Радиально-поршневые гидромашины.

Сравнительная оценка основных параметров различных типов гидромашин показывает, что каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки.

В последние годы для привода исполнительных механизмов вращательного движения все более широкое применение получают радиально-поршневые машины.

Радиально-поршневые машины, как и рассмотренные выше, обратимого действия. При этом гидромоторы по своему устройству бывают высокомоментные (низкооборотные) и низкомомент-ные (высокооборотные). Устройство, передающее вращательное движение с помощью высокомоментного (низкооборотного) гидромотора (ВМГ), по сравнению с устройством, передающим вращательное движение с помощью низкомоментного (высокооборотного) гидромотора и механического редуктора, характеризуется большей компактностью и меньшей массой, более высокими пусковым моментом (до 90%) и КПД, большим на 4... 6%.

Радиально-поршневым насосом называется роторный поршневой насос, у которого рабочие камеры образованы рабочими поверхностями поршней и цилиндров, а оси поршней расположены перпендикулярно к оси блока цилиндров (ротора) или составляют с ней углы 45°. В этих насосах жидкость вытесняется из рабочих камер (цилиндров) в процессе вращательно-поступательного движения вытеснителей.

Статор 1 радиально-поршпевого насоса (рис. 4.10) расположен эксцентрично относительно ротора 2. В цилиндрах, радиально расположенных в роторе (обычно 5... 9 шт.), находятся поршни 3, которые своей сферической головкой опираются на опорную (внутреннюю) поверхность статора. Оси цилиндров расположены в одной плоскости и пересекаются в одной точке (т. е. звездообразно). Распределение жидкости осуществляется неподвижным цапфенным распределителем 4, в котором А— всасывающая, а Б — нагнетательная полости.

Принцип работы насоса следующий. При вращении ротора, например, по ходу часовой стрелки поршни совершают сложное движение — они вращаются вместе с ротором и движутся возвратно-поступательно в своих цилиндрах, при этом постоянно контактируют с опорной поверхностью статора. Такой контакт обеспечивается за счет центробежных сил, усилиями пружин 5 и давлением жидкости (при наличии подпитки). В рабочих камерах, расположенных выше горизонтальной осевой линии статора, поршни перемещаются в направлении от цапфы 4. При этом цилиндры соединены со всасывающей полостью А. Так как объемы рабочих камер увеличиваются, то рабочая жидкость заполняет их — происходит процесс всасывания. Рабочие камеры, расположенные ниже осевой горизонтальной линии статора, соединены с полостью нагнетания Б. Поршни в этих камерах перемещаются в направлении к цапфенному распределителю и вытесняют рабочую жидкость на выход из насоса — происходит процесс нагнетания.

Аксиально-поршневые гидромашины.

Аксиально-поршневой гидромашиной называется роторная машина, у которой рабочие камеры образованы поверхностями цилиндров и поршней, а оси поршней параллельны (аксиальны) оси блока цилиндров (ротора) или составляют с ней угол не >45°.

Аксиально-поршневые гидромашины при передаче равной мощности отличаются от других поршневых гидромашин наибольшей компактностью и, следовательно, наименьшей массой. Имея рабочие органы с малыми габаритными размерами и поэтому с малым моментом инерции, они способны быстро изменять частоту вращения. Эти специальные свойства обусловили их широкое применение в качестве регулируемых и нерегулируемых насосов и гидромоторов для гидропередач, обслуживающих дорожные, строительные, транспортные машины и другие системы, а также в следящих гидроприводах большой точности.

Согласно схеме передачи движения к вытеснителям различают линейные (с наклонным диском) и угловые (с наклонным блоком) аксиально-поршневые гидромашины. Обе разновидности гидрома-шнн выпускают с постоянным (нерегулируемым) и переменным (регулируемым) рабочим объемом.

Насосы с наклонным диском имеют наиболее простые конструктивные схемы. В них поршни 3 связаны с наклонным диском 4 точечным касанием (рис. 4.12, а) или шарнирами (рис. 4.12, б). Блок цилиндров 2 с поршнями 3 приводится во вращение валом 5. Для подвода и отвода рабочей жидкости к рабочим камерам в торцовом распределительном диске 1 имеются два дугообразных

окна В и Н. Для обеспечения движения поршней во время процесса всасывания применяется принудительное перемещение поршней посредством шатунов 7 при шарнирном соединении поршней с наклонным диском, а для поршней с точечным касанием — за счет цилиндрических пружин 6 или давления подпитки в полости низкого давления.

Принцип действия насоса заключается в следующем. При вращении вала насоса крутящий момент передается блоку цилиндров. При этом из-за наклона диска поршни совершают сложное движение: вращаются вместе с блоком цилиндров и одновременно с этим совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах блока, при котором происходят процессы всасывания и нагнетания. При вращении блока цилиндров рабочие камеры, находящиеся слева от вертикальной оси распределительного диска 1, соединяются со всасывающим окном В. Поршни в этих камерах движутся от распределительного диска. Объем камер при этом увеличивается, и жидкость под действием перепада давлений поступает в рабочую камеру. Так происходит процесс всасывания.

Рабочие камеры, находящиеся справа от вертикальной оси распределительного диска, соединяются с нагнетательным окном И. При этом поршни движутся в направлении к распределительному диску и вытесняют жидкость нз рабочих камер через распределительный диск в напорную линию.

В насосе с наклонным блоком (рис. 4.13) поршни 3 расположены в блоке цилиндров 2 и шарнирно соединены шатунами 7 с фланцем 4 вала 5. Для отвода и подвода рабочей жидкости к рабочим камерам в торцовом распределительном диске / выполнены дна дугообразных окна В и Н. Карданный механизм 6 передает крутящий момент от вала 5 к блоку цилиндров 2. В остальном насос с наклонным блоком аналогичен насосу с наклонным диском.

Аксиально-поршневые насосы являются обратимыми гидромашинами и могут использоваться в качестве гидромоторов. Реверсирование гидромотора осуществляется изменением направления подводимого потока жидкости. Основными направлениями совершенствования конструкций аксиально-поршневых машин являются улучшение их энергетических показателей и в первую очередь таких, как номинальное давление, частота вращения и угол наклона блока цилиндров. Наибольшее распространение в объемных гидроприводах мобильных машин, работающих в средних и тяжелых режимах нагрузок с большой частотой включения, получили аксиально-поршневые гидромашины серий 200 и 300. Аксиально-поршневые гидромашины серии 200 выпускаются в виде насосов с регулируемой и нерегулируемой подачей и реверсивных нерегулируемых гидромоторов. Структура условного-обозначения аксиально-поршневых машин этой серии приведена на рис. 4.14.

По принципу действия аксиально-поршневые насосы и гидромоторы типа 210 являются обратимыми гидромашинами. Насос типа 210.20 (рис. 4.15) является гидравлической машиной объемного действия с аксиально-расположенными поршня-

ми, совершающими возвратно-поступательное движение в рабочих камерах ротора. Качающий узел состоит из приводного вала 1, семи поршней 11 с шатунами 12, блока цилиндров 6, центрируемого сферическим распределителем 7. За один оборот приводного вила каждый поршень совершает один двойной ход, при этом поршень, выходящий из ротора, засасывает рабочую жидкость в освобожденный объем, а при движении в обратном направлении — вытесняет рабочую жидкость в напорную линию

В регулируемом насосе типа 207 (рис. 4.16) можно изменять наклон блока в процессе работы. Корпус 11 насоса может быть повернут с помощью цапфы 9 относительно неподвижного корпуса 3 на угол от 0 до 25°. Количество подаваемой жидкости при этом изменяется пропорционально углу наклона блока цилиндров 11 и частоте вращения вала 1 насоса. Этим достигается бесступенчатое регулирование потока жидкости независимо от частоты вращения приводного двигателя. Усилие, которое необходимо приложить к цапфе, может быть таким, что непосредственное управление подачей насоса без применения усиливающих устройств становится невозможным. Поэтому при высоком рабочем давлении жидкости насосы используют с усилителями механического и гидравлического типов. Механические усилители могут быть как с ручным, так и с электрическим управлением. Гидравлические усилители оборудуются непосредственным или дистанционным управлением. На ряде машин применяют также устройства, автоматически изменяющие угол наклона блока цилиндров в зависимости отдавления в гидросистеме (регуляторы постоянной мощности или ограничители мощности). На ряде дорожностроительных машин, и в первую очередь на гидравлических экскаваторах, устанавливаются регулируемые аксиально-поршневые насосы, которые состоят из двух унифицированных качающих узлов типа 207, установленных параллельна в одном корпусе. Подобные насосы получили название двухпо точных типа 223 (рис. 4.17).

Поворотные корпуса / и 7 двух качающих секций установлены на подшипниках и могут поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол до 25°, чем достигается изменение подачи насоса. При этом оба корпуса жестко связаны между собой траверсой 4 регулятора и могут поворачиваться только синхронно под воздействием регулятора мощности.

Регулятор мощности представляет собой двухступенчатый золотник 2, помещенный непосредственно в корпусе насоса. Площади ступеней золотника регулятора равны. Под каждую ступень подводится давление нагнетания р1 и р2 от качающих секций. Золотник соединен цапфами 9 с блоками цилиндров и воспринимает с одной стороны усилие пружин 3, а с другой — усилие, создаваемое давлениями р1 и р2. При работе с малым давлением пружины удерживают корпуса 1 и 7 на наибольшем угле поворота, обеспечивая максимальную подачу насоса.

Когда давление возрастет, золотник сжимает пружины, снижая подачу насоса. Пружины и упорную шайбу 12 подбирают таким образом, чтобы сохранить постоянной заданную мощность привода. Основные характеристики аксиально-поршневых гидромашин серии 200 приведены в табл. 4.4. Аксиально-поршневые гидромашины серни 300 являются усовершенствованными машинами серии 200 за счет повышения технического ресурса в 1,5—2 раза, номинального давления до 32 МПа и максимального давления до 40 МПа. Эти гидромашины в обоснованных случаях могут заменить гидромашины серии 200. Они имеют более широкую номенклатуру. Основные типораз-меры гидромашин серии 300 и их характеристики приведены в табл. 4.5. В гидромашинах серии 300 использованы общие с гидромашинами серии 200 конструктивные решения с использованием нового принципа изменении рабочего объема с поворотным распределителем.

Качающий узел является общей для всех гидромашин серии 300 унифицированной сборочной единицей. Подшипники качения также унифицированы для всех типоразмеров машин (кроме типоразмера с рабочим объемом 224 см3). Унифицированный ряд аксиально-поршневых нерегулируемых насосов типа 311 и гидромоторов типа 310 основан на использовании общих конструктивных решений, принятых длл гидромапшн серии 200, с учетом указанных выше направлений их совершенствования.

Конструктивное исполнение регулируемых гидромоторов типа 312 основано на использовании основных деталей нерегулируемых гидромоторов типа 310 с наклонным блоком цилиндров и сферическим распределителем. Регулируемые гидромоторы типа 312 имеют также семь поршней с шатунами. Изменение рабочего объема достигается перемещением сферического распределителя при угле наклона цилиндров к оси вала 25... 7°. Из-за резкого снижения КПД не рекомендуется наклонять блок цилиндроп на угол <7°. В корпусе гидромотора установлен гидравлический регулятор рабочего объема непрерывного действия с дифференциальным плунжером. Двухпоточный регулируемый насос типоразмера 323.20 (рис. 4.18) состоит из двух качающих узлов аксиально-поршневого типа с наклонным блоком цилиндров. Регулирование расхода обеспечивается наклоном блока цилиндров 4 относительно оси вала 1. Максимальный угол наклона (25°) соответствует наибольшему рабочему объему качающего узла (112 см3). Подвод и отвод рабочей жидкости осуществляются по торцовым сферической и цилиндрической поверхностям распределителя 5 через окна и каналы в корпусе 6.

Для повышения рабочих параметров (давления и объемной подачи) блок цилиндров выполнен из высокопрочного антифрикционного сплава, усилено крепление шатунов во фланцах вала,расширены всасывающие и нагнетательные окна на поверхностях распределителя.

Для регулирования рабочего объема каждого качающего узла применен регулятор непрямого действия, состоящий из следящего гидроусилителя с датчиком 7 поршневого типа, имеющим две равные активные площади управления, следящего золотника 8, питаемого от напорной гидролинии наибольшего давления, комплекта пружин, обеспечивающих заданный закон регулирования, и исполнительного гидроцилиндра с дифференциальным плунжером 9.

Конструкция двухпоточного насоса типоразмера 323.20 предусматривает возможность установки третьего нерегулируемого качающего узла, который в зависимости от назначения машины может быть использован для питания отдельных исполнительных механизмов и машин (рулевое управление, поворот грейфера,, привод вентилятора и т. д.) или для привода рабочих органов машины. Трехпоточный регулируемый насос имеет шифр 333.20.