КЛАССИФИКАЦИЯ РОТОРНЫХ НАСОСОВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ

Роторные насосы, так же как и поршневые, относятся к насосам объемного действия, работающим по принципу вытеснения жидкости. По характеру движения рабочих органов (вытеснителей) роторные насосы подразделяются на вращательные и вращательно-поступательные: к насосам вращательного движения относятся зубчатые (шестеренные, коловратные) и винтовые; к насосам вращательно-поступательного движения пластинчатые (шиберные) и поршеньковые (радиальные и аксиальные). Роторные насосы обычно состоят из трех основных частей: статора (неподвижного корпуса), ротора, жестко связанного с валом, и вытеснителя (одного или нескольких). В некоторых конструкциях ротор одновременно является и вытеснителем. Рабочий процесс роторных насосов имеет следующие особенности. При вращении ротора рабочие камеры перемещаются, изменяют свой объем и, отсекая жидкость от полости всасывания, перемещают ее в полость нагнетания. При таком принципе работы не нужны всасывающие и нагнетательные клапаны, и рабочий процесс делится на три этапа: заполнение рабочих камер жидкостью; замыкание рабочих камер и их перенос; вытеснение жидкости из рабочих камер.

Специфика рабочего процесса роторных насосов определяет их особые свойства:

· большая быстроходность: частота вращения достигает 5-103 мин';

· равномерность подачи, возможность ее регулирования и реверсирования;

· обратимость, т. е. способность работать в качестве гидродвигателя;

· способность создавать высокие давления при достаточно высоких КПД;

· малые масса и объем, приходящиеся на единицу мощности;

· большая надежность в работе;

· способность работать только на чистых, не агрессивных жидкостях (не содержащих абразивных и других частиц), обладающих смазывающими свойствами, что обусловлено малыми зазорами вращающихся трущихся деталей, обработанных с высокой точностью.

Если первые шесть свойств являются преимуществом роторных насосов, то последнее их недостатком, так как ограничивает область применения насосов. Подача роторных насосов определяется размерами рабочего пространства и частотой вращения ротора, а также прочностью элементов насоса. Если задвижка на напорной линии случайно оказывается закрытой, то давление может возрасти выше допустимого, что вызовет поломку или повреждение насоса. Поэтому необходима предохранительная аппаратура, защищающая насосы от перегрузки, а прочность элементов насоса должна иметь достаточный запас (с учетом сопротивления напорной линии). Роторные насосы находят самое широкое применение в технике, особенно в тех случаях, когда при сравнительно небольшой подаче необходимо обеспечить высокое давление. Они успешно применяются в гидропередачах, в автоматических устройствах и системах регулирования, в топливных системах газотурбинных и ракетных двигателей, в гидравлических прессах, в смазочных системах двигателей для перекачивания вязких жидкостей, в нефтяном, коксохимическом и других производствах. Поскольку роторные насосы имеют свойство обратимости, т. е. способны работать в качестве гидродвигателей (гидромоторов) при подводе к ним жидкости под давлением, то в технической литературе их иногда называют гидромашинами; в дальнейшем мы будем использовать этот термин.

Планетарные (героторные) гидромашины

Рабочие органы сельскохозяйственных машин работают в диапазоне частоты вращения 0,1...15 с-' с различными момента­ми сопротивления. Для их привода используют гидромоторы героторного типа (рис. 5.1.1, а, б). Качающий узел этих гидрома­шин представляет собой шестеренную пару внутреннего эпитрохоидного зацепления с профилем зубьев внутренней шестерни (ротора) и круговыми зубьями охватывающей кольцевой ше­стерни (статора) 2. Статор имеет на один зуб больше, чем ротор.

 

 

 

1-ротор; 2- статор; 3- ролик

 

Рис. 5.1.1- Схымы планетарных гидромашин с зубчатым (а) и с роликовым (б) статорами

 

Зубья шестерен находятся в непрерывно взаимном контакте и образуют ряд замкнутых рабочих камер без каких-либо до­полнительных разделительных элементов, что позволяет осущест­вить планетарное движение одной из шестерен с передачей от­носительной (замедленной) составляющей этого движения на выходной вал.

Для исключения скольжения зубьев ротора по поверхности статора и улучшения технологии изготовления гидромашин вместо зубьев статора используют ролики (рис. 5.1.1, б).

При вращении ротора объем рабочих камер левой и правой сторон гидро­машины постепенно изменяется. После поворота ротора на 25у-° распределитель переключает камеры нагнетания, IV

(рис. 5.1) и всасывания (слива) V, VI, VII. Распределитель рас­положен на валу статора и имеет по шесть сливных (всасываю­щих) и нагнетательных каналов. Таким образом, одна впадина статора (седьмая) в процессе работы разобщена с линиями нагнетания и слива; она находится при положении зуба внутри '. ротора. При повороте вала на один оборот происходит переключение каналов по следующему циклу; I — IV—VII—VI— II —V—I. Следовательно, за один оборот ротора у гидромашин пройсходит шесть рабочих циклов при семи циклах распределителя. Конструкции таких гидромашин отечественного и зарубеж­ного производства имеют общую схему: неподвижную кольцевую шестерню (статор) и ротор, совершающий сложное планетарное движение. У гидромашин с цапфенным распределителем имеется карданный вал, который передает относительное вращение ротора на выходной вал и служит для синхронного по скорости К фазе привода распределителя. В гидромоторах с торцевым расnределителем движение на подвижный диск распределителя передается дополнительным карданным валом или от основного вала при планетарном движении статора.

За один оборот вала при шести циклах и ширине b шестерни придельный расход жидкости.

Насос-дозатор (рис. 5.1.2) обеспечивает подачу рабочей жидкости в по­лости гидроцилиндра управляемых колес пропорционально пово­роту рулевого колеса.

 

1,7- штифты; 2- карданный вал; 3- распределитель; 4- крышка; 5-болт; 6-обойма; 8- сателлит; 9-ролик; 10-пластина; 11- корпус; 12, 14-подшипник; 13- вал.

 

Рис. 5.1.2- Насос дозатор рулевого управления

 

В корпусе установлен вал 13, хвостовик которого соединен через карданную передачу с руле­вым колесом. Вал, вращающийся на игольчатом 14 и упорном 12 подшипниках, при помощи штифтов связан с вращающимся распределителем 3. Основные рабочие элементы насоса обойма (статор) 6 с роликами 9 и сателлит (ротор) 8. Обойма, ролики и сателлит установлены между пластиной 10 и крышкой 4 и закреплены болтами 5. Толщина обоймы больше толщины роли­ков и сателлитов, поэтому в процессе работы ролики и сателлит вращаются без заедания. Приводной вал связан с сателлитом при помощи карданного вала 2 и штифтов 7. Распределитель 3 имеет овальные отверстия, которые соединяются с центральным каналом, и пазы, сообщающиеся с расточкой в корпусе при помощи промежуточного концентричного канала.

Обойма, сателлит и ролики образуют семь рабочих камер. При вращении рулевого колеса, например, против часовой стрелки движение через валы передается сателлиту, зубья ко­торого, скользя по роликам, уменьшают или увеличивают рабо­чий объем вследствие изменения объема рабочих камер. Если при вращении сателлита рабочий объем камеры уменьшился, то жидкость вытесняется из камеры и по осевому каналу вра­щающегося золотника распределителя поступает в одну из полостей гидроцилиндра управляемых колес. Давление в полостях, из которых вытесняется жидкость, одинаково и равно давлению, необходимому для поворота колес на угол, пропорциональный углу поворота рулевого колеса. Конструкция гидромотора с планетарным поступательным движением кольцевой шестерни и простым вращательным дви­жением ротора, установленного соосно на центрально располо­женном выходном валу гидромотора, показана на рисунке 5.1.3.

Качающий узел гидромоторов серии ПМТ состоит из нахо­дящегося во взаимном зацеплении ротора 23 с эпитрохоидным профилем зубьев и кольцевой шестерни 22 с внутренним зубча­тым венцом, выполненным в виде вставных цилиндрических роликов 24. Число зубьев ротора и кольцевой шестерни, опре­деляющие кратность гидромотора, выбраны соответственно рав­ными шести и семи.

Центрально расположенный ротор связан посредством стандартного соединения с валом, вращающимся в двух радиально-упорных роликовых подшипниках 3 и 10, спо­собных воспринимать внешние радиальную и осевую нагрузки на вал. Эти подшипники установлены соответственно в передней 2 и задней 13 крышках, являющихся одновременно торцевыми замыкателями рабочих камер 15.

Кольцевая шестерня 22 имеет также наружный зубчатый ве­нец, находящийся в зацеплении с неподвижным зубчатым коль­цом 17, число внутренних зубьев которого равно числу наружных зубьев кольцевой шестерни. Такое зацепление при постоянном смещении оси кольцевой шестерни относительно оси гидромотора и кольца на величину эксцентриситета допускает планетарное поступательное движение кольцевой шестерни, при котором каж­дая ее точка движется по окружности с радиусом, равным экс­центриситету.

 

1- уплотнитель; 2-передняя крышка; 3,10- подшипник; 4,5,7,14- каналы; 8,12- магистраль;9,11- кольцевые камеры; 13-задняя крышка; 15-рабочая камера; 16- шестерня; 17- кольцо; 18- фиксатор; 19- дренажный канал; 20,21- фигурные окна; 22- шестерня; 23- ротор; 24- ролик.

 

Рис. 5.1.3-Планетарный гидромотор

 

Неподвижное кольцо 17 с крышками выполняет роль корпуса, для уменьшения износа кольцевой шестерни предусмотрена рас­точка 6, под масляную ванну, а герметичность достигается установкой уплотнителей. Положение крышек с распределите­лем относительно ротора должно быть строго определенным. Это достигается установкой фиксаторов 18. В задней 13 и перед­ней 2 крышках на прилегающих к ротору поверхностях и поверх- ности шестерни 16 выполнены семь прямоугольных каналов 4 и фигурные окна 20, через которые подводится и отводится рабочая жидкость.

Утечки жидкости отводятся через дренажный: канал 19. Рабочая жидкость поступает в одну из магистралей 8 или 12 и далее по кольцевой камере 9 или 11 через каналы 7І или 14 и 5 в рабочие камеры по одну сторону от плоскости симметрии. Таким образом, создается одностороннее давление на ротор, вследствие чего он перемещается и совершает планетарное движение. Из камер, расположенных с противоположной плоскости симметрии, жидкость вытесняется зубьями ротора и по соответствующим каналам и кольцевой камере идет на слив.

Реверсирование гидромотора достигается изменением направ­ления потока масла. Достоинство подобной конструкции непосредственное распределение рабочей жидкости и обеспечение высокого КПД (0,99). Технические характеристики гидромоторов данной серии, а также серий ПМТТ и МГП приведены в таб­лице 4.

Гидромотор фирмы «Данфос» состоит из неподвижного ста­тора 5 (рис. 5.1.4) с внутренним зацеплением, подвижного ротора 13, у которого число зубьев на один меньше, чем у статора.

 

 

1 — выходной вал; 2 — карданно - шлицевой вал; 3 — передняя крышка; 4 — подшипник; 5 — статор; 6 — пластина; 7 — распределитель; 8, 9 — штуцера; 10 — крышка; 11 — канал; 12 — дренажный канал; 13 — ротор.

 

Рис. 5.1.4. Планетарный гидромотор МП фирмы «Данфос»

 

Кру­тящий момент передается через выходной вал, который имеет дополнительный карданно-шлицевый вал 2, связанный с ротором, и карданный вал привода синхронного по скорости и фазе при­вода распределителя 7. Вал вращается в двух радиально-упорных подшипниках 4, установленных в передней крышке 3. В пластине 6 выполнен ряд сверлений, через которые поступает жидкость из соответствующих каналов 11 распределителя 7. Гидромотор ре­версируют изменением направления потока жидкости к штуцерам 8, 9 в его передней крышке. Утечки жидкости через дренажный канал 12 (допускается превышение давления по 1 МПа) отводят­ся в гидролинию слива. Если сравнить по металлоемкости раз­личные гидромашины, то можно заметить, что существенно меньшую металлоемкость имеют героторные гидромашины фир­мы «Данфос», что особенно важно для мобильных сельско­хозяйственных машин.