Аксиально-поршневые гидромашины

Согласно классификации аксиально-поршневых гидромашин (АПГМ) [9,10] различают гидромашины (гидромоторы и насосы) с наклонным блоком цилиндров (рис.2, а) и машины с наклонным диском (рис.2, б), понимая под первыми АПГМ, у которых ось вала и ось вращения блока цилиндров пересекаются под углом, а под вторыми – гидромашины, у которых вал и блок цилиндров расположены на одной оси. Кроме того, существует много других конструктивных различий, однако, они обычно не являются принципиальными и предельные характеристические возможности всех гидромашин этого типа в большинстве равноценны [4].

Кинематической основой АПГМ являются кривошипно-шатунный механизм, где скорость перемещения поршня относительно цилиндра изменяется по синусоидальному закону. Конструктивно любая гидромашина данного типа (см. рис. 2) имеет многоцилиндровый блок 2, поршни 3 которого связываются при помощи шатунов или иных средств с наклонным диском (Т-образным валом) 4, выполняющим в этой схеме роль кривошипа. Между блоком цилиндров 2 и крышкой корпуса 5 установлен торцевой распределитель 1. В процессе вращения блока цилиндров 2 поршни 3 совершают вращательное и возвратно-поступательное движения, благодаря чему осуществляется процесс всасывания и нагнетания жидкости каждым поршнем.

Торцевой распределительный узел является одним из основных узлов, определяющих работоспособность и долговечность обеих конструктивных разновидностей рассматриваемых АПГМ.

В основу принципа работы торцевого распределительного узла заложено выполнение распределительной, уплотнительной и опорной функций при самокомпенсации равномерного износа контактирующих поверхностей блока цилиндров и распределителя.

Рис. 2, а. Аксиально - поршневая гидромашина с наклонным блоком

Рис. 2, б. Аксиально - поршневая гидромашина с наклонным диском

Кинематической основой АПГМ являются кривошипно-шатунный механизм, где скорость перемещения поршня относительно цилиндра изменяется по синусоидальному закону. Конструктивно любая гидромашина данного типа (см. рис. 2) имеет многоцилиндровый блок 2, поршни 3 которого связываются при помощи шатунов или иных средств с наклонным диском (Т-образным валом) 4, выполняющим в этой схеме роль кривошипа. Между блоком цилиндров 2 и крышкой корпуса 5 установлен торцевой распределитель 1. В процессе вращения блока цилиндров 2 поршни 3 совершают вращательное и возвратно-поступательное движения, благодаря чему осуществляется процесс всасывания и нагнетания жидкости каждым поршнем.

Торцевой распределительный узел является одним из основных узлов, определяющих работоспособность и долговечность обеих конструктивных разновидностей рассматриваемых АПГМ.

В основу принципа работы торцевого распределительного узла заложено выполнение распределительной, уплотнительной и опорной функций при самокомпенсации равномерного износа контактирующих поверхностей блока цилиндров и распределителя.

Типовая конструкция торцевого распределительного узла АПГМ состоит из распределительного диска, сопряженного с его рабочей поверхностью торца блока цилиндров и жидкостной пленки, расположенной между ними. Нерабочая торцевая поверхность распределительного диска сопряжена с крышкой корпуса, если распределительный диск не выполнен за одно целое с крышкой.

В настоящее время разработано большое количество конструктивных решений торцевого распределительного узла, направленных на повышение работоспособности данных узлов за счёт усовершенствования формы, размеров и мест расположения рабочих окон и опорно-уплотнительных поясков распределительных поверхностей. Учитывая, что эти окна и пояски являются основными образующими элементами гидравлических силовых факторов, действующих на блок цилиндров и определяющих функционирование всего распределительного узла и гидромашины в целом, была разработана классификация АПГМ по конструктивному исполнению торцевых распределительных узлов (рис. 3), позволяющая вести целенаправленный поиск конструктивных решений при проектировании и модернизации этого узла.

Стремление к повышению качества работы торцевого распределительного узла привело к созданию трех основных вариантов его конструктивного исполнения (рис.4): распределитель изготовлен в виде неподвижной детали (рис.4, а); либо выполнен совместно с крышкой корпуса (рис. 4, б) и в виде двух деталей, одна из которых – накладное дно является неподвижной относительно блока цилиндров, а другая – торцевой распределитель – относительно корпуса гидромашины (рис. 4, в). При этом в практике наибольшее применение получили две конструкции торцевых распределительных дисков: с плоской формой рабочего торца и со сферической формой.

Рис. 3. Классификация АПГМ по конструктивному исполнению торцевых распределительных узлов [11]

Блок цилиндров Блок цилиндров Накладное дно

Распределитель Крышка-распределитель Распределитель Блок

а) б) в)

Р ис. 4. Варианты исполнения торцевого распределительного узла АПГМ

В силу более высокой технологичности конструкции в настоящее время широкое применение в практике находят АПГМ с наклонным диском и гидростатическими опорами поршней.

Аксиально-поршневой насос с наклонным диском и гидростатическими опорами поршней имеет ряд конструктивных особенностей. На вал со стороны блока цилиндров действует большая радиальная сила, стремящаяся его прогнуть. Для ее восприятия вал имеет значительный диаметр и опирается на подшипники со значительной несущей способностью. Посадка блока цилиндров на шлицах вала выполняется обычно с зазором, который обеспечивает самоустановку блока цилиндров к распределителю. Блок цилиндров обычно изготавливается из стали и имеет вставные гильзы из специальной латуни. Блок цилиндров не контактирует непосредственно с распределителем. К торцевой поверхности блока цилиндров при помощи штифтов (или иными способами) прикреплен диск чаще всего из латуни, который контактирует с неподвижным стальным диском распределителя. Башмаки принудительно прижимаются к наклонному диску через сферический подпятник и обойму несколькими пружинами малого диаметра, размещенными в цилиндрических отверстиях, выполненных в блоке цилиндров. Центральная пружина прижимает блок цилиндров к распределителю. Полые поршни насоса иногда заполнены легким и жестким материалом — феноловым пластиком для уменьшения мертвого пространства в цилиндрах. Это снижает объемные потери, вызванные сжатием жидкости, приводит к уменьшению шума, устраняет кавитацию и обеспечивает более устойчивую работу гидромашины.

В настоящее время также выпускаются нерегулируемые насосы и гидромоторы подобной конструкции. Срок их службы составляет ̴ 10000 часов.