3 Поршневые гидромашины Аксиально - поршневые насосы и гидромоторы

Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы находят широ­кое применение в гидротрансмиссиях самоходных сельскохо­зяйственных машин, а также в строительно-дорожных машинах. Они отличаются большим постоянством параметров и характе­ристик при" длительной эксплуатации с переменными внешними условиями, высокими объемным и механическим КПД при давле­ниях 15...25 МПа.

Рабочие камеры у аксиально-поршневых гидромашин образо­ваны рабочими поверхностями цилиндров и поршней. Оси порш­ней параллельны оси блока цилиндров или составляют с ней угол не более 45 °.

В зависимости от расположения вала ротора различают гидромашины с наклонным диском и наклонным блоком.

Гидромашина с наклонным диском (рис. 3.1, а) состоит из корпуса, блока цилиндров 2, поршней 3, шарнирно связанных с на­клонным диском 4. Блок 2 цилиндров с поршнями 3 приводит­ся во вращение от вала 5. Для подвода и отвода рабочей жид­кости к рабочим камерам в торцевом распределительном диске выполнены два окна: нагнетания и всасывания. Объем жид­кости, заполняющей цилиндры, зависит от угла установки дис­ка к оси вала. Если угол β=0, расход жидкости отсутствует, в этом случае гидромашина выключена. В процессе работы в ре­жиме насоса крутящий момент передается блоку цилиндров и поршни 3 при наклонном положении диска 4 совершают слож­ное движение: вращаются вместе с блоком и возвратно-посту­пательно перемещаются в блоке. Поршень, перемещаясь от рас­пределительного диска, всасывает жидкость и нагнетает ее при повороте вала и уменьшении объема камеры.

Аксиально-поршневые гидромашины выпускаются с ручным изменением подачи, со следящим регулированием подачи, с электрогидравлическим управлением.

В корпусе установлен роликовый подшипник для ' опоры блока цилиндров и снятия радиальной нагрузки при контак­те толкателя поршня с диском. Контакт между толкателем и упорным диском выполнен при помощи завальцованных брон­зовых подпятников, разгрузка которых осуществляется подво­дом рабочей жидкости.

Приводной вал сопрягается с ротором при помощи эволь-вентного шлицевого соединения. Рабочая жидкость подается и отводится через фланцы передней крышки и распределитель­ный диск. Положение наклонной шайбы изменяется в цилинд­рической направляющей при помощи механизма регулирования.

В задней крышке насоса установлено два клапана для обеспе­чения всасывания и нагнетания.

Гидромашина с наклонным блоком показана на рисунке 10, б. В корпусе на трех подшипниках установлен вал 5, в торцевой части которого имеется фланец с шарнирным креплением, где установлены центрирующий валик 6 и головки шатунов. Блок цилиндров 2 расположен под углом на подшипниках в корпусе и вращается вместе с валом. Поршни 3, находящиеся в блоке цилиндров 2, шарнирно соединены шатунами 7 с фланцем 4 вала 5.

Для подвода и отвода рабочей жидкости к рабочим ка­мерам служит распределительный диск .

Принцип работы гидромашины (в режиме насоса) заключается в следующем. При вращении вала насоса поршни 3 совер­шают сложное движение: вращаются вместе с блоком цилинд­ров и движутся возвратно-поступательно в цилиндрах; в это время происходят циклы всасывания и нагнетания. При работе возникает осевое усилие давления жидкости на поршни. Скорость движения поршня складывается из скоростей вращательного движения вокруг оси вместе с блоком цилиндров и поступа­тельного движения в цилиндре. При проверочных расчетах можно допустить, что шатуны поршней перемещаются парал­лельно, их оси совпадают с осями цилиндров и угловая скорость постоянна.

Расход жидкости зависит от угла наклона диска (блока). Предельно допустимый угол наклона из расчета работы поршней под действием боковых сил не превышает 20...30°.

а)- с наклонным диском; 1- распределитель; 2-блок цилиндров; 3- поршень; 4- наклонный диск; 5- вал; б)- наклонным блоком; 1-распределительный диск; 2- блок цилиндров; 3- поршень ; 4-фланец; 5- вал; 6-Центрирующий валик; 7- шатун.

Рис. 3.1- Схема аксиально- поршневых гидромашин

Для обеспечения работы аксиально-поршневых гидромашин между блоком и передней крышкой установлен плоский распре­делитель. В распределителе выполнены два дугообразных кана­ла, которые сообщаются с отверстиями подвода и отвода жид­кости. Зазор между блоком и распределителем для исключения утечек должен быть минимальным. В распределительном диске называют поверхность во избежание чрезмерного ее износа.

С этой целью на поверхности выполнены проточки, периодически соединяющиеся с магистралями всасывания и нагнетания. Дав­ление жидкости в зазоре по уплотнительным пояскам меня­ется. Ширина а уплотнительного пояска должна быть больше 0,15 см, а радиус окна в распределительном диске и торце блока цилиндров р0 = (0,2...0,25)dn. Для обеспечения герметичности необходимо, чтобы усилие прижима распре­делительного диска было на 3 % выше отжимающего усилия действующего на торец блока цилиндров.

При работе поршневых гидронасосов в системе с замкнутой циркуляцией рабочая жидкость из сливной магистрали гидро­двигателя направляется во всасывающую магистраль насоса. Вследствие упругих деформаций рукавов высокого давления и утечек количество жидкости, поступающей к насосу, меньше, чем необходимо для безкавитационной работы. Поэтому уста­навливают дополнительный насос подпитки, который под неко­торым давлением подает жидкость во всасывающую магистраль. В случае работы поршневого насоса без подпитки кавитация будет зависеть от скорости движения жидкости в узких каналах, давления и коэффициента расхода.

Скорость протекания жидкости через отверстие в блоке можно определить по формуле;

υ1 = υотн f/s (3.1)

где; υотн — относительная скорость поршня;

f — площадь сечения цилиндра;

s — площадь сечения отверстия в донышке цилиндра.

Поршни совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах и одновременно вращаются с блоком. Рабочая камера поршня, движущегося от распределительного диска, заполняется жидкостью, происходит всасывание.

На рисунке (3.2) показан аксиально-поршневой насос с наклонным диском.

Блок 3 цилиндров установ­лен на валу 4 и поджат пру­жиной 2 к распределительному диску. В цилиндрах блока размещены поршни 5, которые башмаками 7, опираются на опорное кольцо 9 наклонного диска 10. Башмаки, в свою очередь, прижаты к опорному кольцу пружинами через втулку 6 и сепаратор 8. Пово­рот наклонного диска на угол р осуществляется через тягу 12 перемещением поршня 13, ме­ханизма управления. При ра­боте вращаются вал 4, блок цилиндров 3, с поршнями 5 и втулка 6. Поршни совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах и одновременно вращаются с блоком.

В момент соединения рабочих камер с полостью нагнетания поршни движутся к распределительному диску, совершается нагнетание.

Аксиально-поршневой гидромотор с наклонным блоком ци­линдров состоит из корпуса 7, в расточках которого на подшипниках 8 и 9 установлен вал 13, соединенный через центральный шип 15 с блоком 4 цилиндров. В блоке размещены поршни 5, которые навальцованы на сферические головки шату­нов.

Большие сферические головки шатунов 6, завальцованы во фланце приводной шайбы 14. Распределительный диск 3, имеет два дугообразных канала, которые соединены с отверстиями нагнетания и слива крышки.

Герметизация гидромотора до­стигается уплотнительными кольцами 2, 10 и манжетой 12, установленной в крышке.

1- распределительный диск; 2 - пружина; 3 - блок цилиндра; А - вал; 5, 13 - порш-6 - втулка; 7 - башмак; 8 - сепаратор; 9 - опорное кольцо; 10 - наклонный диск; 11- пружина; 12 - тяга.

Рис. 3.2- Аксиально-поршневой насос с наклонным диском

В процессе работы жидкость под давлением поступает в рабочую камеру нагнетания и перемещает поршень. Осевая составляющая силы через шатуны передается на фланец вала под углом. Вертикальная составляющая может быть разложена на радиальную и тангенциальную силы. Радиальная сила воспри­нимается подшипниками вала, а тангенциальная создает отно­сительно оси вала момент, который преодолевает момент нагруз­ки и трения и сообщает валу вращение. Вал связан с блоком цилиндров, поэтому при его вращении рабочие камеры соединя­ются с полостью нагнетания и слива.

Следует отметить, что аксиально-поршневые гидромашины имеют КПД = 0,85...0,95, выпускаются с рабочими объемами от 32 до 250 см3/об. Удельная металлоемкость гидромашин постоянной подачи колеблется от 0,5 до 0,625 кг- об/см , а регу­лируемых — от 0,8 до 0,97 кг- об/см3.