Гидроклапан давления (рис.1.1а) состоит из корпуса I, в котором находится золотник 2, поджатый с торца пружиной 4, усилие которой регулируется винтом 5 и имеет полости подвода (Р) и отвода (А,Т), вспомогательные полости (а,б), каналы управления (в,г,д,е,ж,а) и демпферное отверстие (и).

В нижнем нормальном положении золотника 2 полости (Р) и (А, Т) разъединены, если сила давления рабочей жидкости на нижний торец золотника 2 в полости (a) не превышает усилие регулируемой пружины 4 и силу давления рабочей жидкости на верхний торец золотника в полости (б). В случае превышения — золотник 2 перемещается вверх и полость подвода (Р) соединяется через проточку на золотнике с полостью отвода (А,Т).

Такой принцип работы гидроклапана давления в общем случае, однако в зависимости от способа управления, т.е. от того как соединены каналы управления с основными линиями или используются независимо, могут быть четыре способа подключения гидроклапана давления (рис. 1.1 б,в,г,д), имеющие различное функциональное назначение.

Рис.1.1. Общий вид (а) и схема исполнений

(б- первая, в- вторая, г- третья, д- четвертая) гидроклапана давления.

Гидроклапан давления первого исполнения (рис. 1.1б) может применяться в качестве предохранительного или переливного клапана (подсоединен параллельно), а также клапана разности давлений (подсоединен последовательно). При работе гидроклапана давления по схеме первого исполнения рабочая жидкость подводится в полость (Р) и поступает по каналам управления (е,ж,з) и демпферному отверстию (и) во вспомогательную полость (а), в которой создается давление на нижний торец золотника 2. Полость отвода (Т) пре­дохранительных и переливных клапанов соединяется со сливом, а полость (А) клапанов разности давления — с гидросистемой.

При применении гидроклапана давления в качестве предохранительного клапана в объемном гидроприводе с регулируемым насосом через него не проходит в нормальных условиях поток рабочей жидкости. Клапан срабатывает лишь при превышении установленного давления в гидросистеме по каким-либо причинам, например, превышение допустимой нагрузки на цилиндр, остановка на упоре и т.д. В этом случае давление в подводящей гидролинии (Р) возрастает, а следовательно, повышается давление в полости (а) на нижний торец золотника 2. Если усилие от давления на золотник 9 полости (а) превышает усилие регулируемой пружины, золотник перемещается вверх и напорная линия через полости (Р) и (Т) соединяется со сливной линией. Рабочая жидкость под давлением пропускается в бак и давление в напорной линии уменьшается. В результате этого уменьшается давление в полостях (Р) и (а) и при условии, что усилие от давления на нижний торец золотника станет ниже усилия пру­жины на верхний торец, золотник опустится под действием пружины и отсоединит полость (Р) от (Т).

При применении гидроклапана давления в качестве переливного клапана в системах с дроссельным регулированием через него постоянно протекают излишки рабочей жидкости, т.е. он постоянно находится в работе, т.к. дроссель ограничивает поток рабочей жидкости в систему. С помощью гидроклапана давления обеспечивается настройка требуемого давления и поддержание его практически постоянным независимо от изменения нагрузки на цилиндр. Это достигает­ся тем, что золотник 2 под действием усилия от давления на нижний торец находится в равновесии в таком положении, при котором имеется определенных размеров дросселирующая щель через проточку на золотнике из полости (Р) в полость (Т). В случае превышения уста-новленного давления повысится давление на нижний торец золотника,нарушится его равновесие и он будет смещаться вверх, увеличивая размеры дросселирующей щели. При этом увеличивается поток жидкости на слив, в результате чего давление понижается, т.е. восстанавливается, а золотник уравновесится. При понижении давления по сравнению с установленным равновесие золотника также нарушится, но золотник под действием пружины будет перемещаться вниз, размеры дросселирующей щели и поток жидкости на слив уменьшаются и давление восстановится.

При применении гидроклапана давления в качестве клапана разности давлений полость (Р) соединяется с напорной линией, а по­лость (А) — с какой-либо другой гидролинией системы. Так как по­лость (а) нижнего торца золотника соединена с полостью (Р), а полость (б) верхнего торца золотника с полостью (А), то разность давлений в подводящем и отводящем потоках будет определяться усилием регулируемой пружины и поддерживаться постоянной независимо от изменения давленая в гидросистеме.

При применении гидроклапана давления в качестве клапана последовательности используются второе, третье и четвертое исполнения. При работе гидроклапана давления по второй схеме исполнения (рис. 1.1в) в канал (е) устанавливается пробка, а через канал (з) под нижний торец золотника подводится управляющий поток (х). Пропускание потока рабочей жидкости из полости подвода (Р) в полость отвода (А,Т) обеспечивается только при достижении в линии управления (х) соответствующей величины давления, определяемой настройкой регулируемой пружины и величиной давления в отводимом потоке. В этом случае усилие на нижний торец золотника от давления в управляющем потоке превышает усилие пружины и усилие от давления в полости (б) на верхний торец, золотник поднимается и соединяет полости (Р) и (А,Т). При этом обеспечивается поддержание постоянной разности давлений в управляющем (х) и отводимом (А) потоках.

При работе гидроклапена давления по третьей схеме исполне­ния (рис.1.1г) канал (д) заглушается пробкой, а полость (б) над верхним торном золотника соединяется через канал (в) с баком или улравляющим потоком (у). Пропускание потока рабочей жидкости из полости подвода (Р) в полость отвода (А,Т) обеспечивается при достижении в полости подвода заданной величины давленая, определяемой настройкой пружины и давлением в линии управления (у). В атом случае усилие от давления на нижний торец золотника превышает усилие пружины и усилие от давления управляющего потока в полости (б), золотник перемещается и соединяет полости (Р) и (А).

При работе гидроклапана давления по четвертой схеме исполнения (рис1.1 д) каналы (д) и (е) заглушаются пробками, полость (б) над верхним торцом золотника соединяется через канал (в) с баком или управляющим потоком (у), а в полость (а) под нижний торец золотника и канал (з) подается управляющий поток (х). Пропускание потока рабочей жидкости обеспечивается в обоих направлениях при достижении в линиях управляющих потоков (х) и (у) заданной разности давлений, определяемой настройкой пружины. В этом случае усилие от давления в полости (а) управляющего потока (х) превыша-ет усилие пружины и усилие от давления в полости (б) управляющего потока (у), золотник поднимается и соединяются полости (Р) и (А).

Преимущества гидравлических систем по сравнению с другими методами передачи мощности являются:

• Простота конструкции . В большинстве случаев, несколько компонентов гидросистем в связке могут заменить более сложные механические связи.
• Гибкость . Гидравлические компоненты могут быть расположены со значительной гибкостью. Трубы и шланги вместо механических элементов практически полностью устраняют проблемы в выборе местоположения.
• Плавность . Гидравлические системы обладают плавностью и тишиной в работе. Вибрации сведены к минимуму.
• Управление. Контроль в широком диапазоне скоростей и сил достаточно просто реализовать.
• Стоимость . Высокая производительность с минимальными потерями на трение обеспечивает стоимость передачи мощности на минимальном уровне.
• Защита от перегрузки . Автоматические клапаны предохраняют систему от поломки от перегрузки.

Основным недостатком гидравлической системы является сохранение прецизионных деталей в нормальном состоянии, когда они подвергаются воздействию плохих климатических условий и загрязнений. Защита от ржавчины, коррозии, грязи, масла, износа и других неблагоприятных условий окружающей среды является очень важным условием. Ниже рассмотрим несколько основных типов гидравлических систем.

Гидравлический домкрат

Эта система (рисунок 1) состоит из резервуара с жидкостью, системы клапанов и штоков, представляет собой гидрорычаг Паскаля. Перемещение маленького штока (насоса) вниз приводит к подёму вверх большого штока(подъёмный цилиндр) с нагрузкой. Так как давление под маленьким и большим штоками одинаковое, а площади штоков (на которые это давление воздействует) разные, то в соответствии с законом Паскаля, при небольшом усилии на шток насоса, достигается значительно большее усилие на подъемном цилиндре.

На рисунке 1 в верхней части показан такт впуска. Выпускной обратный клапан закрывается под давлением при нагрузке, и всасывающий обратный клапан открывается таким образом, что жидкость из резервуара заполняет насосную камеру. В нижней схеме рисунка 1 плунжер насоса перемещается вниз. Впускной обратный клапан закрывается под давлением и открывает выпускной клапан. Масса жидкости закачивается под большим поршнем, чтобы поднять его. Чтобы опустить нагрузку, в системе предусмотрен третий клапан (игольчатый клапан). При его открытии, объем жидкости под большим поршнем сообщяется с резервуаром. Нагрузка опускает большой подъемный шток вниз и выдавливает жидкость обратно в резервуар.

вверху - такт впуска и удержания нагрузки, внизу - такт выпуска и подъема нагрузки.

Рисунок 1 - Гидравлический домкрат

Реверсивный гидромотор

На рисунках 2 и 3 показан гидравлический насос с механическим приводом и гидравлический реверсивный роторный мотор. Клапан направления потока (реверсивный клапан) направляет поток жидкости или к одной или к другой стороне гидромотора и обратно в резервуар. Так достигается возможность работы гидравлического мотора с разным направлением вращения (реверсивность) Предохранительный клапан защищает систему от избыточного давления и может создать обход выхода потока жидкости из насоса обратно в резервуар, если давление поднимается слишком высоко.

Рисунок 2 - Реверсивный гидромотор

Рисунок 3 - Реверсивный гидромотор (продолжение)

Система с открытым центром

В этой системе, распределительный клапан управления, должен быть открыт в центре, чтобы поток масла, проходил через клапан и возвращался в резервуар. Рисунок 4 показывает эту систему в нейтральном положении. Для того, чтобы одновременно работать с несколькими гидравлическими функциями, система с открытым центром должна иметь правильные соединения, которые обсуждаются ниже. Система с открытым центром эффективна для выполнения отдельных гидравлический функций и имеет ограничения с выполнением множества функций.

Рисунок 4 - Гидравлическая система с открытым центром.

(1) Последовательное соединение. На рисунке 5 изображена система с открытым центром при последовательном соединении гидравлических потребителей/распределителей. Поток масла от насоса направляется к трём распределительным клапанам последовательно. Центр каждого распределителя в нейтральном положении открыт, что бы поток масла свободно перемещался от насоса к резервуару. Направление движение потока масла указано стрелками. Поток из выхода первого клапана направляется на вход второго, и так далее. Когда распределительный клапан работает, входящее масло поступает в цилиндр, который управляется соответственным клапаном-распределителем. Возвращаемая жидкость из цилиндра направляется через возвратный трубопровод и к следующему клапану.

Рисунок 5 - Гидравлическая система с открытым центром и последовательным соединением.

Эта система эффективна только если работает одновременно один клапан-распределитель. Когда это происходит, полный поток масла и давления на выходе из насоса доступны для этой функции. Однако, если более чем один клапан-распределитель работает, общее количество давления и потока, необходимое для каждой функции не может превышать параметр сброса системы (установки клапана сброса).

2) Последовательно-параллельное соединение. Рисунок 6 показывает изменение по сравнению с последовательным соединении. Масло из насоса направляется через распределительные клапаны последовательно, а также параллельно. Клапаны иногда "нагромождают", чтобы обеспечить дополнительные проход потока. В нейтральном положении, жидкость проходит через клапаны последовательно, как стрелки указывают. Тем не менее, когда какой - либо клапан-распределитель срабатывает, выпуск на работающем клапане закрывается, но поток масла становится доступен для всех других клапанов через параллельное соединение.

Рисунок 6 - Гидравлическая система с открытым центром и последовательно-параллельным соединением.

Когда два или более клапанов работают одновременно, цилиндр, который нуждается в наименьшем давлении будет работать первым, а затем цилиндр со следующим меньшим давлением и так далее. Эта способность работать с двумя или более клапанами одновременно является преимуществом по сравнению с последовательным соединением.

(3) Делитель потока. Рисунок 7 показывает систему с открытым центром и делителем потока. Делитель потока получает объем масла из насоса и делит его между двумя функциями. Например, делитель потока может быть установлен, чтобы открыть левую сторону первой в этом случае, если оба управляющих клапана были одновременно приведены в действие. Или он может разделить поток масла на обе стороны, в равной степени или в разном процентном отношении. Для такой системы с делителем потока, насос должен быть достаточно производительным, чтобы управлять всеми функциями одновременно. Он также должен питать жидкостью при максимальном давлении самую главную из гидравлических функций. А это означает, что большое количество лошадиных растрачиваются при работе только одного управляющего клапана.

Рисунок 7 - Гидравлическая система с открытым центром и делителем потока.

Система с закрытым центром

В этой системе, насос может бездействовать (находиться в режиме ожидания), когда масло не требуется для работы функции. Это означает, что управляющий клапан (распределитель) закрыт в центре, останавливая поток масла из насоса. Рисунок 8 показывает схематично гидравлическую систему с закрытым центром во время работы гидравлической функции. Для того, чтобы работали одновременно несколько функций, гидравлическая система с закрытым центром имеет следующие соединения:

Рисунок 8 - Гидравлическая система с закрытым центром.

(1) Насос с постоянной подачей и аккумулятором. На рисунке 9 показана гидравлическая система с закрытым центром и аккумулятором. В этой системе имеется небольшой насос, но в постоянном объеме заряжает аккумулятор. Когда аккумулятор заряжается до полного давления, разгрузочный клапан отклоняет поток насоса обратно в резервуар. Обратный клапан удерживает масло под давлением в контуре.

Рисунок 9 - Гидравлическая система с закрытым центром и аккумулятором.

Когда управляющий клапан работает, аккумулятор разряжает свою масло под давлением и приводит в движение цилиндр. Поскольку давление начинает падать, разгрузочный клапан открывается и направляет поток насоса в аккумулятор для подзарядки потока. Эта система, используя небольшого объёма насос, эффективна в случаях когда масло требуется только в течение короткого промежутка времени. Тем не менее, когда для работы гидравлической функции нужно много масла в течение более длительных периодов, система с аккумулятором может не справиться с этим, если аккумулятор не очень велик.

(2) Насос с изменяемым расходом . Рисунок 10 показывает гидравлическую систему с закрытым центром и насосом переменного расхода при нейтральном положении управляющего клапана. Когда управляющий клапан в нейтральном положении (центр закрыт), масло закачивается, пока давление не поднимается до заданного уровня. Клапан регулирования давления позволяет насосу отключить самого себя и поддерживать это давление в клапане. Насос находится в режиме ожидания(stand by) Расход масла насосом близок к нулю (восполняются собственные утечки в насосе), давление равно установкам клапана давления ожидания насоса.

Когда распределительный клапан срабатывает (перемещается вверх), масло отводится от насоса к нижней части полости цилиндра. Падение давления, вызванное сообщением линии давления насоса и нижней полости цилиндра, приводит насос из режима ожидания в рабочий режим, чтобы создать поток масла и давление на дно поршня, для подъема груза.

Рисунок 10 - Гидравлическая система с закрытым центром и насосом переменного расхода.

В это время, верхняя полость цилиндра соединяется с возвратной линией, что позволяет маслу выталкиваться из поршня, чтобы возвращаться в резервуар или в насос. Когда управляющий клапан возвращается в нейтральное положение, то масло становится запертым по обе стороны цилиндра, а поступление давления от насоса к гидроцилиндру наглухо перекрыто. После этой последовательности, насос снова переходит в режим ожидания. Перемещение золотника в нижнее положение направляет масло к верхней части полости поршня и приводит к перемещению груза вниз. Масло из нижней части поршня направляется в обратную линию в резервуар.

Рисунок 11 показывает ту же систему с закрытым центром, но с подкачивающим насосом (насос зарядки), который перекачивает масло из резервуара в насос переменного расхода. Во время работы насоса подпитки создаётся необходимое давление для основного насоса и необходимое количество масла для него. Всё это делает работу насоса переменного расхода более эффективным. Возврат масла из работающих гидравлических функций всей гидросистемы, направляется непосредственно к входному отверстию насоса с переменным расходом.

Рисунок 11 - Гидравлическая система с закрытым центром и подкачивающим насосом.

Поскольку современным машинам нужно больше гидравлической мощности, гидравлическая система с закрытым центром является более выгодной. Например, на тракторе, масло может потребоваться для усилителя руля, усилителя тормозов, рабочих цилиндров, трех-точечной навески, погрузчика и другого навесного оборудования. В большинстве случаев, каждая функция требует различное количество масла. В системах с закрытым центром, количество масла для каждой функции можно задавать с помощью линии или размера клапана или путем дросселирования с меньшим количеством внутренней генерации тепла по сравнению с применением делителей потоков в сопоставимой системе с открытым центром. Другими преимуществами системы с закрытым центром является:

• Не требует разгрузочных клапанов, так как насос просто выключается сам по себе при достижении давления в режиме ожидания. Это предотвращает накопление тепла в, по сравнению в системах где часто достигается давления сброса.
• Имеет линии, клапаны и цилиндры, которые могут быть адаптированы к требованиям потока каждой функции.
• Запас потока масла для полной работы и скорости гидравлической системы, доступен при низких оборотах двигателя в минуту (об/мин). Больше функций могут быть задействованы одновременно.

Большая эффективность работы в некоторых случаях. Например, гидравлические функции, такие как тормоза, которые требуют силы, но очень малого движения поршня. Удерживая клапан открытым, в режиме ожидания давление постоянно воздействует на тормозной поршень без потери эффективности, так как насос возвращается в режим ожидания.

Гидравлический насос — оборудование, посредством которого механическая энергия преобразовывается в гидравлическую: из вырабатываемого двигателем крутящего момента образуется подача либо давление. Существует множество типов таких агрегатов, однако работают они по схожему принципу, суть которого заключается в вытеснении жидкости между камерами гидронасоса.

В данной статье будет рассмотрен гидравлический насос высокого давления и его ручной аналог. Мы изучим устройство и принцип действия такого оборудования, ознакомимся с его разновидностями и приведем рекомендации по монтажу и ремонту такой техники.

1 КЛАССИФИКАЦИЯ И РАЗНОВИДНОСТИ ГИДРОНАСОСОВ

Принцип работы любого гидронасоса достаточно прост — при работе внутри конструкции образуются две изолированные друг от друга полости (камера всасывания и нагнетания), между которыми перемещается гидравлическая жидкость. После заполнения камеры нагнетания жидкость начинает давить на поршень и вытесняет его, тем самым сообщая рабочему инструменту движение подачи.

Рабочие параметры любого гидронасоса отображают следующие характеристики:

• частота вращения (об/мин);
• рабочее давление (Бар);
• рабочий объем (см3/об) — количество жидкости, которое насос вытесняет за один оборот.

Насосы, которые мы будем рассматривать в дальнейшем, обладают индивидуальными эксплуатационными особенностями, поэтому при их выборе в первую очередь необходимо учитывать характеристики существующей гидросистемы — диапазон давления, вязкость перекачиваемой жидкости, стоимость конструкции и нюансы ее технического обслуживания.

Рассмотрим основные разновидности гидронасосов, детально остановившись на их преимуществах и недостатках.

1.1 РУЧНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ НАСОС

Ручной гидронасос является простейшим оборудованием, в котором используется принцип вытеснения жидкости. Такие агрегаты широко распространены в сфере автомобилестроения, где они применяются в качестве дополнительных либо аварийных механизмов для обеспечения гидравлических двигателей энергией.

Ручной гидронасос типа НРГ (серия, наиболее распространенная в отечественной промышленности) может развивать давление дом 50 Бар, однако большинство моделей рассчитаны на давление до 15 Бар. Тут действует прямое соотношение — чем ниже рабочий объем агрегата (количество жидкости, вытесняемой за полный ход рукояти), тем большее давление он развивает.

На изображении представлена схема работы, которой обладают ручные насосы. При нажатии ручки поршень перемещается вверх, в результате чего создается сила всасывание и через клапан КО2 в корпус поступает жидкость, которая вытесняется при поднятии рукояти. Насос ручной гидравлический НРГ может быть и двухсторонним (нижняя схема), в нем всасывание и вытеснение жидкости происходит одновременно, как при нажиме на рычаг, так и при его поднятии.

К преимуществам таких гидронасосов относится простота их конструкции (ремонт гидронасосов ручного типа достаточно прост), надежность и низкая стоимость. Слабой стороной является производительность, несравнимая с приводным оборудованием.

1.2 РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ

Радиально-поршневые конструкции способны развивать максимально возможное давление (до 100 Бар) при длительной работе. Существует два типа радиально-поршневых насосов:

• роторные;
• с эксцентричным валом.

Устройство роторных агрегатов показано на схеме. В них вся поршневая группа размещается внутри ротора, при вращении которого поршни совершают возвратно-поступательные движения и поочередно стыкуются с отверстиями для слива гидравлической жидкости.

Гидравлический насос высокого давления с эксцентричным валом отличается тем, что поршневая группа в нем установлена внутри статора, при этом такие насосы имеют клапанное распределение жидкости, а роторные — золотниковое.

К преимуществам такого оборудования отнесем высокую надежность, возможность работы в режиме высокого давления (100 МПа), минимальный уровень шума при работе. К недостаткам — высокий уровень пульсации при подаче жидкости и значительный вес.

1.3 АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ

Наиболее распространенным типом оборудования в современных гидроприводах является аксиально-поршневой насос. Также существует аксиально-поршневая техника, которая отличается тем, что вместо поршней для вытеснения жидкости применяются плунжеры.

Насосы с аксиально-поршневым приводом, в зависимости от оси вращения поршневой группы, можно разделить на два типа — наклонные и прямые. Принцип работы у них идентичен — вращение вала насоса приводит к вращению блока цилиндров, параллельно которому поршни начинают возвратно-поступательное перемещение. При совпадении оси цилиндра и всасывающего отверстия поршень выдавливает жидкость из камеры, затем цилиндр заполняется и цикл повторяется.

По соотношению массогабаритных характеристик именно аксиально-поршневой насос является оптимальным вариантом. Он способен развивать давление до 40 МПа при частоте 5000 об/мин, узкоспециализированные установки работают на частоте 15-20 тыс. об/мин. Преимущества аксиально-поршневых насосов — максимальный КПД и производительность. Ключевым недостатком является высокая стоимость.

В качестве примера такой техники можно рассмотреть популярный в отечественном машиностроении гидронасос 310. Существует несколько модификаций данной модели, рассчитанных на рабочий объем от 12 до 250 см 3 /об. Цена 310-ой модели варьируется в пределах 15-30 тыс. рублей, в зависимости от производительности. Более доступным аналогом является гидронасос 210 (цена 10-15 тыс), отличающийся меньшей частотой оборотов.

1.4 ШЕСТЕРЕННЫЕ ГИДРОНАСОСЫ

Шестеренные агрегаты относятся к категории роторного оборудования. Гидравлическая часть насоса в них представлена двумя вращающимися шестернями, зубья которых при сцеплении вытесняют из цилиндра жидкость. Существует два типа шестеренчатых насосов — с внешним и внутренним зацеплениям, которые отличаются расположением шестерен внутри корпуса.

Используются шестеренные агрегаты в системах с низким уровнем рабочего давления — до 20 МПа. Они широко распространены в сельскохозяйственной и строительной технике, системах подачи смазочных материалов и мобильной гидравлике.

Популярность шестеренных гидронасосов обуславливается простотой их конструкции, небольшими размерами и весом, за которые приходится платить небольшим КПД (до 85%), низкими оборотами и коротким эксплуатационным ресурсом.

1.5 Разбираемся в устройстве гидронасосов (видео)

2 ОСОБЕННОСТИ РЕМОНТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ НАСОСОВ

Практически все неисправности, которые могут возникнуть при эксплуатации гидронасосов любого типа, являются следствием следующих факторов:

• неправильное управление гидронасосом и пренебрежение его техническим обслуживанием — несвоевременная замена масла и фильтров, отсутствие устранения протечек;
• неправильно подобранная гидравлическая жидкость (масло);
• использование сторонних комплектующих, не соответствующих режиму эксплуатации насоса (фильтры, уплотнения, шланги);
• неправильная настройка гидронасоса.

Рассмотрим наиболее распространенные неисправности оборудования и методы их ликвидации:

1. Аварийная остановка. Причиной может быть разрыв рукава от чрезмерного давления, недостаточный уровень рабочей жидкости либо блокировка нагнетающего патрубка. В последнем случае нужно своими руками извлечь обломки из камеры и заменить деформированные фильтры.
2. Отсутствие набора давления. Скорее всего заклинило гнездо плунжера, которое требует чистки, либо деформировалась пружина клапана (необходимо заменить).
3. Неравномерный темп движения поршня. Проверьте систему на предмет проникновения воздуха, также может чрезмерно загустеть рабочая жидкость либо забиться фильтр. Серьезный ремонт гидравлических насосов может потребоваться лишь при поломке вала вращения.
4. Необычно высокий уровень вибрации. Причина — неправильная балансировка вала вращения с приводом, требуется проверка совпадения осей валов и их центровка.

Мелкий ремонт гидронасоса не станет серьезной проблемой, если под рукой есть ремкомплект, в который входят запасные фильтры, резинки и уплотнительные втулки — наиболее изнашивающиеся элементы конструкции. Большинство производителей поставляют полные комплекты для каждой модели насоса по цене от 500 до 1000 рублей, однако комплект можно собрать и самому в соответствии с диаметром патрубков оборудования. В таком случае ремкомплект гидронасоса обойдется вас значительно дешевле.

Гидроприводом называется система, в которой передача энергии от источника (обычно насоса) к гидродвигателю (гидромотору или гидроцилиндру) осуществляется посредством капельной жидкости.

Структурно гидропривод состоит из насоса (-ов), контрольно-регулирующей и распределительной аппаратуры, гидродвигателя (-лей), рабочей жидкости, емкости (бака) для ее содержания и средств (фильтров и охладителей), сохраняющих ее качества, а также соединительной и герметизирующей арматуры.

На рис. 2.1. изображена схема изучаемого объемного гидропривода состоящего из насоса 1, предохранительного клапана 2, распределителей 3 и 4, гидравлических двигателей – гидромотора 5 и гидроцилиндра 6, замедлительного устройства 7 опускания груза 8, бака и установленного в сливную гидролинию фильтра 9 сблокированного клапаном 10.

Рис. 2.1 Схема изучаемого гидропривода.

Насос 1 предназначен для преобразования механического энергетического потока, поступающего от первичного энергетического источника 11 (электрического или топливного двигателя) в гидравлический энергетический поток, т.е. в поток рабочей жидкости под давлением, который в зависимости от положений (позиций) затворов распределителей 3, 4 может направляться непосредственно (холостой режим) или через один или оба вместе гидравлические двигатели 5, 6 (рабочий режим) в бак. При этом величина давления на выходе из насоса зависит от совокупности сопротивлений, встречаемых потоком рабочей жидкости на пути от насоса до бака. В тех случаях, когда распределители 3, 4 находятся в позициях «А» (см. рис. 2.1), поток рабочей жидкости от насоса 1 проходит в бак через упомянутые распределители, гидролинии и фильтр 9 (холостой режим). Величина давления на выходе из насоса составляет:

где
– величины давлений необходимых для преодоления потоком рабочей жидкости сопротивлений, соответственно, участков гиролиний, распределителей и фильтра.

В тех случаях, когда по команде извне один или оба распределители 3, 4 переводятся в любое положение «Б» или «В», в работу включается (-ются), соответственно, один или оба гидродвигатели. Направление движения гидродвигателей зависит от положения «Б» и «В» их распределителей. Когда в работу включен только один гидродвигатель, например гидромотор 5, рабочее давление на выходе из насоса составит:

где
– потери давления на преодоление сопротивления распределителя 3, 4

– потери давления на привод гидромотора 5, зависящие от преодолеваемой нагрузки на его валу.

В том случае, когда в работу одновременно включены гидромотор 5 и гидроцилиндр 6, то их совместная работа возможна только при одинаковых потребных давлениях. Если у одного из них потребное давление ниже, чем у другого, то их совместная работа невозможна, так как поток жидкости в основном будет уходить в сторону меньшего сопротивления и нарушать нормальную работу гидропривода в целом.

Если в гидроприводе потребное давление превышает допустимое, срабатывает предохранительный клапан 2 и отводит через себя поток рабочей жидкости от насоса 1 в бак (режим перегрузки), обеспечивающий этим ограничение давления в гидроприводе и защиту его элементов от разрушения.

Для обеспечения плавности опускаемых грузов (рабочих органов) в гидроприводах используются замедлительные устройства (см. рис. 2.1, поз 7), обычно состоящие из обратного клапана и дросселя. При подъеме груза (рабочего органа) рабочая жидкость в цилиндр поступает через обратный клапан и дроссель. При опускании груза жидкость из полости цилиндра уходит в бак только через дроссель, который оказывает ей сопротивление, величина которого зависит от величины ее потока и этим обеспечивает плавность его опускания. При этом противоположная полость гидроцилиндра заполняется жидкостью подаваемой насосом. В случае избыточного количества подаваемой насосом жидкости ее часть будет отводиться на слив через предохранительный клапан 2.

Для визуального контроля давления в гидроприводе предназначен манометр 12. Для обеспечения очистки рабочей жидкости от твердых загрязнителей (абразивов, продуктов изнашивания), в гидроприводах используют различного конструктивного исполнения фильтры.

Гидромашины

Гидромашинами (гидравлическими машинами) называются механические устройства, предназначенные для преобразования видов энергетических потоков с использованием в качестве энергоносителя капельной жидкости.

Гидромашины подразделяются на насосы и гидродвигатели.

Насосами называют гидромашины, предназначенные для преобразования механического энергетического потока в гидравлический энергетический поток.

Гидродвигателями называют гидромашины, предназначенные для преобразования гидравлического энергетического потока в механический энергетический поток.

Гидродвигатели, выходные звенья которых совершают линейные возвратно-поступательные движения называют гидравлическими цилиндрами (гидроцилиндрами).

Гидродвигатели, выходные звенья которых совершают вращательные движения называют гидравлическими моторами (гидромоторами).

В зависимости от угла поворота выходного звена гидромоторы подразделяют на полно-
и неполноповоротные
.

Гидромашины, в которых рабочий процесс основан на использовании кинетической энергии жидкости, называют динамическими, а те машины, в которых рабочий процесс основан на использовании потенциальной энергии жидкости называют объемными.

Основной особенностью объемных гидромашин является то, что они содержат по крайней мере одну рабочую камеру, объем которой изменяется
в течение рабочего цикла. При этом каждая рабочая камера содержит подвижный элемент, предназначенный для изменения ее объема. Обычно подвижный элемент рабочей камеры называют вытеснителем. В качестве вытеснителей могут быть поршни, плунжеры, зубья шестерен, шарики, ролики, пластины, мембраны и т.д.

В процессе работы объемной гидромашины каждая ее камера поочередно сообщается с линией низкого и высокого давления, т.е. рабочие камеры насоса поочередно сообщаются со всасывающей и нагнетательной линиями, а у двигателей – с выходной линией высокого давления и с линией слива.

Величина развиваемого (реализуемого) насосом давления зависит от сопротивления потребителя (обычно гидродвигателя) и соединительной гидроарматуры.

Величина потребляемого гидродвигателем давления рабочей жидкости зависит от величины реализуемой им нагрузки на выходном звене.

По виду вытеснителей гидромашины подразделяют на поршневые, плунжерные, шариковые, роликовые, зубчатые (шестеренные), пластинчатые, мембранные и т.д., а по числу рабочих камер на одно- и многокамерные.

Гидромашины, у которых рабочие камеры вместе с вытеснителями совершают вращательные движения, называются роторными.

Величина изменяющегося объема рабочих камер гидромашины называется ее рабочим объемом. Рабочий объем гидромашин принято выражать в кубических сантиметрах.

Количество рабочей жидкости, подаваемой насосом в систему за единицу времени, называется его подачей.

Если известен рабочий объем
насоса и частота рабочих циклов, то его идеальную подачу можно определить по формуле

.

В связи с тем, что между подвижными элементами насоса имеют место утечки рабочей жидкости, то фактическая подача будет всегда меньше идеальной, т.е.

где
– величина утечек через зазоры;

– объемный КПД насоса.

Идеальная частота вращения гидромотора определяется по формуле

,

а фактическая –

,

где
– величина входного потока рабочей жидкости;

– рабочий объем гидромотора;

– объемный КПД гидромотора.

Объемный КПД гидромотора может быть определен по формуле

где
– величина потока рабочей жидкости, полезно используемого в гидромоторе;

– величина утечек через зазоры в гидромоторе.

Приводную мощность насоса можно определить по формуле

где
– мощность потока рабочей жидкости на выходе из насоса;

– полный КПД насоса;

– величина давления на выходе из насоса;

– гидравлический КПД насоса;

– величина давления в рабочей (-их) камере (-ах) насоса;

– механический КПД насоса.

Энергетическое качество гидромотора характеризуется его полным КПД, который можно определить как отношение величины мощности на его выходном валу
к величине мощности входного потока жидкости
, т.е.

где
– крутящий момент;

– угловая скорость;

– перепад давления в гидромоторе.

Большинство объемных гидромашин являются обратимыми, т.е. они способны работать как в функции насосов, так и в функции гидромоторов.

В гидроприводах строительных и дорожных машин наиболее широко используются в качестве насосов шестеренные (рис. 2.2) и аксиальные (рис. 2.3) гидромашины, а в качестве гидромоторов аксиальные (рис. 2.3) и радиальные (рис. 2.4).

В связи с тем, что в роторных насосах происходит перемещение рабочих камер с жидкостью из полости всасывания в полость нагнетания, они отличаются от простых поршневых (плунжерных) насосов отсутствием клапанного распределения жидкости, что в свою очередь повышает их быстроходность до 85 с -1 и обеспечивает высокую равномерность подачи и давления. Все роторные гидромашины могут работать лишь на чистых, неагрессивных жидкостях, которые обладают хорошими смазочными свойствами и предназначены для гидроприводов.

Шестеренные гидромашины

Шестеренными называют роторные гидромашины с рабочими камерами, образованными поверхностями зубчатых колес, корпуса и боковых крышек.

Шестеренные гидромашины выполняют с шестернями внешнего (см. рис. 2.2, а) или внутреннего (см. рис. 2.2, б) зацепления. Такая гидромашина представляет собой пару (чаще всего одинаковых) шестерен 1 и 2, находящихся в зацеплении и помещенные в корпус с малыми радиальными зазорами (обычно 10…15мкм).

Рис. 2.2 Схемы шестеренных (зубчатых) гидромашин.

Рабочий процесс шестеренного насоса с внешним зацеплением происходит следующим образом. Ведущая шестерня 1 (см. рис. 2.2, а) приводит во вращательное движение ведомую шестерню 2. При вращении шестерен в противоположные стороны в камере «А» их зубья выходят из зацепления, что приводит к увеличению объема рабочей камеры и к понижению давления рабочей жидкости до вакуумметрического значения. За счет образовавшегося перепада давления между резервуаром (баком) и всасывающей камерой «А» рабочая жидкость из бака будет поступать в камеру «А» и заполнять впадины между зубьями шестерен 1 и 2. При дальнейшем движении шестерен рабочая жидкость во впадинах между зубьями переносится из зоны всасывания (из камеры «А») в зону нагнетания (в камеру «Б»). В зоне нагнетания зубья шестерен входят в зацепление и выталкивают жидкость из впадин в нагнетательную гидролинию под давлением, величина которого зависит от сопротивления потребителя и соединительной гидроарматуры.

В насосах с внутренним зацеплением шестерен (см. рис. 2.2, б) ведущей чаще всего является внутренняя шестерня 1 с наружными зубьями. Всасывающее «А» и нагнетательное «Б» окна выполняются с торцевой стороны зубьев шестерен в боковой крышке или корпусе насоса. Охватывающая шестерня 2 с внутренними зубьями вращается в цилиндрической расточке корпуса. Между шестернями располагается разделительный серповидный элемент 3, посредством которого всасывающая полость «А» отделена от нагнетательной «Б».

В последнее время в гидравлических усилителях рулевых управлений машин широко применяются гидромашины с шестернями внутреннего зацепления со специальным профилем зуба (см. рис. 2.2, в), в которых отсутствует разделительный элемент полостей с различным уровнем давления. Такие гидромашины называют героторными или бироторными, т.е. с двумя роторами. У кольцевого ротора (колеса) 1 на один зуб больше, чем у внутреннего (шестерни) 2. Их оси смещены одна относительно другой на величину , образующую зацепление шестерен в зоне верхней разделительной перемычки. Контакт зубьев при переходе ими нижней разделительной перемычки обеспечивает разделение полостей высокого и низкого давлений. Входная и выходная гидролинии с межзубовыми впадинами соединяются посредством серпообразных окон «А» и «Б».

Героторные гидромашины применяются в качестве насосов, работающих на давлениях рабочей жидкости до 14 МПа и частоте вращения вала 30 с -1 . Они могут быть использованы в качестве быстроходным низкомоментных гидромоторов. В отдельных случаях героторные гидромашины способны работать на давлениях 30 МПа при частоте вращения до 60 с -1 .

Рабочий процесс (всасывание и нагнетание) в шестеренных насосах с внутренним зацеплением происходит аналогично как и в насосах с внешним зацеплением.

Габаритные размеры и масса наосов с внутренним зацеплением значительно меньше, чем насосов с наружным зацеплением при равных рабочих объемах.

Прямозубое зацепление шестерен насосов характеризуется прямолинейным контактом рабочих поверхностей (профилей) зубьев по всей их ширине (длине), при неточном изготовлении которых возникает неравномерность движения ведомой шестерни и шум, а также наблюдается быстрый износ рабочих поверхностей.

Эти недостатки устранены в косозубых (спиральных) и шевронных шестернях (см. рис. 2.2, г и д). Вход в зацепление зубьев и выход из него в этих шестернях происходит постепенно, благодаря чему уменьшаются погрешности в профиле зуба и достигается плавная и относительно бесшумная работа гидромашины.

В насосах с косозубыми шестернями пульсация подачи и крутящего момента, а также запирание жидкости во впадинах значительно ниже, чем в насосах с цилиндрическими шестернями. Для снижения пульсаций давления необходимо обеспечить условие, чтобы произведение
равнялось
и т.д., где- угол наклона зубьев;- ширина шестерни;- шаг зубьев. Уголвыбирают таким, чтобы сдвиг зубьев по окружности на торцах шестерен составлял половину шага. Практически этот угол обычно не превышает 7…10.

При работе насосов с косозубыми шестернями возникают осевые усилия, которые прижимают шестерни к торцам корпуса (крышек). Этот недостаток устранен в насосах с шевронными шестернями (рис. 8.2, д). Угол наклона зубьев шевронных шестерен, используемых в насосах, обычно равен 20…25.

Аксиальные гидромашины

Аксиальные гидромашины характерны тем, что оси их цилиндров параллельны оси вращения блока цилиндров или составляют с ней угол не более 45.

К положительным качествам аксиальных гидромашин следует отнести:

высокое рабочее давление (35…70МПа);

быстроходность (80…550 с -1);

малую металлоемкость (0.5…0.6 кг/кВт);

широкий диапазон регулирования частоты вращения вала гидромотора 1:100 при переменных и 1:1000 при постоянных нагрузках;

возможность работы гидромоторов на низких частотах вращения (до 0.01 с -1);

большую долговечность (до 12000 ч);

высокое быстродействие (изменение подачи от нулевой до максимальной и наоборот за 0.04…0.08 с);

низкие эксплуатационные затраты и быструю окупаемость.

Аксиальные гидромашины бывают с наклонным блоком цилиндров (см. рис. 2.3, а, б) или с наклонной шайбой (см. рис. 2.3, в, г). Они могут быть поршневыми (см. рис. 2.3, а, б) или плунжерными (см. рис. 2.3, в, г) с переменным (регулируемым) или постоянным (нерегулируемым) рабочим объемом. В аксиально-поршневых гидромашинах имеет место: небольшая радиальная нагрузка на поршень, большой угол наклона блока цилиндров (до 45), а также более высокий (на 2…3%) КПД, чем у гидромашины с наклонной шайбой.

На рис. 2.3, а представлена схема аксиально-поршневой регулируемой гидромашины с наклонным блоком. Она состоит из вала 1, блока цилиндров 2, торцового распределителя 3, центральной оси 4, поршней 5, шатунов 6 и кардана 8.

Описываемая гидромашина в функции насоса работает следующим образом. Вращение приводного вала через кардан 7 и шатуны 6 передается блоку цилиндров 2. При соосном расположении вала 1 и блока цилиндров 2 поршни 5 не совершают возвратно-поступательного движения и, следовательно, подача насоса равна 0. Отклонение оси блока цилиндров от оси приводного вала приводит к возвратно-поступательному движению поршней.

За один оборот каждый поршень совершает один рабочий цикл. Величины ходов поршней зависят от угла наклона блока цилиндров. При изменении угла наклона блока цилиндров в противоположную сторону от нуля изменяется направление подачи насоса, т.е. гидромашина обеспечивает реверсирование гидропривода.

Аксиальные гидромашины с наклонной шайбой характеризуются следующими преимуществами по сравнению с гидромашинами с наклонным блоком цилиндров: возможностью работы при более высоких давлениях (до 70 МПа); низким уровнем шума; малыми габаритами; низкой стоимостью; простотой конструкции и ее технологичностью.

Рис. 2.3 Схемы аксиальных гидромашин.

На рис. 2.3, в приведена упрощенная схема аксиально-плунжерной гидромашины с наклонной шайбой. В цилиндрах ее блока 1 установлены плунжеры 2, которые посредством пружин 6 через башмаки 3 кинематически связаны с наклонной шайбой 4.

Описанная гидромашина в функции насоса работает следующим образом. Вал 5 приводит во вращение блок цилиндров 1. При этом плунжеры 2 совершают возвратно-поступательные движения в блоке цилиндров. Величина хода плунжеров, соответственно подачи насоса, определяется углом наклона шайбы 4. Когда плунжеры под воздействием пружин 6 выдвигаются из блока цилиндров происходит процесс всасывания рабочей жидкости, а при их обратном ходе – нагнетание.

Аксиально-плунжерные гидромашины с наклонной шайбой зачастую используют в функциях регулируемых и нерегулируемых гидромоторов, принцип работы которых аналогичен принципу работы аксиальных гидромашин с наклонным блоком цилиндров.