Насосы и гидромоторы
Гидропривод состоит из ряда гидроэлементов, включающих в себя гидромашины (насосы и гидромоторы), гидроцилиндры, гидроаппараты (распределители, клапаны), гидробаки, фильтры, гидролинии и их элементы (трубопроводы и соединительную арматуру).
Насос преобразует сообщаемую ему двигателем крана механическую энергию в энергию потока жидкости, которая подается к гидромотору по трубопроводам (линиям). Гидромотор преобразует энергию потока жидкости в механическую энергию и приводит в действие исполнительный механизм крана.
В гидроприводах кранов применяют в основном нерегулируемые (с постоянным рабочим объемом) и регулируемые (с изменяемым рабочим объемом) аксиально-поршневые гидромашины, у которых оси поршней расположены под углом к оси блока цилиндров.
К основным параметрам насосов и гидромоторов относятся рабочий объем, номинальное давление, номинальная частота вращения вала, к производным параметрам для насоса — объемная подача и мощность, для гидромотора — расход жидкости и крутящий момент, а также полный КПД гидромашин.
Рабочий объем гидромашины равен сумме изменений рабочих камер за один оборот вала и выражается в см3.
Номинальное давление — это давление, при котором насос или гидромотор могут работать в течение определенного периода времени, сохраняя параметры в пределах установленных норм.
Номинальная частота вращения определяет наибольшее число оборотов вала гидромашины в единицу времени. Объемная подача насоса или расход гидромотора — это количество жидкости, подаваемой насосом или расходуемой гидромотором в единицу времени. Подача и расход выражаются в л/мин. Теоретическая подача насоса или расход гидромотора пропорциональны рабочему объему и частоте вращения.
На кранах, где насосы приводятся в действие от двигателей внутреннего сгорания, подачу насоса можно изменять путем регулирования частоты вращения вала двигателя.
Действительная подача насоса или расход гидромотора меньше теоретической на объемный КПД гидромашины, который определяется внутренними перетечками жидкости в гидромашине из полостей высокого давления в полости низкого давления и наружными утечками через дренажную линию в бак.
Действительный крутящий момент, развиваемый гидромотором, зависит от его рабочего объема, перепада давления на гидромоторе и гидромеханического КПД. С увеличением перепада давления на гидромоторе крутящий момент повышается.
Гидромеханический КПД учитывает потери в движущихся частях гидромашины, а также потери давления, возникающие при движении жидкости по внутренним каналам.
Аксиально-поршневой насос-гидромотор состоит из вала, корпуса, семи поршней с шатунами, одного радиального подшипника 14 и двух радиально-упорных подшипников 12 и 13, наклонного блока 5 цилиндров, центрируемого сферическим распределителем 9 и центральным шипом 6.
В передней крышке установлено армированное манжетное уплотнение, поверхность трения которого соприкасается с Закаленной втулкой, расположенной на валу.
Семь шатунов 11 и шип 6 закреплены в сферических отверстиях вала 1 с помощью штампованной пластины. Блок 5 цилиндров установлен на центральном шипе с помощью запрессованной бронзовой втулки. В поршнях шатуны закреплены путем завальцовки головки шатунов в конической юбке поршня.
В задней крышке 8 выполнены два дугообразных паза, соединенные каналами с отверстиями, по которым подводится или отводится рабочая жидкость. На распределителе 9, закрепленном неподвижно относительно крышки 5, также выполнены два дугообразных паза, совмещенных с ее пазами. Блок 5 цилиндров с помощью тарельчатых пружин прижат к распределителю 9. При вращении блока полости цилиндров в определенной последовательности совмещаются с дугообразными пазами распределителя.
При работе гидромашины в режиме насоса движение от вала 1 передается шатунам И, которые, контактируя с поршнями 10, приводят во вращение блок цилиндров. Так как ось блока цилиндров расположена под углом к оси вращающегося вала, то поршни 10 совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах. Полость цилиндра сообщается с напорным каналом насоса при движении поршня в сторону распределителя и с всасывающим каналом насоса при обратном ходе.
Во время вращения блока цилиндров за один оборот вала каждый поршень совершит один двойной ход. При движении от распределителя поршень засасывает жидкость из всасывающего канала, а при движении в сторону распределителя — нагнетает жидкость в напорный канал. Количество жидкости, нагнетаемой насосом, зависит от суммарного рабочего объема цилиндров и частоты вращения вала насоса.
При работе гидромашины в режиме гидромотора жидкость нагнетается из гидросистемы крана через отверстие в крышке 8 и распределитель в камеры цилиндров. Давление жидкости на поршни передается через шатуны на вал. В месте контакта шатуна с валом сила от давления жидкости на поршень раскладывается на осевую силу, воспринимаемую упорным подшипником, и тангенциальную силу, вращающую вал. Крутящий момент гидромотора пропорционален суммарному рабочему объему цилиндров и давлению жидкости. Частота вращения вала гидромотора зависит от расхода жидкости, проходящей через гидромотор. При изменении направления подачи жидкости изменяется и направление вращения вала гидромотора.
В процессе эксплуатации аксиально-поршневых гидромашин необходимо применять сорта рабочих жидкостей, указанных в инструкции по эксплуатации кранов. Гидромашины надежно работают при вязкости рабочей жидкости от 8 до 1200 сСт в интервале температур от +70 до —40 °С.
Грузовые лебедки на кранах КС-5371 и КС-6371 приводятся в действие регулируемым гидромотором типа 209.25. Он состоит из качающего узла и регулятора. Качающий узел преобразует энергию потока жидкости в энергию вращения вала гидромотора, регулятор изменяет рабочий объем гидромотора путем изменения угла наклона блока цилиндров.
Качающий узел состоит из вала У, установленного в корпусе 22 на подшипниках 4, 5 и 6. Фланец соединен с поршнями 8, расположенными в блоке 9 цилиндров, через шатуны 7 и с центральным шипом 21. Распределитель 20 с одной стороны находится в контакте по сферической поверхности с блоком 9 цилиндров, а с другой стороны также по сферической поверхности— с корпусом 16 регулятора. В этом корпусе установлен поршень 19, один выступ 17 которого входит в отверстие распределителя и перемещает его по сферической поверхности корпуса, а другой соединен с пружиной 14 следящего золотника 13, расположенного в гильзе 12.
При подъеме поршня рабочий объем гидромотора уменьшается, а во время опускания — увеличивается. Жидкость к верхнему или нижнему торцам поршня под давлением подается через следящий золотник 13 от линии высокого давления гидромотора через клапан «ИЛИ» 23. При этом противоположная полость поршня через золотник 13 соединяется с дренажной линией.
Начальное давление управления регулируют путем сжатия пружины винтом. Следящее действие золотника осуществляется пружиной 14, расположенной между нижним торцом золотника и выступом поршня. Минимальный угол наклона блока 9 цилиндров ограничен винтом.
На рисунке показано положение золотника 13 при отсутствии давления управления в канале А и полости над верхним торцом золотника. При этом золотник находится в крайнем верхнем положении. Жидкость под давлением от напорной линии гидромотора поступает в полость над верхним торцом поршня, блок цилиндров повернут на наибольший угол относительно оси вала гидромотора, что соответствует наибольшему рабочему объему гидромотора.
При подаче жидкости под давлением через отверстие Б к верхнему торцу золотника 13 он перепускает часть жидкости от напорной линии гидромотора под нижний торец поршня 19, поднимая его и блок 9 цилиндров. При этом угол наклона блока цилиндров и рабочий объем гидромотора уменьшаются. По мере
роста давления управления над верхним торцом золотника пропорционально ему перемещается вверх поршень 19 и соответственно уменьшаются угол наклона блока цилиндров и рабочий объем гидромотора. Благодаря этому можно при постоянной подаче насоса повысить частоту вращения вала, что дает возможность увеличить скорость подъема и опускания грузов. Масса перемещаемого груза при этом уменьшается.