Аксиально-поршневые насосы: принципы работы, виды, области применения

Аксиально-поршневые насосы — это тип гидравлических насосов, которые используют поршневой механизм, расположенный аксиально (параллельно оси насоса), для создания потока жидкости. Несложно догадаться, что из-за такого расположения эти гидравлические машины и получили свое название (аксиальный, буквально означает «расположенный на оси»). При вращении поршневого блока, поршни в процессе движения изменяют объем рабочих камер. Соответственно, увеличение объема приводит к всасыванию жидкости, а уменьшение - к ее выталкиванию (подаче).
Они отличаются высокой эффективностью и могут работать под высоким давлением.

ВИДЫ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ

По структуре и характеру взаимодействия элементов конструкции можно выделить два вида аксиально-поршневых насосов (гидромоторов):

с наклонным диском/шайбой;

с наклонным блоком цилиндров.

В первом случае используются различного вида кулачки, а в случае наклонным блоком - шатуны.

Синхронизация движения осуществляется двумя способами:

Практически всю нагрузку берет на себя блок поршней (двойной силовой кардан);

Вал объединен с этим блоком (двойной несиловой кардан)

Рабочий объем насоса может быть как регулируемым, так и нерегулируемым. В первом случае для этого используется наклонная шайба (диск), которая с помощью регулятора установленного на насосе, может менять угол наклона и соответственно количество подаваемой поршнями жидкости. Во втором (насосы с наклонным блоком), регулятор насоса меняет угол наклонна всего поршневого блока.

КОНСТРУКЦИЯ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ И ГИДРОМОТОРОВ

Гидронасос аксиально-поршневого типа включает следующие элементы:

ведущий основной вал;

распределительный механизм;

поршни или плунжеры в составе блока цилиндров;

шатуны или кулачки, связанные с ними (в зависимости от того, что применяется диск или наклонный блок).

В агрегате обычно используется не более 6- 9 поршней. Предпочтение отдают нечетному количеству поршней для лучшей балансировки узла, угол регулирования у насосов с наклонной шайбой не более 20⁰ в обе стороны.

Принцип работы аксиально-поршневого насоса основан на следующем: роторно-поршневой блок  жестко соединен с приводным валом и вращается в процессе работы. Поршня одним концом опираются на подпятники, которые в свою очередь опираются на неподвижную наклонную шайбу. В результате поршневые элементы выполняют возвратно-поступательные движения, что приводит к изменению объема рабочих камер.

Перекачивание жидкости в таких насосах с наклонным блоком осуществляется через отверстия в стационарном распределительном устройстве. Благодаря своей особой конструкции рабочий объем камеры можно изменять, что достигается путем регулировки угла наклона блока относительно оси приводного вала.

Принцип работы аксиально-поршневого гидравлического насоса с наклонным блоком основан на вращении наклонного блока, к которому прикреплены поршни. Обычно угол наклона блока цилиндров в насосе с наклонным блоком варьируется 0 до 20⁰ ,При вращении блока поршни совершают возвратно-поступательные движения, создавая изменяющийся объем в рабочих камерах. Когда поршни уходят назад, жидкость поступает в камеру, а при движении вперед она выталкивается через распределительное устройство. Регулировка угла наклона диска позволяет изменять объем перекачиваемой жидкости и давление в системе.

Возможно регулировать параметры потока такой гидравлики. Достигается это за счет изменения  угла наклонного диска. Более того, изменение направления угла наклонного диска по отношению к оси приводного вала на противоположное приведет к реверсу подачи жидкости. Насосы такого типа устанавливаются в гидравлических высоконагруженных системах.

Надо сказать, что современные аксиально-поршневые насосы, довольно сложные устройства. А роторно-поршневые группы и распределительные шайбы имеют массу технологических ухищрений: полые поршни, канавки и проточки разной формы на распределительных шайбах. Все это способствует уменьшению вращающейся массы и возникающих ускорений и сил (полые поршня) , а проточки уменьшают кавитацию, шум.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ЭСПЛУАТАЦИИ, ПРИМЕНИМОСТЬ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ

Аксиально-поршневые насосы имеют следующие преимущества:

они мощные и производительные при более компактных размерах и меньшем весе;

хорошие показатели энергоемкости (отношение выходной мощности к единице массы в диапазоне 1,5-5 кВт/кг);

небольшой момент инерции благодаря небольшому весу;

возможно работа как в режиме насоса, так и в обратном направлении, с функциями гидромотора;

простота регулирования частоты вращения выходного вала в диапазоне от 600 до 4000 оборотов в минуту;

высокий показатель рабочего давления, доходящем до 35–42 мПа;

высокая герметичность благодаря небольшим зазорам поршней;

возможность регулирования потока рабочей среды;

высокий показатель КПД в диапазоне 90-95%.

Говоря об использовании аксиально-поршневых насосов, нельзя не упомянуть их собратьев — гидромоторы. Их принцип работы аналогичен, но процесс происходит в обратном направлении. Рабочая жидкость поступает в гидромотор, приводит в движение поршни, которые, в свою очередь, вращают вал.

Аксиально-поршневые насосы находят широкое применение в различных областях. Вот несколько примеров их использования:

1. Строительная техника: Используются в экскаваторах, бульдозерах и кранах для обеспечения мощного и стабильного гидравлического давления.

2. Сельское хозяйство: Применяются в тракторных системах для управления навесным оборудованием, таким как плуги и культиваторы.

3. Промышленное оборудование: Используются в прессах и других машинах для выполнения тяжелых операций, требующих высокой производительности.

4. Энергетика: В гидравлических системах для управления ветряными турбинами, обеспечивая надежную работу.

5. Автомобилестроение: Применяются в системах рулевого управления и тормозах для обеспечения точного и отзывчивого управления.