Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шестереночный двигатель что это

Эволюция ГРМ: шестерни, цепь и ремень

Два слова о ГРМ

Клапанный механизм газораспределения, сокращенно ГРМ, — это то, без чего четырехтактный двигатель существовать в принципе не может. Он открывает впускные клапана, впуская воздух или горючую смесь в цилиндры на такте впуска, открывает выпускные на такте выпуска и надежно запирает горящую в цилиндре смесь во время рабочего хода. От того, насколько хорошо он обеспечивает «дыхание» мотора — подачу воздуха и выпуск отработавших газов — зависит и мощность, и экологичность мотора.

Клапаны открывают и закрывают своими кулачками распределительные валы, а крутящий момент на них передается с коленвала, в чем, собственно, и состоит задача привода ГРМ. Сегодня для этого используют цепь или ремень. Но так было не всегда…

Старый добрый нижний распредвал

В начале ХХ века проблем с приводами распредвала не было — его раскручивали обычные шестерни, а к клапанам от него шли штанги толкателей. Клапаны располагались тогда сбоку, в «кармане» камеры сгорания, прямо над распределительным валом, и открывались-закрывались штангами. Потом клапаны стали ставить один напротив другого, чтобы уменьшить объем и площадь поверхности этого «кармана» — в результате неоптимальной формы камеры сгорания моторы имели повышенную склонность к детонации и плохой термический КПД: много тепла уходило в стенки головки блока цилиндров. И наконец, клапаны перенесли в область прямо над поршнем, и камера сгорания стала совсем небольшой и почти правильной формы.

Расположение клапанов сверху камеры сгорания и привод клапанов более длинными толкателями (так называемая схема OHV), предложенные еще в начале ХХ века Дэвидом Бьюиком, оказались самыми удобными. Такая схема вытеснила варианты моторов с боковыми клапанами в гоночных конструкциях уже к 1920 году. Например, именно она применяется в знаменитых двигателях Chrysler Hemi и моторах Corvette и в наше время. А моторы с боковыми клапанами могут помнить водители ГАЗ-52 или ГАЗ-М-20 «Победа», где данная схема применялась в двигателях.

И ведь так удобно все это было! Конструкция очень проста. Распредвал, оставаясь внизу, находится в блоке цилиндров, где прекрасно смазывается разбрызгиванием масла! Даже штанги и кулачки рокеров с регулировочными шайбами можно оставить снаружи при необходимости. Но прогресс не стоял на месте.

Почему отказались от штанг?

Проблема — в лишнем весе. В 30-е годы скорость вращения гоночных моторов на земле и авиационных моторов на самолетах достигла величин, при которых появилась необходимость облегчить механизм газораспределения. Ведь каждый грамм массы клапана вынуждает увеличивать и силу пружин, которые его закрывают, и прочность толкателей, через которые распредвал жмет на клапан, в результате потери на привод ГРМ быстро возрастают при увеличении оборотов мотора.

Выход был найден в переносе распределительного вала наверх, в головку блока цилиндров, что позволило отказаться от простой, но тяжелой системы с толкателями и значительно уменьшить инерционные потери. Поднялись рабочие обороты мотора, а значит, увеличилась и мощность. Например, Роберт Пежо создал в 1912 году гоночный двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распредвалами. С переносом распределительных валов наверх, в головку блока, возникала и проблема их привода.

Первым решением было ввести промежуточные шестерни. Существовал, скажем, вариант с приводом дополнительным валом с коническими шестернями, как, например, на всем танкистам знакомом двигателе В2 и его производных. Такая схема применялась и на уже упомянутом моторе Peugeot, авиамоторах Curtiss К12 образца 1916 года и Hispano-Suiza 1915 года.

Еще одним вариантом стала установка нескольких цилиндрических шестерен, например в двигателях болидов Формулы-1 периода 60-х годов. Удивительно, но «многошестеренная» технология находила применение и совсем недавно. Например, на нескольких модификациях дизельных 2.5-литровых моторов Volkswagen, ставившихся на Transporter T5 и Touareg — AXD, AXE и BLJ.

Почему пришла цепь?

У шестеренчатого привода было много «врожденных» проблем, главная из которых — шумность. Помимо того, шестерни требовали точной установки валов, расчета зазоров и взаимной твердости материалов, а также — муфт гашения крутильных колебаний. В общем, конструкция при кажущейся простоте была мудреной, а шестерни — отнюдь не «вечными». Нужно было что-то другое.

Когда впервые применили цепь для привода ГРМ, точно неизвестно. Но одной из первых массовых конструкций был двигатель мотоцикла AJS 350 с цепным приводом в 1927 году. Конструкция оказалась удачной: цепь не только была тише и проще в устройстве, чем система валов, но и снижала передачу вредных крутильных колебаний за счет работы своей системы натяжения.

Как ни странно, цепь не нашла применения в авиационных моторах, и в автомобильных появилась значительно позже. Сначала она появилась в приводе нижнего распредвала вместо громоздких шестерен, но постепенно стала набирать популярность и в приводах с верхними распредвалами, однако особенно стала актуальна, когда появились моторы с двумя распредвалами. Например, цепью приводился ГРМ в двигателе Ferrari 166 1948 года и в поздних версиях мотора Ferrari 250, хотя ранние варианты его имели привод коническими шестернями.

В массовых моторах нужды в цепном приводе долго не возникало — до 80-х годов. Маломощные двигатели выпускались с нижним распредвалом, и это не только «Волги», но и Skoda Felicia, Ford Escort 1.3 и множество американских машин — на V-образных моторах штанги-толкатели стояли до последнего. А вот на высокофорсированных моторах европейских производителей цепи появились уже в 50-е годы и до конца 80-х оставались преобладающим типом привода ГРМ.

Как появился ремень?

Примерно тогда же у цепи появился опасный конкурент. Именно в 60-е развитие технологий позволило создать достаточно надежные зубчатые ремни. Хотя вообще-то ременная передача — одна из старейших, она использовалась для привода механизмов еще в античности. Развитие станочного парка с групповым приводом механизмов от паровой машины или водяного колеса обеспечило развитие технологий производства ремней. Из кожаных они стали текстильными и металлокордными, с применением нейлона и других синтетических материалов.

Первый случай использования ремня в приводе ГРМ относят к 1954 году, когда в гонках SCCA победил Devin Sports Car конструкции Билла Девина. Его мотор, согласно описанию, имел верхний распредвал и привод зубчатым ремнем. Первой же серийной машиной с ремнем в приводе ГРМ считается модель Glas 1004 1962 года небольшой немецкой компании, позднее поглощенной BMW.

В 1966 году, Opel/Vauxhall начал производство массовых моторов серии Slant Four с ремнем в приводе ГРМ. В том же году, несколько позже, появились моторы Pontiac OHC Six и Fiat Twincam, тоже с ремнем. Технология стала по-настоящему массовой.

Причем мотор от Fiat чуть было не попал на наши» Жигули»! Рассматривался вариант его установки вместо нижневального мотора Fiat-124 на будущий ВАЗ 2101. Но, как известно, старый мотор просто переделали под верхние клапаны, а в качестве привода поставили цепь.

Как видно, сначала ремень использовался исключительно на недорогих моторах. Ведь его основными преимуществами была низкая цена и малая шумность привода, что актуально для небольших машин, не обремененных шумоизоляцией. Но его нужно было регулярно менять и следить, чтобы на него не попадали агрессивные жидкости и масло, причем интервал замены уже тогда был немаленьким и составлял 50 тысяч километров.

Читать еще:  Датчик оборотов двигателя вектор 410

И все же славу не слишком надежного способа привода ГРМ он получить успел. Ведь достаточно было погнуться одной шпильке или выйти из строя одному ролику, как его ресурс снижался в разы.

Серьезно снижало ресурс и замасливание — тут не всегда помогал даже герметичный кожух, ведь моторы тех лет имели весьма примитивную систему вентиляции картерных газов и масло все равно попадало на ремень.

Впрочем, все нюансы применения некачественных ремней ГРМ у нас знакомы владельцам переднеприводных ВАЗ. Мотор 2108 разрабатывался как раз в 80-е, на пике увлечения ремнями. Тогда их стали ставить даже на большие моторы вроде ниссановского RB26, и надежность лучших образцов была на уровне. С тех пор споры о том, что лучше — цепь или ремень, не утихают ни на минуту. Будьте уверены, прямо сейчас, пока вы читаете эти строки, на каком-нибудь форуме или в курилке два апологета разных приводов спорят до полного изнеможения.

В следующей публикации я подробно разберу все плюсы и минусы цепных и ременных приводов. Оставайтесь на связи!

Типы гидромоторов.

Пластинчатые гидромоторы

Пластинчатый гидромотор предназначен для применения в реверсивных регулируемых и нерегулируемых гидроприводах, в которых требуются частые включения, автоматическое и дистанционное управление.

Шестеренный гидромотор

Шестеренчатый гидромотор (обозначается ГМШ), как и насос шестеренного типа работает по принципу зацепления двух шестерен, только в обратном направлении. При подаче жидкости на шестерни, они начинают вращаться и таким образом приводят в движение вал.

Гидромотор ГМШ используется в составе привода навесного оборудования спецтехники. Он устанавливается в самосвалах, различных погрузчиках, в составе рабочих станков и др.

Радиально поршневой гидромотор

Радиально поршневой гидромотор, как и пластинчатый насос может быть однократного и многократного действия.

В однократных гидромоторах за один оборот вала происходит один полный цикл работы, представляющий собой процесс всасывания и процесс нагнетания. Такие агрегаты применяются в механизмах, где требуется большое давление и большие крутящие моменты. К примеру, в поворотных механизмах или устанавливаются в приводах шнеков для перекачивания различных взвесей, таких как бетон или глина.

Радиальный гидромотор многократного действия за один оборот вала совершает несколько полных циклов работы – несколько процессов всасывания и процессов нагнетания.

Такие агрегаты устанавливаются в приводах конвейеров, в мобильной или стационарной технике, которая должна работать в условиях тяжелых нагрузок.

Аксиально поршневой гидромотор

Конструктивно такой поршневой гидромотор состоит из нескольких цилиндров, расположенных параллельно вокруг оси блока или под углом к ней. Цилиндры входящие в состав агрегата при работе вращаются синхронно с валом, таким образом если они выдвигаются из поршня, то жидкость всасывается, кога они задвигаются обратно – жидкость нагнетается в магистраль.

Аксиально поршневой гидромотор входит в состав строительной техники, а так же используется в конструкции сельскохозяйственных, буровых и промышленных машин.

К достоинствам такого типа гидромотора относится наличии функции реверсного хода, позволяющая обеспечить движение в обратную сторону.

Героторный гидромотор

Героторный гидромотор является вариацией шестеренчатых агрегатов с внутренним зацеплением. Такая конструкция позволяет создавать большие крутящие моменты при очень скромных габаритных размерах. Другое название это типа оборудования — планетарный гидромотор МГП.

Принцип работы состоит в следующем: во входной патрубок подается жидкость, которая приводит в движение внешнюю шестерню.

Внешняя шестерня вращает внутреннюю, закрепленную на карданном валу, затем жидкость уходит в слив. Таким образом внутренняя шестерня вращает вал, а вместе с ним привод двигателя.

Планетарный гидромотор МГП работает на минеральном масле и в отличии от других типов оборудования этого класса хорошо работает при отрицательной температуре. Героторный гидромотор используется в дорожной и лесной технике, а так же в сельскохозяйственных машинах.

Регулируемые и нерегулируемые виды

Гидромоторы, как и насосы пластинчатого типа, подразделяются на регулируемые и нерегулируемые.

Регулируемые модели широко используются в объемных приводах машин, так как обеспечивают возможность управления широким диапазоном рабочего объема.

Конструктивно регулируемые гидромоторы изготавливаются только однократного действия, агрегаты многократного действия выполняются только как нерегулируемые.

Устройство гидромотора и принцип работы.

Работа гидромотора выглядит следующим образом. Рабочая жидкость из отверстия 1 попадает в подковообразный канал 3 корпуса 2, откуда через окно 4 переднего диска 5 попадает на пластины 6 ротора 7.

При этом ротор 7 вместе с валом 8 поворачивается в направлении против часовой стрелки, если смотреть со стороны вала.

Слив рабочей жидкости происходит через окна 35 в кольцевом выступе 34 заднего диска 12 и далее через отверстие 16 крышки 13.

Вал гидромотора 8 вращается в двух шарикоподшипниках 9. На валу привода 8 на шлицах расположен ротор 7.

В пазах ротора 7 перемещаются пластины 6, оставаясь постоянно прижатыми к внутренней поверхности статора 10.

Первоначальный прижим пластин 6 к статору 10 осуществляется при помощи пружин 11, выполненных в виде коромысла, причем каждая пружина прижимает пару пластин, расположенных под углом в 90 градусов одна по отношению к другой.

Таким образом при вращении ротора насколько одна пластина выходит из паза, настолько другая входит в паз ротора, и, следовательно, пружина в процессе работы гидромотора не деформируется.

Ротор 7 вращается между двумя стальными распределительными дисками: передним диском 5 со стороны корпуса 2 и задним диском 12 со стороны крышки 13.

Кольцевые выступы 33 и 34 одинакового диаметра в заднем диске 12 входят по скользящей посадке в отверстие крышки 13. Полость 17 за задним диском 12 соединена с напорной магистралью отверстиями 18, 19, 25-27 и 29 и пазами 20 в заднем диске 12.

Пазы 20 расположены напротив окон 4 переднем диске 5, соединенных с каналом 3 в корпусе 2, в который выходит отверстие 1, сообщающееся с напорной магистралью.

Автоматический прижим заднего диска 12 достигается созданием давления в полости 17. Первоначальный прижим заднего диска 12 осуществляется тремя пружинами 21.

Под действием давления рабочей жидкости, поступающей со стороны отверстия 29, золотник 22 отодвигается до упора в пробку 23, так как полость с другой стороны золотника 22 соединена отверстием 24 с полостью 14, сообщающейся со сливной магистралью отверстием 16 в крышке 13.

Из полости 17 давление передается через отверстия 27 и 36 в полости 28 и прижимает пластины 6 к статору 10.

Для изменения направления вращения вала гидромотора рабочая жидкость подается под давлением в отверстие 16, а отверстие 1 соединяется со сливной магистралью.

При этом золотник 22 давлением рабочей жидкости через отверстие 24 отодвигается до упора в пробку 15, так как отверстия 29, 18 и 19 и пазы 20 сообщаются со сливной магистралью через окна 4 переднего диска 5 и подковообразный канал 3 корпуса 2.

Когда золотник отодвинут до упора в пробку 15, давление рабочей жидкости передается из отверстия 24 через отверстия 26 и 27 в полость 17 за задним диском 12 и в полости 28 под пластинами 6.

Давление в полости 28 под пластинами 6 передается также через отверстия 36.

От наружных утечек по валу привода гидромотора 8 предохраняет манжета 30 из маслостойкой резины. Через отверстие 31 происходит слив протечек из корпуса 2.

Уплотнение между корпусом 2 и крышкой 13, а также по наружному диаметру статора 10, достигается с помощью резинового кольца 32. Некоторые конструкции гидромотора в качестве уплотнения используют сальник.

Конструктивно, такие агрегаты делятся на:
радиальный гидромотор (создает давление до 30 МПа)
аксиально поршневой гидромотор (создает давление до 45 МПа)

Читать еще:  Двигатель 1sz заводиться и глохнет

Технические характеристики

Основные технические характеристики гидромоторов это мощность на валу, крутящий момент, создаваемое давление и частота оборотов.

Крутящий момент гидромотора представляет собой один из ключевых параметров работы оборудования. Он характеризует силу вращения вала двигателя и определяется по формуле.

где: Δp – перепад давлений между входом и выходом,
q – рабочий объем гидромотора.

Мощность гидромотора, показывает количество энергии которое он затрачивает в единицу времени и определяется по формуле:

где М — крутящий момент на валу мотора
ω — угловая скорость

Установка и подключение

Подключение вала гидромотора к валу привода должно производиться через упругую муфту. Соединительная муфта в этом случае устанавливается на вал только с помощью болтов или резьбового отверстия. Устанавливать муфту ударным способом запрещено.

Установка гидромоторы может быть выполнена в любом положении. Но при монтаже необходимо предусмотреть отвод масла в дренажную линию.

При установке гидромотора следует обратить внимание на всасывающую линию. У гидромашин с подпиткой на всасывании должен быть обеспечен необходимый подпор рабочей жидкости. Величина такого подпора указывается в технической документации.

Диаметр подводящего трубопровода должен быть больше или равным диаметру всасывающего патрубка гидромотора.

Если в конструкции гидромашины предусмотрены дренажные отверстия, то при подключении их необходимо открыть и прочистить. По аналогии со всасывающей линией, дренажный трубопровод должен быть больше или такого же диаметра, как и дренажный патрубок гидромотора.

Дополнительно рекомендуется устанавливать предохранительный клапан, который защитит гидромотор от перегрузок.

Ремонт гидромоторов

При работе гидромотора могут возникать некоторые неисправности. В этом разделе приведены возможные неисправности требующие ремонт гидромотора и способы устранения.

Треск при работе гидромотора под нагрузкой может возникнуть при поломке пружин, прижимающих пластины к внутренней поверхности статора, или застревании пластин в пазах ротора.

Для устранения этой неисправности необходимо заменить сломанные пружины новыми, а затем проверить легкость перемещения пластин в пазах ротора, если пластина ходит туго её нужно притереть.

Течь по валу гидромотора может быть вызвана повреждением уплотнения. Для устранения течи следует заменить уплотнение.

Повышенные утечки через дренажное отверстие могут вызываться следующими причинами:
поломкой пружин, прижимающих задний диск к статору;
застреванием золотника, расположенного в центральном отверстии заднего диска;
заклиниванием заднего диска в расточке крышки.

Для устранения таких неисправностей необходимо соответственно:
заменить сломанные пружины новыми;
промыть или, в случае необходимости притереть золотник;
промыть задний диск и крышку.

При вскрытии гидромотора необходимо соблюдать осторожность, приняв меры к тому, чтобы детали после разборки были установлены на свое место.

Аксиально поршневой гидромотор используются в тех случаях, когда необходимо получить высокие скорости вращения вала, а радиально-плунжерные — когда необходимы небольшие скорости вращения при большом создаваемом моменте вращения.

Например, для поворота башни автомобильного крана используются радиально-плунжерные гидромоторы. В станочных гидроприводах широко распространены пластинчатые гидромоторы.

В бытовых счётчиках расхода воды также используются небольшие гидромоторы.

На сегодняшний день гидромоторы широко используются для автоматизации производственных процессов, такие агрегаты активно используются в области сельского хозяйства.

Гидромоторы используются в нефтегазовой и космической отраслях, применяются для оснащения строительной техники, например автокранов, работают в составе автомобильного транспорта.

Принцип действия

Шестерённый насос с внешним зацеплением работает следующим образом. Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого из гидробака в полость всасывания поступает рабочая жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок колодцев в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания ничтожен. Смазка движущихся элементов насоса производится перекачиваемой жидкостью (масло, расплав полимера и др.), для поступления смазывающей жидкости к зонам трения конструкцией насоса предусматриваются специальные каналы в корпусных деталях насоса.

Проблема запертого объема

Немаловажной проблемой в эксплуатации шестеренного насоса, считается проблема запертого объема. Так как жидкости плохо подвергаются сжатию, и возникновение запертых объемов может серьёзно препятствовать работе гидромашины. Это происходит в следствии высокого момента сопротивления. Дабы решить эту проблему, на шестернях делают специальные канавки отвода жидкости, по которым избыточный объем уходит в зону всасывания или нагнетания.

Насосы с внешним зацеплением

Такие устройства являются более распространенными. Шестерни не расположены одна внутри другой, а располагаются напротив друг друга, и их вращение происходит равномерно в абсолютно противоположные стороны. Электрический двигатель приводит в работу вал с ведущей шестеренкой. Она начинает вращаться. А благодаря ей свою работу начинает ведомая шестеренка.

В рабочей камере появляется минимальное свободное пространство между зубьев шестерен, при вращении в зоне всасывания появляется вакуум. В том месте, где зубья шестерен зацепляются друг за друга, появляются запертые объемы. Это приводит к образованию большого объема сопротивления по причине небольшой сжимаемости рабочей жидкости. Это является одной из наиболее острых проблем производителей насосов, с которой они пытаются бороться на протяжении многих лет.

С шестеренчатым приводом ГРМ

ДВС с приводом клапанов посредством вращения шестерней достаточно умная задумка инженеров. Если конструкция будет собрана из качественных комплектующих, что исключит возможность появления люфта в процессе эксплуатации, то шестерни прослужат гораздо дольше, чем ремень и обрыва ждать не от чего, а значит такие двигатели более долговечны. Однако привести в движение массивные шестерни сложнее, значит и экономичность значительно упадет и производительность двигателя будет снижена.

Основы гидравлики

Шестеренные насосы являются объемными роторными гидромашинами с вытеснителями в виде зубчатых колес. Из всех роторных насосов они имеют наиболее простую конструкцию.

Шестеренные насосы бывают с внешним и внутренним зацеплением. В насосах с внешним зацеплением, получивших наибольшее распространение, при вращении шестерен жидкость, заключенная во впадинах шестерен, переносится из полости всасывания в полость нагнетания и затем выдавливается в напорную линию зубьями шестерен, вступающими в зацепление. Число зубьев у шестерен принимают обычно равным 6…12.
В полости всасывания зубья выходят из зацепления, и освобождаемый объем заполняется жидкостью. Процесс имеет циклический характер и повторяется непрерывно с вращением шестерен.

Величина объемного КПД шестеренного (зубчатого) насоса в основном зависит от утечек жидкости через зазоры, образованные головками зубьев и корпусом насоса, а также между торцовыми поверхностями шестерен и боковыми стенками насоса.
Кроме того, дополнительно возникают утечки по линии контакта зубьев. Максимально объемный КПД таких насосов не превышает 0,8…0,95. Для уменьшения утечек стремятся подогнать сопрягаемые детали насоса и сделать минимальными зазоры между шестернями и корпусом насоса. При изготовлении зубьев с высокой точностью утечки по линии их контакта могут быть сведены к нулю.
Шестеренные насосы с внутренним зацеплением применяют значительно реже, чем насосы с внешним зацеплением из-за высоких требований к точности изготовления. Основное их преимущество в сравнении с шестеренными насосами внешнего зацепления – компактность.

Перечисляя технические особенности шестеренных насосов, стоит отметить, что в такого рода насосах применяются только прямозубые шестерни.

Читать еще:  Электрическая схема инжекторного двигателя уаз

Преимущества и недостатки шестеренных насосов

Зубчатым (или шестеренным) насосам присущи все достоинства и недостатки объемных насосов, которые описаны здесь. Отдельно следует отметить, что шестеренные насосы — самые простые по конструкции и самые дешевые из объемных насосов. Они отличаются компактностью, высокой надежностью работы, относительно высоким КПД (до 80%) , низкими требованиями к очистке рабочей жидкости (насосы работоспособны, если тонкость фильтрации не хуже 100 мкм) .
В этих машинах отсутствуют элементы, подверженные неуравновешенному действию центробежных сил или движущиеся с ускорением, что позволяет эксплуатировать их при частоте вращения до n = 30 с -1 .

С технической точки зрения очень удобным является то, что большинство шестеренных насосов не нуждаются в смазке, так как роль её выполняет рабочая жидкость.

Существенный недостаток шестеренных насосов – пульсация жидкости на выходе, вызываемая конструктивными особенностями зубчатого зацепления. Пульсация потока приводит к пульсации давления и повышенному шуму (до 90 дБ) .
Кроме того, при работе шестеренных насосов возникает большая по величине и постоянная по направлению нагрузка на опоры шестерен, вызванная разностью давлений в напорной и всасывающей камерах. Эта сила вызывает повышенное изнашивание опор, что снижает долговечность насоса.

Полный КПД большинства шестеренных насосов обычно не превышает 0,6…0,75, эта величина является наименьшей по сравнению с полным КПД объемных насосов других типов.
Кроме того, шестеренные насосы характерны небольшим сроком службы при работе с высоким давлением. Поэтому их рекомендуется применять в тех гидромашинах и гидроприводах, где величина КПД не имеет существенного значения.

Область применения шестеренных насосов

Шестеренные насосы применяют в приводах технологического оборудования при сравнительно небольших давлениях (до 2,5 МПа) . Такие насосы применяются чаще всего для перекачивания вязких жидкостей: масла, нефти, мазута, дизельного топлива, легко застывающих жидкостей (например, битума, парафина или вискозы) , не содержащих механических примесей. Они широко распространены в машиностроении, нефтяной и химической промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве, строительстве.

Принцип работы шестеренного насоса

Простейший шестеренный насос состоит из пары одинаковых шестерен — ведущей и ведомой, находящихся в зацеплении и помещенных в корпусе насоса (статоре) с малыми торцовыми и радиальными зазорами. Ведущая шестерня приводится во вращение двигателем.
При вращении шестерен жидкость, заполняющая впадины между зубьями, перемещается из полости всасывания в полость нагнетания. Так как крышка корпуса насоса достаточно плотно прилегает к торцам шестерен, то жидкость выжимается из впадин, когда зубья входят в зацепление на противоположной нагнетательной стороне насоса. Перетеканию жидкости в обратном направлении препятствует плотное сцепление зубьев шестерен.

Вследствие разности давлений на всасывающей и нагнетательной сторонах шестерни подвергаются воздействию радиальных сил, что может привести к заклиниванию ротора. Чтобы предотвратить чрезмерное увеличение давления в области нагнетания и образование вакуума на противоположной стороне при отходе зуба из впадин, в корпусе насосов выполняют разгрузочные каналы для выравнивания давления. Для этих же целей могут служить каналы и в роторных шестернях, полученные сверлением отверстий во впадинах зубьев.
В насосах высокого давления (свыше 10 МПа) торцовые зазоры уплотнены специальными «плавающими» втулками, которые прижимаются к шестерням при повышенном давлении. Для повышения давления жидкости применяют многоступенчатые шестеренные насосы, в которых подача каждой последующей ступени меньше подачи предыдущей. Они развивают давление до 20 МПа.

Шестеренный (или зубчатый) насос, представленный на рис. 1 , состоит из корпуса 1 , в цилиндрических расточках которого с минимальными радиальными зазорами располагаются зубчатые колеса 2 и 3 . Корпус закрыт с двух сторон крышками.
Рабочие камеры всасывания В и нагнетания H образованы поверхностями корпуса, крышек и зубчатых колес. Одно из колес приводится во вращение от приводного электродвигателя, второе вращается за счет зубчатого зацепления (является ведомым) .

При вращении шестерен зубья выходят из зацепления в камере В , освобождающиеся впадины увеличивают объем камеры, что приводит к образованию в ней вакуума рвак .
За счет разности давлений в баке насосной станции ( рa > рвак ) и камере В жидкость заполняет освободившийся объем – происходит процесс всасывания.
Во впадинах вращающиеся шестерни переносят масло из камеры В в камеру нагнетания Н .

При входе зубьев в зацепление жидкость вытесняется из впадин под избыточным давлением ризб в напорную линию привода или системы – происходит процесс нагнетания.

Теоретическую производительность шестеренного насоса определяют по формуле:

где: m , z , b – модуль, число зубьев, ширина венца ведущего зубчатого колеса;
n – частота вращения вала насоса.

Анализ формулы (1) показывает, что производительность (подачу) данного насоса можно изменить только за счет регулирования частоты вращения вала приводного двигателя, следовательно, сам по себе шестеренный насос представляет собой нерегулируемую гидравлическую машину.

Условные обозначения и маркировка шестеренных насосов

Буквенные и цифровые обозначения в маркировке шестеренных насосов означают следующее:

  • НШ – насос шестеренный;
  • М – для работы с маслами;
  • Г – насос с обогревом (охлаждением) корпуса;
  • Ф – насос фланцевого крепления (если буквы нет – насос на лапах) .

Группы цифр и чисел, проставляемые через дефис:

  • Первая группа цифр — подача насоса в литрах за 100 оборотов;
  • Вторая группа цифр — максимальное давление, развиваемое насосом, кгс/см 2 ;
  • Третья группа цифр — подача насоса в установке (агрегате) , м 3 /час;
  • Четвертая группа цифр (обозначаемая через дробь) — давление на выходе из насоса в агрегате, кгс/см 2 .

После цифровых групп может присутствовать буквенное обозначение материала, из которого изготовлена проточная часть (корпус) насоса:

  • Ю — алюминий и его сплавы;
  • Б — бронза;
  • К — нержавеющая сталь;
  • Если буквенного обозначения материала в маркировке нет, значит проточная часть выполнена из чугуна.

Шестеренные насосы выпускают как правого, так и левого вращения, о чем есть указание на их корпусах знаками «Правый» или «Левый» (или буквами «Л», «П») .

Кроме перечисленных выше обозначений насосов в их маркировке могут присутствовать и некоторые другие знаки, поясняющие конструктивные особенности.

В конце маркировки обычно проставляются технические условия на изготовление насоса.

Пример маркировки шестеренного насоса:

НМШГФ 0,6-25-0,25/25 Ю ТУ26-06-1558-89

здесь:
НМШГФ — насос масляный шестеренный с обогревом корпуса и фланцевым креплением;
0,6 — подача насоса в литрах на 100 оборотов;
25 — наибольшее давление насоса, кгс/см 2 ;
0,25 — подача насоса в агрегате, м 3 /ч;
25 — давление на выходе из насоса в агрегате, кгс/см 2 ;
Ю — материал проточной части насоса — алюминиевый сплав;
ТУ 26-06-1558-89 — обозначение технических условий.

В технических и графических характеристиках масляных насосов могут применяться следующие условные обозначения:

  • Q — подача, м 3 /час;
  • Р — давление насоса в агрегате, кгс/см 2 ;
  • N — мощность насоса, кВт;
  • n — частота вращения, об/мин;
  • η — КПД, %;
  • HВ — вакуумметрическая высота всасывания, м.

Надёжность шестеренного насоса во многом обеспечена использованием предохранительного клапана. Срабатывая, он должен обеспечивать сброс лишнего давления.
Предел срабатывания клапана устанавливается производителем и указывается в сопроводительной документации. Наиболее часто устанавливаемый предел срабатывания составляет примерно 1,5 величины рабочего давления насоса.

Основные характеристики шестеренных насосов

В таблице ниже приведены основные рабочие характеристики некоторых типов шестеренных насосов, часто применяющихся в машиностроении. Здесь же приведены параметры приводных двигателей для этих насосов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector