Аксіально-поршнева гідромашина

Аксіально-поршнева гідромашина з похилим блоком

Аксіа́льно-поршнева́ гідромаши́на — один з видів роторно-поршневих гідромашин, у якої осі поршнів (плунжерів) розташовані паралельно одна до одної на боковій циліндричній поверхні або одна біля одної на боковій поверхні конуса обертання.

Класифікація

Корпус аксіально-поршневого гідромотора привода верстата

Поршні аксіально-поршневого гідромотора привода верстата

Є одним з найпоширеніших типів гідромашин. Застосовуються як насоси, так і гідромотори такої конструкції. За видом основного робочого елемента гідромашини (гідронасоси чи гідромотори) можуть виконуватись як аксіально-плунжерні, так і аксіально-поршневі.

Аксіально-плунжерні і аксіально-поршневі гідромашини відрізняються тим, що у перших витискачами є плунжери, а у других — поршні, хоча у багатьох джерелах їх узагальнено називають як аксіально-поршневі. Найбільшого поширення набули аксіально-плунжерні гідромашини.

Випускають гідромашини з похилим диском (шайбою) і з похилим блоком циліндрів, з карданною передачею та безкарданні, з обертовим та нерухомим блоком циліндрів, з торцевим або цапфовим розподільником.

Технічні та технологічні параметри

У аксіально-поршневих гідромашин діапазон регулювання частот обертання зазвичай забезпечується у діапазоні 16,6…33 с⁻¹ (1000…2000 об/хв), але у деяких випадках бувають насоси з максимальною частотою обертання 333 ⁻¹ (20 000 об/хв) .

Даний вид гідромашин здатен працювати при тисках до 16…20 МПа (рідше — до 32 МПа). Подача насосів може сягати 0,15 м³/с (1800 л/хв), потужність — до 3000 кВт.

Коефіцієнт корисної дії аксіально-поршневих гідромашин становить: об'ємний до 0,92…0,95, загальний — до 0,9.

Конструктивні особливості

Будова та принцип роботи аксіально-поршневої гідромашини з похилим диском

Однією з переваг аксіально-поршневих гідромашин є можливість регулювання робочого об'єму. Зміна робочого об'єму здійснюється шляхом зміни кута нахилу диска або осі блока циліндрів. Максимальний кут нахилу у машин з похилим диском обмежується 15…18°. Це обмеження пов'язане із зростанням контактних навантажень між деталями гідромашини. У той же час, в машинах з похилим блоком зростання кута нахилу обмежується лише конструктивними параметрами, і може сягати 40° (зазвичай до 25°). Але насоси з похилим диском мають ту перевагу, що при їх регулюванні легко здійснюється реверс подачі робочої рідини (при роботі у режимі насоса) або реверс напрямку обертання вала (при роботі у режимі гідромотора); в гідромашинах з нерегульованим похилим блоком, що працюють у режимі насоса, реверс подачі робочої рідини можна змінити лише зміною напряму обертання вала гідромашини. В аксіально-поршневих гідромашинах з нерегульованим похилим блоком, що працюють у режимі мотора, зміна напрямку обертання здійснюється зміною напрямку подачі робочої рідини. При цьому в гідромашинах з регульованим похилим блоком, можна змінювати робочий об'єм у діапазоні від 0 до 100 % робочого об'єму машини і тим самим регулювати продуктивність насоса (подачу насоса) або продуктивність мотора (швидкість обертання і крутний момент на валу) від 0 до 100 %.

Аксіально-поршневі гідромашини з обертовим блоком циліндрів мають переважно торцеве розподілення, що значно зменшує, як об'ємні втрати через зменшення витоку рідини в насосі, так і гідравлічні втрати за рахунок виконання всмоктувальних отворів більших розмірів, ніж у цапфовому розподільнику.

Для уникнення резонансних явищ та для зниження пульсацій подачі й витрати кількість плунжерів завжди беруть непарною.

Принцип роботи

При обертанні вала гідромашини плунжер, що знаходиться у нижній мертвій точці переміщається у напрямку верхньої мертвої очки — відбувається нагнітання, і одночасно плунжер, що знаходився у верхній мертвій точки переміщається у напрямку до нижньої мертвої точки — відбувається всмоктування. Плунжери, що здійснюють у даний момент нагнітання, сполучені разом однією канавкою й утворюють порожнину високого тиску; а ті плунжери, що здійснюють у даний момент засмоктування, сполучені разом іншою канавкою — й утворюють порожнину низького тиску. Порожнини високого і низького тиску розділені одна від одної. Точка, у якій плунжер переходить від порожнини високого тиску до порожнини низького тиску, називається верхньою мертвою точкою, а там де відбувається зворотний перехід, розташована нижня мертва точка.

У момент переходу плунжера через одну з мертвих точок утворюються замкнені об'єми, що є небажаним явищем, так як через властивості малої стисливості рідини їх наявність призводить до виникнення в процесі роботи насоса або гідродвигуна великого моменту опору.

Використання

Комбінований гідроелектричний привод закрилків Ан-140, де поз.2 позначено аксіально-поршневий гідромотор

Аксіально-поршневі гідромашини знайшли застосування у гідросистемах багатьох машин дорожньо-будівельної техніки, у гідроприводах металорізальних верстатів, сільськогосподарської техніки та літаків.

Переваги та недоліки

Перевагами аксіально-поршневих машин є:

• здатність працювати при високих тисках;
• більший крутний момент на валу у режимі мотора порівняно з радіально-поршневими гідромашинами при однаковій масі агрегата;
• принципова можливість реалізувати регульованість робочого об'єму, для регулювання продуктивності;
• більша максимальна частота обертання, порівняно з радіально-поршневими гідромашинами;
• компактність конструкції.

До недоліків аксіально-поршневих машин належать:

• складність конструкції;
• висока вартість такого типу гідромашин;
• значні пульсації подачі (для насоса) і витрати (для гідромотора), і як наслідок, пульсації тиску у гідросистемі.

Див. також

• Гідропривод
• Роторні гідромашини
• Шайбовий механізм

Джерела

• Кулінченко В. Р. Гідравліка, гідравлічні машини і гідропривід [Текст]: підруч. для студ. вузів / В. Р. Кулінченко. — К.: ІНКОС: Центр навчальної літератури, 2006. — 616 с. — (Гідроаеромеханіка). — ISBN 966-8347-38-2
• Федорець В. О. Гідроприводи та гідропневмоавтоматика: Підручник / В. О. Федорець, М. Н. Педченко, В. Б. Струтинський та ін. За ред. В. О. Федорця. — К. : Вища школа, 1995. — 463 с. — ISBN 5-11-004086-9.
• 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.

Посилання

• Variable Displacement Piston Pump (Будова та принцип роботи аксіально-поршневого насоса з похилим диском регульованої продуктивності) (англ.)
• Bent-axis hydraulic motor animation and exploded view [Архівовано 29 лютого 2020 у Wayback Machine.] (Будова аксіально-поршневого гідромотора з похилим блоком) (англ.)
• Анімація регульованого аксіально-поршневого насоса