Назначение элементов гидропривода. Насосы

Гидроприводы. Для обеспечения работы механизмов судовых уст­ройств применяются электрические, гидравлические, паровые и дизельные приводы. Наибольшее распространение на современных судах получили первые два вида приводов. Рассмотрим особенности конструкции основных элементов и принцип работы гидравлического привода (гидропривода), получающего все большее распространение на современных судах. В состав гидропривода входят следующие элемен­ты:

• гидропередача состоит из насоса, гидродвигателя и соединяющих их трубопроводов (гидролиний). Насос преобразует энергию приводно­го двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости, передавае­мую по трубопроводам к гидродвигателю, а последний преобразует ее в механическую энергию поступательного или вращательного движе­ния;
• гидроаппаратура служит для управления гидроприводом и состоит из распределителей (манипуляторов), позволяющих изменять направ­ление потока рабочей жидкости, и клапанов, предназначенных для регулирования давления, скорости и объема потока жидкости;
• гидробаки, фильтры, теплообменники и гидроаккумуляторы относятся к вспомогательным устройствам.

В зависимости от вида приводного двигателя насоса гидроприводы подразделяются на турбогидроприводы, дизель-гидроприводы и электрогидроприводы. Последние нашли наибольшее распространение.

К преимуществам гидроприводов относятся: плавное (бесступен­чатое) регулирование скорости в широком диапазоне; хорошая прие­мистость при пуске, разгоне, реверсе и остановке, способность разви­вать большое переменное усилие и моменты; надежная защита от перегрузок; возможность применения дистанционного управления и автоматизации; малая удельная масса (0,2-0,3 кг на 1 кВт передавае­мой мощности). Недостатком гидропривода является несколько меньший, чем у электропривода, КПД, который еще более сильно уменьшается в процессе регулирования и при износе узлов и деталей из-за возрастания утечек жидкости.

Насосы. В гидроприводе используются объемные роторные насосы и следующие разновидности гидродвигателей: гидроцилиндры одно­стороннего и двустороннего действия, сообщающие выходному звену поступательное движение; поворотные гидродвигатели пластинчатого или винтового типов, сообщающие выходному валу вращательное движение с углом поворота менее 360°, гидромоторы, сообщающие выходному валу вращательное движение.

Все роторные насосы могут быть использованы в качестве гидромо­торов благодаря свойству обратимости, заключающемуся в том, что жидкость, подводимая к насосу под давлением, приводит во вращение его ротор и вал. Однако наибольшее распространение в гидроприводах получили аксиально-поршневые, радиально-поршневые и пластинча­тые гидромоторы.

Рассмотрим характерные конструкции насосов и гидродвигателей, используемых в системах гидропривода.

Радиалъно-поршневой насос фирмы "Орста Гидравлик" (ГДР) размещается в коробчатом корпусе 12 (рис. 19). Цапфа 2 крепится к корпусу насоса винтами 4 и фиксируется штифтами /. К отверстиям а и б цапфы присоединяются всасывающий и нагнетательный трубопрово­ды. Отверстие б соединяется с двумя верхними осевыми каналами цапфы, отверстие о - с двумя нижними.

На цапфе 2 установлен блок цилиндров 8 с бронзовой втулкой. Девять плунжеров 7, расположенных в радиальных цилиндрах блока, при вращении под действием центробежной силы прижимаются к направляющему кольцу, являющемуся внутренней обоймой радиаль-но-упорного подшипника 6, установленного в поворотной раме 5. Рама может отклоняться в обе стороны на оси 11, занимая при этом эксцент­ричное положение относительно блока цилиндров 8. Отклонение производится воздействием на поворотный упор, устанавливаемый в отверстие верхней части рамы.

Радиальные сверления во втулке блока цилиндров 8 сообщают полости цилиндров, расположенные выше горизонтальной оси, с поперечной канавкой в цапфы, а расположенные внизу - с канавкой г. Канавки, разделенные перемычкой 10, образуют полости, каждая из которых соединяется с двумя осевыми каналами цапфы. При смещении рамы 5 влево и вращении блока цилиндров против часовой стрелки поршни верхней части блока будут двигаться к периферии, осуществ­ляя всасывание через верхнюю пару осевых каналов. При пересечении горизонтальной оси перемычки 10 поршни меняют направление движе­ния и производят нагнетание через нижнюю пару осевых каналов. Отклонения рамы 5 ограничиваются выступами на кольце 3.

Блок цилиндров 8 приводится во вращение приводным валом через крестовую муфту. Промежуточный диск 9 муфты соединяется вертикальным пазом с выступом блока цилиндров, а горизонтальный паз с другой стороны диска входит в зацепление с лапами приводного вала 9 (рис. 20). Корпус 7 привода состоит из двух крышек и промежу­точной плиты. В крышках расположены подшипники 2 и 8 приводного вала, связанного эластичной муфтой, установленной на шпонке /, с электродвигателем. На вал на шпонке насажена ведущая шестерня 6 насоса, от которой получают вращение две шестерни 5, напрессованные

Рис. 19. Радиально-поршневой насос

на валики 4, вращающиеся в подшипниках скольжения 3. Вспомогательный шестерен­ный насос подает масло в сис­тему управления.

Насосы этого типа исполь­зуются в гидросистемах руле­вых машин. Их подача Q = = 6,0-=- 9,6 м3/ч, номинальное давление рн = 16 МПа при час­тоте вращения п = 1450 об/мин.

Аксиально-поршневые на­сосы (АПН) подразделяются на насосы с наклонным блоком (рис. 21, а) и наклонным дис­ком (рис. 21, в). В первом слу­чае ведущий диск 5 вала 7 че­рез двойной кардан 6 передает

Рис. 20. Подшипник   приводного вала насоса

крутящий момент блоку цилиндров 2. Шатуны 4 с помощью шаровых шарниров соединяют поршни 3 с диском 5. При отклонении оси блока цилиндров от оси вала 7 на некоторый угол а поршень 3, находящийся в верхней позиции, в течение полуоборота вокруг центральной оси блока будет совершать ход нагнетания, вытесняя жидкость через отверстие 8 и окно о распределительного диска 1. Последующие пол­оборота поршень будет совершать ход всасывания, при этом полость

Рис. 21. Схемы     аксиально-поршневых насосов

цилиндра через окно 6 диска 1 и отверстие 8 будет заполняться жид­костью. В момент когда поршень находится в мертвой точке и изме­няет направление движения, отверстие 8 цилиндра совпадает с пере­мычкой (рис. 21,6) распределительного диска, разделяющей окна а и 6. Диск 5 выполняет роль кривошипа. Чем больше угол его наклона, тем больше ход поршня h, а следовательно, и подача насоса. При совпаде­нии осей вала 7 и блока 2 поршни не будут совершать возвратно-посту­пательного движения, что соответствует нулевой подаче насоса. При отклонении блока 2 в другую сторону направление подачи изменится. Угол отклонения блока обычно не превышает ±30°, давление нагнета­ния - 35 МПа.

У насосов с наклонным диском (см. рис. 21, в) блок 14 вращается, наклонный диск 9 неподвижен, плунжеры 11 шарнирно соединены с башмаками 10, которые зафиксированы в осевом направлении и при вращении плунжеров 11 с блоком скользят по кольцевой проточке наклонного диска 9. Угол наклона диска обычно не превышает ±18°. Распределение осуществляется диском 12. Подвод и отвод жидкости происходят через каналы в крышке 13. Ход поршня h и подача пропор­циональны углу наклона диска, который может изменяться с помощью гидравлического или ручного механического привода. Насосы этого типа отличаются простотой конструкции, высокой компактностью и могут создавать давление, превышающее 35 МПа. КПД этих насосов несколько ниже, чем у насосов с наклонным блоком. Оба вида насосов без существенных конструктивных изменений могут использоваться как гидромоторы.

Аксиально-поршневой насос типа НК-63 (рис. 22) с наклонным блоком приводится валом 1, установленным на двух радиально-осе-вых и одном радиальном подшипниках, смонтированных в корпусе 2. В ведущем диске вала в бронзовых вкладышах 16 завальцованы сферические головки шатунов 14 и ось 5 блока цилиндров. Другие концы шатунов шарнирно соединяются с поршнями 13. Крутящий момент блоку цилиндров 7 передается шатунами 14 через удлиненные юбки поршней 13. Ось 5 центрирует блок цилиндров относительно сферического распределительного диска 9, фиксированного пружин­ным кольцом и штифтом. Блок 7 прижимается к распределительному диску 9 пружиной 15, а после начала подачи - давлением масла в цилиндрах. В зазор между блоком цилиндров и распределительным диском поступает масло, отводимое затем через каналы в блоке 7. Смазка к сферическим головкам шатунов 14, оси 5 и подшипникам вала 1 подводится через осевые каналы.

Люлька 12 совместно с блоком цилиндров 7 при воздействии управляющего усилия на палец 6 отклоняется на угол, соответствую­щий значению подачи, поворачиваясь на подшипниках 3 и цапфах 4, закрепленных в корпусе 17 насоса. Насос, показанный на рис. 22, предназначен для работы без подпора на всасывании и является нереверсивным. Поэтому канал 11 в крышке 10 люльки сообщается с полостью корпуса, которая выполняет функцию подводящей камеры, а

Рис. 22. Аксиально-поршневой насос типа НК-бЗ

Рис. 23. Аксиально-поршневой насос с наклонным диском

дискомканал 8 через канал цапфы 4 соединяется с нагнетательным трубопро­водом. При наличии подпора на всасывании обе цапфы выполняются с каналами и насос работает как реверсивный. Насосы этого типа имеют подачу от 0,5 до 60 м3/ч при давлениях 20-32 МПа и частоте вращения 560-1450 об/мин.

Насосы с наклонным диском типа SPV (ПНР) (рис. 23) изготовляют­ся по лицензии фирмы "Викерс". Корпус насоса разъемный и состоит из передней 15 и задней 9 частей с крышками 17 и 3. Вал 19 и соединен­ный с ним шлицами блок цилиндров 28 вращаются в игольчатом подшипнике 31 и радиально-осевом сферическом подшипнике 16, полость которого уплотняется манжетой 18. В расточках блока цилинд­ров установлены девять плунжеров 26, шарнирно соединенных с наклонным диском 14. Соединение состоит из башмаков 21, охваты­вающих сферические головки плунжеров. Башмаки при вращении блока скользят по кольцевой опорной плите 20, установленной в расточке наклонного диска. Башмаки удерживаются в расточке плитой 13, которая в свою очередь стопорится пружинным кольцом 12. Смазы­вание трущихся поверхностей осуществляется через осевые каналы плунжеров 26.

Наклонный диск имеет нижнюю 23 и верхнюю цапфы и опирается через дистанционное кольцо 25 на скользящую вставку 24. Конец нижней цапфы выходит из корпуса и уплотняется манжетой в крышке 22. Верхняя цапфа (в разрез не попала) крестовой муфтой соединяется с четырехходовым следящим распределителем управления, установ­ленным на корпусе насоса. Поворот наклонного диска 14 вокруг вертикальной оси осуществляется сервоприводом, состоящим из двух пар поршней 6, с помощью вкладышей 5, шарнирно соединенных с шатунами 8, которые крепятся к наклонному диску посредством шаровых головок, вкладышей И и стопорных втулок 10. Поворот наклонного диска 14 происходит при подводе масла из системы управ­ления через следящий распределитель и каналы 2 в одну пару цилинд­ров 4. Другая пара через распределитель соединяется со сливом.

Подвод и отвод масла к блоку цилиндров происходят через каналы 1 и 30 и окна плоского распределительного диска 29, поджатие которо­го к блоку 28 в начальный период работы осуществляется пружинами 7, упирающимися в плавающие поршеньки 32 с отверстиями для подвода смазки к подшипнику 31.

Пробка 27 служит для спуска масла. В верхней части корпуса предусмотрена пробка для заливки масла в корпус насоса и выпуска воздуха.

Насосы этого типа имеют подачу до 20 м3/ч при давлениях до 25 МПа и частоте вращения от 720 до 1750 об/мин.