Насосы аксиально-поршневые: устройство и принцип работы. Советы по выбору и отзывы

Гидравлические устройства используются в различных сферах деятельности уже в течение длительного времени и по сегодняшний день не теряют своей актуальности. Всевозможные гидромоторы и гидронасосы можно увидеть в самых разнообразных механизмах, в которых предусматривается необходимость в передаче существенных усилий. Гидравлические машины представляют собой устройства, при помощи которых сообщается механическая энергия рабочей жидкости, проходящей через них, или же, наоборот, получающие от этой жидкости энергию для последующей передачи рабочему органу. Первые и представляют собой насосы аксиально-поршневые, в то время как вторые являются гидромоторами.

Где они используются?

На сегодняшний день использование различных гидронасосов можно встретить в достаточно большом количестве отраслей техники, начиная от стандартных систем водоснабжения различных жилых домов и предприятий и заканчивая подачей топлива в специализированных силовых установках для космических станций.

В наши дни наиболее широким распространением пользуются лопастные и объемные гидронасосы. В лопастных рабочими органами выступают колеса, которые оснащаются специальными лопастями. В данном случае энергия передается путем динамического взаимодействия лопастей рабочего колеса с жидкостью, обтекающей их. Если в таком насосе энергия передается непосредственно от колеса к жидкости, то если речь идет о лопастном гидродвигателе, в данном случае уже жидкость будет передавать энергию колесу.

На чем основан принцип работы

Принцип работы, который используется объемными гидромашинами, базируется на изменении текущего объема рабочих камер, соединенных с определенной периодичностью с патрубками выхода и входа. В частности, в эту группу входят всевозможные поршневые, винтовые, шестеренные, а также насосы аксиально-поршневые.

Что это такое?

Гидравлические машины, входящие в группу аксиально-поршневых, при передаче одинаковой мощности в сравнении с прочими устройствами отличаются предельно возможной компактностью и, соответственно, имеют небольшой вес. Благодаря использованию своих рабочих органов, у которых присутствуют незначительные радиальные размеры, и, следовательно, относительно небольшой момент энергии, насосы аксиально-поршневые обеспечивают возможность предельно быстрой корректировки частоты вращения.

Помимо этого, среди преимуществ подобных устройств стоит выделить также то, что они могут работать в условиях высокого давления, отличаются значительной частотой вращения, а также предусматривают возможность изменения рабочего объема.

Преимущества

Аксиально-поршневые насосы работают в частотном диапазоне от 500 до 4000 оборотов в минуту, что и является наиболее весомым доводом в пользу их применения по сравнению с различными радиально-поршневыми устройствами, предел которых достигает 1500 оборотов. Также стоит отметить тот факт, что работать эти устройства могут даже в условиях давления не более 40 мегапаскалей, в то время как у упомянутых выше устройств данный предел составляет 35 мегапаскалей.

Недостатки

Если же говорить о том, какие недостатки имеют аксиально-поршневые насосы, стоит отметить то, что они имеют немалую стоимость, отличаются предельной сложностью своей конструкции и, следовательно, характеризуются далеко не самой высокой надежностью. Помимо этого в процессе их работы присутствует значительная пульсация подачи, вследствие чего появляется также пульсация давления в используемой гидравлической системе.

Что в него входит?

В традиционной сборке промышленные насосы данного типа включают в себя специализированный блок цилиндров, который дополнительно оборудуется поршнями, а также упорный диск, ведущий вал, шатуны и распределительный агрегат. В процессе работы гидравлического насоса одновременно с запуском вращения вала начинает работать также блок цилиндров, при этом стоит отметить тот факт, что поршни не просто будут вращаться, а также перемещаются вдоль оси данного блока, совершая возвратно-поступательные движения. Именно благодаря такому принципу работы эти промышленные насосы и получили название аксиально-поршневых.

Как они работают

Пока поршни будут выдвигаться из цилиндров, устройством будет осуществляться всасывание, при движении же их осуществляется нагнетание. Через окна, которые имеются в распределительном агрегате, каждый отдельный цилиндр поочередно объединяется с напорной и всасывающей линиями. Для того чтобы исключить возможность объединения всасывающей и напорной гидравлический линий между собой, блок цилиндров предельно плотно прижимается к распределительному агрегату, в то время как его окна разделяются между собой при помощи уплотнительных перемычек. Для того чтобы минимизировать гидравлические удары во время преодоления цилиндрами данных перемычек, в них проделываются специальные дроссельные канавки, за счет чего обеспечивается равномерное повышение давления рабочей жидкости.

Принцип работы аксиально-поршневого насоса предусматривает использование цилиндров в качестве рабочих камер, при этом они размещаются аксиально по отношению к оси ротора. В качестве вытеснителей в данном случае используются сами поршни. В зависимости от того, какая преобладает характеристика насоса, а также какие он имеет конструктивные особенности, эти агрегаты могут оснащаться наклонным диском или же наклонным блоком цилиндров. Цилиндровые блоки такого формата достаточно часто встречаются в приводах тех машин, которые функционируют в средних или же достаточно тяжелых режимах работы, а также довольно часто включаются, так как они отличаются более высокой степенью надежности в условиях переменных нагрузок, а также являются менее чувствительными к всевозможным загрязнениям жидкости по сравнению с насосами с наклонным диском.

Какими они бывают?

Все аксиально-поршневые устройства, которые используются на сегодняшний день, изготавливаются в соответствии с четырьмя основными схемами, в зависимости от чего меняется и характеристика насоса.

- Первый вариант. Приводной вал и наклонный диск объединяются силовым кардном в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. В данном случае диск с поршнями объединяется при помощи специализированных шатунов.

Крутящий момент передается от двигателя к блоку цилиндров при помощи кардана и наклонного диска. Первоначально блок прижимается непосредственно к распределительному устройству при помощи пружины, после чего в процессе работы насоса для этого уже используется рабочая жидкость. Крутящий момент, который передается блоку цилиндров, полностью преодолевает те силы трения, которые образуются между торцевой частью блока и непосредственно самим распределительным устройством.

- Второй вариант. В данном случае принцип работы аксиально-поршневого насоса предусматривает использование двойного несилового кардана, и отличаются такие устройства тем, что в данном случае угол между осями ведущего и промежуточного валов является равным осям ведомого и промежуточного валов. В конечном итоге обеспечивается максимально возможная синхронизация вращения ведущего и ведомого валов, в то время как кардан полностью разгружается. Это обеспечивается благодаря тому, что при помощи диска крутящий момент передается от приводного мотора, при этом данный диск производится вместе с валом.

- Третий вариант. В данном случае устройство аксиально-поршневого насоса представляет собой использование наклонного диска, а сами агрегаты называются насосами с точечным касанием. Для такого оборудования является характерным значительное упрощение конструкции, так как полностью отсутствуют шатуны и карданные валы, однако для того, чтобы добиться запуска данной машины в режиме гидронасоса, нужно принудительно выдвинуть поршни из цилиндров, вследствие чего прижать их к наклонному диску.

Для этого применяются специальные пружины, которые находятся непосредственно в самих цилиндрах. В связи с простотой конструкции, соответственно, в данном случае реже требуется ремонт насосов. В частности по такой технологии изготавливаются популярные на сегодняшний день гидромашины Г15-2, отличающиеся небольшой мощностью.

- Четвертый вариант. Работа аксиально-поршневого насоса бескарданного типа предусматривает объединение ведущего вала и блока цилиндров при помощи шайбы и шатунов. Если говорить о преимуществах таких устройств по сравнению с теми, в которых используется карданная связь, стоит выделить предельную простоту изготовления, а также надежность в эксплуатации при минимальных размерах блока цилиндров. Такой конструкцией оснащаются аксиально-поршневые гидравлические машины серий 300 и 200. В данном случае подача непосредственно зависит от величины хода поршня, которая определяется углом наклона блока цилиндров или же диска. В преимущественном большинстве случаев этот угол составляет около 25 градусов. Если же в агрегате предусматривается возможность изменения угла наклона в процессе работы, то их называют так: насосы аксиально-поршневые регулируемые. Конечно, более оптимально использовать именно регулируемые устройства, но их стоимость может быть существенно больше стандартного оборудования.

Где применяются

На сегодняшний день аксиально-поршневые насосы, цена которых незначительно в большинстве случаев превышает стоимость других распространенных типов гидравлических устройств (от 4 тыс. долларов), являются одними из наиболее распространенных, и используются не только в качестве насосов, но и гидродвигателей. В частности, их сегодня можно встретить в гидравлических системах специализированных одноковшовых экскаваторов, в конструкции приводов всевозможных бульдозеров, в которых осуществляется управление по принципу джойстика. Помимо этого, данное оборудование активно используется при конструировании гидроприводов всевозможных станков, асфальтовых катков, а также самой разнообразной авиационной техники.

По каким критериям нужно выбирать?

Есть несколько основных критериев, по которым нужно выбирать насосы. Так вы сможете обеспечить себе не только оптимальную стоимость и характеристики устройства, но и исключите возможность того, что часто придется делать ремонт насосов вследствие их неисправности:

• Габариты. Наиболее оптимальным является использование насосов с НД, так как в них отсутствует слишком громоздкий узел подшипников, консольный вал и специальная отклоняемая люлька, в которой располагается блок цилиндров. Особенно это относится к регулируемым устройствам. Помимо этого, момент инерции в люльках в насосах с НД значительно меньше по сравнению с НБ, в связи с чем они отличаются более высоким быстродействием при необходимости изменения подачи.
• Трудоемкость в изготовлении. Опять же, более актуально будет использовать насосы с НД, так как они отличаются незначительной металлоемкостью, а также минимальным числом деталей повышенной точности. Многие эксперты говорят о том, что насосы с НБ изготавливать приблизительно на 8-12% сложнее по сравнению с насосами с НД, так как в них присутствует более сложная поршневая группа и различные синхронизирующие устройства.
• Долговечность. В данном случае насосы с НД отличаются меньшей нагруженностью подшипников, а также предусматривают более широкое использование гидростатических опор. Стоит отметить тот факт, что в устройствах с НБ нагрузка на подшипники практически не зависит от угла наклона блока, в то время как в машинах с НД она является пропорциональной тангенсу данного угла. Данное обстоятельство, а также незначительная энергия вращающихся деталей довольно выгодно отличают эти устройства при необходимости их использования в насосных агрегатах переменной производительности с постоянным давлением. Таким образом, при давлении 32 Мпа гидронасосы с НБ смогут работать около 10000 часов, в то время как при одинаковых условиях НД насосы работают более 13000 часов.
• КПД. С этой точки зрения насосы с НБ являются более актуальными, так как в НД-насосах присутствуют значительные механические потери из-за более высоких радиальных сил, оказывающих влияние на поршни, широкого использования гидростатических опор, а также значительных линейных скоростей в парах трения, такие устройства отличаются большей утечкой. В целом именно эти факторы в конечном итоге обуславливают более низкий КПД. Таким образом, при том же давлении 32 Мпа КПД устройств с НД составляет около 90%, в то время как машины с НБ будут иметь КПД на уровне 92-93%.
• Частота вращения. Поршень насоса с НБ позволяет обеспечивать систему распределения с минимальными радиальными размерами. При ограниченности линейных скоростей предусматривается возможность их использования при предельно высоких частотах вращения, что в конечном итоге позволяет добиться значительной энергоемкости данного оборудования.
• Всасывающая способность. По этому параметру также схема насоса с НБ смотрится более привлекательно, потому что они оснащаются меньшими размерами окружных скоростей окон цилиндров, в то время как сами окна могут иметь достаточно больше размеры, что минимизирует возможность снижения подачи из-за кавитации. Всасывающая способность таких насосов выше по той причине, что у них присутствуют минимальные мертвые объемы рабочих камер, а помимо этого проточные части насосов являются более короткими, что также позволяет снизить потери.