Устройство гидравлического аксиально поршневого насоса
Аксиально поршневой насос — это устройство способное преобразовывать механическую энергию кругового вращения вала в энергию движения жидкости, поршни в таком устройстве расположены параллельно оси вращения. Аксиально поршневые насосы можно также использовать в качестве гидромотора, если с обратной стороны подавать жидкость, то мы получим вращение вала. Такая особенность этих устройств обеспечила им максимальное распространение.
Где применяют?
Применение весьма универсально, как говорилось выше он может работать как гидродвигатель, и выдерживает большое давление. Эти качества помогли занять рынок применения их как в промышленности, так и в частных хозяйствах. Агрегаты аксиально поршневого типа используются, в экскаваторах бульдозерах и катках различных производителей. Почти все сложные гидравлические механизмы не обходится без применения насоса аксиально поршневого типа.
Устройство и принцип действия
Гидравлический аксиально поршневой насос можно разбить на следующие составные части:
- Вал за счет поворота которого происходит цикл выполнения работы агрегата;
- Диск, с закрепленными поршнями, диск еще называю наклонным;
- Поршни располагаются в цилиндрическом блоке, при выдвижении всасывается жидкость, при в движении, нагнетается;
- Часть насоса распределяющая, всасывающую часть от нагнетающей называется распределитель;
- В цилиндрическом блоке находятся поршни он крутится вместе с основным валом;
При эксплуатации, от внешнего привода создается вращение вала, в совокупности с валом создается и вращение блока цилиндров. Поршни производят вращательные и возвратно-поступательные аксиальные движения. В момент выдвижения поршни находятся в всасывающей части распределительного блока, происходит забор жидкости в цилиндр. В момент в движения поршень находится на нагнетающей части того же распределительного устройства. За одно вращение вала, каждый поршень совершает полный цикл забора и выталкивания жидкости.
Связь сектора, отвечающего за всасывание с сектором нагнетания, происходит в распределяющем устройстве. Функционирование происходит следующим образом, цилиндрический блок сильно прижимается к распределяющему устройству. Между секторами распределительного устройства находятся уплотняющие перемычки. Дабы устранить возможность гидроудара уплотняющие перемычки имеют дроссельные канавки, равномерно стабилизирующие давление в камере. Расположение цилиндров аксиально относительно оси ротора.
Существует два вида аксиально поршневых насосов. Различаются они видом передачи движения поршням:
- Насос с наклонным диском устроен следующим образом. Ось блока цилиндров совпадает с осью вала. Чтобы обеспечить возвратно поступательные движения поршням штоки крепятся на специальном наклоном диске.
- Устройство насоса с наклонным блоком. Здесь чтобы обеспечить возвратно поступательные движения поршням инженеры придумали следующую задумку, и вместо диска наклонили сам блок цилиндров под углом альфа. Особенностью такого устройства является возможность регулирования меняя угол наклона блоков цилиндров. На рисунке он обозначен как альфа. Если оси цилиндра и основного вала совпадут мы получим механизм с 0 работой так как поршни не будут вовсе ходить. Регулировка таких насосов возможна на 25 градусов.
Аксиально поршневой насос плюсы и минусы
- Компактны, имеют небольшой вес, при этом обладают большой мощностью;
- Небольшой момент инерции, в виду компактных размеров;
- Возможность управлять скорость вращения;
- Выдерживаю высокое давление 35 – 40 мега паскалей, работают с высокой частотой вращения, есть возможность менять рабочий объем;
- Скорость вращения от 500 до 4000 оборотов в минуту;
- Большая цена;
- Не простая конструкция насоса;
- Высокая вероятность поломки при не верной эксплуатации.
- Высокая пульсация, при подаче и при заборе жидкости, и в целом в гидросистеме.
- Большие временные затраты на устранение неполадок в виду сложности устройства агрегатов.
Аксиально поршневой насос принцип работы
Устройство гидравлического аксиально поршневого насоса
Аксиально поршневой насос — это устройство способное преобразовывать механическую энергию кругового вращения вала в энергию движения жидкости, поршни в таком устройстве расположены параллельно оси вращения.
Аксиально поршневые насосы можно также использовать в качестве гидромотора, если с обратной стороны подавать жидкость, то мы получим вращение вала. Такая особенность этих устройств обеспечила им максимальное распространение.
Где применяют?
Он может работать как гидродвигатель, и выдерживает большое давление.
Агрегаты аксиально поршневого типа используются, в экскаваторах бульдозерах и катках различных производителей. Почти все сложные гидравлические механизмы не обходится без применения насоса аксиально поршневого типа.
Устройство и принцип действия
Схема аксиально поршневого насоса
Гидравлический аксиально поршневой насос можно разбить на следующие составные части:
- Вал за счет поворота которого происходит цикл выполнения работы агрегата;
- Диск, с закрепленными поршнями, диск еще называю наклонным;
- Поршни располагаются в цилиндрическом блоке, при выдвижении всасывается жидкость, при в движении, нагнетается;
- Часть насоса распределяющая, всасывающую часть от нагнетающей называется распределитель;
- В цилиндрическом блоке находятся поршни он крутится вместе с основным валом;
При эксплуатации от внешнего привода создается вращение вала, в совокупности с валом создается и вращение блока цилиндров. Поршни производят вращательные и возвратно-поступательные аксиальные движения. В момент выдвижения поршни находятся в всасывающей части распределительного блока, происходит забор жидкости в цилиндр. В момент в движения поршень находится на нагнетающей части того же распределительного устройства. За одно вращение вала, каждый поршень совершает полный цикл забора и выталкивания жидкости.
Связь сектора, отвечающего за всасывание с сектором нагнетания, происходит в распределяющем устройстве. Функционирование происходит следующим образом, цилиндрический блок сильно прижимается к распределяющему устройству. Между секторами распределительного устройства находятся уплотняющие перемычки. Дабы устранить возможность гидроудара уплотняющие перемычки имеют дроссельные канавки, равномерно стабилизирующие давление в камере. Расположение цилиндров аксиально относительно оси ротора.
Виды аксиально поршневых насосов
Существует два вида аксиально поршневых насосов. Различаются они видом передачи движения поршням:
Виды аксиальных насосв
- Насос с наклонным диском устроен следующим образом. Ось блока цилиндров совпадает с осью вала. Чтобы обеспечить возвратно поступательные движения поршням штоки крепятся на специальном наклоном диске.
- Устройство насоса с наклонным блоком. Здесь чтобы обеспечить возвратно поступательные движения поршням инженеры придумали следующую задумку, и вместо диска наклонили сам блок цилиндров под углом альфа. Особенностью такого устройства является возможность регулирования меняя угол наклона блоков цилиндров. На рисунке он обозначен как альфа. Если оси цилиндра и основного вала совпадут мы получим механизм с 0 работой так как поршни не будут вовсе ходить. Регулировка таких насосов возможна на 25 градусов.
Какими они бывают?
Все аксиально-поршневые устройства, которые используются на сегодняшний день, изготавливаются в соответствии с четырьмя основными схемами, в зависимости от чего меняется и характеристика насоса.
– Первый вариант. Приводной вал и наклонный диск объединяются силовым кардном в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. В данном случае диск с поршнями объединяется при помощи специализированных шатунов.
Крутящий момент передается от двигателя к блоку цилиндров при помощи кардана и наклонного диска. Первоначально блок прижимается непосредственно к распределительному устройству при помощи пружины, после чего в процессе работы насоса для этого уже используется рабочая жидкость. Крутящий момент, который передается блоку цилиндров, полностью преодолевает те силы трения, которые образуются между торцевой частью блока и непосредственно самим распределительным устройством.
– Второй вариант. В данном случае принцип работы аксиально-поршневого насоса предусматривает использование двойного несилового кардана, и отличаются такие устройства тем, что в данном случае угол между осями ведущего и промежуточного валов является равным осям ведомого и промежуточного валов. В конечном итоге обеспечивается максимально возможная синхронизация вращения ведущего и ведомого валов, в то время как кардан полностью разгружается. Это обеспечивается благодаря тому, что при помощи диска крутящий момент передается от приводного мотора, при этом данный диск производится вместе с валом.
– Третий вариант. В данном случае устройство аксиально-поршневого насоса представляет собой использование наклонного диска, а сами агрегаты называются насосами с точечным касанием. Для такого оборудования является характерным значительное упрощение конструкции, так как полностью отсутствуют шатуны и карданные валы, однако для того, чтобы добиться запуска данной машины в режиме гидронасоса, нужно принудительно выдвинуть поршни из цилиндров, вследствие чего прижать их к наклонному диску.
Для этого применяются специальные пружины, которые находятся непосредственно в самих цилиндрах. В связи с простотой конструкции, соответственно, в данном случае реже требуется ремонт насосов. В частности по такой технологии изготавливаются популярные на сегодняшний день гидромашины Г15-2, отличающиеся небольшой мощностью.
– Четвертый вариант. Работа аксиально-поршневого насоса бескарданного типа предусматривает объединение ведущего вала и блока цилиндров при помощи шайбы и шатунов. Если говорить о преимуществах таких устройств по сравнению с теми, в которых используется карданная связь, стоит выделить предельную простоту изготовления, а также надежность в эксплуатации при минимальных размерах блока цилиндров. Такой конструкцией оснащаются аксиально-поршневые гидравлические машины серий 300 и 200. В данном случае подача непосредственно зависит от величины хода поршня, которая определяется углом наклона блока цилиндров или же диска. В преимущественном большинстве случаев этот угол составляет около 25 градусов. Если же в агрегате предусматривается возможность изменения угла наклона в процессе работы, то их называют так: насосы аксиально-поршневые регулируемые. Конечно, более оптимально использовать именно регулируемые устройства, но их стоимость может быть существенно больше стандартного оборудования.
Аксиально-поршневые насосы
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:
- регулируемые
- нерегулируемые
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
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.
Расчет подачи аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком
Теоретическая подача объемного насоса пропорциональна его рабочему объему q и частоте вращения вала n:
Рабочий объем аксиально-поршневого насоса можно вычислить, используя формулу:
- 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:
Для вычисления реальной подачи необходимо теоретическую умножить на объемный КПД (0,9. 0,98 для поршневых насосов ):
Аксиально-поршневой насос с наклонным диском
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.
Для вычисления подачи насоса нужно знать его рабочий объем и частоту вращения приводного вала:
Величина хода поршня зависит от геометрии насоса с наклонным диском.
- 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.
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.
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.
Аксиально-поршневой насос и радиально поршневой насос
Аксиально поршневой насос, в котором механический тип энергии преобразуется в энергию давления, относится к гидравлическим устройствам. Это один из самых распространенных видов объемных агрегатов, которые нашли широкое применение в различных сферах.
Производители предлагают несколько типов объемного оборудования, но все они функционируют по одному принципу – вытесняют жидкость из рабочего цилиндра создаваемым давлением.
Содержание статьи
По конструктивному исполнению такие гидромашины подразделяются на аксиально и радиально поршневые или плунжерные (в зависимости от конструкции рабочего органа).
Такие агрегаты устанавливают в экскаваторах и самосвалах, а также в мультилифтовых подъемниках и машинах, предназначенных для вывоза бытовых отходов и мусора. Аксиально поршневый насос дает возможность быстро и надежно управлять автомобильной платформой с контейнером и другими подобными процессами.
Более того, в случае если гидромашина совершается обратное действие, то есть преобразует энергию потока жидкости в механическую, то такое оборудование принято относить к гидромоторам.
Разновидности и типы насосов
По тому, какой вид вытесняющего элемента используется в оборудовании, происходит основная классификация объемных насосных устройств.
Гидромашины объемного типа подразделяются по конструкции рабочего элемента на:
поршневые;
плунжерные.
Конструктивно поршень – это цилиндр, который уплотняется в рабочем цилиндре кольцами. В отличии от поршня плунжер – это цилиндр, длина которого больше диаметра. Плунжер работает в уплотняющем сальнике не соприкасаясь со стенками цилиндра.
Если можно контролировать и менять рабочий объем камеры – это поршневые насосы регулируемые, которые востребованы для организации работы гидроприводов и нерегулируемые.
По принципу работы подразделяются на:
– гидравлические насосы радиально поршневые или плунжерные – в случае когда ось вращения вала перпендикулярна осям рабочих органов или составляет с ними угол более 45°;
– гидравлические насосы аксиально поршневые или плунжерные – в случае когда ось вращения вала параллельна осям рабочих органов или составляет с ними угол менее 45°.
В свою очередь выделяют такие типы аксиально поршневых насосов как:
агрегаты с шайбой, установленной под определнным углом;
гидромашины с блоком цилиндров наклонного типа.
Радиально поршневой насос подразделяется на:
агрегаты с эксцентричным ротором;
машины с эксцентричным валом.
Устройство и работа
Аксиально поршневой насос, устройство которого имеет много модификаций, является одним из самых распространенных механизмов, применяемых в гидроприводах. Такие насосы отличаются большим разнообразием конструкций, минимальными габаритными размерами и весом, а также отличаются высоким коэффициентом полезного действия.
Схема аксиально поршневого насоса представлена на рисунке рядом.
Основными элементами гидравлического оборудования такого типа являются следующие узлы:
1 – основной приводной вал;
2 – шток;
3 – поршень, входящий в цилиндровый блок;
4 – цилиндр;
5 – вращающийся цилиндровый блок;
6 – неподвижный распределительный диск;
7 – отверстия диска;
8 – дуговые окна.
Аксиально поршневой насос и принцип его работы основывается на вращении вала, который передает свое движение на блок цилиндров через поступательно-возвратные движения поршней. Такое вращение называется аксиальным, что дало основное название для насосов подобного типа.
Благодаря специальным соединительным патрубкам и поступательным движениям поршней, жидкость в камере насоса всасывается под давлением, а затем выталкивается. Такой процесс происходит попеременно и регулярно через распределительный механизм, оснащенный специальными окошками.
Цилиндрический блок и механизм распределения тесно прижаты друг к другу, а между окнами размещены прокладки для уплотнения. Подобное решение необходимо для того, чтобы аксиально плунжерный насос работал безупречно, а также во избежание непредвиденных проблем с гидравлическим оборудованием.
Производители выпускают аксиальный гидронасос в двух конструктивных исполнениях:
с наклонным диском, шайбой
наклонным блоком специальных цилиндров.
Аксиально поршневой насос с наклонным блоком основан на вращении вала и его взаимодействии с блоком цилиндров. В распределителе имеются два желобка: один для всасывания жидкости, а другой для ее нагнетания. Цилиндр перемещается постепенно и поочередно нагнетает и вытесняет поступающую жидкость.
Для безопасности и надежной работы, такие системы оснащают специальными дренажными конструкциями, которые предотвращают недопустимую величину давления, непосредственно в самом корпусе.
Принцип работы, на котором основан аксиально поршневой насос с наклонной шайбой, состоит на том, что цилиндрический диск или шайба изменяют угол наклона, что способствует перемещению поршня и уменьшению или увеличению объема рабочей камеры.
Конструкция, в которой применяется наклонная шайба, это насос аксиально поршневой регулируемый. В качестве регулятора используется рабочая поверхность такой шайбы, при помощи которой можно влиять на угол наклона и на давление перекачиваемого жидкого раствора, воды и другой смеси.
Такой вид гидронасоса может использоваться, как реверсивное оборудование для подачи воды и применяется в таких сферах, где предполагается высокая и средняя степень нагрузки.
Модель, в которой наклонная шайба отсутствует, это насос аксиально поршневой нерегулируемый.
Радиально-поршневой насос
В гидроустановках, где предусмотрена работа с высоким давлением, используют радиально поршневой насос, который нередко обозначается как роторно поршневой насос.
Радиально плунжерный насос разделяют на устройства двух видов:
насосы с эксцентрическим валом;
устройства с эксцентрическим ротором.
Система с эксцентрическим валом оснащена поршнями, которые находятся в статоре. В таком гидронасосе оба вала совпадают. Смещение происходит за счет специального «кулачка», расположенного на основном вращающемся вале.
Насос оснащен клапаном, распределяющим поступающую жидкость. Клапаны поочередно открываются и закрываются в процессе уменьшения рабочей камеры. Затем происходит обратный процесс.
Роторно поршневой насос с эксцентрическим ротором отличается тем, что располагает несколькими поршнями, которые могут размещаться в несколько рядов. Ось ротора смещена от центра на определенную величину. Между двумя системами забора жидкости и нагнетания давления стоит особая перемычка.
Принцип работы подобного устройства основан на двух фазах:
этап всасывания;
этап нагнетания.
При всасывании выдвигается поршень, увеличивая объем камеры и закрывая клапан нагнетания. Одновременно другой клапан, ответственный за поступление жидкости, открывается и дает доступ к ее забору. Движение поршня производится по круговой системе, достигая самой максимальной его точки.
Во время второй фазы поршень открывает окно для нагнетания давления. Другой клапан закрывается и объем камеры уменьшается, что приводит к повышению давления и вытеснению находящейся жидкости. Поршень поочередно переключается с фазы нагнетания на фазу всасывания.
Достоинством таких систем является высокий коэффициент полезного действия, возможность получения показателей высокого давления, максимальная энергия, а также возможность регулировки рабочих показателей.
Роторно поршневой насос отличается большими габаритами, сложностью устройства и относительно небольшой степенью надежности. Для качественной эксплуатации оборудования подобного типа необходимо использовать рабочую жидкость, прошедшую тщательную фильтрацию и очистку.
Узлы и детали для поршневого насоса роторного типа требуют особой обработки, что существенно влияет на окончательную стоимость всей системы. Во время подачи жидкости в камеру роторного насоса, наблюдается высокая пульсация.
Технические характеристики насоса
Аксиально поршневой насос может работать при максимально высоких параметрах давления и развивает большую частоту вращения:
от 500 до 4000 оборотов в минуту для аксиально поршневых насосов;
до 1500 оборотов в минуту для радиально поршневых насосов.
Аксиально поршневой насос, давление которого может регулироваться, отличается высокими рабочими показателями. Такой агрегат способен создавать давление до 70 МПа, в то время как радиальные агрегаты обеспечивают около 35 – 40 МПа
Для качественного представления характеристик оборудования используются понятия рабочего объема и подачи.
Для гидромашин этого типа подача равна произведению вытесненного за один ход объема жидкости умноженного на число рабочих ходов в единицу времени.
Рабочий объем в свою очередь – это произведение площади сечения поршня на длину его хода.
Условия эксплуатации поршневых насосов и область применения
Аксиально поршневой насос, характеристики которого отличаются от роторно поршневых устройств, являются более продуктивными, надежными и востребованными.
Надежная и гарантированная эксплуатация поршневых насосов требует соблюдения некоторых условий:
в начале трубопровода желательно установить очищающий фильтр;
на напорном трубопроводе насоса устанавливается задвижка;
все соединения должны быть надежно закрепленными и герметичными;
параметры давления постоянно контролируются специальными приборами.
Плунжерный насос высокого давления для воды широко применяется в областях где необходимо создавать высокое давление при сравнительно невысоком расходе, например, в строительстве, химической, пищевой и нефтяной промышленности, в металлургии, машиностроении и в энергетике, а также для очистки воды и мойки автомобилей.
Аксиально-поршневые насосы: устройство, принцип работы, плюсы и минусы
Насос аксиально-поршневой – это техническое устройство, относящееся к категории гидравлических машин, механическая энергия рабочего органа которых преобразуется в энергию движущегося потока жидкости. Если такие машины совершают обратное действие (другими словами, энергия потока жидкости преобразуется в механическую), они называются гидромоторами. Использоваться как гидромоторы, так и гидравлические насосы стали достаточно давно, а сегодня они активно применяются практически везде.
Аксиально-поршневые насосы устанавливаются на самосвалах, бункеровозах, мультилифтах и другой технике
Что собой представляет гидронасос аксиально-поршневого типа
Насос гидравлический аксиально-поршневой, как и радиально-поршневой, является устройством объемного типа, которое функционирует за счет изменения объема рабочих камер. В гидравлических насосах аксиально-поршневой группы такие рабочие камеры сформированы расточками, которые выполнены в цилиндрическом блоке. В отличие от радиально-поршневых насосов, у аксиально-поршневых машин внутренние рабочие камеры располагаются параллельно по отношению к поршням и оси самого устройства. В ходе перемещения поршней такого насоса при вращении цилиндрического блока происходит увеличение или уменьшение объема рабочих камер, что и позволяет устройству всасывать и отдавать перекачиваемую им жидкость.
Аксиально-поршневой насос в разрезе
Как и у радиально-поршневых насосов, рабочие камеры аксиально-поршневых устройств соединены с всасывающим и нагнетательным патрубками, через которые и осуществляются забор и отдача перекачиваемой воды. Процесс соединения рабочих камер с всасывающим и нагнетательным патрубками насосов, относящихся к аксиально-поршневой группе, происходит поэтапно. По тому, как работает гидравлический насос, относящийся к аксиально-поршневому типу, он схож с паровыми и радиально-поршневыми насосами.
Конструктивные особенности и принцип действия
Гидронасос аксиально-поршневого типа состоит из следующих элементов:
- поршней, также называемых плунжерами, которые входят в состав блока цилиндров;
- элементов шатунного типа;
- ведущего вала, который также называется основным;
- механизма, который выполняет распределительные функции.
Устройство аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком
Принцип, по которому работает поршневой гидронасос аксиального типа, основывается на том, что его основной вал, вращаясь, сообщает движение элементам блока цилиндров. Вращение основного вала насосов аксиально-поршневого типа преобразуется в возвратно-поступательное перемещение поршней, совершаемое параллельно оси блока цилиндров. Именно благодаря характеру таких движений поршня, которые являются аксиальными, насос и получил свое название.
Принцип работы аксиально-поршневого гидронасоса
В результате движения, совершаемого поршнями в цилиндрах аксиально- плунжерного насоса, происходит попеременное всасывание и последующее нагнетание жидкости через соответствующие патрубки. Соединение рабочей камеры насоса с его всасывающими и нагнетающими линиями происходит последовательно, при помощи специальных окон, выполненных в распределительном механизме. Чтобы минимизировать риск возникновения неисправностей при работе блока цилиндров гидронасосов аксиально-поршневого типа, а также обеспечить надежную эксплуатацию такого устройства, его распределительный механизм максимально плотно прижимается к блоку цилиндров, а окна такого блока разделяются между собой специальными уплотнительными прокладками. На внутренней поверхности окон распределительного механизма выполнены дроссельные канавки, наличие которых позволяет уменьшить величину гидравлических ударов, возникающих в трубопроводной системе при работе насоса. Наличие таких канавок на внутренней поверхности окон распределительного механизма помогает максимально плавно повышать давление рабочей жидкости, создаваемое в цилиндрах.
Как становится понятно из вышеописанной конструкции аксиально-поршневого гидравлического насоса, его рабочими камерами являются цилиндры, расположенные параллельно (аксиально) оси его ротора, а вытеснение жидкости из таких цилиндров осуществляется за счет возвратно-поступательных движений поршня.
Основные разновидности
По своему конструктивному исполнению поршневой гидронасос, как и гидромотор аксиально-поршневого типа, может относиться к одной из следующих категорий:
- устройства с шайбой, устанавливаемой под определенным углом;
- аксиально-поршневые насосы или гидромоторы, оснащенные блоком цилиндров наклонного типа.
Блок цилиндров гидромоторов и гидравлических насосов аксиально-поршневого типа, оснащенных наклонной шайбой, установлен соосно по отношению к приводному валу и при этом жестко связан с ним. Поршни, перемещающиеся в проточках рабочей камеры, опираются своей торцевой поверхностью на шайбу, которая устанавливается под углом к оси приводного вала. Принцип работы такого аксиально-поршневого насоса заключается в том, что при совместном вращении соединенных между собой приводного вала и наклонной шайбы поршни устройства начинают двигаться возвратно-поступательно, уменьшая или увеличивая таким образом объем рабочих камер.
Когда же объем рабочих камер начинает изменяться, осуществляется всасывание и выталкивание перекачиваемой через насос жидкости. Устройства с наклонной шайбой относятся к регулируемым гидронасосам, так как, изменяя угол, под которым расположена рабочая поверхность наклонной шайбы, можно менять и параметры потока перекачиваемой жидкости. Более того, при помощи такого насосного устройства можно осуществлять реверсирование подачи воды, изменяя направление угла наклона шайбы к оси приводного вала на противоположное. Насосы аксиально-поршневого вида, оснащенные наклонной шайбой, устанавливаются в гидравлических системах, работающих под средними и высокими нагрузками.
Принципиальные схемы аксиально-поршневых гидромашин
Корпус аксиально-поршневых гидравлических насосов, оснащенных блоком цилиндров наклонного типа, имеет V-образную конфигурацию, а их приводной вал выполнен в виде буквы Т. Угол, под которым блок цилиндров рассматриваемого аксиального насоса расположен к оси приводного вала, может составлять от 26 до 40°, а количество поршней доходит до 7 штук. Принцип работы такого аксиально-поршневого насоса состоит в следующем: когда начинает вращаться приводной вал, соединенный с поршнями посредством шатунных механизмов, приводится во вращение и наклонный блок цилиндров, а поршни, расположенные в аксиальных проточках, начинают совершать движения возвратно-поступательного типа, тем самым уменьшая или увеличивая объем рабочих камер.
Процесс всасывания и нагнетания перекачиваемой рабочей среды в аксиально-поршневых насосах такого вида осуществляется через специальные отверстия-окна, выполненные в распределительном устройстве, которое располагается неподвижно относительно вращающегося наклонного блока цилиндров. В отличие от паровых и радиально-поршневых насосов, в устройствах данного типа можно регулировать объем рабочей камеры. Решается такая задача регулировкой угла наклона блока цилиндров по отношению к оси приводного вала при помощи специальных механизмов.
В аксиально-поршневых насосах применяется унифицированный качающийся узел
В зависимости от того, как реализована конструктивная схема плунжерного насоса аксиального типа, он может относиться к одному из двух видов:
- В устройствах, оснащенных двойным несиловым карданом, достигается полное соответствие углов, измеряемых между промежуточным, ведущим и ведомым валами. При работе гидравлических насосов данной категории их валы (ведущий и ведомый) двигаются синхронно, что позволяет снизить нагрузку на карданный вал, который, взаимодействуя с диском, передает крутящий момент.
- Насосы аксиально-поршневого типа имеют конструкцию, в которой реализована схема точечного касания поршней с поверхностью наклонного диска. В таком устройстве отсутствуют карданные и шатунные механизмы, что упрощает его конструкцию. Наиболее значимым недостатком аксиально-поршневых насосов данной категории является то, что для их запуска необходимо принудительно выдвинуть поршневые элементы из рабочих камер и затем прижать их торцевую часть к поверхности наклонного диска. Между тем за счет простоты конструкции регулярное техническое обслуживание и ремонт гидронасосов данного типа не представляет больших сложностей.
Достоинства и недостатки
Аксиально-поршневой гидромотор и гидравлический насос данного типа при сравнении с радиальными и паровыми устройствами отличаются следующими достоинствами:
- При достаточно компактных размерах и небольшом весе такие устройства обладают внушительной мощностью и достойной производительностью.
- За счет компактных размеров и небольшого веса насосы, относящиеся к аксиально-поршневому типу, при работе создают небольшой момент инерции.
- Частоту вращения выходного вала аксиально-поршневого гидромотора регулировать очень легко.
- Данные устройства эффективно функционируют даже при достаточно высоком давлении рабочей среды и при этом создают соответствующий крутящий момент выходного вала.
- В таких установках можно изменять объем рабочей камеры, чего не удается достичь при использовании гидронасосов и гидромоторов радиально-поршневых.
- Частота, с которой вращается выходной вал гидромоторов данного типа, в зависимости от модели может находиться в диапазоне 500–4000 об/мин.
- В отличие от насосов радиально-поршневых, которые могут работать при давлении рабочей жидкости, не превышающем значение 30 мПа, аксиальные установки способны функционировать при давлении, доходящем до 35–40 мПа. При этом потери величины такого давления будут составлять всего 3–5%.
- Поскольку поршни аксиальных насосов устанавливаются в рабочих камерах с минимальными зазорами, достигается высокая герметичность таких установок.
- При использовании насосов данного типа можно регулировать как направление подачи, так и давление рабочей жидкости.
Регулируемый аксиально-поршневой гидромотор применяется на погрузчиках, экскаваторах и автокранах
Как и у любых других технических устройств, у аксиально-поршневых насосов есть недостатки:
- Такие насосы стоят достаточно дорого.
- Сложность конструктивной схемы значительно затрудняет ремонт аксиально-поршневых гидронасосов.
- Из-за не слишком высокой надежности эксплуатировать гидравлические механизмы данного типа следует только согласно инструкции, иначе можно столкнуться не только с невысокой эффективностью работы такого устройства, но и с его частыми поломками.
- При использовании насосного оборудования данного типа жидкость в гидравлическую систему подается с большой пульсацией и, соответственно, расходуется неравномерно.
- Из-за высокой пульсации, характерной для функционирования таких насосов, гидравлика, которой оснащена трубопроводная система, может работать некорректно.
- 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.
К аксиально-поршневому типу, как упомянуто выше, могут относиться не только гидравлические насосы, но и гидромоторы. Принцип работы гидромотора практически идентичен принципу действия аксиально-поршневого насоса. Основная разница состоит в том, что совершается такая работа в обратной последовательности: в устройство под определенным давлением подается жидкость, которая и заставляет двигаться поршни гидромотора, приводящие во вращение его выходной вал.
Принцип работы аксиально-поршневого насоса и его применение
Аксиально-поршневые насосы относятся к классу гидромашин, либо использующих механическую энергию для перемещения жидкости, либо преобразующих энергию движущегося потока воды в энергию механическую. Аксиально-поршневой насос, принцип работы которого был известен давно, сейчас широко используется в различных машинах – строительных, дорожных, погрузчиках, экскаваторах и других.
Аксиальный поршневой насос – что это такое?
Насос аксиально-поршневой представляет собой гидромашину, преобразующую энергию вращательного или поступательного движения рабочих частей механизма в энергию перемещения жидкости.
Устройства такого типа являются реверсивными, то есть, они могут преобразовывать энергию движущегося потока рабочей жидкости в энергию механическую. В этом случае устройство работает как гидравлический двигатель, передавая вращательное движение вала на исполнительные механизмы.
Гидравлические машины применяются не только в различных областях промышленности – строительстве, машиностроении, но и в сельском хозяйстве, в частном домостроении. Их способность выдерживать большие нагрузки позволяет этим машинам эффективно работать как на крупных предприятиях, так и в системах водоснабжения дачных участков, загородных домов, отдельных квартир, подавая воду потребителям в больших объемах и с хорошим давлением.
Чаще других в качестве гидромашин используются объемные и лопастные агрегаты. У лопастных машин главным рабочим органом является колесо с множеством лопастей, закрепленных радиально от вала. Вращаясь с высокой скоростью, это колесо заставляет жидкость двигаться. Такое устройство называется гидронасосом – энергия передается жидкости от лопаток вращающегося колеса. В лопастном двигателе энергия движущегося потока жидкости заставляет вращаться колесо.
В гидравлических насосах объемного типа передача энергии осуществляется при изменении объемов цилиндров. Эти цилиндры соединяются с входными и выходными патрубками. Соединение камер и патрубков происходит последовательно при вращении основного вала с поршнями. Именно к таким машинам объемного типа относятся аксиально-поршневые механизмы.
Как устроен и как работает аксиально-поршневой насос
Агрегаты аксиально-поршневые, являясь гидравлическими машинами объемного типа, действуют благодаря тому, что в процессе работы поршнями изменяется объем камер. Если агрегат работает на нагнетание воды, то поршни прокачивают ее, изменяя объем камер под воздействием вращения основного вала. Если агрегат работает как двигатель, то поршни вращают основной вал, изменяя объем камер под воздействием потока воды, поступающего под высоким давлением.
Конструктивные особенности аксиально-поршневых агрегатов
Насос аксиально-поршневой в его базовой комплектации состоит из следующих деталей и узлов:
- корпус;
- основной вал;
- регулируемый наклонный диск;
- блок цилиндров;
- поршни;
- возвратные пружины;
- клапаны всасывания;
- патрубок всасывания;
- клапаны нагнетания;
- патрубок нагнетания;
- шарнирные соединения;
- уплотнения;
- крышка корпуса.
Регулируемый наклонный диск может менять угол наклона от вертикали на величину до 45°. Изменение угла наклона диска влечет за собой изменение величины хода поршней, что определяет производительность агрегата. Шатуны с помощью сферической головки прочно соединены с внутренней, подвижной частью этого диска, а другим концом соединены шарниром с юбкой поршня, что обеспечивает свободный ход поршня во время работы.
Принцип работы аксиально-поршневых агрегатов
В гидравлических насосах аксиального типа основной вал вращает блок цилиндров, представляющий единое целое с валом. Также на вал жестко насажена внутренняя, вращающаяся часть наклонного диска. Вращаясь, основной вал вращает и блок цилиндров, и подвижную часть наклонного диска. Именно благодаря такой конструкции поршни совершают возвратно-поступательные движения параллельно оси ротора.
Этим перемещениям поршней, называемым «аксиальными», насос и обязан своим названием. При вращении ротора открытые части камер блока цилиндров последовательно проходят окна патрубков всасывания и нагнетания, расположенных в распределительном механизме. Соответственно происходит всасывание жидкости через патрубок всасывания во время движения поршня назад, и выталкивание ее в патрубок нагнетания при движении поршня вперед.
В аксиальных гидравлических насосах должно быть обеспечено плотное прилегание распределительного механизма к блоку цилиндров. Это условие необходимо для минимизации возможности появления неисправностей во время интенсивной работы блока цилиндров. Окна разделены специальными прочными уплотнителями. Во избежание протечек блок цилиндров плотно прилегает к распределительному механизму.
На внутренних стенках окон распределительного механизма проточены специальные бороздки, основное назначение которых – минимизировать воздействие гидравлических ударов, которые могут возникать в трубопроводах во время работы. Благодаря этим проточкам давление рабочей жидкости, которое создается в камерах блока цилиндров, повышается достаточно плавно, без резких скачков и гидравлических ударов.
Главные преимущества аксиального поршневого насоса
Обычно, чтобы определить преимущества или недостатки того или иного устройства, его сравнивают с другими агрегатами аналогичного назначения. В случае аксиально-плунжерного механизма объектами для сравнения являются радиально-поршневые и паровые агрегаты. По сравнению с этими машинами аксиально-поршневые агрегаты имеют внушительный список преимуществ.
Сравнительно с другими машинами, аксиально-плунжерные устройства обладают большой мощностью и производительностью, несмотря на небольшие размеры и, как следствие, малый вес. Компактность агрегата дает еще одно преимущество – малый момент инерции. Это немаловажное обстоятельство позволяет легко регулировать число оборотов в аксиальных гидравлических насосах. При необходимости во время рабочего процесса можно изменить активный объем цилиндров.
Агрегат может работать при высоком давлении с частотой вращения в диапазоне от 500 до 4000 оборотов в минуту. Таких показателей нет ни у одного из сравниваемых приборов. Он может работать при более высоком давлении, чем радиально-плунжерные.
Высокая производительность в аксиальных гидравлических насосах обеспечивается высокой герметичностью цилиндров. К преимуществам агрегатов следует отнести возможность регулировать направление и давление рабочей жидкости.
Основные недостатки
Наряду с многочисленными достоинствами, имеется и ряд серьезных недостатков. Подбирая аксиально-поршневой насос, важно учесть следующие особенности устройства:
- очень высокая цена;
- сложная конструкция осложняет техническое обслуживание и проведение ремонтных работ;
- при неправильной эксплуатации возможны частые поломки, что говорит о невысокой надежности;
- подача воды происходит неравномерно, с большой пульсацией;
- пульсация подачи происходит во всей водопроводной системе, обслуживаемой таким механизмом;
- сложность конструкции подразумевает длительный ремонт при поломках;
- необходимость очистки рабочей жидкости от примесей размером более 10 микрометров;
- высокая шумность при работе.
Видео по теме: Испытание аксиально-поршневого гидронасоса
Аксиально-поршневой насос
Что такое аксиально-поршневой насос [вверх]
Аксиально-поршневой насос – это устройство, относящееся к категории гидравлических машин, которое перерабатывает механическую энергию кругового вращения в энергию движения жидкости. Этот механизм давно занял значимую нишу в различных сферах жизни человека.
Сегодня аксиально-поршневые насосы применяются практически везде. Благодаря способности выдерживать большие нагрузки, это устройство эффективно работает как в строительно-дорожной технике, сельскохозяйственных и горнодобывающих машинах, так и в металлургическом производстве и судостроении. Чаще всего используются объемные насосы и лопастные (динамические) агрегаты.
Функционирование объемных насосов, к которым относят как например, винтовые и поршневые насосы, заключается в изменении объема рабочих камер, которые располагаются параллельно по отношению к поршням и оси самого устройства.
Именно перемещение поршней при вращении цилиндрического блока либо увеличивает, либо уменьшает объем камер, что способствует перекачиванию жидкости.
Лопастные агрегаты, к которым относятся радиальные насосы, а также консольные и центробежные насосы, отличаются работой главного колеса с множеством лопастей, закрепленных радиально от вала. Вращаясь с высокой скоростью, это колесо заставляет жидкость двигаться.
Схема аксиально-поршневого насоса [вверх]
К базовой комплектации гидравлического аксиально-поршневого насоса относят:
блок цилиндров (ротор);
Высокая производительность таких насосов обеспечивается высокой герметичностью цилиндров.
Обычно, аксиально-поршневые насосы имеют небольшие размеры, и, как следствие, небольшой вес. Это делает регулировку агрегата несложной и не затратной.
Принцип действия аксиально-поршневого насоса [вверх]
Главный блок аксиально-поршневого насоса имеет цилиндрическую форму, в нем располагается система поршней и шатунов, соединяющих коленчатый вал и деталь возвратно-поступательного действия.
Работа такого насоса построена на вращательных движениях ведущего вала, который передает импульс цилиндрическому блоку.
При этом поршни начинают создавать возвратно-поступательные движения в сторону главной оси.
В ходе перемещения поршней происходит увеличение или уменьшение объема рабочих камер, что и позволяет устройству всасывать и выталкивать перекачиваемую жидкость.
Рабочие камеры таких агрегатов соединены с всасывающими и нагнетельными патрубками, через которые и осуществляется забор и отдача перекачиваемой воды.
Во многом, работа аксиально-поршневого насоса схожа с работой паровых и радиально-поршневых устройств.
Виды аксиально-поршневых насосов [вверх]
В зависимости от того, как выглядит схема плунжерного насоса аксиального типа, эти устройства бывают двух видов: агрегаты с наклонной шайбой (диском), как например, насос аксиально-поршневой регулируемый НП 90 и аксиально-поршневые насосы с наклонным цилиндрическим блоком, например, гидронасос310.112.03.06.
В конструкции первых, насосы с наклонной шайбой – коленчатый вал объединяют с цилиндрическим блоком, закрепляя его подшипниками.
В этом случае, поршневая система насоса опирается прямо на шайбу. Такой угол позволяет поршням усиливать движение жидкости при вращательных движениях.
Регулировка подобного устройства происходит путем изменения угла наклона диска. Примерами насосов с наклонной шайбой могут служить насос НП90 и Гидронасос НП 112.
Во втором случае, аксиально-поршневые насосы наклонным цилиндрическим блоком – возвратно-поступательные движения поршней происходят с наклоном самого блока цилиндра.
Особенностью такого насоса является опора цилиндрического блока на вторую ось и его расположение под углом к основному валу.
В центре конструкции размещаются параллельные расточки, внутри которых стоят поршни. Последние соединяются с основным валом при помощи шатунов. Регулировка осуществляется изменением угла наклона самого блока.
Необходимо отметить, что конструкция аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком позволяет менять размерность поршневого хода.
Это, в свою очередь, помогает изменять показатели рабочего объема в камерах.
Особенности аксиально-поршневого насоса [вверх]
Разобрав нюансы работы аксиально-поршневых насосов, можно сделать вывод, что такие устройства имеют очень хорошую производительность, они энергоёмки и эффективно функционируют даже при высоком давлении рабочей среды.
Кроме того, диапазон вращения таких насосов гораздо шире, чем у гидромоторов. Он варьируется в диапазоне от 500 до 4000 оборотов в минуту.
Достичь таких показателей не под силу ни одному другому устройству радиально-поршневого вида.
Учитывая эти положительные моменты, необходимо знать, что использовать аксиально-поршневые насосы нужно строго придерживаясь рекомендаций.
Так как стоимость таких агрегатов не маленькая, и ремонт аксиально-поршневого насоса может повлечь за собой значительные затраты.
