ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Насосы объемного гидропривода


Передача энергии гидроприводом осуществляется за счет движения потока рабочей жидкости. Движение жидкости происходит в результате попеременного вытеснения из насоса ее определенного объема в единицу времени и перемещения этого объема по трубопроводам в гидродвигатель. Гидроприводы, работающие по такому принципу, называются объемными.

Энергия, поступающая от первичного двигателя, преобразовывается в гидравлическую мощность насосами. Все они характеризуются одним главным параметром – рабочим объемом, т.е. количеством вытесненного объема рабочей жидкости за один оборот приводного вала.

Вместе с тем разнообразные конструкции качающих узлов объемных гидронасосов выполнены по соответствующим техническим решениям, которые определяют уровень развиваемого давления.

Производительность всех агрегатов объемного гидропривода может регулироваться за счет изменения частоты вращения их приводного вала.

Но глубина такого регулирования невелика – от определенного значения до максимума. Нижний предел ограничен минимальным значением устойчивой частоты вращения как вала первичного двигателя, так и самого механизма.

В гидравлической технике гидронасосы приводятся двигателями внутреннего сгорания (ДВС) или электромоторами. ДВС имеют ограничения по минимальной частоте вращения вала, ниже которой они глохнут. Широко используемые электромоторы переменного тока выпускаются с постоянной частотой вращения (1450 или 3000 об/мин).

Вместе с тем в современных гидроприводах нередко используются электромоторы с частотным регулированием. Дополнительные электротехнические устройства (инверторы) позволяют изменять частоту вращения вала электромотора.

Но и в этом случае существует нижний предел частоты вращения вала насоса, который определяется рядом конструктивных особенностей, в том числе недостаточной смазывающей способностью деталей качающего узла при низких оборотах, особенно в нагруженных режимах.

Полный диапазон регулирования величины потока рабочей жидкости осуществляется за счет изменения рабочего объема насоса – от нулевого до максимального значения.

Такие механизмы могут изготавливаться и с фиксированным рабочим объемом. Однако существуют типы качающих узлов, которые принципиально не позволяют регулировать рабочий объем гидронасоса.



Рис. 2. Роторно-винтовой насосный механизм

Принцип действия роторно-винтовых насосов заключается в перемещении объема рабочей жидкости винтовой парой (рис. 2).

Отличительными особенностями роторно-винтовых моделей являются следующие:

- Постоянный рабочий объем.
- Рабочее давление до 12,0 МПа, пиковое давление – до 20,0 МПа.
- Низкий уровень шума и вибраций.
- Практическое отсутствие пульсаций.
- Высокий расход рабочей жидкости.



Рис. 3. Шестеренные насосные агрегаты

а) внешнего зацепления; б) внутреннего зацепления

Шестеренные гидронасосы вытесняют рабочую жидкость зубьями из впадин при вращении зубчатого зацепления. Они делятся на два типа – внешнего и внутреннего зацепления (рис. 3).

Особенностями шестеренных насосов являются следующие:

- Постоянный рабочий объем.
- Рабочее давление до 20,0 МПа.
- Простота конструкции (для моделей внешнего зацепления).
- Низкая стоимость (для моделей внешнего зацепления).
- Низкий уровень шума (для моделей внутреннего зацепления).

Пластинчатые и поршневые насосы имеют два исполнения: с постоянным рабочим объемом и с переменным рабочим объемом. Принцип действия пластинчатых гидронасосов основан на вытеснении жидкости из рабочей камеры подвижными пластинами, установленными в радиальных пазах вращающегося ротора.

Перемещение пластин достигается за счет эксцентриситета между центрами внутренней цилиндрической поверхности корпуса и вращающегося ротора.



Рис. 4. Сдвоенный пластинчатый гидронасос

На рис. 4 показан сдвоенный пластинчатый насос и его качающие узлы. В этом агрегате рабочий объем фиксированный (для каждого из двух качающих узлов разный по значению).

При постоянной частоте вращения вала производительность его постоянная. Качающие узлы пластинчатых насосов с фиксированным рабочим объемом содержат две симметрично расположенные рабочие камеры.

Благодаря такой схеме компенсируются гидравлические радиальные силы, действующие на вал. При изменении величины эксцентриситета изменяется и объем рабочей камеры, т.е. рабочий объем агрегата.

Часто производительностью управляет регулятор мощности, который при росте давления автоматически снижает расход, отбирая от первичного двигателя постоянную мощность.



Рис. 5. Пластинчатый насос с переменным рабочим объемом

На рис. 5 показан пластинчатый насос 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 агрегата. Количество рабочей жидкости, направляемой в линию нагнетания за один оборот ротора, уменьшается. Расход его становится меньше.

Поршневые агрегаты делятся на две крупные группы: радиально-поршневые и аксиально-поршневые. Радиально-поршневые насосы часто используются в компактных гидросистемах сверхвысокого давления.

Они способны развивать давление от 70,0 до 100,0 МПа (700-1000 бар). Такие режимы необходимы для промышленных домкратов, ручного гидроинструмента, испытательных стендов.



Рис. 6. Качающий узел радиально-поршневого гидронасоса с клапанным распределением рабочей жидкости

На рис. 6 показан качающий узел трехплунжерного радиально-поршневого насоса сверхвысокого давления. Количество плунжеров определяет его расход и может варьироваться от 3 до 7.

Аксиально-поршневые агрегаты разделяются на два типа: с наклонным блоком цилиндров и наклонной шайбой. Они имеют исполнения как с фиксированным рабочим объемом, так и с переменным.



Рис. 7. Аксиально-поршневые гидронасосы с фиксированным рабочим объемом

а) с наклонным блоком цилиндров; б) с наклонной шайбой



Рис. 8. Аксиально-поршневой гидронасос с переменным рабочим объемом, с наклонным блоком цилиндров

На рис. 7 показаны аксиально-поршневые насосы с фиксированным рабочим объемом, а на рис. 8 – с переменным рабочим объемом, изменение величины которого осуществляется регуляторами.

Аксиально-поршневые агрегаты с наклонным блоком цилиндров используются в силовых контурах гидроприводов и развивают давление до 35,0 МПа. Модели с наклонной шайбой развивают давление до 45,0 МПа. Они часто используются в закрытых схемах гидростатических трансмиссий.