае это плунжер, во втором — поршень.

Нерегулируемые аксиальные насосы

В нерегулируемых насосах, угол наклона блока, или диска не изменяется.

Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

При вращении вала 1 насоса, установленного в подшипниках 2, наклонный блок 3 приводится во вращение шарнирно-расположенными поршнями 4. В процессе работы поршни совершают линейное перемещение относительно блока. Величина хода поршней зависит от угла наклона блока. В распределительном диске 5 выполнены серповидные пазы 6, один и которых соединен с линией всасывания, второй — с линией нагнетания.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Расчет подачи аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Теоретическая подача объемного насоса пропорциональна его рабочему объему q и частоте вращения вала n:

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рабочий объем аксиально-поршневого насоса можно вычислить, используя формулу:

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

  • где d — диаметр поршня
  • z — число поршней
  • h — ход поршня

Ход поршня аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком зависит от угла α наклона блока и диаметра расположения поршней D:

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Для вычисления реальной подачи необходимо теоретическую умножить на объемный КПД (0,9. 0,98 для поршневых насосов ):

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Аксиально-поршневой насос с наклонным диском

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Блок цилиндров 2 установлен на приводном валу 1. Поршни 4, установленные в башмаках 3 опираются на наклонный диск (или шайбу). При вращении вала с блоком 5 поршни за счет наклона диска будут совершать возвратно-поступательное движение относительно блока. В распределительном диске 6 выполнены серповидные окна, которые соединяются с линиями всасывания и нагнетания.

Расчет подачи аксиально-поршневого насоса с наклонным диском

Расчетная схема показана на рисунке.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Для вычисления подачи насоса нужно знать его рабочий объем и частоту вращения приводного вала:

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Величина хода поршня зависит от геометрии насоса с наклонным диском.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

  • где D — диаметр расположения поршней
  • α — угол наклона шайбы

Регулируемые аксиально-поршневые насосы

Регулируемыми могут быть как насосы с наклонным блоком так и с наклонным диском.

Регулируемый насос с наклонным блоком

Для изменения угла наклона блока может быть использовано механическое, гидравлическое или электрическое пропорциональное управление. Принципиальная схема регулируемого аксиально-поршневого насоса показана на рисунке.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Угол наклона блока 1 изменяется с помощью винтовой передачи 2. Если наклон отсутствует, то подача насоса будет равна 0. При максимальном значении угла наклона блока относительно оси приводного вала подача насоса будет максимальной.

Регулируемый насос с наклонным диском

Рабочий объем насосов данного типа можно регулировать изменяя угол наклона шайбы. Управление может быть механическим или гидравлическим.

На рисунке показан аксиально-поршневой регулируемый насос с наклонным диском 2. На который с одной стороны воздействует плунжер 3, с другой — пружина 1.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

При изменении давления рабочей жидкости под плунжером наклон диска будет меняться.

При отсутствии наклона шайбы подача насоса будет нулевой. При увеличении угла наклона шайбы подача будет увеличиваться.

Насосы НАР, НАС, НАД..

Общие сведения

Регулируемые аксиально-поршневые насосы типа НА предназначены для подачи масла под давлением до 20 МПа в гидросистемы различных машин и агрегатов.

Типоразмерный ряд насосов состоит из трех моделей с рабочим объемами 40, 63, 71 см³.

В зависимости от вида управления подачей насосы имеют следующие четыре исполнения:

НАР – с механизмом ручного регулирования подачи и переменным направлением потока масла;

НАС – со следящим гидравлическим механизмом регулирования подачи и переменным направлением потока масла;

НА4М – с механизмом электрогидравлического регулирования подачи и переменным направлением потока масла;

Читайте также:  Осушка воздуха после компрессора принцип работы

НАД – с регулятором мощности с постоянным направлением потока масла.

Пример обозначения 1НАС 63/200 УХЛ 4:

1 – вспомогательный насос – однопоточный;

НА – тип изделия – аксиально-поршневой насос;

С – вид управления – следящий механизм;

63 – рабочий объем, см³.

200 – номинальное давление, кгс/см²;

УХЛ – климатическое исполнение – «умеренно холодный климат»;

4 – категория размещения.

Состав, устройство и работа

Состав

Регулируемый аксиально-поршневой насос типа НА представляет собой агрегат, состоящий из следующих узлов: аксиально-поршневого насоса высокого давления; механизма регулирования подачи; вспомогательного насоса низкого давления (основное исполнение для НАС и НА4М, по заказу – для НАР и НАД).

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рис. 1. Габаритные и присоединительные размеры насоса типа НАР

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рис. 2. Габаритные и присоединительные размеры насоса типа НАС

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рис. 3. Габаритные и присоединительные размеры насоса типа НА4М

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рис. 4. Габаритные и присоединительные размеры насоса типа НАД

Устройство

В передней части корпуса 8 установлен роликовый подшипник 5, служащий опорой ротора 13 и воспринимающий радиальные нагрузки, которые возникают в месте контакта плунжеров 14 с упорным диском 18. При вращении ротора плунжеры совершают возвратно-поступательное движение, осуществляя таким образом всасывание и нагнетание масла.

Контакт между плунжерами и упорным диском выполнен при помощи завальцованных на сферических головках плунжеров бронзовых подпятников, разгрузка которых осуществляется подводом масла под давлением к их опорной поверхности. Пружина 15 через сферическую опору 17 и прижимной диск 16 осуществляет постоянный поджим плунжеров с подпятниками к прижимному диску. Другой стороной пружина 15 вместе с пружиной 6 прижимает ротор к распределительному диску 7. Масло подводится к торцу ротора и отводится от него через распределительные диск и корпус 8, к которому крепятся фланцы для присоединения насоса с гидросистемой.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рис. 5. Аксиально-поршневой насос

В передней крышке 4 на двух подшипниках (радиальном 2 и радиально-упорном 3) установлен приводной вал 1. Подшипники позволяют осуществлять безлюфтовую посадку вала и исключать влияние на ротор нагрузки со стороны привода. Сопряжение приводного вала с ротором осуществляется при помощи эвольвентного шлицевого соединения, компенсирующего в процессе работы относительное смещение и угол излома осей.

Изменение подачи насоса осуществляется поворотом наклонной шайбы 19 в цилиндрической направляющей передней крышки. Наклонная шайба посредством пальцев 21 связана с сервопоршнем 20, который перемещает наклонную шайбу на задний угол, изменяя таким образом подачу насоса.

В задней части корпуса насоса размещены два реверсивных клапана 10, которые обеспечивают всасывание и нагнетание масла в соответствующие полости насоса в реверсивном режиме. Напорно-всасывающий клапан выполняет две функции: функцию всасывающего клапана 11 при работе насоса на всасывании в открытых схемах и функцию напорного клапана 12 в закрытых системах при отсутствии самовсасывания. Утечки из корпуса насоса отводятся через отверстие К. В передней крышке имеется указатель подачи.

Конструкция механизмов управления

Механизма ручного регулирования подачи

Механизм предназначен для изменения подачи вручную от нуля до номинального значения при работе насоса без нагрузки (при давлении не выше о,5 МПа) и устанавливается в передней крышке насоса. В корпусе 3 находится винт 4, рабочая часть которого вворачивается в резьбовое отверстие поршня 5, соединенного при помощи пальцев с наклонной шайбой насоса. При вращении маховика 2 поршень перемещается по винту и поворачивает наклонную шайбу.

Необходимое положение фиксируется гайкой 1. Механизм ручного регулирования позволяет изменять подачу насос анна какой-нибудь одной его полости. Схема соединения трубопровода с насосом в зависимости от работы на той или другой полости указана на табличке, прикрепленной к насосу.

Насос с механизмом ручного регулирования не имеет вспомогательного подпорного насоса и реверсивных клапанов.

Следящий гидравлический механизм регулирования подачи

Следящий механизм предназначен для плавного изменения подачи насоса от нуля до номинального значения на любой из полостей насоса при работе под давлением и без него. Механизм расположен непосредственно в передней крышки насоса. Основным элементом следящего механизма является гидроусилитель, состоящий из поршня 1 с запрессованной в его втулкой 2, следящего золотника 3 и штока 4. Перемещение поршня обеспечивает поворот наклонной шайбы. Масло от соответствующей полости в корпусе подводится через обратные клапаны в гидросистему. При перемещении штока 4 вниз полость В гидроусилителя соединяется со сливом, и поршень под действием давления масла перемещается вниз, поворачивая наклонную шайбу и изменяя тем самым подачу насоса. При перемещении штока вверх масло по каналу Е гидроусилителя поводится в полость В, и за счет разности площадей поршень поднимается вверх.

Читайте также:  Как вставить полотно в ножовку по металлу

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рис. 6. Механизм ручного регулирования подачи

В передней крышке насоса установлены три обратных клапана; два из них обеспечивают подвод масла к гидроусилителю, а третий – от вспомогательного насоса для перевода наклонной шайбы через положение нулевой подачи. Предохранительный клапан 9 вспомогательного насоса расположен в корпусе 8. Верхнее и нижнее положения штока соответствуют номинальной подаче. Соответствие полостей нагнетания и всасывания положению следящего золотника указано на таблице, прикрепленной к насосу.

Механизм электрогидравлического регулирования подачи

Механизм предназначен для дистанционного ступенчатого регулирования подачи насоса от электрического сигнала и состоит из двух основных частей: исполнительной и задающей. Исполнительная часть включает в себя все элементы следящего механизма регулирования подачи, задающая часть обеспечивает установку следящего золотника в требуемое положение.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

При включении одного из электромагнитов масло подается под соответствующий плунжер 1. Этот плунжер, воздействуя на рычаг 4, выводит шток в положение, определяемое винтом 3.

На корпусе механизма имеются таблички «Эм1», «Эм2», «Эм3», «Эм4», указывающие номер электромагнита, и «П1, П2, П3, П4», обозначающая соответствующие установочные винты.

Для изменения подачи необходимо отпустить гайку 2 и, вращая винт 3, установить его в нужное положение, после этого затянуть гайку.

На корпусе механизма установлена табличка, которая указывает соответствие установочных винтов электромагнитов и полостей нагнетания.

Электрооборудование. На насосах типа НА4М с электрогидравлическим управлением применяются гидрораспределители Р34-Э1ВК-С6/200 с электромагнитами. Напряжение электромагнитов 110 В, род тока – переменный.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рис. 8. Механизм электрогидравлического регулирования подачи

Регулятор мощности

Регулятор мощности предназначен для автоматического изменения подачи насоса в режиме постоянной выходной мощности и допускает настройку для поддержания постоянной выходной мощности в диапазоне от 30 до 80 % от номинальной мощности на одной полости насоса.

Регулятор выполнен в самостоятельном корпусе и устанавливается в передней крышке насоса. Масло из полости нагнетания поступает в полости штока 2 и следящего золотника 1, так как у штока диаметр больше, чем у следящего золотника, то на шток действует усилие, зависящее от давления нагнетания. До начала регулирования усилие на шток уравновешивается силой пружин 3 и 4.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Рис. 9. Регулятор мощности

При увеличении давления нагнетания шток начинает перемещаться вверх вместе со следящим золотником, пока действие давления не уравновесится, при этом силой сжатия пружины площадь окна во втулке 2, соединяющей канал Е поршня 1 со штоковой полостью золотника, увеличится, а следовательно, увеличится давление в полости В гидроусилителя. Он начнет перемещаться вверх, изменяя значение подачи посредством изменения угла наклона наклонной шайбы, до тех пор, пока усилия, действующие на гидроусилитель в штоковой полости и полости В, не уравновесятся.

Благодаря наличию настроенных винтов 5 и 6 можно изменить характеристику пружин и поддерживать выходную мощность в заданном диапазоне.

В гидроприводах применяются в основ­ном аксиально-поршневые насосы с наклонным блоком (НБ) и наклонным диском (НД). Сравним эти гидромашины с равными давлениями и рабочими объемами.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительностиУстройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Габаритные размеры и масса. Более благоприятен тип насосов с НД вследствие отсутствия громоздкого узла подшипников, консольного вала и отклоняемой люльки, вмещающей блок цилиндров. Это особенно сказы­вается на регулируемых гидромашинах и в меньшей степени на нерегулиру­емых. Кроме того, момент инерции люльки в машинах с НД гораздо мень­ше, чем в машинах с НБ, и это обусловливает их большее быстродействие при изменении подачи.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Трудоемкость изготовления. Более благоприятен тип насосов с НД бла­годаря меньшей металлоемкости и меньшему числу деталей высокой точно­сти. Трудоемкость изготовления насосов с НБ на 8-12% выше, чем насосов с НД (из-за усложнения изготовления поршневой группы и синхронизирую­щих устройств).

Долговечность. Из-за меньшей нагруженности подшипников и возмож­ности более широкого использования гидростатических опор более благо­приятен тип насосов НД. Отметим, что в машинах с НБ нагрузка на подшип­ники слабо зависит от угла наклона блока, а в машинах с НД она пропорци­ональна тангенсу этого угла. Это обстоятельство, а также малая инерция вращающихся деталей выгодно отличают гидромашины с НД при использо­вании их в насосных установках переменной производительности с постоян­ным давлением. Ресурс гидромашин с НБ составляет 10000 ч при давлении 32 МПа, ресурс насосов с НД при тех же давлениях — 13000 ч (ресурс ма­шин определяют подшипниковые узлы).

Читайте также:  Схема подключения конденсаторного двигателя

Коэффициент полезного действия. Более приемлем тип насосов с НБ. В гидромашинах с НД механические потери из-за больших радиальных сил, действующих на поршни, больше/Одновременно из-за широкого примене­ния гидростатических опор и больших линейных скоростей в парах трения в них больше утечки. В целом эти факторы ведут к снижению КПД для оп­тимальной зоны характеристики на 2-3%. Коэффициенты подач гидрома­шин с НБ и НД при давлении 32 МПа составляют около 95%. КПД гидро­машин с НД 88-90%, с НБ 90-92% (выше, так как зависит от условий ра­боты поршневой группы, связанной с кинематикой качающего узла).

Частота вращения. Гидромашины с НБ позволяют выполнять систему распределения с меньшими радиальными размерами. Это при ограниченности линейных скоростей допускает их использование при более высоких частотах вращения, что в конечном итоге повышает энергоемкость.

Всасывающая способность. Более благоприятны гидромашины с НБ. В них окружные скорости окон цилиндров меньше, а размеры окон могут быть выполнены большими, что уменьшает вероятность снижения подачи из-за кавитации. Всасывающая. способность насосов с НБ выше, так как мертвые объемы рабочих камер у них минимальны. Кроме того, проточные части насосов выполнены более короткими, что уменьшает потери.

Страгивание и минимальная частота вращения гидромотора. Более при­емлем тип насосов с НБ. Из-за больших механических потерь и утечек у гидромоторов с НД минимальная устойчивая частота вращения и давление страгивания больше, чем у гидромоторов с НБ. Это затрудняет использование гидромоторов с НД при малых скоростях и перепадах давления. У гидромо­торов с НД момент инерции вращающихся масс значительно меньше, чем у гидромоторов с НБ, что сокращает время разгона, торможения и реверса.

Вибростойкость. Благодаря отсутствию тяжелого отклоняемого на­клонного блока, вмещающего блок цилиндров, более благоприятен тип на­сосов с НД.

Требования к рабочей жидкости. Более благоприятен тип насосов с НБ. Благодаря обилию тяжело нагруженных пар трения для гидромашин с НД требуется рабочая жидкость более вязкая, стойкая к повышению темпера­туры и мятию; кроме того, необходима более тонкая фильтрация жидко­сти: для гидромашин с НД около 10—15 мкм, с НБ — 15—25 мкм.

С ростом давления долговечность насосов с НБ быстро снижается, а для насосов с НД рост давления мало влияет на долговечность, так как под­шипниками воспринимается только радиальная составляющая силы. В свя­зи с этим насосы с НБ лучше использовать для переменных нагрузок, а на­сосы с НД — для постоянных.

Насосы с НБ менее чувствительны к росту частоты вращения, чем насосы с НД, у Них лучше всасывающие характеристики, так как мерт­вые объемы меньше. Благодаря этому насосы с НБ лучше применять для открытых гидросистем, а насосы с НД — для замкнутых.

Устройства аксиально поршневого насоса насос переменной производительности

Таким образом, гидромашины с НД предпочтительны в гидроприводах мобильных машин, где массовые и габаритные показатели важны для удоб­ного встраивания. В гидроприводах общепромышленного применения, рассчитанных на длительную эксплуатацию, предпочтительны гидромашины с НБ. Перспективно использование гидроприводов, состоящих из насоса с НД и гидромотора с НБ, поскольку такие гидромоторы мало отличаются по массе и габаритам от гидромоторов с НД, превосходя их по эксплуата­ционным показателям. Практика показывает, что в гидроприводах мобиль­ных и стационарных машин находят применение как насосы с НБ, так и на­сосы с НД. Примером могут, служить насосы фирмы «Рексрот» типа А4 и А5 для мобильных машин. Насосы А4 с НД применяются при режимах длительной нагрузки. Насосы А5 — для систем мобильных машин с более легкими условиями по нагрузке, но допустима эксплуатация в сильно за­пыленной среде. Конструктивная схема А5 — насос с НБ, шатунная кинема­тика, бескарданный.