Аксиально-плунжерная гидромашина

Аксиально-плунжерная гидромашина[1] — один из видов роторно-поршневых гидромашин. Последние не следует относить к поршневым гидромашинам.

Область применения

Корпус с барабаном гидромашины привода станка

Плунжерный водяной насос мойки Kärcher

Поршни гидромашины привода станка

Комбинированный гидроэлектрический привод закрылков Ан-140

Являются одним из наиболее распространённых типов гидромашин. Применяются как в качестве насосов, так и в качестве гидромоторов. Их устанавливают, например, в гидросистемах многих одноковшовых экскаваторов, также привод некоторых бульдозеров, в которых управление построено по принципу джойстика, также осуществляется аксиально-плунжерными насосами и гидромоторами. Широкое распространение данный вид гидромашин получил в гидроприводе станков, асфальтовых катков, строительной техники и самолётов.

Также используются в некоторых мойках высокого давления, например, в некоторых мойках Kärcher.

Технические параметры

У аксиально-плунжерных гидромашин диапазон регулирования частот вращения шире (500-4000 об/мин[2]), чем у радиально-плунжерных, тогда как у большинства последних частота вращения ограничена величиной 1500 об/мин[3].

Данный вид гидромашин способен работать при давлениях до 40 МПа[2]. Это несколько больше, чем у радиально-плунжерных гидромашин (до 35 МПа[4]). Однако, есть данные, что как аксиально-плунжерные гидромашины, так и радиально-плунжерные способны работать при давлениях до 100 МПа [5].

Конструктивные особенности

Аксиально-плунжерные и аксиально-поршневые гидромашины отличаются тем, что в первых в качестве вытеснителей используются плунжеры, а во вторых — поршни. Наибольшее распространение получили аксиально-плунжерные гидромашины.

Выпускают гидромашины с наклонным диском (шайбой) и с наклонным блоком цилиндров.

Рис. 1. Принцип устройства аксиально-плунжерной гидромашины с наклонным диском

Рис. 3. Аксиально-плунжерная гидромашина с наклонным блоком

Рис. 2. Наклонный диск с плунжерами

Одним из достоинств аксиально-плунжерных гидромашин является возможность регулирования рабочего объёма. Изменение рабочего объёма осуществляется путём изменения угла наклона диска или угла наклона оси блока цилиндров. Максимальный угол наклона у машин с наклонным диском ограничен 15-18°. Это ограничение связано с ростом контактных нагрузок между деталями гидромашины. В то же время в машинах с наклонным блоком рост угла наклона ограничен только конструктивными параметрами и может достигать 40° (обычно до 25°). Но насосы с наклонным диском имеют то преимущество, что при их регулировании легко осуществляется реверс подачи рабочей жидкости (при работе в режиме насоса) или реверс направления вращения вала (при работе в режиме гидромотора); в гидромашинах с нерегулируемым наклонным блоком, работающих в режиме насоса, реверс подачи рабочей жидкости можно изменить только изменением направления вращения вала гидромашины. В аксиально-плунжерных гидромашинах с нерегулируемым наклонным блоком, работающих в режиме мотора (например, гидромотор хода — мотор типа "банан"), смена направления вращения осуществляется сменой направления подачи рабочей жидкости. При этом в гидромашинах с регулируемым наклонным блоком можно изменять рабочий объем в диапазоне от 0 до 100 % рабочего объема машины и тем самым регулировать производительность насоса (объем подачи жидкости) или производительность мотора — скорость вращения и момент на валу (от 0 до 100 %).

Во избежание резонансных явлений и для снижения пульсаций подачи и расхода количество плунжеров всегда выполняют нечётным.

Принцип работы

При вращении вала гидромашины (рис. 1) плунжер, находящийся внизу (в нижней мёртвой точке), перемещается наверх и одновременно совершает движение вдоль оси насоса «от края» блока цилиндров — происходит всасывание. Одновременно с этим тот плунжер, который находился вверху, перемещается вниз и совершает движение «к краю» блока цилиндров — происходит нагнетание. Плунжеры, осуществляющие в данный момент нагнетание, соединены вместе одной канавкой и образуют полость высокого давления; те плунжеры, которые осуществляют в данный момент всасывание, соединены вместе другой канавкой и образуют полость низкого давления. Полости высокого и низкого давления отделены друг от друга. Точка, в которой плунжер переходит от полости высокого давления к полости низкого давления, называется верхней мёртвой точкой, а там, где происходит обратный переход, расположена нижняя мёртвая точка. В момент перехода плунжера через одну из мёртвых точек образуются запертые объёмы.

Достоинства

• способность работать при высоких давлениях;
• большой развиваемый момент на валу в режиме мотора по сравнению радиально-плунжерными гидромашинами при равном внешнем объеме агрегата;
• принципиальная возможность реализовать регулируемость рабочего объёма для регулирования производительности;
• бо́льшая частота вращения в сравнении с радиально-плунжерными гидромашинами.

Недостатки

• сложность конструкции;
• высокая стоимость данного типа гидромашин;
• большие пульсации подачи (для насосов) и расхода (для гидромотора), и как следствие, большие пульсации давления в гидросистеме.

См. также

• Гидропривод
• Гидравлические машины
• Аксиальный двигатель внутреннего сгорания

Примечания

1. согласно ГОСТ 17752-81 "Гидропривод объемный и пневмопривод. Термины и определения" используются термины "Аксиально-поршневые" насосы и гидромоторы, однако наиболее точным понятием (встречающимся в литературе) является термин "Аксиально-плунжерные" гидромашины, так как в качестве вытеснителей как правило используются плунжеры, а не поршни
2. Источник литературы 1, стр. 128
3. Источник литературы 3, стр. 99
4. Библиотека НЕФТЬ-ГАЗ: Предложения в тексте с термином «Насос»  (неопр.). Дата обращения: 11 февраля 2010. Архивировано из оригинала 17 сентября 2010 года.
5. Источник литературы 3, стр. 99-103

Литература

1. Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.
2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Башта Т.М., С.С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
3. Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. — Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003 г. — 544 с.

Ссылки

• Анимация аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком
• Анимация аксиально-поршневого насоса с наклонной шайбой
• Анимация регулируемого аксиально-поршневого насоса