ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Устройство гидравлических насосов НШ и НПЛ

 

В машиностроительной гидравлике наибольшее распространение получили шестеренные, пластинчатые и аксиально-поршневые насосы. В отдельных специфичных машинах используются и другие виды, но они встречаются относительно редко.

Все насосы в гидросистемах машин работают по одному принципу. При каждом обороте входного вала качающий узел вытесняет в гидросистему определенный объем рабочей жидкости.

Но качающие узлы в гидронасосах различные. Рассмотрим их принципиальные конструкции и работу. Но сначала обратимся к классификации. На схеме представлено семейство гидравлических насосов.



Шестеренные насосы НШ

У шестеренных (шестеренчатых) насосов (НШ) при вращении пары шестерен каждый зуб одной из них, входящий во впадину другой, вытесняет объем рабочей жидкости, равный значению площади межзубовой впадины, умноженной на величину ширины шестерен.



Рис. 1. Шестеренчатый насос НШ

Рабочий объем насоса за один оборот вала будет равен сумме объемов межзубовых впадин шестерен. Принципиальные схемы и фотографии качающих узлов шестеренчатых насосов с внешним и внутренним зацеплением представлены на рис. 1.

 Шестеренные насосы применяются во многих гидросистемах, как в мобильных, так и в промышленных, работающих на давлении до 14,0-16,0 МПа.

Шестеренчатые насосы внешнего зацепления представляют собой зубчатую пару из двух одинаковых шестерен, вращающуюся в корпусе. Ведущая шестерня жестко связана с приводным валом, ведомая – установлена на оси свободно.

Шестерни охватываются внутренними цилиндрическими поверхностями корпуса. Зазоры между шестернями и боковыми стенками, а также между зубьями и внутренними цилиндрическими поверхностями корпуса минимальны.

Они должны обеспечивать беспрепятственное вращение шестерен при перепаде температур рабочей жидкости от –30–40 °С до +80+90 °С и в то же время минимизировать величину утечек.

При вращении шестерен рабочая жидкость из всасывающей полости попадает во впадины между зубьев, т.е. в пространство, ограниченное двумя зубьями, боковыми стенками и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса гидронасоса.

Эти объемы обе шестерни перемещают из всасывающей в нагнетательную полость насоса НШ. При входе в зацепление в нагнетательной полости зуб ведущей шестерни погружается во впадину ведомой.

В этот момент рабочая жидкость вытесняется из впадины и направляется в гидросистему. Затем, в свою очередь, зуб ведомой шестерни погружается во впадину ведущей, и новая порция рабочей жидкости устремляется в гидросистему.

За один оборот приводного вала все зубья обеих шестерен входят в зацепление и вытесняют определенные порции рабочей жидкости, сумма которых составляет величину рабочего объема гидронасоса НШ.

Шестеренные насосы внутреннего зацепления содержат установленную в корпусе шестерню с внутренними зубьями, в зацепление с которой входит меньшая по размерам шестерня с внешними зубьями. Шестерни установлены относительно друг друга с эксцентриситетом (смещением).

Между ними расположен неподвижный серповидный элемент, который своими рабочими поверхностями охватывает с одной стороны внутренние, а с другой – внешние зубья обеих шестерен. Серповидный элемент разделяет всасывающую и нагнетательную полости.

Меньшая шестерня с внешними зубьями является ведущей и выполнена заодно с приводным валом, а большая шестерня с внутренними зубьями является ведомой и свободно установлена в подшипниках. Нагнетание рабочей жидкости осуществляется аналогично, за счет вытеснения ее объемов из
впадин шестерен.

Шестеренчатые насосы НШ внутреннего зацепления более прогрессивны. Они менее шумные, обладают повышенными характеристиками, но более трудоемкие в изготовлении и, следовательно, дорогие.

На нижеприведенных фотографиях представлены современные конструкции качающего узла и шестеренных насосов внутреннего зацепления. Широкое распространение в гидроприводах мобильной техники получили шестеренные насосы внешнего зацепления.

Они просты в изготовлении, дешевы, неприхотливы в работе. Такие насосы стабильно работают с загрязненными рабочими жидкостями с величиной твердых частиц до 40 мкм.

Большое применение шестеренные гидронасосы НШ нашли в строительно-дорожной, коммунальной, сельскохозяйственной технике. Они используются в гидроприводах со средним давлением до 16,0÷18,0 МПа.

Их часто устанавливают на узле дополнительного отбора мощности дизельного двигателя для привода вспомогательных гидросистем. Шестеренными насосами оснащаются неполноповоротные экскаваторы, бульдозеры, дорожные катки, вилочные погрузчики и др.

Шестеренные насосы НШ выпускаются с постоянным рабочим объемом. Технических решений для изменения рабочего объема в шестеренных насосах пока не найдено.

Пластинчатые насосы НПЛ

В корпусе пластинчатого насоса (НПЛ) расположен вращающийся ротор. В его радиальных пазах подвижно установлены пластины.

Ребра этих пластин контактируют с поверхностью цилиндрической рабочей камеры, выполненной в корпусе. Ось вращения ротора располагается в корпусе эксцентрично (со смещением) относительно оси цилиндрической рабочей камеры.

При вращении ротора пластины выдвигаются (за счет действия центробежных сил) и, скользя по контуру цилиндрической поверхности корпуса, всасывают гидравлическую жидкость и доставляют ее в рабочую камеру.

После прохождения значения эксцентриситета (максимально выдвинутого своего положения) пластины втягиваются в пазы ротора. Поскольку объём, заключенный между корпусом, ротором и пластинами, уменьшается, рабочая жидкость нагнетается в напорную линию.



Рис. 2. а - Схема пластинчатого двухкамерного насоса, б - Качающий узел и картридж пластинчатого насоса

На рис. 2, а изображена схема пластинчатого гидронасоса с двумя цилиндрическими рабочими камерами. Они расположены в корпусе напротив друг друга, но обе с одинаковым эксцентриситетом относительно ротора.

Это техническое решение позволяет уравновесить ротор от действия гидравлических сил и повысить производительность насоса в 2 раза.

Такие пластинчатые нерегулируемые насосы НПЛ используются в мобильной зарубежной технике и промышленном оборудовании. Они удобны в эксплуатации и обладают хорошей ремонтопригодностью.

Внутренний качающий узел (картридж), показанный на рис. 2, б, может быстро заменяться без дополнительных регулировок и без разъединения его с двигателем.

Во время ремонта крайне важно проверить состояние шлицов приводного вала и удалить какие-либо продукты износа и загрязнения из корпуса пластинчатого насоса перед установкой нового картриджа.

Устройство насоса НПЛ позволяет обеспечивать изменение его рабочего объема, следовательно, изменение расхода при постоянной частоте вращения приводного вала. Однако это относится только к однокамерным конструкциям. Регулирование насоса осуществляется механическим или гидравлическим управлением.

Регулируемый пластинчатый гидронасос в качестве рабочей камеры содержит подвижное эксцентриковое кольцо, установленное в корпусе. Оно может перемещаться в радиальном направлении относительно ротора и менять значение эксцентриситета.



Рис. 3. Принципиальная схема и конструкция пластинчатого насоса НПЛ с переменным рабочим объемом

В результате меняется величина рабочего объема насоса. На рис. 3 показана принципиальная схема и конструкция пластинчатого насоса с переменным рабочим объемом.

Рост давления в гидросистеме, воздействуя на плунжер, установленный на противоположной стороне подпружиненного эксцентрикового кольца, заставляет его двигаться. Плунжер, преодолевая сопротивление пружины, перемещает эксцентриковое кольцо, уменьшая значение эксцентриситета между кольцом и ротором.

Величина общего хода пластин сокращается, уменьшается и рабочий объем пластичатого гидронасоса. Количество рабочей жидкости, направляемой в линию нагнетания за один оборот ротора, уменьшается. Расход насоса становится меньше.

Поскольку в регулируемом пластинчатом насосе одна рабочая камера, ротор неуравновешен гидравлическими силами.

Нагрузка на ротор от давления со стороны нагнетающей магистрали достигает значительных величин. Чтобы ее компенсировать, требуется использовать прочный вал и мощные подшипники. Необходимые усиления конструкции отражаются на общих размерах насоса и его массе.