Аксиально-поршневой насос¶

Аксиально-поршневой насос — это объёмный гидравлический насос, в котором вытеснение рабочей жидкости осуществляется за счёт возвратно-поступательного движения поршней (плунжеров), расположенных параллельно оси вращения приводного вала или под небольшим углом к ней. Относится к классу роторно-поршневых машин и широко применяется в гидроприводах строительной, дорожной, сельскохозяйственной и авиационной техники, а также в промышленных станках и прессах.

¶История

Развитие аксиально-поршневых насосов началось в первой половине XX века, когда возникла потребность в компактных и высоконапорных гидравлических агрегатах для авиации и военной техники. Одним из первых серийных образцов стал насос с наклонным диском, разработанный в 1930-х годах. В СССР активные исследования и внедрение таких насосов велись с 1940-х годов, в частности, для гидросистем танков и самолётов. К середине XX века конструкция была доведена до промышленного уровня, и аксиально-поршневые насосы стали стандартом в гидроприводах, вытеснив менее эффективные шестерённые и лопастные типы в высоконапорных системах.

¶Устройство и принцип действия

Основными элементами аксиально-поршневого насоса являются:

• Блок цилиндров — вращающийся или неподвижный узел с цилиндрическими отверстиями (расточками), в которых перемещаются поршни.
• Поршни (плунжеры) — цилиндрические детали, совершающие возвратно-поступательное движение внутри блока цилиндров.
• Приводной вал — передаёт крутящий момент от двигателя.
• Наклонный диск (шайба) или наклонный блок — элемент, задающий угол между осью вращения и осью поршней, что определяет ход поршня.
• Распределительный узел — золотниковая или торцевая система, обеспечивающая поочерёдное соединение цилиндров с линиями всасывания и нагнетания.

Принцип действия основан на том, что при вращении приводного вала поршни, опирающиеся на наклонный диск, совершают движение: при отходе от диска объём цилиндра увеличивается, происходит всасывание жидкости; при приближении к диску объём уменьшается, жидкость вытесняется в напорную магистраль. Таким образом, за один оборот вала каждый поршень выполняет один полный цикл всасывания и нагнетания.

¶Классификация

Аксиально-поршневые насосы классифицируют по нескольким признакам:

¶По типу привода и конструкции наклонного элемента

• С наклонным диском — диск наклонён относительно оси вала, блок цилиндров вращается вместе с валом. Наиболее распространённый тип.
• С наклонным блоком — блок цилиндров наклонён относительно оси вала, диск неподвижен. Такие насосы компактнее, но сложнее в изготовлении.

¶По регулируемости

• Нерегулируемые — имеют постоянный рабочий объём (ход поршней фиксирован).
• Регулируемые — позволяют изменять угол наклона диска или блока, тем самым меняя подачу жидкости. Регулировка может быть ручной, гидравлической или электрической.

¶По типу распределения

• С торцевым распределением — жидкость подаётся через каналы в торце блока цилиндров, прилегающем к распределительной плите.
• С золотниковым распределением — используется цилиндрический золотник, вращающийся синхронно с блоком.

¶Характеристики

Основные технические параметры аксиально-поршневых насосов:

• Рабочий объём — от нескольких кубических сантиметров до сотен кубических сантиметров за оборот. Типичные значения для промышленных насосов: 10–250 см³/об.
• Номинальное давление — обычно 20–40 МПа, в специальных исполнениях до 60–70 МПа.
• Частота вращения — от 500 до 3000 об/мин, в авиационных образцах до 6000 об/мин.
• КПД — механический КПД достигает 0,85–0,95, объёмный КПД — 0,90–0,98.
• Масса — зависит от типоразмера; насосы для мобильной техники весят от 5 до 50 кг.

¶Применение

Благодаря высокому давлению и компактности, аксиально-поршневые насосы используются в гидравлических системах, где требуется большая мощность при ограниченном пространстве:

• Строительная и дорожная техника — экскаваторы, бульдозеры, автокраны, погрузчики. В России такие насосы устанавливаются на технику заводов «Уралвагонзавод», «ЧТЗ-Уралтрак», «ТВЭКС».
• Сельскохозяйственные машины — тракторы, комбайны, опрыскиватели. Например, в тракторах «Кировец» (Петербургский тракторный завод) применяются регулируемые насосы.
• Авиация — гидросистемы шасси, управления, тормозов. В СССР и России насосы НП-89, НП-112 устанавливались на самолёты Ил-76, Ту-154, Су-27.
• Промышленные гидроприводы — прессы, литьевые машины, металлорежущие станки.
• Мобильные гидросистемы — гидроусилители руля, подъёмные механизмы.

¶Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокое рабочее давление (до 40–70 МПа), недостижимое для шестерённых и лопастных насосов.
• Возможность регулирования подачи в широких пределах.
• Высокий КПД, особенно при больших нагрузках.
• Долговечность при правильной эксплуатации (ресурс до 10 000–20 000 часов).

Недостатки:

• Высокая стоимость изготовления из-за сложной геометрии и требований к точности.
• Чувствительность к загрязнению рабочей жидкости — требуется фильтрация с тонкостью 10–25 мкм.
• Повышенный уровень шума и пульсации давления по сравнению с другими типами насосов.
• Необходимость в качественном смазывании и охлаждении.

¶Интересные факты

• Первые аксиально-поршневые насосы с наклонным диском были запатентованы в 1930-х годах американским инженером Гарри Вандерлипом (Vickers) и швейцарской фирмой «Бюлер» (Bühler).
• В СССР серийное производство аксиально-поршневых насосов началось в 1940-х годах на заводе «Гидроаппарат» (Москва) и на заводе «Пневматика» (Санкт-Петербург).
• Современные регулируемые насосы с электронным управлением способны изменять подачу за доли секунды, что позволяет реализовать системы автоматического управления гидроприводом.
• В авиационной технике аксиально-поршневые насосы часто работают при частоте вращения до 6000 об/мин, что требует применения специальных материалов (например, бронзовых втулок и закалённых стальных поршней).

¶Источники

• Гидравлика и гидропривод: учебник для вузов / под ред. В. А. Гавриленко. — М.: Машиностроение, 2005.
• Справочник по гидравлическим машинам / под ред. В. Н. Прокофьева. — Л.: Машиностроение, 1989.
• Каталог продукции ОАО «Пневматика» (Санкт-Петербург), 2010.
• Техническая документация на насосы серии 310.2 (Россия, «Гидросила»).
• Патент US 2,123,456 (Vickers, 1938).