60. Поршневые насосы и гидромоторы в гидроприводах технологических машин.

Поршневые насосы и гидромоторы широко применяют в гидроприводах ряда экскаваторов как на навесных, так и на многих полноповоротных машинах. Наибольшее распространение получили роторно-поршневые насосы двух типов: аксиально-поршневые и радиально-поршневые.

Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы. Их кинематической основой служит кривошипно-шатунный механизм, в котором цилиндр перемещается параллельно своей оси, а поршень движется вместе с цилиндром и одновременно вследствие вращения вала кривошипа перемещается относительно цилиндра. При повороте вала кривошипа на угол 7 ( 105, о) поршень перемещается вместе с цилиндром на величину а и относительно цилиндра на величину с. Поворот плоскости вращения вала кривошипа вокруг оси у ( 105,6) на угол р приводит также к перемещению точки А, в которой палец кривошипа шарнирно соединен со штоком поршня.

Если вместо одного взять несколько цилиндров и расположить их по окружности блока или барабана, а кривошип заменить диском, ось которого повернута относительно оси цилиндров на угол у, причем jj + y = 90°, то плоскость вращения диска совпадет с плоскостью вращения вала кривошипа. Тогда будет получена принципиальная схема аксиального насоса ( 105, в), у которого поршни перемещаются при наличии угла у между осью блока цилиндров и осью ведущего вала.

Насос состоит из неподвижного распределительно диска /, вращающегося блока 2, поршней 3, штоков 4 и наклонного диска 5, шарнирно соединенного со штоком 4. В распределительном диске 1 сделаны дуговые окна 7 ( 105, г), через которые жидкость засасывается и нагнетается поршнями. Между окнами 7 предусмотрены перемычки шириной Ъ, отделяющие полость всасывания от полости нагнетания. При вращении блока отверстия 8 цилиндров соединяются либо с полостью всасывания, либо с полостью нагнетания. При изиенении направления вращения блока 2 функции полостей меняются. Для уменьшения утечек жидкости торцовую поверхность блока 2 тщательно притирают к распределительному диску 5. Диск 5 вращается от вала 6, а вместе с диском вращается блок 2 цилиндров.

Угол'7 обычно принимают равным 12—15°, а иногда он достигает 30°. Если угол 7 постоянный, то объемная подача насоса постоянна. При изменении в работе величины угла 7 наклона диска 5 изменяется ход поршней 3 на один оборот ротора и соответственно изменяется подача насоса.

Схема автоматически регулируемого аксиально-поршневого насоса показана на  106. В этом насосе регулятором подачи является шайба 1, связанная с валом 3 и соединенная с поршнем 4. На поршень, с одной стороны, действует пружина 5, а с другой —давление в напорной гидролинии. При вращении вала 3 шайба 1 перемещает плунжеры 2, которые засасывают рабочую жидкость и нагнетают ее в гидролинию. Подача насоса зависит от наклона шайбы 1, т.е. от давления в напорной гидролинии, изменяющегося в свою очередь от внешнего сопротивления. Для насосов небольшой мощности подачу насоса можно также регулировать вручную путем изменения наклона шайбы, для более мощных насосов применяют специальное усилительное устройство.

Аксиально-поршневые гидромоторы устроены так же, как и насосы. На многих навесных экскаваторах используют нерегупируемый аксиально-поршневой насос-гидромотор с накпонным блоком НПА-64 ( 107). Блок 3 цилиндров получает вращение от вола 1 через универсальный шарнир 2. Вал 1, приводимый в движение от двигателя, опирается на три шарикоподшипника. Поршни <5 связаны с валом 1 штоками 10, шаровые головки которых завальцованы во фланцевой части вала. Блок 3 цилиндров, вращающийся на шарикоподшипнике 9, расположен по отношению к валу 1 под углом 30° и прижат пружиной 7 к распределительному диску 6, который этим же усилием прижимается к крышке 5. Жидкость подводится и отводится через окна 4 в крышке 5. Манжетное уплотнение 11 в передней крышке насоса препятствует утечке масла из нерабочей полости насоса.

Подача насоса за один оборот вала — 64 см3. При 1S00 об/мин вала и рабочем давлении 70 кгс/см2 подача насоса составляет 96 л/мин, а объемный КПД — 0,98. У насоса НПА-64 ось блока цилиндров расположена под углом к оси ведущего вала, что и определяет его название — с наклонным блоком. В отличие от него у аксиальных насосов с наклонным диском ось блока цилиндров совпадает с осью ведущего вала, а под углом к нему расположена ось диска, с которым шарнирно связаны штоки поршней. Рассмотрим конструкцию регулируемого аксиапьно-поршиевого насоса с накпонным диском ( 108). Особенность насоса заключается в том, что вал 2 и наклонный диск б соединены друг с другом с помощью одинарного или сдвоенного карданного механизма 7. Рабочий объем и подачу насоса регулируют изменением наклона диска 6 относительно блока 8 цилиндров  

В сферических опорах наклонного диска 6 и поршней 4 закреплены концами шатуны 5. При работе шатун 5 отклоняется на небольшой угол относительно оси цилиндра 3, поэтому боковая составляющая сила, действующая на дно поршня 4, незначительна. Крутящий момент на блоке цилиндров определяется только трением торца блока «So распределительный диск 9. Величина момента зависит от давления в цилиндрах 3. Практически почти весь крутящий момент с вала 2 передается на наклонный диск б, так как при его вращении перемещаются поршни 4, вытесняя рабочую жидкость из цилиндров 3. Поэтому сильно нагруженным элементом в таких насосах является карданный механизм 7, передающий весь крутящий момент от вала 2 к диску 6. Карданный механизм ограничивает угол наклона диска 6 и увеличивает габариты насоса.

Блок 8 цилиндров соединен с валом 2 через механизм 1, который позволяет блоку самоустанавливаться по поверхности распределительного диска 9 и передавать момент трения между торцами диска и блока на вал 2.

Одной из положительных особенностей регулируемых насосов такого типа являются удобные и простые подвод и отвод рабочей жидкости.

Аксиально-поршневые регулируемые и нерегулируемые насосы и гидромоторы, применяемые на экскаваторах Э-5015А, ЭО-3322А, ЭО-4321 и ЭО-4121, отличаются унифицированной конструкцией качающего узла ( 109, о). Опорами ведущего вала 1 служат три шарикоподшипника: два радиально-упорных 13 и один радиальный 14.- От осевого перемещения внутренние кольца подшипников удерживаются двумя пружинными кольцами 15, втулкой 3 и запорным кольцом 2. В передней крышке 16 установлено манжетное уплотнение 17, опирающееся на втулку 18. В сферические гнезда фланца вала 1 входят семь шатунов 11, которые вместе с центральным шипом 5 прижаты к фланцу вала штампованной пластиной 4. На шипе 5 с помощью штифта 10 зафиксирован блок 7 цилиндров, наружная поверхность которого опирается на распределительный диск 8.

Опорами шило 5 служат с одной стороны сферическая головка, а с другой — бронзовая втулка 9, запрессованная в диск 8. Внутри блока цилиндра находятся семь поршней 12, завальцованных на-шатунах 11. Предварительное прижатие блока цилиндров к диску 8 достигается тарельчатыми пружинами б.

Когда ось вала 1 совпадает с осью шипа J (как показано на  109, о), то при вращении вала поршни не совершают возвратно-поступательного движения и не производят всасывания и нагнетания рабочей жидкости.

Рассмотрим конструкции нерегулируемого и регулируемых одинарного и сдвоенного насосов, выполненных на базе описанного качающего узла.

У нерегулируемого насоса блок 7 цилиндров повернут так, что ось шипа 5 составляет некоторый угол с осью вала 1 ( 109, б). Поэтоиу при вращении блока поршни 12 всасывают и нагнетают жидкость через каналы диска 8. При изменении величины и направления наклона блока 7 цилиндров изменяются величина и направление потока рабочей жидкости. Если зафиксировать угол наклона блока 7 цилиндров, то насос становится нерегулируемым. Описанная конструкция позволяет насосу работать и в режиме гидромотора.

В регулируемом насосе создана всвмажность изменения наклона блика в процессе работы. Регулируемый аксиально-поршневой насос (рыс. 110) включает *в себя поворотный корпус 14, который кожет быть повернут с помощью цапфы 9 по отношению корпуса 3 на угол от нуля до 25°. Количество подаваемой жидкости при этом пропорционально углу наклона блока // цилиндров и числу оборотов вала 1 насоса. При такой конструкции достигается бесступенчатое регулирование независимо от частоты вращения приводного двигателя.

Усилие, которое необходимо приложить к цапфе 9, может быть такой величины, что непосредственное управление подачей насоса без применения усиливающих устройств становится невозможным. При высоком рабочем давлении жидкости насосы выпускают с усилителями механического и гидравлического типов. Механические усилители могут быть как с ручнын, так и с электрическим управлением. Гидравлические усилители оборудуют непосредственным или дистанционным управлением. Применяют также устройства, автоматически изменяющие угол наклона блока цилиндров в зависимости от давления в гидросистеме (регуляторы постоянной мощности или ограничители мощности). На экскаваторах ЭО-3322А, Э-5015А, ЭО-4321 и ЭО-4121 установлены сдвоенные аксиально-поршневые насосы, которые состоят из двух унифицированных качающих узлов, смонтированных в одно*! корпусе. Сдвоенные-насосы ( 111) используют тогда, когда нужно создать два,потока рабочей жидкости. Полное использование мощности приводного двигателя обеспечивается с помощью встроенного сумматора мощности, который распределяет мощность между потребителями таким образом, что сумма их мощностей остается постоянной и равной установленной мощности привода. Вол 4 сдвоенного насоса ( 111, о) получает вращение от приводного двигателя и через встроенный в насос редуктор 3 передает движение валам качающих узлов.

Поворотные корпуса 1 и 2 качающих узлов сдвоенного насосе! установлены на подшипниках и могут поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол 25°, чем и достигается изменение подача насоса. Оба поворотных корпуса жестко связаны траверсой 5 регулятора и могут поворачиваться только синхронно под воздействием регулятора мощности.

Регулятор мощности,( 111, б) представляет собой золотник 7, помещенный непосредственно в корпусе сдвоенного насоса. .Золотник 7 соединен цапфами 9 с блоками цилиндров и воспринимает с одной стороны усилия пружин б, а с другой — усилие, создаваемое давлениями Р, и Р2. Ступени золотника 7 регулятора имеют равные площади. Под каждую ступень подводится давление нагнетания от качающих узлов, т. е. Р, и Р2. При работе с малым давлением пружины б- регулятора удерживают поворотные корпуса 1 и 2 на наибольшем угле пбворота, обеспечивая максимальную подачу насоса. Когда давление возрастает, двухступенчатый золотник 7 сжимает пружиньГ б, снижая подачу насоса. Пружинь! регулятора и упорную шайбу 12 подбирают таким образом, чтобы сохранить постоянной заданную мощность привода.

К преимуществам аксиально-поршневых насосов и гидромоторов относятся компактность, высокий КПД при большом давлении, сравнительно малая инерционность, значительная энергоемкость на единицу массы (в некоторых высокооборотных конструкциях до 12 кВт/кг).

Недостатками этих насосов и гидромоторов являются необходимость в тонкой фильтрации рабочей жидкости, сложность изготовления и трудность обеспечения длительного срока службы некоторых деталей (например, подшипника блока цилиндров у насосов с золотниковым  распределителем).

Радиально-поршневые насосы (112) и гидромоторы, Основой часоса является кривошипно-шатунный механизм, у которого роль шатуна выполняет статор 1, соосный оси О и а цилиндры сделаны в роторе 2. При вращении ротора вокруг оси 02, имеющей по отношению к оси Oi эксцентриситет е, поршень совершает вращательное движение вместе с ротором и возвратно-поступательное движение относительно ротора.

Жидкость подводится под поршень и отводится из-под поршня по двум каналам 3, сделанным вдоль оси ротора. Жидкость вытесняется (нагнетается) при вращении поршня от точки А к точке С и при перемещении его к центру (оси) 02. При работе необходимо, чтобы поршни были прижаты к статору. Достигается это либо за счет пружин, помещаемых под поршень, либо с помощью ползунов, перемещающихся в пазах статора, либо за счет вспомогательного подкачивающего насоса, благодаря которому поршни прижимаются к статору в полости всасывания насоса.

В гидромоторе аналогичного типа поршни прижимаются давлением жидкости, подводимой под поршни.

Eaiit в насосе изменить положение эксцентриситета е путем перемещения статора, то тем самым будет изменено действие полостей всасывания и нагнетания на обратное. Изменение величины эксцентриситета вызывает соответствующее изменение подачи насоса.

Радиально-поршневые насосы применяют для создания давления до 250 кгс/см2 и подачи от 5 до 500 л/мин при частоте вращения ротора от 6000 до 1500 в минуту. Радиально-поршневые гидромоторы аналогичны по устройству насосам. На экскаваторах Э-5015А для привода механизма поворота применен высокомоментный радиаль-но-поршневой гидромотор ( 113). Эксцентриковый вал 14 гидромотора опирается на два роликоподшипника 12, один из которых установлен в корпусе 10 гидромотора, а второй — в нижней крышке 13. В соприкосновении с валом 14 находятся пять шатунов 6, которые приводят в движение поршни 9. Трущиеся поверхности шатунов б и вала 14 надежно смазываются путем подачи масла из цилиндра гидромотора через фильтры 8, запрессованные в поршли, по каналам в шатунах и жиклеры 5. Шатуны 6 находятся в постоянном контакте с поверхностью эксцентрикового вала 14 и удерживаются упорными кольцами 11.

Боковое смещение шатунов 6 ограничено опорными пластинами 16. Сверху к корпусу 10 гидромотора прикреплен корпус 4, в котором расположен распределитель 3, регулирующий поступление рабочей жидкости в гидромотор и слив ее в линию гидросистемы. Через муфту 17 распределитель 3 постоянно соединен с валом 14 и вращается вместе с ним.

К корпусу 4 распределителя присоединены два трубопровода от гидросистемы. Необходимое уплотнение между распределителем 3 и его корпусом, а также между цилиндрами и поршнями гидромотора достигается установкой уплотнительных фторопластовых колец. Кроме крышки 13, внутренние полости гидромотора закрыты также крышками 2 и 7.

Сбоку к корпусу 10 гидромотора прикреплен разгрузочный дренажный клапан 75. На нижнем выступающем конце эксцентрикового вала жестко с помощью шпонки закреплена обегающая шестерня механизма поворота, находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом на ходовой раме.

Гидромотор работает следующим образом. Из нагнетательного трубопровода рабочая жидкость под давлением поступает в корпус 4 распределителя, а затем в распредели-

тель 3. Полость нагнетания распределителя 3 соединена с нагнетательными окнами в его центральной части, через которые жидкость поступает в каналы А, соединенные с каналами корпуса 10 гидромотора. При этом жидкость попадает в два или три цилиндра гидромотора в зависимости от положения окон распределителя 3 относительно отверстий корпуса 4. Под давлением жидкости поршни 9 начинают перемещаться в цилиндрах и через шатуны 6 приводят во вращение вал 14. В результате обегающая шестерня механизма перекатывается по зубчатому венцу и поворотная платформа экскаватора вращается относительно его ходовой тележки.

Во время работы гидромотора часть поршней 9 перемещается от центра, выталкивая жидкость через окна в цилиндрах в каналы корпуса 10 гидромотора и корпуса 4 распределителя. Из канала Б жидкость затем перетекает в сливную линию гидросистемы. Если давление жидкости, проникающей в дренажную линию через зазоры притертых полостей, превышает допустимую величину, поршень клапана. 15 сжимает пружину и жидкость выходит наружу через отверстие В. Это сигнализирует о снижении КПД гидромотора.