Назначение, классификация насосов и гидромоторов

 

Насосы в системе гидропривода предназначены для преобразования механической энергии приводящего движителя в гидравлическую энергию перемещаемой жидкости, для обеспечения рабочего давления гидросистемы, надежного функционирования элементов гидропривода.

В объемных гидроприводах применяются насосы, в которых перемещение жидкости из полости всасывания в полость нагнетания

осуществляется путем ее вытеснения из рабочих камер с помощью вытеснителей (объемные насосы).

В гидроприводах применяются следующие виды насосов:

поршневые, плунжерные, диафрагмовые, шестеренчатые, лопастные, винтовые и ротационно-поршневые. Эти насосы являются обратимыми: они могут применяться в гидроприводах как насосы для преобразования механической энергии двигателя в гидравлическую или же для превращения гидравлической энергии насоса в механическую, то есть использоваться как гидродвигатели.

В поршневом насосе вытеснителем является поршень, в шестеренном – зуб шестерни; в пластинчатом – лопатка; в винтовом –

поверхность винта.

К насосам, применяемым в гидроприводах, предъявляют особые требования. Насос должен иметь высокий КПД, обладать достаточной долговечностью и надежностью в процессе эксплуатации. Регулирование производительности насоса должно осуществляться простыми средствами, непрерывно в процессе работы и с минимальными потерями энергии. Кроме того, желательно, чтобы насос был обратимым, то есть мог бы использоваться в качестве гидромотора.

По характеру процесса вытеснения жидкости объемные насосы делятся на поршневые и роторные. Поршневыми называются насосы, в которых вытеснение жидкости из рабочих камер производится в результате только прямолинейного возвратно-поступательного или возвратно-поворотного движения вытеснителей относительно этих камер.

По виду движения ведущего звена поршневые насосы разделяются на прямодействующие и вальные. В прямодействующем насосе ведущее

звено совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение, в вальном – вращательное движение.

 

Роторными называются насосы, в которых вытеснение жидкости из камер производится в результате вращательного или сложного движения вытеснителей.

Классификация роторных насосов приведена на рисунке 3.1.

В гидроприводах машин лесной промышленности применяются три типа насосов – шестеренные, лопастные и аксиально-поршневые. Лопастные насосы в машинах лесной промышленности используются в приводах гидроусилителей рулевых механизмов.

Шестеренные насосы получили большее распространение в гидросистемах лесовозных автомобилей, самосвалах, дорожных и

строительных машинах, лесозаготовительных и складских машинах, в приводах по обработке и переработке древесины.

Аксиально-поршневые насосы используют в системах

лесозаготовительных машин, где рабочее давление составляет от 12 до

25 МПа.

 

 

 

Рисунок 3.1 – Классификация роторных насосов

 

3.2 Шестеренные насосы

 

Шестеренные насосы выполняются с внешним и внутренним зацеплением шестерен. Наибольшее распространение имеют насосы с внешним зацеплением шестерен; такие насосы могут быть одно- и двухсекционные.

Схема шестеренного насоса представлена на рисунке 3.2. При вращении ведущей 1 и ведомой 2 шестерни рабочая жидкость из

 

всасывающей камеры А в полостях впадин зубьев переносится в нагнетательную камеру В.

 

 

Рисунок 3.2 – Схема шестеренного насоса Производительность шестеренного насоса может быть определена по

формуле

D2

Q = 2π Н bnη k

z V

 

, (3.1)

 

где DН– диаметр начальной окружности шестерни; при одинаковых шестернях DНравен расстоянию между центрами шестерен;

z – число зубьев; b – ширина зуба;

n – частота вращения;

hV– объемный КПД;

к – поправочный коэффициент, равный » 1, 1.

 

В таблице 3.1 приведены основные характеристики некоторых типовых шестеренных насосов.

 

Таблица 3.1 – Основные параметры шестеренных насосов

Марка насоса	Рабочий объем, см3	Подача, л/мин	Давление нагнетания, МПа	Частота вращения, об/мин	Мощность насоса, кВт	КПД
объемный	полный
НШ-10-2		17, 7			5, 6	0, 9	0, 85
НШ-50А-3	49, 7	110, 4				0, 92	0, 82

 

Окончание таблицы 3.1

НШ6Т1	6, 3	11, 3	2, 5		0, 67	0, 92	0, 83
НШ6Е-3	6, 3				3, 97	0, 85	0, 75
НШ10Е		13, 8			2, 94	0, 92	0, 82
НШ10Е-2		17, 7			5, 52	0, 92	0, 80
НШ32-У	31, 7	47, 3			10, 9	0, 92	0, 75
НШ32У-2					16, 0	0, 92	0, 80
НШ32-2		55, 6			15, 4	0, 92	0, 80
НШ46-У	45, 7	63, 1			-	0, 92	0, 80
НШ50У-2	49, 1	86, 7			25, 7	0, 92	0, 83
НШ50-2		86, 9			23, 8	0, 92	0, 83
НШ67		96, 2			26, 5	0, 92	0, 85
НШ100-2	98, 8				37, 5	0, 94	0, 85
НШ250А-2					92, 7	0, 94	0, 85
НШ32-10-2	32/10	55, 6/17, 7			20, 2	0, 92	0, 83
НШ32-32-2	32/32	55, 6/55, 6			30, 7	0, 92	0, 82
НМШ 25		31, 9	1, 6		1, 25	0, 85	0, 70
НМШ 25Р		25, 5	0, 25		1, 20	0, 86	0, 70
НМШ 50		31, 9	1, 6		2, 50	0, 87	0, 70
НМШ80-1			1, 0		4, 71	0, 88	0, 70
НМШ125			1, 6		5, 00	0, 89	0, 70
Ш2-25	-	23, 3	1, 6		1, 3	-	-
Ш3, 2-25	-	38, 3	0, 6		1, 0	-	-
Ш5-25	-	60, 0	0, 4		1, 1	-	-
Ш8-25	-	96, 7	0, 25		1, 1	-	-
Ш40-6	-		0, 4		5, 5	-	-
Ш80-6	-		0, 25; 0, 3		7; 7, 5	-	-
ШГ2-25	-	23, 3	0, 6		0, 75	-	-
ШГ8-25	-	96, 7	1, 0		2, 7	-	-
ШГ20-25	-		1, 0		7, 2	-	-
ШФ2-25	-	23, 3	1, 4		1, 2	-	-
ШФ5-25	-		0, 4		1, 1	-	-
ШФ8-25	-	96, 7	0, 3; 0, 6		1, 2; 2, 0	-	-
ШФ20-25	-		0, 6		6, 0	-	-
БГ11-22А	11, 2	12, 3	2, 5		1, 0	0, 76	0, 54
Г11-22; БГ 11-22	16, 0		2, 5		1, 3	0, 78	0, 56
Г11-23А; БГ11-23А	22, 4		2, 5		1, 6	0, 8	0, 64
Г11-23; БГ11-23			2, 5		2, 3	0, 82	0, 68
Г11-24А; БГ11-24А			2, 5		3, 0	0, 88	0, 72
Г11-24; БГ11-24			2, 5		4, 1	0, 89	0, 74
Г11-25А; БГ11-25А			2, 5		5, 8	0, 91	0, 76
Г11-25; БГ11-25			2, 5		7, 2	0, 92	0, 77

Примечания:

1. Приведенные параметры являются номинальными.

2. Насосы НШ и НМШ предназначены для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические системы тракторов, подъемных землеройных, дорожностроительных,

 

транспортных и других сельскохозяйственных машин. В их числе насосы НШ10-10-2, НШ32-10-2 и НШ32-32-2 двухсекционные; насосы НМШ50 и НМШ125 - двухкамерные.

3. Насосы Ш предназначены для подачи масла, нефти, мазута, дизельного топлива; насосы ШГ – для подачи парафина, нефти, мазута температурой менее 100 0 С и n до 6× 10-4м2/с; насосы ШФ предназначены для подачи масла, нефти, дизельного топлива температурой до 900 С.

4. Насосы Г11-2 и БГ11-2 используются в системе станочных гидроприводов.

 

 

3.3 Пластинчатые насосы

 

Пластинчатые насосы, применяемые в гидроприводах, разделяют на насосы одно-, двух- и многократного действия. В насосах однократного действия жидкость вытесняется из рабочей камеры один раз за один оборот ротора, в насосах двукратного действия – 2 раза, а в насосах многократного действия – несколько раз [3].

На рисунке 3.3 приведена простейшая схема пластинчатого насоса однократного действия.

 

 

 

Рисунок 3.3 – Схема пластинчатого насоса однократного действия:

1 – ротор; 2 – приводной вал; 3 – пластины; 4 – статор; 5 – распределительный диск; 6, 8 – окна; 7 – гидролиния всасывания; 9 – гидролиния нагнетания;

10 – уплотнительные перемычки

 

Схема насоса однократного действия приведена на рисунке 3.3. Насос состоит из ротора 1, установленного на приводном валу 2, опоры которого размещены в корпусе насоса. В роторе имеются радиальные или расположенные под углом к радиусу пазы, в которые вставлены пластины 3. Статор 4 по отношению к ротору расположен с эксцентриситетом е. К торцам статора и ротора с малым зазором (0, 02 ÷ 0, 03 мм) прилегают торцевые распределительные диски 5 с серповидными окнами. Окно 6 каналами в корпусе насоса соединено с гидролинией всасывания 7, а окно 8 – с напорной гидролинией 9. Между окнами имеются уплотнительные перемычки 10, обеспечивающие герметизацию зон всасывания и нагнетания. Центральный угол ε, образованный этими перемычками, больше угла β между двумя соседними пластинами.

При вращении ротора пластины под действием центробежной силы, пружин или под давлением жидкости, подводимой под их торцы, выдвигаются из пазов и прижимаются к внутренней поверхности статора. Благодаря эксцентриситету объем рабочих камер вначале увеличивается – происходит всасывание, а затем уменьшается – происходит нагнетание. Жидкость из линии всасывания через окна распределительных дисков вначале поступает в рабочие камеры, а затем через другие окна вытесняется из них в напорную линию.

При изменении эксцентриситета е изменяется подача насоса. Если

е = 0 (ротор и статор расположены соосно), пластины не будут совершать возвратно-поступательных движений, объем рабочих камер не будет изменяться, и, следовательно, подача насоса будет равна нулю. При перемене эксцентриситета с + е на – е изменяется направление потока рабочей жидкости (линия 7 становится нагнетательной, а линия 9 – всасывающей). Таким образом, пластинчатые насосы однократного действия в принципе регулируемые и реверсируемые.

Подачу пластинчатого насоса однократного действия определяют по формуле

 

Q = η

⎡ 2π (r - e) -

δ z⎤ b× 2en, (3.2)

О ⎢ ⎣

cosα ⎥ ⎦

 

где hО – объемный КПД, принимаемый в пределах 0, 75 ¸ 0, 98; r – радиус внутренней поверхности статора;

e – величина эксцентриситета;

δ – толщина одной пластины; z – число пластин;

a – угол наклона одной пластины (обычно α = 0 ÷ 15 °);

 

b – ширина пластин в осевом направлении; n – частота вращения.

 

В насосах двойного действия (рисунок 3.4) ротор 1 и 2 статор сосны. Эти насосы имеют по две симметрично расположенные полости всасывания и полости нагнетания. Такое расположение зон уравновешивает силы, действующие со стороны рабочей жидкости, разгружает приводной вал 2, который будет нагружен только крутящим моментом. Для большей уравновешенности число пластин 3 в насосах двойного действия принимается четным. Торцевые распределительные диски 5 имеют четыре окна. Два окна 6 каналами в корпусе насоса соединяются с гидролинией всасывания 7, другие два 8 – с напорной гидролинией 9. Так же как и в насосах однократного действия, между окнами имеются уплотнительные перемычки 10. Для герметизации зон всасывания и нагнетания должно быть соблюдено условие, при котором ε > β [3].

 

 

 

Рисунок 3.4 – Схема пластинчатого насоса двойного действия:

1 – ротор; 2 – приводной вал; 3 – пластины; 4 – статор; 5 – распределительный диск; 6, 8 – окна; 7 – гидролиния всасывания; 9 – гидролиния нагнетания;

10 – уплотнительные перемычки

 

Профиль внутренней поверхности статора выполнен из дуг радиусами R1и R2. Пазы для пластин в роторе могут иметь радиальное расположение под углом 7 ÷ 15 ° к радиусу, что уменьшает трение и исключает заклинивание пластин. Насосы с радиальным расположением пластин могут быть реверсивными.

 

Подачу пластинчатого насоса двойного действия определяют по формуле

 

 

Q = 2η

⎡ 2π (R 2 - R 2 )- (R1 - R2 )δ z⎤ bn, (3.3)

О ⎢ ⎣ 1 2

cosα ⎥ ⎦

 

где R1и R2– соответственно большая и малая полуоси внутренней поверхности статора.

 

Регулирование подачи пластинчатого насоса однократного действия осуществляется за счет изменения величины и знака эксцентриситета.

Число пластин z для наиболее равномерной подачи принимается кратным четырем, чаще всего z = 12.

Возможность регулирования подачи в насосе двукратного действия

исключается.

В таблице 3.2 приведены технические характеристики пластинчатых насосов типа Г11 и БГ11 [14].

 

Таблица 3.2 – Технические характеристики пластинчатых насосов типа Г11 и БГ11.

Основные параметры	БГ11, БГ11-22А	Г11-22, БГ11-22	Г11-23А, БГ11-23А	Г11-23, БГ11-23	Г11-24А, БГ11-24А	Г11-24, БГ11-24	Г11-25А, БГ11-25А	Г11-25, БГ11-25
Рабочий объем, см3
Частота вращения вала, об/мин
Номинальная подача, л/мин	12, 3
Номинальное давление, МПа	2, 5	2, 5	2, 5	2, 5	2, 5	2, 5	2, 5	2, 5
Объемный КПД	0, 76	0, 78	0, 80	0, 82	0, 88	0, 89	0.91	0.92
Полный КПД	0, 54	0, 56	0, 64	0, 68	0, 72	0, 74	0, 76	0, 77

 

В таблице 3.3 приведены технические характеристики пластинчатых нерегулируемых насосов типа Г12 [14].

 

Таблица 3.3 – Технические характеристики пластинчатых нерегулируемых насосов типа Г12 [14].

Основные параметры	Г12-31 АМ	Г12-31 М	Г12-32 АМ	Г12-32 М	Г12-33 АМ	Г12-33 М	Г12-24 АМ	Г12-24 М	Г12-25 АМ	Г12-25 М	Г12-26 АМ
Рабочий объем, см3		12, 5
Номинальная подача, л/мин
Номинальное давление, МПа	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3
Объемный КПД	0, 73	0, 78	0, 81	0, 85	0, 89	0, 92	0, 89	0, 9	0, 92	0, 93	0, 9
Полный КПД	0, 55	0, 6	0, 7	0, 76	0, 8	0, 84	0, 8	0, 82	0, 85	0, 86	0, 9

 

В таблице 3.4 приведены технические характеристики пластинчатых нерегулируемых насосов типа БГ12 [14].

 

Таблица 3.4 – Технические характеристики пластинчатых нерегулируемых насосов типа БГ12.

Основные параметры	БГ12-21АМ	БГ12-21М	БГ12-22АМ	БГ12-22М	БГ12-23АМ	БГ12-23М	БГ12-24АМ	БГ12-24М	БГ12-25АМ
Рабочий объем, см3			12, 5
Номинальная подача, л/мин	5, 4		14, 6	19, 4	25, 5
Номинальное давление, МПа	12, 5	12, 5	12, 5	12, 5	12, 5	12, 5	12, 5	12, 5	12, 5
Объемный КПД	0, 72	0, 75	0, 78	0, 81	0, 85	0, 88	0, 83	0, 88	0, 9
Полный КПД	0, 55	0, 6	0, 66	0, 7	0, 75	0, 8	0, 75	0, 77	0, 85

 

3.4 Роторно-поршневые насосы

 

Роторно-поршневыми называются насосы, в которых вытеснители имеют форму поршней (плунжеров), а рабочие камеры ограничиваются вытеснителями в цилиндрических полостях ротора.

Различают радиальные и аксиальные роторно-поршневые насосы. В радиальных насосах рабочие камеры расположены радиально по

отношению к оси ротора. Если ось вращения ротора параллельна осям рабочих камер, насос называется аксиально-поршневым

 

 

3.4.1 Радиальные роторно-поршневые насосы

 

Радиально-поршневые гидромашины применяют при сравнительно высоких давлениях (10 МПа и выше). По принципу действия радиально- поршневые гидромашины делятся на одно-, двух- и многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот ротора поршни совершают одно возвратно-поступательное движение. Схема радиально-поршневого насоса однократного действия приведена на рисунке 3.5.

 

 

 

Рисунок 3.5 – Схема радиально-поршневого насоса однократного действия: 1 – ротор; 2 – ось; 3 – всасывающий канал; 4 – нагнетательный канал; 5 – окна; 6 – цилиндры; 7 – статор; 8 – муфта; 9 – поршни

 

Рабочими камерами в насосе являются радиально расположенные цилиндры, а вытеснителями – поршни. Ротор (блок цилиндров) 1 на

 

скользящей посадке установлен на ось 2, которая имеет два канала 3 и 4 (один соединен с гидролинией всасывания, другой – с напорной гидролинией). Каналы имеют окна 5, которыми они могут соединяться с цилиндрами 6. Статор 7 по отношению к ротору располагается с эксцентриситетом.

Ротор вращается от приводного вала через муфту 8. При вращении ротора в направлении, указанном на рисунке 3.5 стрелкой, поршни 9

вначале выдвигаются из цилиндров (происходит всасывание), а затем вдвигаются (нагнетание). Соответственно рабочая жидкость вначале заполняет цилиндры, а затем поршнями вытесняется оттуда в канал 4 и

далее в напорную линию гидросистемы. Поршни выдвигаются и прижимаются к статору центробежной силой или принудительно (пружиной, давлением рабочей жидкости или иным путем).

Радиально-поршневые насосы могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. Регулирование подачи, а также реверс осуществляются изменением величины и знака эксцентриситета. Увеличение подачи достигается за счет увеличения числа рядов цилиндров (многорядные

насосы).

Средняя подача нерегулируемого и регулируемого радиально- поршневого насоса определяется соответственно по формулам (3.4), (3.5)

 

Q = η О

π d2ezmi/2; (3.4)

 

 

Q = η Оπ d

eziuen/2, (3.5)

 

где d – диаметр поршня;

e – эксцентриситет; величина которого находится в пределах

3 ¸ 10 мм;

ue= e/emax– параметр регулирования;

m – число ходов поршня за один оборот вала насоса;

i – число рядов поршня.

 

Промышленность выпускает регулируемые насосы типа НП, НПД и нерегулируемые – типа Н с давлением до 50 МПа.

Радиально-поршневые насосы имеют четыре модификации по управлению:

- НРР – насосы с ручным управлением нереверсивные;

- НРРШ – насосы с ручным управлением, нереверсивные, с встроенным шестеренным насосом для питания вспомогательных механизмов гидросистемы;

 

- НРС и 2НРС – насосы со следящим гидравлическим управлением

( НРС – нереверсивные; 2НРС – реверсивные );

- НРМ и НР4М – насосы с электрогидравлическим механизмом управления на две и четыре подачи (реверсивные);

- НРД – насосы с управлением по давлению (нереверсивные).

 

В качестве примера рассмотрим расшифровку насоса 2НРС 250Д/20: цифра 2 – реверсивный, радиально-поршневой со следящим гидравлическим управлением; 250 – величина рабочего объема в см3; Д – модернизированный; 20 – номинальное давление в МПа.

 

В таблице 3.5 приведены основные параметры радиально-поршневых регулируемых насосов типа НР.

 

 

Таблица 3.5 – Основные параметры радиально-поршневых регулируемых насосов

Параметр	НРР	НРШ	НРС	НРМ	НР4М	НРМ	НРД
125А/	250А/	500А/	450/10	224/10	360/1	125А/	250А/	500А/
Рабочий объем насоса,
см3:
поршневого
шестеренного
Номинальная подача
насоса, л/мин:
поршневого
шестеренного
Номинальное давление
насоса, МПа:
поршневого
шестеренного	1, 6	1, 6	1, 6	1, 6	1, 6	1, 6	1, 6	1, 6	1, 6
КПД насоса, %:
объемный
полный

 

В таблице 3.6 приведены основные параметры радиально-поршневых нерегулируемых насосов типа Н.

 

Таблица 3.6 – Основные параметры радиально-поршневых нерегулируемых насосов

Марка насоса	Подача Q, л/c	Давление P, МПа	Частота вращения n, об/мин	КПД насоса
объемный ç О	общий ç
Н-400	0, 083			-	0, 58
Н-401	0, 3			-	0, 73
Н-403	0, 5			-	0, 76
Н-450	0, 05			0, 70	-
Н-451А	0, 083			0, 80	-
Н-451	0, 133			0, 80	-
Н-518				-	-
НП-500	0, 027			-	-

 

3.4.2 Аксиальные роторно-поршневые насосы

 

В аксиально-поршневых насосах ось вращения параллельна осям рабочих камер и вытеснителей или составляет с ними угол менее 45 °. Аксиально-поршневые насосы бывают двух типов: с наклонным блоком и с наклонным диском (рисунок 3.6).

 

 

 

Рисунок 3.6 – Схемы аксиально-поршневых гидромашин: а – с наклонным диском; б – с наклонным блоком; 1 – ведущий вал; 2 – диск; 3 – шток; 4 – блок цилиндров; 5 – поршень; 6 – распределитель; 7 – пазы; 8 – шарнир; 9 – шатун

 

Гидромашина с наклонным диском включает в себя блок цилиндров, ось которого совпадает с осью ведущего вала 1, а под углом а к нему расположена ось диска 2, с которым связаны штоки 3 поршней 5. Ниже

 

рассмотрена схема работы гидромашины в режиме насоса. Ведущий вал приводит во вращение блок цилиндров.

При повороте блока вокруг оси насоса на 180 ° поршень совершает поступательное движение, выталкивая жидкость из цилиндра. При

дальнейшем повороте на 180 ° поршень совершает ход всасывания. Блок цилиндров своей шлифованной торцовой поверхностью плотно прилегает к тщательно обработанной поверхности неподвижного распределителя 6, в

котором сделаны полукольцевые пазы 7. Один из этих пазов соединен через каналы со всасывающим трубопроводом, другой – с напорным трубопроводом. В блоке цилиндров выполнены отверстия, соединяющие

каждый из цилиндров блока с распределителем. Если в гидромашину через каналы подавать под давлением рабочую жидкость, то, действуя на поршни, она заставляет их совершать возвратно-поступательное движение,

а они, в свою очередь, вращают диск и связанный с ним вал. Таким образом работает аксиально-поршневой гидромотор.

Принцип действия аксиально-поршневого насоса-гидромотора с наклонным блоком цилиндров заключается в следующем. Блок 4

цилиндров с поршнями 5 и шатунами 9 наклонен относительно приводного диска 2 вала 1 на некоторый угол. Блок цилиндров получает вращение от вала через универсальный шарнир 8. При вращении вала

поршни 5 и связанные с ними шатуны 9 начинают совершать возвратно- поступательные движения в цилиндрах блока, который вращается вместе с валом. За время одного оборота блока каждый поршень производит

всасывание и нагнетание рабочей жидкости. Один из пазов 7 в распределителе 6 соединен со всасывающим трубопроводом, другой – с напорным. Объемную подачу аксиально-поршневого насоса с наклонным

блоком цилиндров можно регулировать, изменяя угол наклона оси блока относительно оси вала в пределах 25 °. При соосном расположении блока цилиндров с ведущим валом поршни не перемещаются и объемная подача

насоса равна нулю.

Конструкция нерегулируемого аксиально-поршневого насоса- гидромотора с наклонным диском показана на рисунке 3.7. В корпусе 4 вместе с валом 1 вращается блок 5 цилиндров. Поршни 11 опираются на наклонный диск 3 и благодаря этому совершают возвратно-поступательное движение. Осевые силы давления передаются непосредственно корпусным деталям – передней крышки 2 через люльку 14 и задней крышке 8 корпуса – через башмаки 13 поршней и распределитель 7, представляющие собой гидростатические опоры, успешно работающие при высоких давлениях и скорости скольжения.

 

 

 

Рисунок 3.7 – Аксиально-поршневой нерегулируемый насос- гидромотор с наклонным диском: 1 – вал; 2, 8 – крышки; 3 – наклонный диск;

4 – корпус; 5 – блок цилиндров; 6 – торец блока цилиндров; 7 – распределитель;

9 – окно; 10 – пружина; 11 – поршень; 12 – шлицевое соединение; 13 – башмак;

14 – люлька

 

В аксиально-поршневом насосе-гидромоторе применена система распределения рабочей жидкости торцового типа, образованная торцом 6 блока цилиндров, на поверхности которого открываются окна 9 цилиндров, и торцом распределителя 7.

Система распределения выполняет несколько функций. Она является упорным подшипником, воспринимающим сумму осевых сил давления от

всех цилиндров; переключателем соединения цилиндров с линиями всасывания и нагнетания рабочей жидкости; вращающимся уплотнением, разобщающим линии всасывания и нагнетания одну от другой и от

окружающих полостей. Поверхности образующие систему распределения, должны быть взаимно центрированы, а одна из них (поверхность блока цилиндров) – иметь небольшую свободу самоориентации для образования

слоя смазки. Эти функции выполняет подвижное эвольвентное шлицевое соединение 12 между блоком цилиндров и валом. Чтобы предотвратить раскрытие стыка системы распределения под действием момента центробежных сил поршней, предусмотрен центральный прижим блока

пружиной 10.

 

В нерегулируемом аксиально-поршневом насосе-гидромоторе с реверсивным потоком и наклонным блоком цилиндров (рисунок 3.8) ось вращения блока 7 цилиндров наклонена к оси вращения вала 1. В ведущий диск 14 вала заделаны сферические головки 3 шатунов 4, закрепленных также с помощью сферических шарниров 6 в поршнях 13.

 

 

 

Рисунок 3.8 – Аксиально-поршневой нерегулируемый насос-гидромотор с реверсивным потоком и наклонным блоком: 1 – вал; 2- уплотнение;

3 – сферическая головка; 4 – шатун; 5 – юбка поршня; 6 – шарнир; 7 – блок цилиндров;

8 – шип; 9 – крышка; 10, 11 – окно; 12 – пружина; 13 – поршень; 14 - диск

 

При вращении блока цилиндров и вала вокруг своих осей поршни совершают относительно цилиндров возвратно-поступательное движение. Вал и блок вращаются синхронно с помощью шатунов, которые, проходя поочередно через положение максимального отклонения от оси поршня, прилегают к его юбке 5 и давят на нее. Для этого юбки поршней выполнены длинными, а шатуны снабжены корпусными шейками. Блок цилиндров, вращающийся вокруг центрального шипа 8, расположен по отношению к валу под углом 30 ° и прижат пружиной 12 к распределительному диску (на рисунке не показан), который этим же усилием прижимается к крышке 9.

Рабочая жидкость подводится и отводится через окна 10 и 11 в крышке 9. Поршни, находящиеся в верхней части блока, совершают ход

 

всасывания рабочей жидкости. В то же время нижние поршни, вытесняя жидкость из цилиндров, совершают ход нагнетания. Манжетное уплотнение 2 в передней крышке гидромашины препятствует утечке масла из нерабочей полости насоса.

Средняя подача аксиально-поршневого насоса с наклонным диском и наклонным блоком определяется, соответственно, по формулам

 

π d 2

Q =

D1sinγ z nη О; (3.6)

 

π d 2

Q =

D2 tgγ znη О, (3.7)

 

где d – диаметр цилиндра;

D1– диаметр окружности, на которой в упорном диске расположены центры шарниров шатунов;

D2– диаметр окружности, на которой в роторе расположены оси поршней;

b – угол наклона блока цилиндров или диска к оси вращения ротора, b = 15 ¸ 20 °;

z – число поршней (обычно равно 5, 7 или 9);

n – число оборотов ротора;

hО – объемный КПД.

 

На лесозаготовительных машинах получили распространение аксиально-поршневые насосы серий 210, 310, 207, которые работают при более высоких рабочих давлениях – от 20 до 25 МПа, обеспечивая высокие значения объемного и полного КПД (соответственно 0, 97 ÷ 0, 98 и 0, 94 ÷ 0, 95 ). Эти насосы требуют специальных рабочих жидкостей и масел и высокой технической культуры эксплуатации. Выполняют такие насосы с постоянным и переменным рабочим объемом ( регулируемые насосы ) в различном конструктивном исполнении: 210.12.12.00А; 210.12.12.01А; 210.16.12.01; 210.16.12.01А; 210.20.12.20Б; 210.20.12.21; 210.25.12.20Б;

210.25.12.21; 210.25.12.21.

Индексы указанных марок насосов расшифровывают следующим образом: три первые цифры (210) обозначают тип, следующие две (12, 16, 20, 25) – диаметр поршня в мм, третьи две цифры указывают, является ли гидромашина насосом или гидромотором (12 – насос, 11 – насос- гидромотор, 13 – гидромотор), последняя пара цифр определяет исполнение вала (со шпоночным пазом 00 или 20, шлицевым концом 01

 

или 21 ), буквенные индексы А, Б указывают на материал, из которого изготовлен корпус (А – алюминиевый сплав, Б – чугунный).

В таблицах 3.7, 3.8 и 3.9 приведены технические характеристики аксиально-поршневых насосов, используемых в лесных машинах.

 

Таблица 3.7 – Техническая характеристика нерегулируемых аксиально-поршневых насосов с постоянным рабочим объемом типа 210

Марка насоса	210.12	210.16	210.20	210.25	210.32
Рабочий объем насоса, см3	11, 6	28, 1	54, 8
Номинальное давление, развиваемое насосом, МПа
Максимальное давление, развиваемое насосом, МПа
Номинальная подача насоса, л/мин	26, 4	52, 1	78, 1	122, 0	205, 2
Номинальная мощность, кВт		15, 5	29, 5	46, 1	77, 5
Объемный КПД в номинальном режиме	0, 950	0, 965	0, 950	0, 950	0, 950
Полный КПД в номинальном режиме	0, 905	0, 908	0, 91	0, 915	0, 91

 

Таблица 3.8 – Техническая характеристика аксиально-поршневых насосов типа 310, 313

Марка насоса	310.56	310.12	313.16	313.56	313.112	323.25
Тип насоса	Нерегулируемый	Регулируемый
Номинальное давление, МПа
Максимальное давление, МПа
Рабочий объем, см3			28, 1	16 ÷ 56	31 ÷ 112	12, 2 ÷ 10
Полный КПД	-	-	0, 85	-	-	-
Масса, кг

 

Таблица 3.9 – Техническая характеристика аксиально-поршневых насосов типа 207, НП

Марка насоса	207.20	207.25	207.32	НП-90	НП-112
Рабочий объем насоса, см3	54, 8			-	-
Номинальное давление, развиваемое насосом, МПа				22, 05	25, 5
Максимальное давление, развиваемое насосом, МПа				34, 3
Номинальная подача насоса, л/мин	78, 1		205, 2	119, 8	213, 12
Номинальная мощность насоса, кВт	29, 5	46, 1	77, 5	53, 86
Объемный КПД насоса	0, 95	0, 95	0, 95	-	-
Полный КПД насоса	0, 91	0, 91	0, 91	0, 88	0, 886

 

3.5 Гидромоторы

 

Гидромотор – это объемный гидродвигатель с вращательным движением ведомого звена. В качестве гидромоторов используют объемные роторные насосы, обращенные в гидродвигатели.

Гидромоторы делятся на регулируемые и нерегулируемые.

Если выходное звено гидромотора может вращаться только в одну сторону, такой гидромотор называется реверсивным. В зависимости от способа реверсирования различают гидромоторы:

- с постоянным направлением потока;

- с реверсом потока, когда изменение направления вращения выходного звена происходит за счет изменения направления потока

рабочей жидкости.

В зависимости от назначения гидропривода вращательного движения различают низкомоментные и высокомоментные гидромоторы. Низкомоментные гидромоторы имеют большую частоту вращения, но небольшой крутящий момент: у высокомоментных гидромоторов – большой крутящий момент при небольшой частоте вращения.

В качестве низкомоментных широко используют аксиально- поршневые гидромоторы. Аксиально-поршневые гидромоторы, как и аксиально-поршневые насосы, по конструкции бывают с наклонным блоком и с наклонным диском.

Аксиально-поршневые гидромоторы типа Г15-2 Р выполняются пяти типоразмеров (таблица 3.10). Такие гидромоторы обеспечивают бесступенчатое регулирование скорости и реверсирование при работе на масле с вязкостью от 10 до 220 мм2/с и температуре окружающей среды от 0 ° до 45 °. Эти гидромоторы применяются на стандартном оборудовании.

На лесохозяйственных, сельскохозяйственных машинах и тракторах применяются регулируемые аксиально-поршневые гидромоторы типа МП-

90 и МП-112, которые работают в паре с насосами НП-90 и НП-112 (таблица 3.9), образуя объемный привод.

 

Таблица 3.10 – Техническая характеристика гидромоторов типа Г15-2 Р

Марка гидромотора	Г15- 21 Р	Г15- 22 Р	Г15- 23 Р	Г15- 24 Р	Г15- 25 Р
Номинальная частота вращения, с-1
Номинальное давление на входе, МПа	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3	6, 3
Номинальный крутящий момент, Н⋅ м	9, 6	18, 0	34, 0	68, 0
Номинальная эффективная мощность, кВт	0, 96	1, 7	3, 4	6, 8	13, 6
Полный КПД при номинальных параметрах	0, 88	0, 89	0, 90	0, 90	0, 90

 

В качестве низкомоментных гидромоторов применяют шиберные гидромоторы, по своей конструкции аналогичные шиберным (пластинчатым) насосам. Однако эти гидромоторы существенно уступают аксиально-поршневым по экономичности, имея малый общий КПД (0, 45 ¸ 0, 65) и малый диапазон регулирования.

В качестве высокомоментных используются радиально-поршневые гидромоторы. Для создания больших крутящих моментов при небольшой частоте вращения применяются гидромоторы типа МР (таблица 3.11). Аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы сложны по конструкции, дорогостоящие и имеют сравнительно низкий моторесурс.

 

Таблица 3.11 – Технические характеристики гидромоторов МР

Параметр	Типоразмер
0, 16/10	0, 25/10	0, 4/10	1/10	2, 5/10	10/10
Номинальный крутящий момент, Н⋅ м
Номинальное давление, МПа	-	-		-	-	-
Номинальная частота вращения, об/мин
Рабочий объем, л	0, 16	0, 25	0, 4		2, 5
Объемный КПД	0, 91	0, 94	0, 94	0, 94	0, 94	0, 96
Общий КПД	0, 86	0, 89	0, 85	0, 9	0, 85	0, 91

 

В системах, где требуется высокая надежность и долговечность при низкой стоимости, применяют шестеренные гидромоторы (таблица 3.12), по конструкции аналогичные шестеренным насосам (отличие состоит лишь в присутствии слива в бак для просочившейся жидкости).

 

Таблица 3.12 – Технические характеристики гидромоторов ГМШ

Параметр	Типоразмер
ГМШ-32	ГМШ-50	ГМШ-100
Номинальный перепад давления, МПа	-		-
Рабочий объем, см3
Частота вращения, об/мин: номинальная минимальная	- -		- -
Номинальный крутящий момент, Н⋅ м	59, 6
Полный КПД	-	0, 78	0, 75
Моторесурс, ч	не менее 3000
Масса, кг	6, 8	7, 4	17, 5

 

3.6 Выбор насоса гидропривода

 

Выбор типа и марки насоса и гидромотора гидропривода обусловлен рядом параметров и показателей. К основным параметрам насосов и гидромоторов относятся:

1. Рабочий объем насоса или мотора – разность наибольшего и наименьшего замкнутого объема за один оборот вала или двойной ход рабочего органа (q, м3/об или см3/об).

2. Номинальное давление (РНОМ) – наибольшее манометрическое давление, при котором насос работает в течение установленного срока службы с сохранением параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

3. Номинальная подача (для насосов) или расход (для гидромоторов – объем подаваемой или потребляемой рабочей жидкости за единицу времени), QНОМ= q·n, м3/с. Это теоретическая подача насоса. Действительная подача всегда меньше теоретической на величину внутренних утечек и величину неполного заполнения жидкостью камер насоса.

4. Номинальное число оборотов – наибольшее число оборотов, при котором насос работает в течение установленного срока службы с сохранением параметров в пределах, установленных нормативно- технической документацией.

5. Номинальная мощность насоса – мощность, потребляемая насосом при нормальных давлении и подаче:

 

NНОМ

= QНОМ× PНОМ. (3.8)

 

Номинальный крутящий момент на валу гидромотора:

 

ω

=

M

QНОМ × PНОМ КР

М

 

, (3.9)

 

где ω М– угловая скорость вала гидромотора.

 

Общий КПД насоса (гидромотора) равен произведению объемного η О, механического η М и гидравлического η Г, КПД:

 

η Н = η ОН× η МН× η ГН; (3.10)

 

 

η М = η ОМ× η ММ× η ГМ. (3.11)

 

Для современных насосов объемный и механический КПД находится в пределах 0, 92 ÷ 0, 96

При выборе насоса развиваемое давление должно быть достаточным для обеспечения необходимого усилия исполнительного органа и

преодоления потерь давления, возникающих в трубопроводах, золотниках, клапанах, дросселях и т.д. Следовательно, давление насоса принимается равным

 

PН= PР+ å Δ P, (3.12)

 

где Рр – рабочее давление;

å Δ P– сумма всех потерь давления в системе гидропривода.

Для предварительных расчетов å Δ Pпринимается равным

 

	å Δ P = (0, 1 ¸ 0, 2)PР.			(3.13)
При	определении	расхода жидкости	Q,	необходимого	для

перемещения поршня, исходными параметрами являются или скорость

«прямого хода» поршня υ, или время полного хода поршня. При этом под

«прямым ходом» поршня подразумевается ход, при котором жидкость подается в ту полость цилиндра, через которую шток не проходит; под

«обратным ходом» подразумеваем ход, при котором жидкость подается в полость, через которую проходит шток.

Расход жидкости, необходимый для перемещения поршня с заданной

скоростью υ, определяется по формуле

 

Q= π D

υ. (3.14)

 

Если задано время полного хода поршня, то расход жидкости равен

 

S⎜ ⎛ Ù + Ù ¢

Q= ⎝ Ц Ц

t

⎟ ⎞

⎠

, (3.15)

 

где S – ход поршня;

Ω ц– площадь сечения цилиндра;

 

Ц

Ù ¢ – площадь сечения цилиндра, уменьшенная на площадь

сечения штока;

t – время полного хода поршня.

 

Производительность насоса должна обеспечить необходимый расход для исполнительного силового агрегата и возместить потери (утечки) в зазорах гидроагрегатов. Поэтому при выборе насоса его расход QНпредварительно принимается равным

 

QН = (1, 05 ¸ 1, 1)Q. (3.16)

 

Полученные значения РН и QНкорректируются по номинальному ряду давлений и расхода.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 3

 

 

1.	Назначение насосов в гидроприводе.
2.	В чем отличие насосов от гидромоторов?
3.	Требования к насосам, применяемым в гидроприводе.
4.	Основная классификация насосов.
5.	Принцип работы шестеренного насоса.
6.	Какие насосы находят наибольшее применение	в

лесозаготовительных машинах?

7. Принцип работы пластинчатого насоса.

8. В чем отличие пластинчатого насоса однократного от насоса двукратного действия?

9. В чем отличие регулируемых и нерегулируемых пластинчатых насосов?

10. В чем принципиальное отличие радиальных и аксиальных роторно-поршневых насосов?

11. Как осуществляется регулирование подачи радиально- поршневых насосов?

12. На какие два типа подразделяют аксиально-поршневые насосы, в

чем заключается их принципиальное отличие?

13. В чем заключается отличие низкомоментных и гидромоторов?

14. Какие насосы используют в качестве низкомоментных?

15. Какие насосы используют в качестве высокомоментных?

16. В каких системах применяют шестеренные гидромоторы?

 

 

4 РЕГУЛИРУЮЩИЕ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОПРИВОДА

 

Гидропривод может обеспечить надежное исполнение определенных заданных функций только при условии, если энергия потока жидкости, создаваемая насосом и передаваемая гидродвигателем, будет управляться. Для управления энергией потока жидкости, а следовательно, скоростью движения силового органа станка или машины; контроля за рабочими параметрами гидросистемы; поддержания этих параметров в заданных пределах при разных режимах работы гидропривода; обеспечения надежности и безопасности работы служит контрольно-регулирующая и направляющая аппаратура гидропривода.

По принципу действия все устройства управления и контроля гидропривода делятся на два вида: устройства с геометрическими

характеристиками, не зависимыми от параметров потока жидкости, и устройства, геометрические характеристики которых зависят от параметров потока. При этом под геометрическими характеристиками

понимаются размеры рабочих окон, через которые проходит жидкость.

В зависимости от степени открытия рабочего проходного сечения гидроаппаратура подразделяется на регулирующую и направляющую.

Регулирующая гидроаппаратура изменяет давление, расход и направление потока рабочей жидкости за счет частичного открытия рабочего проходного сечения.

Направляющая гидроаппаратура предназначена лишь для изменения направления потока рабочей жидкости за счет полного открытия или закрытия рабочего проходного сечения.

К регулирующей гидроаппаратуре относят:

- гидроклапаны давления, предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости (напорные, редукционные);

- гидроклапаны, управляющие потоком рабочей жидкости

(делители, сумматоры потоков, обратные клапаны, гидрозамки и др.).

 

4.1 Регуляторы давления

 

Регуляторами давления называются устройства, предназначенные для поддержания заданного давления рабочей жидкости в любой точке гидропривода. Регуляторы давления предохраняют гидропривод от перегрузок и могут быть использованы для разгрузки насоса в определенной части рабочего цикла.

 

Для предохранения гидросистемы от перегрузок, а также от недопустимо высоких давлений жидкости служат предохранительные клапаны. Причиной повышения давления в гидроприводе может быть неисправность отдельного элемента гидропривода, засорение трубопровода, возросшее сопротивление на выходном звене, резкое увеличение сопротивления силового органа механизма или машины.

В случае превышения давления клапан открывается для слива рабочей жидкости, а при восстановлении первоначального давления –

закрывается.

В качестве регуляторов давления используются напорные предохранительные и редукционные клапаны.

 

 

4.1.1 Предохранительные клапаны

 

По конструкции предохранительные клапаны делятся на шариковые, конические и плунжерные (золотниковые). Предохранительные клапаны подразделяются на две группы: прямого действия и непрямого действия.

В гидроклапанах прямого действия величина открытия рабочего проходного сечения изменяется в результате непосредственного

воздействия потока рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент.

В гидроклапанах непрямого действия поток сначала воздействует на вспомогательный запорно-регулирующий элемент, перемещение которого вызывает изменение положения основного запорно-регулирующего элемента этого клапана.

На рисунке 4.1 представлены принципиальные схемы предохранительных клапанов прямого действия с шариковым, конусным,

плунжерным и тарельчатым запорно-регулирующими элементами.

Клапан состоит из запорно-регулирующего элемента 1 (шарика, конуса и т.д.), пружины 2, натяжение которой можно изменять регулировочным винтом 3. Отверстие 5 корпуса 4 соединяется с линией высокого давления, а отверстие 6 – со сливной линией. Часть корпуса, с которой запорно-регулирующий элемент клапана приходит в соприкосновение, называется седлом (посадочным местом).

При установке клапана в гидросистему пружина 2 настраивается так, чтобы создаваемое ею давление было больше рабочего, тогда запорно-

регулирующий элемент будет прижат к седлу, а линия слива будет отделена от линии высоко давления. При повышении давления в подводимом потоке сверх регламентированного запорно-регулирующий

элемент клапана перемещается вверх, преодолевая усилие пружины, рабочее проходное сечение клапана открывается, и гидролиния высокого давления соединяется со сливной.

 

 

 

Рисунок 4.1 – Принципиальные схемы напорных клапанов с запорно- регулирующими элементами: а – с шариковым; б – с конусным;

в – с золотниковым; г – с тарельчатым; 1 – запорно-регулирующий элемент;

2 – пружина; 3 – регулировочный винт; 4 – корпус; 5 – напорное отверстие корпуса; 6 – сливное отверстие корпуса; 7 – камера демпфера; 8 – плунжер; 9 – калибровочное отверстие

 

Вся рабочая жидкость идет через клапан на слив. Как только давление в напорной гидролинии упадет, клапан закроется, и если причина, вызвавшая повышение давления, не будет устранена, процесс повторится.

В процессе работы клапана возникает вибрация запорно- регулирующего элемента, сопровождаемая ударами о седло и колебаниями давления в системе. Вибрация и удары могут служить причиной износа и потери герметичности клапанов.

Для уменьшения силы удара и частоты колебаний клапана о седло применяют специальные гидравлические демпферы (рисунок 4.1 б, г).

Устройство состоит из камеры 7, в которой перемещается плунжер 8. Камера заполнена жидкостью. С линией слива эта камера соединяется тонким калибровочным отверстием 9 диаметром 0, 8 ÷ 1 мм. При открывании клапана плунжер вытесняет жидкость из камеры демпфера.

Создаваемое при этом гидравлическое сопротивление, пропорциональное скорости движения плунжера, уменьшает частоту колебаний, силу удара запорно-регулирующего элемента и частично устраняет его вибрацию.

Достоинство клапанов прямого действия – высокое быстродействие. Недостаток – увеличение размеров при повышении рабочего давления, а также нестабильность работы.

При конструировании напорных клапанов их габарит и массу можно уменьшить, если применить клапаны непрямого действия (рисунок 4.2).

 

 

Рисунок 4.2 – Схема предохранительного клапана непрямого действия:

1 – золотник; 2 – нерегулируемая пружина; 3 – запорно-регулирующий элемент; 4 – пружина; 5 – регулировочный винт; 6, 7, 8 – полости