Типовые схемы обеспечения нескольких подач

Рабочий цикл гидропривода может быть трех видов:

подача примерно равномерная во времени;

есть два или более этапа, примерно близкие по длительности, но многократно отличающиеся по подаче. Например, рабочий ход и быстрое перемещение;

подача примерно равномерная во времени, за исключением короткого этапа.

Оптимальный вариант по критерию энергопотребления – использование регулируемого насоса. Но стоимость такого гидропривода резко возрастает. Поэтому обычно используют нерегулируемый насос, подача которого превосходит максимальную потребную подачу.

Общий принцип построения гидросхем для обеспечения нескольких значений настраиваемых подач представлен на рисунке а. Такая схема, в принципе, может обеспечить 3 независимых или 2³–1=7 зависимых скоростей выдвижения штока гидроцилиндра. Пример модификации только с одним 3х–позиционным распределителем показаны на рисунке б.

Если на разных этапах цикла необходимые подачи существенно различаются, то целесообразно использовать дискретные схемы регулирования: с несколькими насосами на разные подачи. Общий принцип использования 2-х и более насосов показан на рисунке д. Насос Н1 обеспечивает малую подачу при большом давлении (рабочий ход), насос Н2 обеспечивает дополнительную подачу на малом давлении (быстрые перемещения). Давление настройки предохранительного клапана насоса Н1 выше, чем у КП насоса Н2.


а)	б)

в)	г)

д)	е)

НАСОСЫ

Во время работы объемного насоса образуются механически изолированные камеры, в которых РЖ перемещается из полости всасывания в полость нагнетания. Поскольку между полостями не существует прямого соединения, объемные насосы позволяют развивать высокое давление.

По типу вытеснителя насосы делятся на шестеренные, шнековые (винтовые), пластинчатые, радиально-поршневые и аксиально-поршневые.

Шестеренные насосынаружного зацепления состоят из двух шестерен в плотно охватывающем корпусе. Каналы нагнетания и всасывания расположены в местах входа в зацепление шестерен и выходе из него. При вращении шестерен РЖ, запертая в межзубых впадинах, переносится из области всасывания в область нагнетания.

В момент соединения межзубых впадин с полостью нагнетания возникают пульсации давления (шум).

Достоинства:

самые дешевые;

широкий диапазон рабочих температур (вязкости РЖ);

широкий диапазон частот вращения (500…6000 об/мин^–1);

Недостатки:

относительно низкий КПД;

высокий уровень шума.

В шестеренных насосах внутреннего зацепления РЖ также переносится в межзубых впадинах из области всасывания в область нагнетания, где выдавливается зацепляющимися зубьями через окна в боковых крышках. Для разделения областей всасывания и нагнетания используется серпообразный вкладыш.

Достоинства:

более компактны по сравнению с насосами с внешним зацеплением

один из самых тихих насосов

широкий диапазон рабочих температур (вязкости РЖ)

широкий диапазон частот вращения (500…6000 об/мин^–1)

Недостатки:

выше цена по сравнению с насосами внешнего зацепления.

Героторный насос является шестеренным насосом внутреннего зацепления без разделительного элемента. Это обеспечивается специальным профилем зубьев. Внутренняя шестерня обкатывается по наружной, совершая планетарное движение, и имеет на один зуб меньше, чем наружная. Поэтому скорость относительного скольжения зубьев мала, что обеспечивает большой срок службы и плавную работу насоса.

По основным характеристикам занимает промежуточное положение между насосами внутреннего и внешнего зацепления, но несколько компактней.

Винтовые насосы обычно состоят из трех винтовых роторов в общем корпусе. Центральный ротор с правой резьбой вращает боковые роторы с левой резьбой. При этом образуется замкнутый промежуток между винтовыми поверхностями роторов, который перемещается без изменения объема от полости всасывания к полости нагнетания. Так обеспечивается равномерная, практически без пульсаций (бесшумная) работа насоса.

Достоинства:

самый тихий тип насоса

долговечен

допускает высокие скорости вращения и подачи

Недостатки:

высокая цена

невысокое рабочее давление (порядка 20 МПа).

Пластинчатый насос состоит из вращающегося ротора с прорезями, в которых перемещаются пластины. Торцы пластин упираются в поверхность статора, образуя замкнутые рабочие камеры.

В пластинчатом насосе одинарного действия ротор размещен эксцентрично относительно цилиндрической поверхности статора. За этот счет при его вращении обеспечивается изменение объема рабочих камер. При увеличении объема жидкость всасывается, при уменьшении – нагнетается через серповидные окна в торцевых уплотнениях. Меняя степень эксцентриситета с помощью механического или гидравлического устройства, можно регулировать подачу насоса.

В пластинчатом насосе двойного действия статор имеет овальную форму. За один оборот ротора образуется две зоны нагнетания и всасывания. Отсутствует осевая нагрузка на ротор. Насос нерегулируемый.

Достоинства:

относительно дешевый

малочувствителен к загрязнениям

насос двойного действия долговечен

насос однократного действия – регулируемый

Недостатки:

невысокое рабочее давление (порядка 25 МПа)

невысокие скорости вращения и подачи.

Радиально-поршневые насосы. Включают в себя ротор (блок цилиндров) со звездообразным расположением цилиндров. При вращении опоры поршней скользят или катятся по направляющей, при этом поршни совершают возвратно-поступательное движение. Для поочередного подключения каждого цилиндра к линиям всасывания и нагнетания используются всасывающий и напорный клапан (при давлении ³ 40 МПа) либо торцевые распределители.

– с эксцентричным ротором. Поршни размещены в роторе, который с некоторым эксцентриситетом вращается в круглом статоре. Опоры поршней скользят/катятся по поверхности статора. Как вариант – многотактный насос (обычно гидромотор), в котором статор имеет профилированную поверхность. За один оборот каждый поршень производит несколько циклов всасывания – нагнетания.

– с эксцентричным валом (эксцентриком). Поршни размещены в корпусе. Опоры поршней скользят по шейке вала.

Достоинства:

возможность регулировать рабочий объем, изменяя эксцентриситет для насосов с эксцентричным валом;

высокое рабочее давление (до 70 МПа, некоторые до 100 МПа);

длительная работа на высоком давлении;

высокий КПД.

Недостатки:

высокая цена;

низкая скорость регулирования (~ 1 сек).

Аксиально-поршневые насосы. Различают аксиально-поршневые гидромашины (АПГ) с наклонным блоком цилиндров и наклонным диском. У АПГ с наклонным блоком поршни перемещаются под углом к оси приводного вала, с наклонным диском – параллельно.

АПГ с наклонным блоком. Блок цилиндров (БЦ) приводится во вращения через штоки поршней, шарнирно закрепленных на фланце входного вала. БЦ поджимается к распределителю, в котором выполнены серповидные отверстия. При вращении БЦ поршни возвратно-поступательно перемещаются в цилиндрах, всасывая и нагнетая РЖ. Величина перемещения и, соответственно, подача на оборот, зависит от угла наклона БЦ. При нулевом угле наклона подача равна 0. Угол наклона – до 45^о.

АПГ с наклонным диском (шайбой). Приводной вал вращает БЦ. Поршни скользят по наклонному диску. В результате они возвратно-поступательно перемещаются в цилиндрах БЦ. При перемещении поршни всасывают и нагнетают РЖ через серповидные отверстия распределителя. Величина перемещения поршней и, соответственно, подача на оборот, зависит от угла наклона диска. Угол наклона – до 20^о.

Достоинства:

долговечность;

высокий КПД (~ 0.95…0.99);

высокая удельная мощность (~ 10 кВт/кг);

высокое быстродействие при регулировании (реверс ~ 0.1 сек).

Недостатки:

цена;

высокие требования к чистоте РЖ (размер загрязнений не выше ~ 5…10 m).

Сравнительные характеристики насосов разных типов (1 – наихудший, 5 - наилучший)

Тип насоса	Диапазон частот вращения	Макс. давление	Вязкость РЖ	Шум	Срок службы	Цена
Шестеренный наружного зацепления
Шестеренный внутреннего зацепления
Героторный
Винтовой
Пластинчатый однократного действия
Пластинчатый двойного действия
Радиальный с эксцентричным валом
Радиальный с эксцентричным ротором
Аксиальный с наклонным блоком
Аксиальный с наклонным диском