Роторные аксиально-поршневые машины Общие сведения

Роторная аксиально-поршневая гидромашина - это машина, у которой рабочие камеры вращаются относительно оси ротора, а оси поршней (плунжеров) параллельны оси вращения или составляют с ней угол меньше 45 градусов. Насосы и гидромоторы с аксиальным или близким к аксиальному расположением цилиндров являются наиболее распространенными в гидравлических системах (гидроприводах). По числу разновидностей конструктивного исполнения они во много раз превосходят прочие типы гидромашин.

Аксиально-пошневые машины имеют:

-наилучшее среди всех типов гидромашин габаритные и весовые характеристики, отличаются компактностью;

-высокую энергоемкость на единицу массы;

-малый момент инерции вращающихся частей, что имеет существенное значение при использовании их в качестве гидромоторов;

-хорошую приемистость (быстродействии) при регулировании подачи;

-высокий объемный КПД (до 0,97…0,98);

-высокие давления рабочей жидкости (200…250 Бар);

-большие частоты вращения (3000…4000 об/мин и выше).

Основные элементы конструкции и принцип работы

Практически все существующие конструкции аксиально-поршневых гидромашин можно отнести к двум типам.

К первому типу относят машины, у которых ось ведущего звена и ось вращения ротора пеерсекаются. Их называют аксиально-пошневыми гидромашинами с наклонной люлькой или наклонным цилиндровым блоком.

Ко второму типу относят машины, у которых ось ведущего звена и ось вращения ротора совпадают, т. Е. у таких машин ведущее звено и ротор расположены на одной оси. Такие гидромашины называют аксиально-пошневыми гидромашинами с наклонными диском.

Конструктивно в аксиально-пошневой машине с наклонной люлькой оси приводного вала и блока цилиндров расположены под углом друг к другу. В машинах с наклонным диском эти оси составляют одну линию.

Основными элементами конструкции гидромашин этих типов являются:

-ротор (блок цилиндров) 1;

-поршни 2, которые являются вытеснителями и движение которых обеспечивает изменение рабочего объема;

-торцевой распределитель 3 с плоской или сферической поверхностью.

Вращательное движение ротора обеспечивает соединение рабочего объема цилиндров с полостями всасывания и нагнетания. Распределение жидкости обычно выполняется через своеобразные окна a и b, в неподвижном относительно корпуса насоса распределительном золотнике 3 и каналы (отверстия) 7 в донышках цилиндров блока 2. При работе насоса торец цилиндрового блока скользит по поверхности распределительного золотника (рис 3,1 в). При этом цилиндры переменно соединяются с окнами а или b золотника и через них - с магистралями всасывания и нагнетания.

Изменение рабочего объема обусловлено возвратно-поступательным движением поршней. Такое движение поршней обеспечивается либо приводной наклонной шайбой 5 (в машинах с наклонной люлькой), либо наклонным диском 9 ( в аксиально-поршневых машинах с наклонным диском).

Ведение поршней в аксиально-поршневых машинах с наклонным диском осуществляется с помощью пружин 10 или давлении подпиточных насосов, которые прижимают свободно посаженные плунжеры со сферической головкой к диску 9.

Для введения поршней в аксиальных машинах с наклонной люлькой используют шатуны 4, связывающие приводной наклонный диск 5 и поршни 2.

Машины, в которых ведение поршней осуществляется шатунами, называют аксиально-пошневыми гидромашинами шатунной схемы.

В большинстве конструкций роторных аксиально-поршневых насосов применяется торцовое распределение (рис. 3,1), осуществляемое при помощи двух серпообразных окон а и b, выполненных на упорно-распределительном диске (золотнике). С этим серпообразными окнами поочередно соединяются при своем круговом движении цилиндры через отверстия 7 в своих донышках. Окна соединены каналами с соответствующими полостями (нагнетания и всасывания) насоса. Опорные торцевые поверхности распределительного диска изготавливаются плоскими и, реже, сферическими. Преимуществом золотника со сферической опорной поверхностью является то, что он не требует совпадений осей скольжения поверхностей, а допускает наличие некоторой несоосности (пересечение осей), чего не допускает плоский распределитель. Однако последний обладает существенными преимуществом, заключающемся в отсутствии необходимости индивидуальной подгонки поверхностей скольжения.

Распределительный золотник большинства насосов закреплен неподвижно в корпусе насоса. А распределительный торец блока цилиндров при работе насоса непрерывно вращается. З первую половину оборота блока относительно оси симметрии распределителя каждый цилиндр переменно будет соединен с всасывающим окном, а вторую половину оборота - с нагнетательным окном.

Геометрические формы распределителя насоса выбирают так, чтобы при всех положениях блока нагнетательные окна герметично отделялись от всасывающих, а каждый из цилиндров мог быть соединен только с одним из окон. Окна всасывания и нагнетания разделены перевальными перемычками (рис3,12б). Ширина перемычки S выбирается равной (1,1…1,2)t, где t - диаметр (или большая ось, если отверстие некруглое) канала в донышке цилиндра, соединяющего цилиндр с распределительным окном. На практике верхнюю и нижнюю перевальные перемычки между окнами а и b распределительного золотника обычно выполнят одинаковыми располагают симметрично относительно нейтральной (вертикальной ) его оси. Однако, в ряде случаев, в конструкцию вводится, с целью устранения пульсаций, асимметричность. Асимметричность расположения окон выбирают в основном из условия возможного устранения как вакуума, так и компрессии жидкости и обеспечения минимального перепада давления между полостями цилиндра и того окна распределительного золотника, с которым в текущий момент цилиндр соединен. В противном случае возникают вредные даже опасные "забросы" давления в цилиндрах.

Для предотвращения ударного действия обратного потока жидкости, наблюдаемого в момент соединения цилиндров с полостью нагнетания, т.е. для обеспечения безударного перехода из полости всасывания в полость нагнетания, в узле распределения обычно выполняют дроссельные канавки малого сечения (усы) (рис 3,12б). Через эти канавки цилиндры в начале хода нагнетания предварительно соединяются до прохода к основному окну с полостью нагнетания. Вследствие дроссельного (тормозного) действия этих канавок происходит относительно плавное дозаполнение цилиндров жидкостью и повышение давления (сжатие) заключенной в них жидкости до давления нагнетания. При этом снижаются "забросы" давления (гидравлические удары и шум насоса)

Наиболее нагруженные элементы конструкции и обеспечение их работоспособности

Роторные аксиально-поршневые машины благодаря своим достоинством получили широкое применение. Однако из-за обили пар трения такие машины, как и все роторные машины, способны работать на смазывающих, нагретых и чистых жидкостях. Кроме того, для обеспечения работоспособности и ресурса таких гидромашин необходимо применять специальные конструктивные меры.

Поршень-цилиндр

В аксиально-поршневых машинах с наклонной люлькой крутящий момент снимается непосредственно в месте его возникновением, т.е. с приводной наклонной шайбы 5 (рис 3,1 а). На поршни этот момент не передается. Через поршни в машинах этой схемы передается на блок цилиндров 1 лишь момент от сил трения и сил инерции ( ускорение и замедление). Поэтому поршни 2 скользят в цилиндрах практически без поперечных нагрузок и их функции сводятся в основном к герметизации цилиндров. Благодаря этому фактически устраняется износ поршней и цилиндров, обеспечивается высокий кпд и хороший пусковой момент при работе машины в режиме гидромотора. Однако, угловое расплоложение приводного диска и блока цилиндров и соответствующее ему распределение действующих сил в приводном механизме требует применения мощных опор и подшипников качения.