Шестеренные насосы наружного зацепления

Шестеренные насосы наружного зацепления широко применяются в гидроприводах мобильных машин.

Рисунок 21 - Шестеренные насосы наружного зацепления

 

Принцип действия:

Шестерня (7) через муфту соединена с приводным двигателем (электрическим, дизельным и т.д.). Шестерни (7) и (8) позиционируются с помощью подшипниковых блоков (4) и (5) таким образом, что при вращательном движении зацепляются с минимальным зазором.

Камеры вытеснения образуются между кромками зубьев, внутренней поверхностью и торцами подшипниковых блоков (4 и 5).
В этих камерах при первичном запуске в эксплуатацию находящийся во всасывающем трубопроводе воздух перемещается из линии всасывания S в линию нагнетания Р, создавая разрежение во всасывающем трубопроводе. Возрастающее разрежение заставляет рабочую жидкость подниматься из бака во всасывающий трубопровод, пока она не достигнет насоса. После этого жидкость поступает в камеры вытеснения и через напорную линию подается в гидросистему.

Рисунок 22 - Шестеренный насос наружного зацепления

 

Основой функционирования насоса является достаточная герметичность камер вытеснения для перемещения воздуха и рабочей жидкости. Шестеренные насосы наружного зацепления имеют специальные уплотнения. За счет подвода давления в определенные зоны между подшипниковыми блоками (5) и боковой крышкой (6) обеспечивается осевой поджим блоков к торцам шестерен с силой, пропорциональной рабочему давлению. Это позволяет минимизировать объемные утечки в насосе.

Шестеренные насосы внутреннего зацепления

Отличительной особенностью шестеренных насосов внутреннего зацепления является чрезвычайно низкий уровень шума, поэтому они находят применение прежде всего в стационарных машинах (прессах, установках по производству полимеров, станках и т.п.), а также в мобильных установках, работающих в закрытых помещениях (электропогрузчики и т.п.).

Рисунок 23 - Шестеренные насосы внутреннего зацепления

Принцип действия

Вращающийся зубчатый ротор соединен с приводным двигателем и зацепляется с полым зубчатым колесом. Снизу (на рисунке) объем межзубьевых камер увеличивается, и насос «всасывает». Это происходит на угле поворота 120°, поэтому объем заполняется относительно медленно.

При зацеплении зубьев позитивно сказывается их специальная форма, при которой практически не имеется запираемых объемов (как это имеет место в насосах с наружным зацеплением, в которых при сжатии масла в этих объемах возникают пульсации давления и шум), что также способствует снижению шума.

Рисунок 24 - Шестеренные насосы внутреннего зацепления

Шестеренные насосы внутреннего зацепления показанного здесь конструктивного исполнения в значительной степени избавлены от пульсаций давления и в этой связи генерируют минимальный уровень шума.

 

Радиально-поршневые насосы

Для областей применения, связанных с высоким давлением (свыше 400 бар), применяются радиально-поршневые насосы.

Рисунок 25 - Радиально-поршневые насосы

 

Радиально-поршневой насос с клапанным распределением и внутренней опорой поршней (с эксцентричным валом) функционирует следующим образом:

Приводной вал (1) в зоне качающих узлов (2) имеет эксцентрическую шейку. Каждый качающий узел содержит поршень (3), буксу (4), сферическую головку (5), нажимную пружину (6), всасывающий (7) и напорный (8) клапаны.
Сферическая головка закреплена в корпусе (9). Поршень через цилиндрическую опорную поверхность опирается на эксцентрическую шейку вала, причем постоянный контакт обеспечивается пружиной (6), которая также обеспечивает контакт между деталями (4) и (5).

Рисунок 26 - Радиально-поршневой насос с эксцентричным валом

 

Фаза 1. Поршень находится в верхней мертвой точке. Объем рабочей камеры минимален. Оба клапана закрыты.

Фаза 2. Поршень перемещается в направлении оси вала. Объем рабочей камеры увеличивается, открывается всасывающий клапан, и жидкость через канавку на поверхности эксцентрика поступает в рабочую камеру.

Рисунок 27 – Принцип действия

Фаза 3. Поршень находится в нижней мертвой точке. Объем рабочей камеры максимален. Оба клапана закрыты.

Фаза 4. Поршень перемещается в направлении сферической головки. Жидкость в рабочей камере сжимается и открывается напорный клапан в сферической головке. Жидкость под давлением поступает в круговой канал, соединяющий качающие узлы насоса.

[АНИМАЦИЯ 5]

Радиально-поршневые насосы, как правило, имеют нечетное число качающих узлов, поскольку в этом случае наложение объемных потоков, подаваемых отдельными узлами, позволяет получить минимальную пульсацию суммарного потока рабочей жидкости на выходе из насоса.

 

Пластинчатые насосы

Обычно применяются два типа пластинчатых насосов:
- одинарного действия
- двойного действия.

Обе конструкции имеют одинаковые основные узлы, они состоят из ротора и пластин. (рис.28, 29)

Пластины в роторе могут перемещаться в радиальном направлении. Различие между двумя указанными типами заключается в форме внутренней поверхности статора, которая ограничивает перемещение пластин.

Рисунок 28 - Основной комплект пластинчатого насоса, содержащий ротор и пластины

Рисунок 29 - Пластинчатые насосы двойного действия

Кольцо или статор имеет внутреннюю поверхность овальной формы. Благодаря этому каждая пластина за один оборот вала осуществляет два такта. Камеры вытеснения образуются ротором, двумя соседними пластинами, внутренней поверхностью статора и боковыми распределительными дисками.

В зоне с наименьшим зазором между ротором и статором (рис 30) объем камеры вытеснения (рабочей камеры) минимальный. Поскольку пластины постоянно прижимаются к внутренней поверхности статора, обеспечивается достаточная герметизация каждой из камер.

Рисунок 30 - Зазор между ротором и статором

 

При дальнейшем повороте объем камеры увеличивается и в ней возникает разрежение. В этот момент рабочая камера через прорези бокового распределительного диска соединена с всасывающей линией, и жидкость поступает в рабочую камеру.

Рисунок 31 - Максимальный объем рабочей камеры

 

Максимальный объем рабочей камеры достигнут (рис. 31), и ее соединение с всасывающей линией прерывается.

 

Рисунок 32 – Уменьшение объема рабочей камеры

 

При дальнейшем повороте ротора объем рабочей камеры уменьшается (рис. 32). Через прорезь бокового распределительного диска рабочая жидкость направляется в напорную линию.

Этот процесс реализуется дважды на каждый оборот вала.

 

Рисунок 33 - Пластинчатый насос двойного действия

Рисунок 34 – Принцип действия

 

Для обеспечения гарантированного прижима пластин к статору задние торцовые поверхности пластин в зоне нагнетания нагружаются полным рабочим давлением.

Усилие прижима пластины к статору определяется произведением рабочего давления на площадь торцовой поверхности. При определенном давлении в зависимости от смазывающих свойств жидкости возможно нарушение масляной пленки между пластиной и статором, что ведет к ускоренному износу. Для снижения прижимной силы пластинчатые насосы, работающие при давлении свыше 150 бар, комплектуются двойными пластинами.

Через фаску или канавку находящаяся под давлением жидкость из задних торцовых камер подводится в пространство между кончиками пластин, причем площадь F_A1 меньше, чем F_A.

В результате прижимная сила в значительной степени компенсируется.

Регулируемые пластинчатые насосы

Регулируемые пластинчатые насосы прямого управления (рис 35).

Для данных насосов положение статорного кольца можно изменять тремя регулирующими устройствами:

- Регулировочным винтом (1) ограничения максимальной подачи. Эксцентриситет статора напрямую определяет подачу насоса.

- Винтом (2) регулирования вертикального положения опоры. Изменение положения статора в вертикальном направлении напрямую определяет уровень шума и динамику насоса.

- Винтом (3) регулирования максимального давления. Величина предварительного натяжения пружины определяет максимальное значение рабочего давления.

В зависимости от сопротивления в гидросистеме создается определенное давление, которое действует в насосе (красная зона) и нагружает внутреннюю поверхность статора (см. вектор силы F_p). Если разложить вектор силы на вертикальную и горизонтальную составляющие, то в результате получится сравнительно большая сила F_v, нагружающая винт (2), и небольшая сила (F_h), противодействующая пружине. Пока усилие пружины F_f больше, чем сила F_h, статор остается в указанном положении максимального эксцентриситета. Если давление в гидросистеме возрастает, сила F_p увеличивается, и соответственно возрастают силы F_v и F_h.

Если сила F_h превосходит усилие пружины F_f, статор смещается из эксцентричного положения практически в концентричное. Уменьшение объема рабочих камер происходит до тех пор, пока подача насоса не станет практически равной нулю. При этом подача насоса равна величине внутренних утечек, а давление поддерживается на заданном уровне. Величина давления может изменяться напрямую путем регулирования натяжения пружины.

Регулируемые пластинчатые насосы с функцией нулевого хода (Q = 0) при достижении максимального давления всегда имеют дренажную линию из корпуса. Через эту линию отводятся внутренние утечки из зоны высокого давления (отмечена красным цветом) в корпус (синий цвет).

Сливающееся в дренажную линию масло отводит тепло, выделяющееся из-за трения, а также обеспечивает смазку внутренних частей.

Рисунок 35 - Регулируемый пластинчатый насос прямого управления

Регулируемый пластинчатый насос непрямого управления с настраиваемой подачей.

Основной принцип действия насосов идентичен насосам прямого управления; отличие заключается лишь в механизмах регулирования. Вместо одной или двух нажимных пружин движением статора здесь управляют находящиеся под давлением установочные поршни. Два установочных поршня имеют различные диаметры (отношение площадей 2:1).

На установочный поршень большего диаметра воздействует пружина, которая устанавливает максимальный эксцентриситет при запуске насоса.
Давление из напорной линии постоянно подводится к поршню меньшего диаметра и через регулятор R - к поршню большего диаметра.

Рисунок 36 - Регулируемые насосы: слева - прямого управления; справа - непрямого