Информация о гидравлике

Ротационно-пластинчатые насосы являются насосами объемного типа, состоящими из лопастей, которые крепятся к ротору, вращающемуся внутри полости. Отличительная черта пластинчатых насосов - равномерная подача потока жидкости (в отличие от шестеренных).  Также такие насосы имеют простую конструкцию, просты в использовании и стоят гораздо дешевле поршневых моделей.

Может возникнуть вопрос: где они применяются? Пластинчатые насосы и гидромоторы широко используются в станкостроении и во многих отраслях машиностроения. Их используют в гидроприводах станков, строительной технике, автомобилях, химическом и пищевом машиностроении.  

Типы пластинчатых насосов

В самом простом лопастном насосе круглый ротор вращается внутри круглой полости. Центры этих двух окружностей смещаются, что приводит к эксцентриситету. Лопасти устанавливаются в пазах, которые вырезаны в роторе. Лопасти перемещаются в пределах этих пазов в определенном ограниченном диапазоне, поэтому они могут поддерживать контакт со стенкой полости при кручении ротора. Лопасти поддерживают контакт с помощью пружины , гравитации и центробежной силы. В механизме присутствует небольшое количество масла , чтобы обеспечить лучшее уплотнение между кончиками лопастей и стенкой полости. Контакт между лопастями и стенкой делит полость на лопастные камеры, которые выполняют насосную работу. На стороне всасывания насоса лопастные камеры увеличены в объеме и заполнены жидкостью, нагнетаемой входным вакуумным давлением, то есть давлением перекачиваемой системы, но иногда и просто атмосферным. На стороне нагнетания насоса лопастные камеры уменьшаются в объеме, сжимая жидкость и тем самым вытесняя ее из выпускного отверстия. Под действием лопастей при каждом обороте проходит один и тот же объем жидкости.

Пластинчатый насос однократного двукратного и многократного действия: принцип действия

Как работают пластинчатые насосы? Принцип работы пластинчатого насоса однократного действия - в механизмах однократного действия за один оборот вала происходит один полный цикл работы, который включает в себя: процессы всасывания и нагнетания. В устройствах двойного действия за один оборот вала происходят два полных цикла работы, тройного действия - 3 цикла и т. д. Устройства однократного действия производятся как насосы пластинчатые регулируемые, так и нерегулируемые; на ротор такой машины в радиальном направлении действует давление рабочей жидкости, которое передается на опоры, монтируемые большей частью на подшипниках качения. Поэтому величина давления рабочей жидкости, циркулирующей в таких машинах, определяется имеющимися в распоряжении конструктора подшипниками. Пластинчатый насос двойного и пластинчатый насос многократного действия выполняются только как нерегулируемые, но зато давление рабочей жидкости, действующее на ротор в радиальном направлении, уравновешивается, опоры машины разгружаются и вал ее передает только крутящий момент. Это является существенным преимуществом, в значительной степени предопределяющим простоту и компактность конструкции, и малый ее вес.

Регулируемый пластинчатый насос

Одним из основных преимуществ лопастного насоса является то, что его конструкция легко подходит для использования в качестве насоса с переменным рабочим объемом. Пластинчатые насосы однократного действия являются регулируемыми, в отличие от пластинчатых насосов двукратного действия, благодаря смещению центра вращения ротора на величину e, относительно центра статора. А пластинчатые гидравлические насосы двукратного действия являются нерегулируемыми, так как центры ротора и статора объединены и не могут быть смещены.

Плюсы и минусы

Как у любого другого устройства, у пластинчатых (шиберных) насосов есть свои достоинства и недостатки.

Плюсы:

• Достаточно низкая пульсация выходного потока

• Низкий уровень шума

• Возможность регулирования рабочего объема

Минусы:

• Сложная конструкция, что приводит к возникновению трудностей при его ремонте

• Небольшие рабочие давления

• Может возникнуть залипание пластин, во время работы при низких температурах

• Может возникнуть заклинивание пластин во время работы при высоких температурах

Материалы

Ротор и корпус пластинчатого насоса обычно производят из: чугуна, ковкого чугуна, стали, нержавеющей стали латуни и пластика. Лопасти и толкатели - из стали. Торцевые пластины - также из стали. Для уплотнения вала применяют составные механические уплотнения, стандартные картриджные механические уплотнения и насосы с магнитным приводом.

Установка

Вакуумный насос должен располагаться в доступном месте, чтобы при необходимости к нему можно было получить доступ. Обычно его устанавливают в горизонтальном или вертикальном положении выше уровня рабочей жидкости или же с погружением в нее, что обеспечивает более благоприятные условия его работы, но делает затруднительным наблюдение за насосом во время его использования. При установке необходимо соединять вал насоса с приводным валом с помощью упругой муфты. Максимальное допускаемое радиальное смещение осей составляет 0,3 мм, а максимальный угол перекоса осей 1 градус. Для защиты насоса и гидросистемы от перегрузок устанавливают предохранительный клапан, расход которого должен соответствовать производительности насоса. Применяемое масло должно быть хорошо профильтровано. Во время установки нужно соблюдать абсолютную чистоту. Необходимо тщательно очистить внутренность масляного бака. Если при монтаже применяются стальные трубы, внутренняя поверхность их должна быть тщательно очищена от ржавчины и окалины, поэтому трубы должны быть протравлены. Масляный бак должен быть окрашен маслостойкой краской и в нем должны быть предусмотрены отстойники. Также он должен быть полностью герметичным, чтобы в масло не попадали посторонние предметы, мусор и грязь. В соответствии с ГОСТом масло не должно содержать посторонние частицы размером более 40 мкм. Обычно для заливки масла в верхней части бака устанавливается сетчатый фильтр. Заполнение бака маслом контролируется по указателю уровня. Во избежание чрезмерного нагрева масла следует правильно выбирать объем бака. Внутри бака устанавливают перегородку высотой 2/3 нормального уровня масла, которая разделяет всасывающую магистраль насоса от сливной. Всасывающий и сливной трубопроводы глубоко опускаются в бак, но они не должны доходить до дна бака приблизительно на два диаметра трубы. При правильной эксплуатации насоса, масло меняют раз в полгода, а то и чаще. Перед установкой насоса его полости желательно заполнить чистым минеральным маслом. Также во время монтажа нужно обратить внимание, что при установке некоторых пластинчатых насосов, у них нужно вывернуть штуцер в крышке для отвода утечек, вынуть стальное кольцо и извлечь бумажную заглушку, после чего нужно вставить обратно стальное кольцо, поставить трубку для отвода утечек и завернуть штуцер. Нельзя забывать, что следует следить, чтобы стальное кольцо не перекрыло отверстие в крышке, отводящее утечки, иначе насос может выйти из строя. 

Возможные проблемы и их решение

В работе насоса, как и любого другого прибора, время от времени могут происходить сбои. Некоторые неполадки можно сразу же исправить, над исправлением других придется немного потрудиться. Что делать если:

1. В насос при вращении не подает масло

Это может происходить по нескольким причинам:

• неправильное направление кручения вала

• низкий уровень масла в баке

• засорение всасывающей трубы

• подсасывание воздуха во всасывающей магистрали

• слишком медленное вращение вала насоса 

• слишком высокая вязкость масла

Что нужно делать:

• немедленно изменить направление вращения вала, чтобы не произошло заедание деталей из-за отсутствия смазки

• добавить масло в бак для того, чтобы всасывающая труба была погружена в масло на достаточную глубину

• прочистить всасывающую магистраль

• тщательно подтянуть соединения на всасывающей магистрали, проверить герметичность всасывающей магистрали

• повысить скорость вращения вала насоса в соответствии с технической - характеристикой

• применить менее вязкое масло согласно приведенным рекомендациям

2. Насос нагнетает масло, но не развивает нужного давления:

Возможные причины:

• предохранительный клапан установлен на недостаточно высокое давление

• предохранительный клапан застрял в открытом положении

• могут происходить повышенные утечки в узлах гидравлической системы: цилиндрах, золотниках, клапанах

• одна или несколько пластин застревают в пазах ротора (заклинивание вследствие загрязнения, повышенной вязкости масла или недостаточной точности изготовления)

Что делать:

• упереть поршень цилиндра в жесткий упор или затормозить вал гидромотора и проверить давление по манометру, отрегулировать клапан

• очистить клапан от грязи

• испытать узлы гидросистемы независимо один от другого

• снять крышку насоса и распределительный диск, затем проворачивая вал от руки, проверить свободное перемещение пластин в пазах ротора: если пластина перемещается туго - снять ротор с вала, заметив нахождение пластин в каждом пазу, так как пластины могут быть не взаимозаменяемыми - промыть детали и при необходимости произвести притирку пластины до легкого хода ее в пазу ротора

3. Насос работает слишком шумно: 

Причины:

• частичное засорение всасывающей магистрали

• попадание в масло воздуха через соединения всасывающей магистрали насоса

• неправильная выверка соединительной муфты

• попадание во всасывающие каналы насоса посторонних предметов

• содержание в масле пузырьков воздуха

• закрытое отверстие, которое соединяет пространство над маслом в баке с атмосферой

• чрезмерно быстрое вращение вала насоса

• слишком высокая вязкость масла

Что делать:

• прочистить всасывающую трубу или заменить ее

• полить маслом соединения на всасывающей магистрали и послушать изменения в шуме при работе насоса, затем плотно подтянуть все соединения

• выверить муфту

• разобрать насос и промыть в керосине всасывающие каналы

• поместить концы сливных трубопроводов ниже уровня масла в баке и на достаточное расстояние от всасывающего трубопровода

• обеспечить сообщение пространства над маслом в баке с атмосферой через отверстие или воздушный фильтр

• снизить скорость вращения вала насоса в соответствии с технической характеристикой

• применить менее вязкое масло согласно приведенным рекомендациям.

Если Вы обнаружили в работе насоса более серьезные неполадки, необходимо провести полную диагностику прибора, затем отремонтировать его или заменить на новый.

Гидронасос является устройством, преобразующим механическую энергию в гидравлическую. Гидравлические насосы довольно просты и удобны в эксплуатации. Их используют в различных сферах деятельности и производственных отраслях.

Выделяют следующие виды гидравлических насосов:

• роторно-зубчатые 

• роторно-поршневые 

• роторно-пластинчатые

В свою очередь роторно-зубчатые подразделяются на: шестеренные, винтовые и героторные.

Шестеренные насосы

Самыми простыми гидронасосами высокого давления по своей конструкции являются шестеренные насосы. На рисунке 1 представлена схема устройства такой гидравлической системы:

Рис.1

В корпусе (1) в подшипниковых узлах (5) находятся 2 вала-шестерни (2,3), которые находятся в зацеплении. Вал (2) являет­ся ведущим, и к нему с помощью муфты подсоединяется приводной двигатель (электродвигатель или двигатель другого типа - внутреннего сгорания). Корпус гидросистемы закрывается торцовыми крыш­ками (7,8). К входному отверстию А присоединяется всасывающий тру­бопровод, а к выходному отверстию Б – напорный.

На рисунке 2 можно наглядно увидеть принцип работы насоса:

Рис.2

Принцип работы гидравлического насоса: При вращении шестерен (2,3), которые устанавливаются в корпус (1) в направлении, показанном на рисунке - во всасывающей ка­мере А создается разрежение за счет ее увеличения при выходе зуба од­ного колеса из впадины другого. На концах всасыва­ющего трубопровода (4) создается разность давлений (между атмосфер­ным давлением Pa и разрежением в камере насоса) и сила, поднимаю­щая жидкость из бака (5) в полость насоса А. Жидкость заполняет эту полость и находящиеся в ней впадины зубьев обеих шестерен и перено­сится ими по периферии зубчатых колес при их вращении в полость Б, где зубья входят во впадины и вытесняют рабочую жидкость в напор­ную гидролинию насоса, создавая поток Qн. Величина этого потока будет зависеть от числа впадин зубьев и их размеров.

Чаще насосы для гидравлической жидкости шестеренного типа нельзя регулировать, что является довольно большим недостатком. Они предназначены для работы с постоянным потоком жидкости.

Винтовые насосы

На рисунке 3 представлена схема конструкций винтовых насосов: а - трехвинтового, б - двухвинтового, в - поперечное сечение трехвинтового насоса: 

Рис.3

Во время кручения ведущего винта (2) и находя­щихся с ним в зацеплении двух винтов-замыкателей (3) в винтовых ка­навках возникают замкнутые объемы, а винтовые нарезки представля­ют собой в этом случае поршни, перемещающиеся вдоль оси. В полости, соединенной с баком тру­бопроводом через канал А, создается разрежение, она заполняется под действием силы, возникающей от разности давлений, жидкостью, которая переносится винтами в по­лость нагнетания и вытесняется ими далее через канал Б в гидравличес­кую систему. По такому же принципу происходит работа двухвинтового насоса.

Героторные насосы

Рисунок 4 демонстрирует принцип работы героторного насоса:

Рис.4 

Героторные насосы можно считать разновидностью шестеренных насосов с внутренним зацеплением. Но у этих гидросистем существует ряд отличительных признаков:

• Внутреннее зубчатое колесо (2) с внешними зубьями имеет число зубьев на единицу меньше, чем наружное зубчатое колесо (1) с внутренним зубом. 

• Ко­лесо (1) не двигается, а вращается только внутреннее колесо (2).

• В героторных гидравлических системах нет разделительного элемента, который нужен, чтобы не допустить соединение всасывающей и нагнетательной камер насоса.

При вращении шестерни (2), которая является ротором насоса, ее зубья входят во впадины зубчатого колеса (1) и вытесняют жидкость в напорную гидролинию, ге­нерируя гидравлическую энергию. Одновременно противополож­ные зубья выходят из впадин колеса (1), всасывая жидкость из бака. Во время кручения ротора каждая впадина наружного коле­са (1) попеременно становится всасывающей А и напорной камерой Б такого насоса. Если роторная шестерня (2) имеет 6 зубьев, а статорная шестерня (1) 7 зубьев, то за один оборот приводного вала, колесо (2) делает 6 оборотов относительно зубчатого колеса (1).

Роторно-поршневые насосы

По конструкции выделяют три типа гидравлических систем (роторно-поршневых):

• радиально-поршневые

• аксиально-поршневые

• кулачковые (эксцентриковые)

На рисунке 5 показан принцип работы радиально-поршневого насоса:

Рис.5

Радиально-поршневые насосы состоят из: статора (1), ротора (2), плунжеров (3), разделителя (4). Ротор (2) устанавливается относительно статора (1) с эксцентриситетом е. При его вращении по стрелке с частотой п плунжеры (3), которые находятся в верхнем полукруге, движутся поступательно от центра вращения, увеличивая объем всасы­вающей камеры А. В ней создается разрежение, и рабочая жидкость, находящаяся в баке, под действием силы, вызванной разностью между атмосферным давлением и давле­нием во всасывающей камере, заполняет весь ее объем. Плунжеры, на­ходящиеся в нижнем полукруге, движутся поступательно к центру вра­щения и вытесняют рабочую среду в напорную камеру Б и далее в гид­равлическую систему. За один оборот ротора каждый плунжер совершает один такт всасывания и нагнетания, причем каж­дый такт происходит за пол-оборота.

Аксиально-поршневые насосы

Рисунок 6 - схема аксиально-поршневого насоса:

Рис.6

Такие насосы называются аксиально-поршневыми, так в них плунжеры в роторе располагаются параллельно оси вращения. Основные конструктивные элементы аксиально-поршневых насосов: корпус (1), планшайба (2), плунжеры (3), ротор (4). Когда ротор (4) вращается, благодаря наклонной планшайбе (2) плунжеры (3) совершают возвратно-поступательное движение. При смещении верхнего плунжера влево увеличивается объем полости у правого его торца, и за счет этого там создается разрежение. Под действием силы, возникшей из-за разности атмосферного давления и давления в полости у плунжера, рабочая жидкость заполняет эту полость из бака через канал А и левую всасы­вающую канавку К в распределительном диске (5). При пе­ресечении плунжером перемычки между канавками К он начинает пе­ремещаться вправо и вытеснять жидкость в правую напорную канав­ку К, канал Б и далее в гидравлическую систему.

Кулачковые насосы

На рисунке 7 изображен кулачковый насос:

Рис.7

Кулачковые насосы широко применяются, так как дают возможность обеспечить получение значительных потоков жидкости (более 1000 л/мин) и могут работать при высоких давлениях, достигаю­щих 100 и более МПа. ,Также их удобно встраивать непосредст­венно в корпус какого-либо технологического оборудования. Все ку­лачковые насосы являются насосами клапанного распре­деления жидкости. На рисунке 7 изображен насос, в котором вращение эксцентрикового (коленчатого, кулачкового) вала (1), смонтированного на опорах (2), вызывает возвратно-поступательное движение плунже­ров (5), установленных в корпусе (3). Поджим плунжеров (5) и связанных с ними подпятников (4) к поверхности вала осуществляется пружинами б. Внутренняя полость насоса каналом А связана с баком и заполнена ра­бочей жидкостью. На такте всасывания, когда плунжеры движутся вверх, увеличивается объем полости у нижнего торца плунжера. Благо­даря наличию канавок К, выполненных на поверхности вала, в такте всасывания жидкость заполняет увеличивающуюся полость под плун­жером. В такте нагнетания, когда плунжер уже не контачит с канав­кой К, движущийся вниз плунжер вытесняет жидкость через клапан (7), отжимая шарик (8) от седла и преодолевая силу пружины обратного кла­пана, в канал Б и далее в гидросистему по трубопроводу, подсоединяе­мому к выходу Б.

Рисунок 8 - эксцентриковый насос звездообразного исполнения:

Рис. 8

Здесь используется однокулачковый вал (1), который устанавливается на опоры в крышке (2) и корпусе (4), а пять плунжеров (12) размещены в корпусе (4) звездообразно внутри бобышек (11). Это позво­ляет уменьшить длину вала между опорами и увеличить его жесткость, а также уменьшить осевые размеры насоса. Плунжеры связаны с под­пятниками (10), которые опираются на обойму (5), смонтированную на валу на опорах вращения. В этом насосе применен дополнительный насос (7), соединенный с эксцентриковым валом (1) муфтой (6) и обеспечивающий принудительное заполнение всасывающих полостей основного насоса по трубопроводу Т через обратный клапан (8) в такте всасывания, когда плунжеры движутся к оси вращения вала (1). В такте нагнетания, когда плунжеры движутся от оси вращения вала (1), жидкость вытесняется че­рез нагнетательный клапан (9) в выходной канал Б. Диски (3) предназна­чены для уравновешивания вращающихся масс.

Роторно-пластинчатые насосы

Эти насосы имеют в своем составе пластины, устанав­ливаемые на ротор насоса. Пластины играют роль вытеснителей жид­кости и часто называют шиберами. К этой группе относятся радиально-пластинчатые насосы однок­ратного и многократного действия. Под кратностью понимается чис­ло тактов всасывания-нагнетания за один оборот ротора насоса. Тео­ретически возможно создание и аксиально-пластинчатых насосов. Но на практике это не нашло своего решения из-за сложных конст­руктивных исполнений и значительных затрат.

На рисунке 9 показан принцип работы пластинчатых насосов:

Рис.9

При вращении ротора (2), уста­новленного в корпусе (1) с эксцентриситетом е, по стрелке изменяется объем полости, заключенный между поверхностями ротора, пластин, корпуса (статора) и боковых торцовых крышек насоса (на рисунке не показаны и находятся в плоскости рисунка). Причем в нижней полуок­ружности этот объем увеличивается, а в верхней полуокружности - уменьшается. При увеличении объема создается разрежение, и под дей­ствием силы, возникающей из-за разности атмосферного давления и давления в полости насоса, жидкость поднимается по трубопроводу из бака и заполняет по каналу А увеличивающуюся полость между плас­тинами. Кручением ротора она переносится в верхнюю полуокруж­ность, где объем уменьшается, и вытесняется пластинами в нагнета­тельный канал Б. Во время вращения ротора пласти­ны совершают в пазах возвратно-поступательное движение, действуя как своеобразные плоские плунжеры толщиной 8. Это свойство может быть использовано как дополнительный насос.

Аксиально поршневой насос - компактное, сравнительно простое в использовании, легко регулируемое и отличающееся высокими характеристиками и отработанной конструкцией устройство, которое широко используется в гидроприводах высокого и среднего давления. На основе регулируемых аксиально поршневых насосов можно создать сложные агрегаты для машин с замкнутой системой циркуляции, состоящие из: встроенного насоса, датчика основных параметров и блока гидроаппаратуры.

Выделяют следующие виды аксиально поршневых систем:

• аксиально поршневые насосы с наклонным диском

• аксиально поршневые насосы с наклонным блоком

• регулируемые аксиально поршневые насосы

• нерегулируемые аксиально поршневые насосы

Аксиально-поршневые насосы с наклонным диском

Рабочий объем аксиально поршневого насоса составляет q=4...1000 см3. Давление аксиально поршневых насосов -  р=8...42 МПа. Частота вращения n до 5000 мин-1. На рисунке 1 представлена схема аксиально поршневого насоса:

Как работают аксиально поршневые гидравлические насосы? Принцип действия аксиально поршневых насосов достаточно прост. Опорно-распределительный диск (6) и наклонный диск (2) располагаются в корпусе, они неподвижны. Блок цилиндров (4) вращается засчет электродвигателя (1) с помощью вала (11). В блоке цилиндров находятся рабочие камеры (5), в которых перемещаются плунжеры (3). В каждой камере есть осевое отверстие, которое попеременно сообщается с полукольцевыми пазами (9, 10) диска (6), связанными с напорной линией (7) и всасывающей линией (8) гидросистемы. Блок цилиндров прижимается к диску (6), а плунжеры к наклонному диску (2) с помощью пружины и давления жидкости. В результате вращения блока цилиндров (4) взаимодействующие с наклонным диском плунжеры совершают возвратно-поступательное движение. Двигаясь от точки A к точке B они выдвигаются из блока цилиндров и всасывают рабочую жидкость из бака через линию (8) и паз (10), а при движении от точки B к точке A вдвигаются в блок цилиндров и через паз (9) вытесняют рабочую жидкость в линию (7). Рабочий объем насоса рассчитывается следующим образом:

d – диаметр плунжера (3) 

D – диаметр окружности, где располагаются плунжеры в блоке цилиндров (4)

α – угол наклона шайбы (2) - переменный в регулируемых насосах

z – количество плунжеров

Теоретическая подача насоса Qт=q·ω, где ω -  частота вращения вала.

Так как в аксиальных насосах нет центробежной силы, благодаря которой плунжеры прижимаются к наклонному диску, чтобы ввести плунжеры необходимо использовать специальные механизмы в зоне всасывания.

На рисунке 2 представлена конструкция качающего узла насоса:

Блок цилиндров (4), в расточках которого находятся плунжеры (5), соединен с приводным валом (9) с помощью шлицевого или шпоночного соединения. На плунжерах находятся головки сферической формы с завальцованными бронзовыми подпятниками (2), которые прижимаются к наклонному диску (1)

благодаря пружине (7), сферической втулке (8) и прижимному диску (3). Для создания предварительного поджима блока цилиндров к торцовой поверхности распределителя (6) используется вышеупомянутая пружина (7). Рабочие полости соединяются с гидростатическими опорами подпятников через отверстия в поршнях. Во время работы насоса давление (р) в рабочей камере прижимает плунжер к подпятнику, а со стороны трущейся поверхности между подпятником и наклонным диском возникает противодействующее усилие (эпюра давлений pв), что позволяет минимизировать силу прижима, а следовательно - трение и износ сопряженных поверхностей. Одновременно за счет незначительной внутренней утечки обеспечивается эффективный теплоотвод из зоны трения. 

Подобная гидростатическая разгрузка происходит и в сопряжении блока цилиндров с наклонным диском. Со стороны рабочих камер, находящихся под давлением, на блок цилиндров действует прижимающая сила F (эпюра давлений pа в одной из камер), однако со стороны опорно-распределительной поверхности возникает противодействующая сила F (эпюра давлений pб), которая лишь немного меньше прижимающей.

На рисунке 2 можно заметить, что составляющая силы F в одной из камер равна произведению давления р на площадь донышка камеры за вычетом площади отверстия подвода (диаметр d). В свою очередь сила  F1 зависит от протяженности полукольцевого паза диска (6) и величины уплотняющих поясков (треугольные участки эпюры pб). Таким образом, если минимизировать силу F, можно уменьшить и требуемое прижимающее усилие F, т.е. увеличить диаметр d, что положительно сказывается на всасывающей способности насоса. Поскольку уменьшать уплотняющие пояски нецелесообразно из-за возрастающих объемных потерь в насосе, лучшим способом минимизации F, является расположение полукольцевых пазов распределителя возможно ближе к оси вращения блока цилиндров, что одновременно позволяет уменьшить относительные скорости скольжения в трущейся паре блок цилиндров.

Но существует несколько недостатков:

• При параллельном расположении плунжеров относительно оси вращения на диаметре d2 в блоке цилиндров, он становится непрочным; виной тому - малые перемычки, находящиеся между рабочими камерами. Проблема решается благодаря наклонному расположению плунжеров в блоке цилиндров. Многие современные насосы работают именно по этому принципу.

• Также большим недостатком является первичный и вторичный шум в ходе работы аксиально-поршневых насосов. Первичный шум появляется из-за существующей осевой нагрузки. Для насоса с q=46 см3 (9 поршней) в пределах 32...40 кН с частотой 225 Гц (при n = 1500 мин-1) из-за того, что в зоне нагнетания одновременно находятся 4 или 5 поршней. Для того чтобы справиться с данной проблемой проводится оптимизация геометрии корпуса - с помощью гидростатических опор, которые характеризуются высоким демпфирующим свойством. Благодаря этому исключаются резонирующие поверхности, проводится виброизоляция корпуса и соединительных элементов насосов. Вторичный шум появляется из-за резкого изменения давления рабочей камеры, когда она проходит сквозь распределительный диск, а именно его перемычку, которая разделяет его полукольцевые пазы. Все это можно считать несовершенством распределительных процессов.  Жидкость практически мгновенно сжимается и в гидросистеме появляется сильный шум, возникающий из-за значительных пульсаций потока. Такой шум по своей силе превышает звук работы самого насоса. Для уменьшения вторичного шума уменьшают объем жидкости рабочей камеры и устанавливают перемычки  дросселирующих щелей («усиков»), отверстий, связанных с напорной линией или специальной камерой предварительного сжатия, поворота распределительного диска на некоторый угол в направлении вращения, установки аккумуляторов на выходе из насоса.  
  

• Из-за существующих больших инерционных нагрузок, должны быть установлены плунжеры с минимальной массой. Но при выполнении расточки со стороны рабочей камеры, увеличивается сжимаемый объем и издаваемый звук. Для устранения этого недостатка было разработано специальное конструкторское решение - введение полых плунжеров с внутренней полостью, как в насосах Denison.

На рисунке 3 представлена конструкция насоса A4VSO фирмы Bosch Rexroth -  регулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным диском для систем открытой циркуляции:

Гамма насоса имеет рабочий объем q = 40, 71, 125, 180, 250, 355, 500, 750, 1000 см3. Номинальное давление 35 МПа (пиковое 40 МПа). Максимальная частота вращения 3200...1200 мин-1 (в зависимости от q). Основные детали и узлы насоса представлены: приводным валом (1), уплотнением (2) (давление до 0,4 МПа), подшипниками (3), корпусом (4), наклонным диском (5) на гидростатической опоре цилиндрической формы, пружинами (6), гидростатическими подпятниками (7), указателем угла наклона (8), плунжерами (9), гидроцилиндром управления (10), блоком цилиндров (11), распределительным диском со сферической опорной поверхностью (12), механизмом управления (13), задней крышкой (14), на которую монтируются дополнительные насосы в исполнениях со сквозным валом (thindrive). Благодаря шлицевому отверстию блока цилиндров, сопряженному с приводным валом, расположенному в зоне оси поворота наклонного диска, блок цилиндров самостоятельно устанавливается относительно сферической поверхности диска (12). Это происходит во избежание возникновения всевозможных неточностей и недочетов при изготовлении насоса и его использовании. Рабочую жидкость в насосе можно прокачать с помощью корпуса, что приведет к охлаждению подшипников.

Особенности аксиально-поршневых насосов

• высокий КПД (для насоса с q = 40 см3 при n = 2600 мин-1 h = 0.93)

• хорошая всасывающая способность (абсолютное давление во всасывающей линии 0.08 ... 3 МПа; диаметр всасывающего отверстия 40 мм для насоса с q = 40 смЗ)

• низкий уровень шума

• высокая долговечность

• возможность значительных радиальных и осевых нагрузок на приводном валу (для насоса с q = 40 смЗ допускаемая осевая нагрузка ± 600 Н и радиальная - до 1000 Н)

• компактная конструкция

• модульный принцип построения

• наличие исполнений со сквозным валом для комбинаций с различными насосами

• наличие индикатора угла наклона

• стандартизованные по нормам ISO присоединительные размеры

• возможность различных вариантов монтажа, в том числе над и под уровнем жидкости в баке

• широкий диапазон температур и вязкостей рабочей жидкости (от - 25 до + 90°С; ν =10...1000 мм2/c)

• возможность работы на водосодержащих жидкостях (при работе насосов с q = 40...500 смЗ на эмульсии HFA «масло в воде» с 95 процентным содержанием воды номинальное давление ограничивается до 14 МПа, пиковое - до 16 МПа, частота вращения 1950...1000 мин-1 в зависимости от q)

Благодаря установке управленческих механизмов с высоким быстродействием, которые строятся на основе модульного принципа, появляется все большее и большее количество разнообразных моделей аксиально-поршневых насосов.

На рисунке 4 показана принципиальная схема стабилизатора давления типа DR, позволяющий вручную или дистанционно (с помощью клапана в версии DRG)устанавливать давление от 2 до 35 МПа и поддерживать его на заданном уровне во всем диапазоне подач насоса A4VSO:

Величина желаемого давления pl устанавливается путем настройки пружины распределителя (1). При p<pl золотник распределителя находится в левом положении, и поршневая полость дифференциального цилиндра управления (2) соединяется со сливной линией. С помощью давления в штоковой полости и усилием пружины, шток цилиндра движется правее, а наклонный диск насоса встает в положение максимального угла наклона (αmax), которое соответствует максимальной подаче насоса. Когда давление в гидросистеме достигает значения рl золотник распределителя смещается вправо, поршневая полость цилиндра (2) соединяется с напорной линией и угол наклона α уменьшается практически до нуля (до величины, необходимой для компенсации утечек в гидросистеме при давлении рl). В диапазоне изменения подачи насоса от αном до нуля изменение давления не превышает 0,3 МПа. В данном механизме можно ограничить ход золотника распределителя (1) и двусторонний ход цилиндра (2).

На рисунке 5 представлена схема стабилизатора давления типа DP, синхронизирующего подачу нескольких насосов во время их параллельной работе:

Для реализации процесса синхронизации насосов при их параллельной работе, в механизм DR устанавливается устройство, контролирующее гидравлический угол наклона α, который состоит из 2/2 дросселирующего распределителя (3), механически связанного с кулачком, установленным на штоке цилиндра управления (2). Клапан (4) подключается к линиям управления нескольких насосов и одновременно меняет величину их подачи. При угле наклона диска одного из насосов, превышающим заданную величину, происходит подъем золотника распределителя (3) и уменьшение дросселирования потока в системе управления. Благодаря чему уменьшается давление в пружинной полости распределителя (1), золотник последнего дополнительно смещается вправо, и шток цилиндра (2) перемещается в направлении уменьшения угла наклона, после чего распределитель (3) прикрывается, и равновесное состояние устанавливается вновь.

На рисунке 6 изображен  стабилизатор расхода FR:

Благодаря стабилизатору расхода FR можно установить заданную величину подачи насоса и поддерживать ее постоянной в диапазоне давлений от нуля до рном, используя ручную регулировку. Отличительной особенностью стабилизатора расхода FR от устройства механизма DR - является установленный в напорную линию насоса дроссель (3), соединяющийся с пружинной полостью распределителя (1). Золотник распределителя находится в равновесии, когда перепад давлений Δр на дросселе создает усилие, равное регулируемому усилию его пружины. Любое изменение Δр вызывает соответствующее изменение угла наклона α, направленное в сторону уменьшения ошибки. Так, при увеличении р золотник распределителя (1) движется вправо, а угол α уменьшается до тех пор, пока Δр не достигнет заданного значения. Изменяя настройку дросселя (3) (в том числе с помощью пропорционального электромагнита), можно изменять подачу насоса. Во избежание повышенных потерь мощности величина Δp обычно не превышает 0.3…0.4 МПа. Подача насоса поддерживается постоянной в широком диапазоне давлений в линии В. Также представлено исполнение FRG с дистанционным гидравлическим управлением. 

На рисунке 7 представлена схема регулятора давления и расхода DFR:

Благодаря регулятору  давления и расхода DFR обеспечивается постоянная подача, которая устанавливается вручную и функция механически настраиваемого компенсатора давления. Иными словами данное устройство регулирует постоянную параллельную работу регулятора DR и регулятора FR. Настройку распределителей давления (1) и расхода (4) нужно проводить вручную. Пока давление в гидросистеме ниже давления р, настройки пружины распределителя (1), работает только распределитель (4). В случае когда давление увеличивается до р, начинает свою работу распределитель (1), который устанавливает угол наклона, близкий к нулю.

На рисунке 8 изображен Регулятор мощности LR2:

Данный регулятор стабилизирует приводную мощность, при постоянной частоте вращения. В поршне цилиндра управления (2) находится внутренняя камера с плунжером (3), под нижний торец которого подведено давление из штоковой полости (из напорной линии насоса). Плунжер (3) через подпятник взаимодействует с рычагом (4), на который сверху воздействует подпружиненный золотник распределителя (1), причем в установившемся режиме моменты, создаваемые плунжером на плече b и пружиной распределителя на плече a, равны, и рычаг находится в равновесии. При увеличении давления в гидросистеме возрастает усилие на плунжере (3), рычаг поворачивается и перемещает золотник распределителя вверх. В результате рабочая жидкость из напорной линии поступает в поршневую полость цилиндра (2) и перемещает его шток влево (в направлении уменьшения угла наклона a), причем в процессе этого движения подпятник плунжера (3) скользит по поверхности рычага (4). Новое равновесное состояние рычага достигается в результате уменьшения плеча b, после чего движение штока останавливается. Регулятор поддерживает гиперболическую зависимость Q=f(p), обеспечивая постоянство потребляемой насосом мощности. Ее величина настраивается вручную путем изменения усилия пружины распределителя (1). 

Выделяют несколько модификаций регуляторов:

• LR2D - с компенсатором давления

• LR2G - с дистанционным управлением 

• LR2F и LR2S - с регулятором расхода 

• LR2H - с гидравлическим ограничением хода

• LR2M - с механическим ограничением хода

• LR2Z - с гидравлическим двухступенчатым управлением 

• LR2Y - с электрической разгрузкой при запуске 

• LR2N - регулирование начинается с минимального рабочего объема, а величина подачи пропорциональна давлению управления; встроенный регулятор мощности перекрывает сигнал давления управления и поддерживает постоянство мощности

• LR2DN - с компенсатором 

• LR2GN - с дистанционным управлением 

• LR3N, LR3DN, LR3GN - с дистанционной настройкой регулятора мощности  

Регулятор мощности LR3 с дистанционным гидравлическим управлением аналогичен регулятору LR2, однако пружинная полость распределителя (1_ не соединяется с дренажной линией, а выведена отдельно (линия управления XLR). Обеспечивается возможность гидравлической подстройки.

Благодаря механизму МА (ручного управления) обеспечивается бесступенчатая настройка подачи, с использованием маховичка, который изменяет угол наклона диска через винтовую передачу. С помощью механизма ЕМ (электрическое управление) становится возможной бесступенчатая настройка подачи. Электродвигатель через винтовую передачу воздействует на механизм. Благодаря встроенным конечным выключателям и потенциометру обратной связи, можно точно устанавливать определенную заданную подачу насоса. 

На рисунке 9 изображена схема гидравлического управления типа HW:

Механизм управления HW позволяет обеспечивать бесступенчатую настройку подачи в функции угла поворота (13) задающего рычага гидроусилителя. Золотник гидроусилителя (1) связан с поворотным рычагом, а гильза - через кулачок со штоком цилиндра (2). В исходном положении поршневая полость цилиндра соединена с дренажной линией, и наклонный диск давлением в штоковой полости и усилием пружины устанавливается в положение максимального угла наклона. При повороте задающего рычага (уголβ) с незначительным усилием золотник опускается вниз, соединяя поршневую полость с напорной линией, и шток цилиндра смещается влево, уменьшая угол наклона, a до тех пор, пока опускаемая кулачком гильза не будет установлена в нейтральное положение относительно золотника, после чего движение останавливается. То есть каждому положению задающего рычага соответствует строго определенная подача насоса. Существует версия со встроенным регулятором мощности (HWP). 

Для обеспечения бесступенчатой настройки подачи в функции давления управления рупр используется механизм с гидравлическим управлением HD. Золотник дросселирующего гидрораспределителя нагружен усилиями основных пружин (справа - регулируемым) и пружин обратной связи с перемещением штока цилиндра. При минимальном давлении управления поршневая полость цилиндра соединена с дренажной линией, и наклонный диск устанавливается в положение, близкое к нулевому. Рост рупр вызывает смещение золотника вправо, при котором поршневая полость цилиндра соединяется с напорной линией, и шток смещается влево до тех пор, пока усилие от давления управления не будет уравновешено усилием пружин обратной связи. Предусмотрены три исполнения подавлению управления: HD1 (рупр=1…4.5 МПа), HD2 (1 …2.8 МПа) и HD3 (0,55…1.9 МПа), а также исполнения с компенсатором давления (HD.В и HD.GB с дистанционным управлением), с регулятором мощности (HD1P) и с электрическим изменением давления управления (HD1T).

На рисунке 11 - схема механизма HM1:

Становится возможным обеспечение управления  в зависимости от расхода в системе управления. В подпружиненном поршне цилиндра управления выполнено дросселирующее отверстие, через которое проходит поток управления между отверстиями х1 и х2. В зависимости от величины этого потока изменяется перепад давлений на поршне, вызывающий деформацию пружин и изменение угла наклона, а подачи насоса. В модификации НМ2 дросселирующее отверстие в поршне отсутствует, а в модификации НМ3 также отсутствуют пружины, что позволяет реализовать двухрежимное управление. Регуляторы НМ являются базой для пропорционального и сервоуправления. 

Рисунок 12 - механизм HS

Происходит управление от дросселирующего или пропорционального распределителя с датчиком угла наклонного диска. К распределителю (1) подведены линии подвода (Р) и слива (Т) управления. Шток цилиндра 2 с подпружиненным поршнем связан с электрическим датчиком обратной связи, контролирующим его перемещение S. Подача насоса определяется током i, поступающим в обмотку электромагнита распределителя, причем фактическая величина перемещения S сравнивается с заданной с целью повышения точности отработки входного воздействия. Версии HS и HS1 комплектуются дросселирующими гидрораспределителями, НS3-пропорциональными; исполнения HSE, HS1Е и HS3E поставляются без распределителя. В исполнениях HSK, HS1K и HS3K устанавливается электроуправляемый блокировочный клапан, запирающий линии связи распределителя с цилиндром. Версия HS3P(U) содержит встроенный датчик давления, позволяющий реализовать электроуправление по давлению и мощности.

На рисунке 13 изображена схема регуляторов Е01 и Е02:

В данных регуляторах установлен датчик обратной связи по углу поворота наклонного диска. Они обеспечивают изменение подачи насоса с помощью пропорционального распределителя. К распределителю (1) с пропорциональным управлением подключена линия подвода Р давления управления, в подпружиненном поршне цилиндра 2 выполнено дросселирующее отверстие. Модификации Е01К и Е02К комплектуются блокировочным клапаном; Е01Е и Е02Е поставляются без распределителя.

Рисунок 14 - насосы с регулятором DS1:

Насосы с регуляторами типа DS1 можно использовать как гидромоторы, которые производят вторичное регулирование и поддерживают крутящий момент, необходимый для сохранения заданной частоты вращения. При питании от гидросистемы с постоянным давлением крутящий момент пропорционален рабочему объему и, следовательно - углу наклона диска. Р и Т - линии подвода и слива управления. Насосы A4VSG для замкнутой циркуляции имеют регуляторы МА, ЕМ, HD, HW, НМ, ЕО и HS для двух квадрантного регулирования, в которых наклонный диск из нулевого положения может поворачиваться в обе стороны, поэтому возможен реверс нагнетаемого потока; характеристики регуляторов DR, DP и LR2N как в насосах A4VSO являются одноквадрантными. Аксиально-поршневые насосы продолжают интенсивно развиваться. Сообщается, что одной из новинок фирмы Parker является регулируемый насос с электрогидравлическим р-Q управлением. Регулирование рабочего объема реализовано с помощью встроенного пропорционального распределителя с датчиком обратной связи по углу наклона . В качестве компенсатора давления используется устанавливаемый отдельно предохранительный клапан с пропорциональным электроуправлением. Система управления имеет высокие надежность и быстродействие, она позволяет реализовать управление по давлению, а также электронное ограничение потребляемой мощности.

Плюсы и минусы

Аксиально поршневой насос как и любое другое устройство имеет свои сильные и слабые стороны. Существенным достоинством можно считать:

• компактный размер и небольшой вес

• внушительная мощность и высокая производительность

• довольно простое регулирование частоты вращения аксиально поршневого мотора

• понятное устройство и принцип работы аксиально поршневых насосов

• хорошая работа при высоком давлении

• существует возможность изменения  объема рабочей камеры 

• частота вращения выходного вала гидромоторов данного типа колеблется от 500 до 4000 оборотов в минуту

•  есть возможность регулировки направления подачи и давления жидкости

• можно применять при работе погрузчиков, экскаваторов и автокранов

• существует большое количество видов аксиально поршневых насосов

• широкое применение аксиально поршневых насосов.

Недостатки:

• довольно затруднительный ремонт из-за сложной конструкции аксиально-поршневого гидронасоса

• при неправильной работе аксиально поршневого насоса и несоблюдении инструкции пользования, может произойти преждевременная поломка устройства 

• неравномерный расход жидкости, из-за возникающей пульсации

• также из-за пульсации может возникнуть сбой в работе гидравлики

• гидравлические механизмы аксиально-поршневого типа очень критично реагируют на загрязненную рабочую среду, поэтому использовать их можно только с фильтрами, размер ячеек которых не превышает 10 мкм

• аксиально-поршневые гидравлические устройства из-за особенностей своей конструкции издают при работе значительно больше шума, чем модели насосов и гидравлических моторов пластинчатого и шестеренного типа.