Большее распространение получил вид аксиально-плунжерного насоса.
Аксиально-поршневые агрегаты не только как насосы, но и гидродвигатели. Например, аксиально-поршневой гидродвигатель применяется для привода звёздочки вращающей гусеницы, или там где устройство представляет собой манипулятор и управляется джойстиком, а так-же часто применяется в авиастроении для перекачки жидкостей и многого другого.
- Особенности
Кинематической основой аксиально-поршневых насосов является, так же как и у радиальных насосов, кривошипно-шатунный механизм, где скорость перемещения поршня относительно цилиндра изменяется по синусоидальному закону.
В общем виде работа насоса заключается в поочерёдном увеличении рабочих камер в зоне всасывания во время поворота вала вокруг своей оси, и поочерёдном уменьшении камер при прохождении зоны нагнетания, выталкивая рабочую жидкость из насоса.
Для избегания гидроудара, в момент приближения камер наполненных рабочей жидкостью к окну в которое должно произойти нагнетание, делают канавки направленные в сторону окна, по которым вытесняемая жидкость начинает перетекать в окно нагнетания. А чтобы не создался вакуум, когда камера идёт от окна нагнетания к окну всасывания, делают проточки соединённые с окном всасывания.
Рисунок 1. Принципиальные схемы аксиально-поршневых насосов:
1 и 3 - окна; 2 - распределительное устройство; 4 - поршни;
5 - упорный диск; 6 - ведущий вал; 7 - шатуны; 8 - блок цилиндров
а - с силовым карданом; б - с несиловым карданом;
в - с точечным касанием поршней; г - бескарданного типа
Существует два типа аксиально-поршневых машин, отличающихся по конструктивному исполнению:
Первый тип это аксиально-поршневая гидромашина с наклонным диском, представлена на рисунке 1 а,б. Агрегаты такой конструкции предназначены для работы в средне- и тяжелонагруженных режимах.
Второй тип это аксиально-поршневая гидромашина с наклонным цилиндром. Регулировка производительности данного агрегата может осуществляется изменением наклона блока цилиндров в диапазоне около 25 градусов.
Развернув блок цилиндров(или наклонный диск) в противоположную сторону можно осуществить реверс движения рабочей жидкости не переделывая магистрали подходящие к машине.
- Характеристики и их влияние
Аксиально-поршневые насосы требуют прецизионной обработки, которая даёт некоторые преимущества. Во первых позволяет снять с агрегата давление рабочей магистрали на уровне 35-40Мпа, что превосходит по давлению радиально-плунжерные и лопастные. По вторых, из-за маленьких зазоров объёмные потери такого насоса составляют всего 3-5% рабочей жидкости.
Рабочие диапазоны вращения данного насоса 500-4000 оборотов в минуту.
Ещё можно отметить компактность и малый вес по сравнению с другими конструкциями поршневых насосов. Малые детали и расположение камер вдоль приводного вала дают меньшие вибрации и низкую инерцию.
Регулировка производительности может осуществляться в процессе работы агрегата.
Данный насос также имеет ряд недостатков, вызванных конструкцией.
Первый недостаток это высокая цена, из-за прецизионной обработки деталей. Отсюда вытекает также необходимость отфильтровывать рабочую жидкость до фракции примесей не более 10мкм, во избежание поломки в следствии повышенного износа или заклинивания.
Конструкция является довольно сложной, и требует высокой квалификации ремонтного персонала.
Также в процессе работы насоса наблюдается высокая пульсация рабочей жидкости в магистрали.
- Анализ фирм производителей
Запрос на поисковом сайте выдал на вскидку несколько отечественных производителей гидравлических насосов и машин, в частности в каталогах этих компаний присутствовало большое количество моделей аксиально-поршневых насосов.
А) АР ГИДРАВЛИКА, отечественное предприятие, выпускающее насосы с наклонным диском (расход 42-105 л при 1400об/мин) и наклонным блоком (расход 61-162 л при 1000об/мин), рабочее давление 40 МПа.
Б) ГИДРОПРОЕКТ, отечественное предприятие, выпускающее насосы с наклонным диском (расход 56-200 л /мин), рабочее давление 32 МПа.
В) psm-hydraulics - отечественное предприятие, выпускающее нерегулируемые насосы с наклонным диском и наклонным блоком, рабочее давление 40 Мпа, а так же ряд регулируемых.
Г) SamHydraulik– итальянская компания, ведущий производитель гидравлического оборудования, работает на международном рынке более 30 лет. В линейку выпускаемой продукции также входят аксиально-поршневые моторы и насосы (расход от 36,4-540 л/мин, двление 430 бар, пиковое 480).
Учитывая политику импортозамещения в нашей стране, в списке подавляющее большинство производителей отечественные. Но даже если сравнить с продукцией итальянского производства, видно что отечественные производители практически не уступают по производительности и рабочему давлению. Ещё несколько плюсов в поддержке отечественных товаров заключаются в том, что всегда имеются запчасти для проведения ремонта оборудования, а так-же цена на нашу продукцию ниже чем на зарубежные аналоги.
- Конструктивные схемы и типовые рабочие характеристики
Как видно из рисунка 1, насосы отличаются в выборе рабочей схемы. Существует 4 типовые схемы по принципу которых строятся аксиально-поршневые насосы.
- Схема первая (рис.1а). Приводной вал соединяется с наклонным диском через силовой кардан, передающий вращение. При таком соединении диск и поршни соединяются специальными шатунами.
- Схема вторая(рис.1б). В этом случае синхронизация вращения происходит через двойной кардан, который максимально разгружается за счёт более пологого угла. В таком случае приводной вал вращается вместе с диском.
- Схема третья (рис.1в). Особенность этой схемы в том, что от наклонного диска к поршням не идут никакие шатуны и нет никаких карданов. Работа заключается в нажатии диском на поршни в местах касания. Для обеспечения работоспособности данного способа, в цилиндры вкладывают пружины, которые отводят поршень назад до касания с диском. Простая конструкция
- Схема четвёртая (рис.1г). Данная схема работает за счёт соединения диска с поршнями через шатуны и шайбы. Блок при такой конструкции отклонён в среднем на 25 градусов. Величина подачи зависит только от хода поршней, регулировка которых осуществляется изменением наклона блока цилиндров.
- Испытания
Насосы и гидромотроы в обязательном порядке подвергают испытаниям на гидростенде. Во время проверки выясняют такие параметры как: мощность, кпд, уровень шума, наработку моточасов на отказ.
Срок службы зависит от режима эксплуатации — от давления жидкости и частоты вращения. На практике доказано что при номинальном давлении и чистой рабочей жидкости наработка составляет тысячи моточасов. При увеличении частоты вращения против номинального долговечность снижается примерно пропорционально повышению частоты вращения. Срок службы увеличивается в несколько раз при снижении давления против номинального. Так, при увеличении давления против номинального значения на 25 % частота вращения для сохранения нормальной долговечности должна быть снижена примерно в 2 раза.
При испытаниях было установлено следующее:
При проверке на стенде аксиально-поршневой агрегат с конструкцией наклонного блока отработал 10 тысяч часов при давлении 32 мегапаскаля.
Отмечается небольшая разница в показаниях моторесурса аксиально-поршневых агрегатов с наклонным диском. При равных условиях такой агрегат отработал на 3 тысячи часов больше чем агрегат с наклонным блоком.
КПД аксиально-поршневого насоса с наклонным диском составляет 0,90.
В то время как насос с наклонным блоком выдаёт КПД в районе 0,93, потому что в таких агрегатах наблюдается минимизация явления кавитации, по сравнению с другими вариантами.
Уровень шума примерно 80-90 Дб.
- Возможные неисправности
При появлении сильного шума, плавающих оборотов, снижения давления гидросистемы имеет место износ деталей. Грязная рабочая жидкость при продолжительной работе может откладываться на рабочих поверхностях и привести в дальнейшем к заклиниванию, либо послужить мелким абразивом и усилить износ трущихся частей.
В таком случает ремонт будет сложным и дорогостоящим, и долгим по времени из-за прецизионных деталей. Целесообразнее сразу устанавливать новое изделие. Компания psm-hydraulics представляет отдельно в своей линейке аксиально-поршневые насосы картриджного типа для легкой замены.
