Бутални ротационни помпи и хидродвигатели – част 3

ХидравликаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 4, 2013

Видове и характеристики на аксиално-бутални машини.

П ри аксиално-буталните машини цилиндрите са разположени съосно или под малък наклон спрямо оста на блока. Това е най-разпространеният вид машини в хидравличните системи за задвижване и това се обуславя от редица фактори. Тези машини притежават най-добрите габаритни и тегловни характеристики от всички хидравлични машини.

Тегловният им показател достига 0,5 – 0,6 kg/kW. Работното налягане е до 42 МРа. Те са високооборотни - нормално до около 5000 min-1, но съществуват конструкции и до 25 000. Имат висок общ к. п. д. - до 95%.

Притежават голям диапазон на регулиране по отношение на честотата на въртене - при постоянно натоварване достига 1:1000. Експлоатационният срок е голям - 12 000 часа. Експлоатационните разходи са ниски и срокът на откупуване е кратък. Броят на цилиндрите обикновено е 7 - 9. Работният обем е от 5 до 1000 cm3.

Съществуват две разновидности на аксиално-буталните хидравлични машини - машини с наклонен цилиндров блок и машини с наклонен диск.

Машини с наклонен цилиндров блок
Типична конструкция на машина с наклонен цилиндров блок е показана на фиг. 1. Оста на блока 3 е под наклон a спрямо задвижващия вал 1. Буталата 4 са свързани с диска 2 на вала посредством сферична шарнирна връзка.

Цилиндровият блок се плъзга върху опорно-разпределителния диск 5 с два сърповидни отвора, свързани с входящия и изходящия отвор на машината. В показаната конструкция буталата са конични и снабдени с бутални уплътнителни пръстени. Това се налага, защото по време на въртене оста на буталото се измества, макар и незначително, спрямо оста на цилиндъра.

В други конструкции буталата са цилиндрични и се свързват с диска посредством мотовилки със сферични връзки към буталото и диска. Въртеливото движение на блока може да се предава и посредством междинен карданен вал.

Принципът на действие на описаната машина като помпа е следният. Въртенето от задвижващия вал се предава на цилиндровия блок в зависимост от конструкцията, от буталата, от мотовилките или от междинния карданен вал.

При съосно разположение на вала и цилиндровия блок буталата не извършват възвратно-постъпателно движение и не се подава течност към нагнетателната линия. При отклонение на оста на блока на някакъв ъгъл a буталата започват да се движат и възвратно-постъпателно. За един оборот на вала всяко бутало извършва един двоен ход. Когато буталото излиза от блока, се засмуква течност в освободения обем, като по време на засмукването отворът на цилиндъра е в контакт с единия от сърповидните канали, свързан към смукателната линия.

При движение на буталото навътре в блока се извършва нагнетателният ход и течността през другия сърповиден отвор постъпва в нагнетателната линия. Чрез промяна на ъгъла и направлението на наклон на блока се изменя дебитът и направлението на протичане (реверсиране).

Разглежданата машина е обратима и може да работи като хидродвигател. За целта се подава течност под налягане към цилиндрите през един от отворите в разпределителния диск. От налягането на течността върху част от буталата възниква сила Fp, която директно или чрез мотовилките (буталните пръти) се предава на диска на вала - фиг. 2. Тангенциалната компонента Т създава въртящия момент на вала. В случая на работа като помпа подобен момент се създава от задвижващия двигател. Важно е да се отбележи, че при тази конструкция моментът възниква върху диска на вала и се предава директно на вала.

Моментът не се предава на буталата и съответно на блока, и затова те се плъзгат в цилиндрите практически без напречни натоварвания, което намалява износването, осигурява висок механичен к. п. д. и добър пусков момент при работа като хидродвигател.

Ъгълът на наклон a определя хода на буталата – h = Dsina. (Означенията са по фиг. 1.) Работният обем се изчислява лесно по израза: q = (p/4)d2Dzsina.

Недостатъци на машините с наклонен цилиндров блок са наличие на значително осево натоварване на лагерния възел, което намалява експлоатационния срок и затруднява създаването на машини с голям работен обем, и повишената конструктивна и технологична сложност.

Аксиално-бутални помпи с наклонен диск
Друга разновидност са аксиално-буталните помпи с наклонен диск - фиг. 3. Буталата 4 от цилиндровия блок 5 са изпълнени като плунжери. Задвижващият вал 1 е съосен с цилиндровия блок и му предава или получава въртящ момент посредством шпонково или шлицово съединение.

Буталата се опират върху неподвижния наклонен диск 2 директно чрез сферическа глава 3а или посредством плъзгач 3, свързан с буталото чрез сферичен шарнир. В първия случай непрекъснатият контакт между буталото и диска се осигурява от пружина (не е показана).

 Във втория случай воденето на плъзгачите по наклонения диск се осъществява от притискащ диск (не е показан). Очевидно при въртене на цилиндровия блок буталата извършват възвратно постъпателно движение, като ходът зависи от ъгъла на наклон a на диска спрямо оста на въртене. Принципът на действие е много сходен с този на помпите с наклонен диск. Разпределението на течността става през аналогичен разпределителен диск 6 със сърповидни отвори.

Съществена разлика има в начина на предаване на въртящия момент. Това се илюстрира от фиг. 4. Силата от налягането на течността Fp, действаща по оста на цилиндъра, се разлага в допирната точка на две съставляващи - нормална N и тангенциална Т. Под действие на последната, буталото се плъзга по неподвижния наклонен диск. Въртящият момент се предава посредством буталата на цилиндровия блок, а от него и на вала.

При този начин на предаване на момента буталата са подложени на огъване, т. е. буталата се плъзгат в цилиндрите при значителни напречни натоварвания. Работният обем се определя по израза: q = (p/4)d2Dztana.

Разликата с формулата за машините с наклонен блок е само замяната на тригонометричната функция sin с функцията tan.

Съществуват конструкции на машини с наклонен диск, при които буталата са наклонени под ъгъл около 15° спрямо оста на цилиндровия блок - фиг. 5. При въртене на цилиндровия блок, центробежната сила Fc, действаща върху буталото, има компонента Fx, насочена по оста и подпомага смукателния ход, който се извършва например под действие на пружина. При еднакви други условия, от този наклон се получава по-голям ход, т. е. и по-голям работен обем.

Предимства на машините с наклонен диск спрямо тези с наклонен блок са няколко: възможност за работа с по-високи налягания (до 45 МРа); по-ниско ниво на шум; по-малки габарити; проста и технологична конструкция; по-ниска цена.

В буталните ротационни помпи често се вгражда и спомагателна помпа за подпомагане на пълненето на цилиндрите, за задвижване на регулиращата система и за други цели. Най-често това са зъбни или пластинкови помпи, получаващи въртене от вала на основната помпа.

Top