Радиально - поршневые насосы

Радиально-поршневые насосы относятся к роторно-поршневым насосам. Недостатком поршневых насосов является наличие распределительных клапанов, которые ограничивают, вследствие их инерционности число оборотов насоса. С этой точки зрения преимущество имеют многоцилиндровые роторно-поршневые насосы с бесклапанным или золотниковым распределением.

На рис.4.7 представлена кинематическая схема радиально-поршневого насоса.

Кинематически подобные насосы построены на базе кривошипно-шатунного механизма, в котором неподвижным звеном является кривошип 1, цилиндр вращается вокруг его оси , а шатун - вокруг оси .

Рис.4.7

Таким образом, при вращении цилиндра поршень 4 будет совершать возвратно-поступательные движения, которые используются для процессов всасывания и нагнетания насоса.

Благодаря тому, что цилиндр 3 вращается вокруг оси появляется возможность использовать его в качестве распределительного устройства – золотника (золотник – это подвижный элемент системы управления механическим процессом, направляющий поток рабочей жидкости в нужный канал путём своего смещения относительно окон в поверхности, на которой он скользит).

По принципу действия радиально-поршневые насосы делятся на одно-, двукратного и многократного действия, т.е. в насосах однократного действия поршень совершает один двойной ход, двукратного – два и т.д.

Рассмотрим схему радиально-поршневого насоса однократного действия.

Рис.4.8

1-статор, 2-ротор, 3-поршни, 4-цилиндры, 5-канал всасывания; 6-канал нагнетания, 7-отверстия, 8-распределительная ось (цапфа).

Если сравним данный рисунок с предыдущей схемой, то увидим, что роль кривошипа здесь выполняет эксцентриситет е, шатун заменён статорным кольцом 1, а цилиндр ротором 2, т.е. механизм этого насоса целиком построен на базе кривошипно-шатунного механизма.

При вращении ротора 2 от приводного вала, например по часовой стрелке, поршни 3 вначале выдвигаются из цилиндров 4, происходит всасывание жидкости через отверстие 7 и канал 5. При дальнейшем движении ротора поршни вдвигаются в цилиндры, происходит нагнетание жидкости так же через отверстия 7 и канал нагнетания 6. Соответственно рабочая жидкость вначале заполняет цилиндры 4, а затем вытесняется оттуда поршнями 3 в напорную линию гидросистемы.

Поршни выдвигаются и прижимаются к статору либо центробежной силой, либо принудительно (пружиной, давлением рабочей жидкости или иным путём).

При работе насоса между поршнями и неподвижным статором возникают силы трения, снижающие механический КПД насоса (механический КПД =0.85…0.95, а полный КПД = 0.70…0.90). Для уменьшения этих сил в реальных конструкциях гидромашины заменяют трение скольжения трением качения (устанавливают на концах поршней стальные закалённые ролики или делают статор вращающимся в специальном подшипнике).

Как мы отметили ранее, каждый поршень за один оборот ротора делает один двойной ход. Величина хода поршня и подача насоса зависят от величины эксцентриситета, т.е. S = 2, следовательно, меняя величину эксцентриситета, можно получить разную величину подачи насоса при постоянной частоте вращения ротора.

Подачу радиально-поршневого насоса определяют по формуле

, (4.8)

где – диаметр поршня, м; е – эксцентриситет, м; n – частота вращения ротора, мин^-1; z – число поршней в насосе, шт.; – объёмный КПД насоса.

Его определяют как отношение

. (4.9)

можно определить путём медленного проворачивания насоса (n = 20…30 об/мин) с нулевым перепадом давления жидкости на входе и выходе из насоса, или при нулевой разности уровней жидкости в заборном или сливном резервуаре.

Вращающий момент, возникающий на валу насоса от давления жидкости

(4.10)

где p – давление, МПа, в серийно выпускаемых наосах до 20 МПа (выпускаются и до 50 МПа); q – удельная подача насоса или гидродвигателя (как отмечали ранее, насосы в большинстве случаев обратимы).

Удельная подача насоса равна

(4.11)

Радиально-поршневые гидромашины получили широкое распространение в гидропередачах с большими крутящими моментами и малыми скоростями вращения. Области применения – автомобилестроение, тракторостроение, также в дорожно-строительных и лесотранспортных машинах. Используются они в качестве ведомого звена трансмиссий.

Преимущества радиально-поршневых насосов:

1) исключается надобность применения понижающих редукторов;

2) обеспечивается независимость компоновки агрегатов трансмиссии;

3) возможность осуществления торможения без использования двигателя и тормозных устройств.

Технические характеристики некоторых радиально-поршневых насосов и гидромоторов даны в , .