Насоси НШ: види, пристрій

Шестеренні насоси

Шестеренні насоси – найпоширеніші в системах об'ємного гідроприводу. Вони застосовуються в багатьох гідросистемах низького і середнього тиску на мобільній техніці та промисловому обладнанні. Вони діляться на два типи – насос зовнішнього і внутрішнього зачеплення.



Рис. 1. Схеми зовнішнього зачеплення і розподіл радіальних навантажень

На рис. 1 показані схеми зовнішнього зачеплення шестеренчатого насоса і розподіл радіальних навантажень від дії гідравлічних сил в результаті наростання тиску від лінії всмоктування до області подачі робочої рідини в гідросистему.

Насоси НШ зовнішнього зачеплення представляють зубчасту пару з двох однакових шестерень, що обертається в корпусі. Ведуча шестерня жорстко пов'язана з приводним валом (вал-шестірня), ведена – встановлена на осі вільно.

Шестерні охоплюються внутрішніми циліндричними поверхнями корпусу. Зазори між шестернями і бічними стінками, а також між зубами і внутрішніми циліндричними поверхнями корпусу завжди мінімальні.

Вони повинні забезпечувати безперешкодне обертання шестерень при перепаді температур робочої рідини від мінус 30-40 С до плюс 80-90 С і в той же час мінімізувати витоку.

При обертанні шестерень робоча рідина з усмоктувальної порожнини потрапляє під западини між зубів, тобто простір, обмежений двома зубами шестерні, бічними стінками і внутрішньої циліндричною поверхнею корпусу.

Ці об'єми рідини обидві шестерні переміщують з усмоктувальної порожнини агрегату в нагнітати. При вході в зачеплення в нагнітаючої порожнини зуб провідної шестерні занурюється в западину веденої.

У цей момент робоча рідина витісняється із западини і направляється в гідравлічну систему. Потім, у свою чергу, зуб веденої шестерні занурюється в западину ведучої, і нова порція робочої рідини спрямовується в гідросистему.

За один оборот приводного вала всі зуби обох шестерень входять в зачеплення і витісняють певні порції робочої рідини, сума яких становить величину робочого об'єму даного агрегату. В процесі зачеплення зубів невелика кількість рідини замикається в їх «мертвих обсягах».

Постійно відбувається короткочасний занедбаність тиску в локальних точках, який негативно впливає на ресурс агрегату і інші його характеристики. Разом з тим порційне витіснення рідини є причиною пульсацій її подачі в гідросистему і крутного моменту, що відбирається у первинного двигуна.

При обертанні шестерень тиск робочої рідини в западинах зубів зростає по мірі наближення їх до нагнітаючої порожнини. В результаті виникають значні гідравлічні радіальні сили, що діють на вали шестерень.

Характер нерівномірного розподілу радіальних сил показаний на рис. 1. З цієї причини найбільш навантаженим вузлом шестеренчатого насоса є його підшипники. Типова конструкція зовнішнього зачеплення показана на рис. 2.



Рис. 2. Агрегат зовнішнього зачеплення

Прямозубое зачеплення шестерень характеризується прямолінійним контакту робочих поверхонь по всій ширині зуба. При неточному виготовленні шестерень виникає поштовхоподібний рух веденої шестерні, яке призводить до підвищеного шуму і підвищення зношування робочих поверхонь.

Ці недоліки успішно усуваються в насосах з косозубими шестернями. У них вхід в зачеплення зубів і вихід з нього відбуваються поступово. Завдяки цьому зменшується вплив похибок в профілі зуба і досягається плавна, малошумна робота механізму.

При косозубом зачепленні пульсація подачі і крутного моменту, а також замикання рідини в западинах значно нижче, ніж у прямозубих аналогів. Кут нахилу зубів зазвичай становить 7-10°.

При таких параметрах зсув зубів по колу на торцях шестерень становить половину кроку. Однак при роботі косозубих шестерень виникають осьові зусилля, які притискають шестерні до торців корпусу.



Рис. 3. Насос з косими зубцями

На рис. 3 показаний типовий насос НШ з косими зубами, а на рис. 4 – його аналог з зубами спеціального профілю, який дозволяє істотно знизити шум і підвищити плавність роботи.

Шестеренні насоси зовнішнього зачеплення мають дуже широку гаму виконань. Їх робочі об'єми становлять від 0,16 до 200 см3, а розвивається тиск – до 20,0 МПа. З невеликими робочими об'ємами такі насоси здатні розвивати робочий тиск до 28,0 МПа.



Рис. 4. Гідронасос з косими зубами спеціального профілю

Шестеренні насоси випускаються в індивідуальному литому корпусі з алюмінію або сталі (рис. 2-4), а також у корпусах з алюмінієвого довгомірного прокату спеціального профілю, що не вимагає великої кількості механічної обробки.

Передні і задні кришки в таких моделей уніфіковані. Ця технологія дозволяє без зайвих витрат випускати однотипні насоси з різним робочим об'ємом. Змінюється тільки довжина корпусу, нарізана з прокату, і ширина шестерень.

На рис. 5 показана серія насосів НШ з різними уніфікованими фланцями, кришками, валами, корпуси яких виготовлені з однотипного алюмінієвого прокату відповідного профілю. Такі механізми легко можуть виготовлятися в багатосекційним виконанні.



Рис. 5. Агрегат з корпусами з прокату

Зазвичай спеціальний прокат для шестеренних насосів випускається чотирьох типорозмірів. З першої групи виготовляються моделі з зовсім маленьким робочим об'ємом (від 0,16 до 0,8 см3), але часто з високим тиском (до 28,0 МПа).

Друга група прокату призначена для невеликих насосів (від 1,0 до 10,0 см3) з високим тиском (до 20,0 МПа), третя група – для середніх (від 4,5 до 40,0 см3) з високим та середнім тиском (від 20,0 до 17,0 МПа).

З четвертої групи прокату виготовляють середні і великі шестеренні насоси (від 20,0 до 100,0 см3) з високим та середнім тиском (від 20,0 до 15,0 МПа).

Такий технічний підхід забезпечив можливість швидкого виготовлення дешевих багатосекційних агрегатів з однаковими або різними робочими об'ємами, в тому числі спареними корпусами з профілів сусідніх груп.



Рис. 6. Трисекційні гідронасоси, виконані з двох груп прокату

На рис. 6 показані трисекційні агрегати, виконані з двох груп прокату. На рис. 7 показаний двосекційний гідравлічний насос, складений з прокату сусідніх груп.



Рис. 7. Двосекційний насос, складений з прокату сусідніх груп

На рис. 8 і 9 показані основні вузли насосів НШ з внутрішнім зачепленням. Такі агрегати містять встановлену в корпусі шестерню з внутрішніми зубами. В зачеплення з нею входить менша за розмірами шестерня із зовнішніми зубцями. Шестерні встановлені відносно один одного з ексцентриситетом (зміщенням).

Між ними розташований нерухомий серповидний елемент, який своїми робочими поверхнями охоплює, з одного боку, внутрішні, а з іншого – зовнішні зуби обох шестерень. Серповидний елемент поділяє всмоктувальну і нагнітати порожнини насоса.



Рис. 8. Гойдає вузол гідронасоса внутрішнього зачеплення

Менша шестерня з зовнішніми зубами є провідною і виконана заодно з приводним валом, а велика шестерня з внутрішніми зубами є веденої і вільно встановлена в підшипниках ковзання.

Нагнітання робочої рідини в гідравлічну систему здійснюється аналогічно за рахунок витіснення її обсягів зубцями з западин шестерень при їх обертанні.



Рис. 9. Агрегат внутрішнього зачеплення

Шестерні насоси внутрішнього зачеплення менш галасливі, володіють підвищеними характеристиками, але більш складні у виготовленні і, отже, дорогі. Найбільш широке поширення в гідроприводах мобільної техніки отримали агрегати зовнішнього зачеплення. Вони прості у виготовленні, дешеві, невибагливі в роботі.

Такие насосы НШ стабильно работают с загрязненными рабочими жидкостями с величиной твердых частиц до 40 мкм. Но это не значит, что гидропривод должен работать при таких неприемлемых условиях, которые вызывают повышенный износ всех компонентов гидравлики. 

Большое применение они нашли в строительно-дорожной, коммунальной, сельскохозяйственной технике. Также такие насосы используются в гидроприводах со средним давлением до 16,0-18,0 МПа. 

Їх часто встановлюють на сайті додаткового відбору потужності дизельного двигуна для приводу допоміжних гідросистем. Цими агрегатами оснащуються неполноповоротные екскаватори, бульдозери, дорожні катки, вилочні навантажувачі та ін. техніка.