Устройство гидронасоса: конструкция, схема и основные элементы

В конструкцию любой гидросистемы мобильной и специализированной техники включена и схема гидравлического насоса. Это оборудование, без которого невозможно выпустить стрелу крана, расчистить прилегающую территорию, поднять груз на высоту, провести бурильные, инженерные, технические, коммунальные и многие другие работы.

Рассказываем подробно об особенностях объемных гидронасосов, их модификациях, конструкции и схемах. Изучаем, что влияет на производительность, что учитывать при диагностике и ремонте, на какие параметры обращать внимание при покупке.

Назначение гидравлического насоса в системе

Гидравлический насос – основа для работы гидроузлов спецтехники, машин, оборудования. Он обеспечивает функционал погрузчиков, грейдеров, самосвалов, экскаваторов, подъемных кранов, манипуляторов, используется в конструкции моечной и уборочной коммунальной техники, а также находит применение в других спецмашинах.

Благодаря гидронасосам двигаются ковши и отвалы, поднимаются тяжеловесные грузы, выдвигаются и складываются стрелы, перемещаются конструкции, выгружаются кузова. Схема гидронасоса может варьироваться, но от этого важность значения не снижается.

Гидравлический насос взаимосвязан со множеством узлов:

• В гидороусилителе руля он помогает вращать рулевое колесо, снижать усилие, которое требуется для движения. И если система перестанет действовать, то вращать будет сложно, а еще ухудшится ответ от колес на их управление. Если это погрузчики и трактора, то они оснащаются гидрообъемным рулевым управлением на основе гидронасоса, работать без него не может ни одна специализированная техника.
• В системе смазки редукторы, подшипники и другие узлы принудительно смазываются с использованием гидронасосного оборудования.
• В системе охлаждения гидравлические узлы позволяют поддерживать необходимый уровень температуры и исключать перегрев, благодаря постоянной циркуляции масляных жидкостей и отводу тепла.
• В коробке переключения передач масляные гидронасосы обеспечивают давление для фрикционов, для взаимосвязи шестеренок и подшипников.
• В тормозной системе тяжеловесной техники предусмотрена установка гидроусилителя. При активации оборудования тормозное усилие кратно увеличивается, повышается эффективность торможения, снижается риск неуправляемого движения и заноса.
• В приводе рабочих органов спецтехники гидронасос служит основной движущей силой для всего навесного оборудования – стрел, ковшей и подобного. От его мощности, точности движений зависит эффективность функционала и безопасность.
• В ходовой части гидрооборудование является главным элементом для передачи вращения на колесную базу, гусеницы. Как правило, гидронасосы устанавливают в паре с гидравлическими моторами, что дает внушительный крутящий момент, обеспечивает бесступенчатую регулировку скоростного режима.

При неправильной работе гидронасоса перестают действовать ключевые элементы спец- и мобильной техники. Это создает аварийные ситуации, провоцирует серьезные убытки и делает эксплуатацию небезопасной как для самих спецмашин, так и для персонала. К примеру, из-за неисправного гидронасоса не срабатывают клапаны, падает давление, стрела экскаватора не удерживает собственный вес; теряется эффективность охлаждения, масло может пойти «в обход»; ломаются защитные клапаны, что может привести к разрыву патрубков.

Как устроен гидронасос: общий принцип

Существует несколько вариантов гидронасосов, они классифицируются по видам, обладают разными объемами, мощностью, а также другими параметрами. Однако в общем смысле устройство гидравлического насоса в различном исполнении радикально не отличается друг от друга.

Гидронасосная установка действует по принципу вытеснения жидкости. Она преобразует механическую энергию рабочего потока в гидравлическую, благодаря передаче вращательного движения вала на поршни или шестеренки установки. Схематически работа выглядит так:

• Поток жидкости открывает клапан и поступает через впускное отверстие в корпус насоса.
• Рабочая среда перетекает в полость всасывания.
• При вращении поршневой группы или шестерней внутри емкости возникает область пониженного давления.
• При вращении подвижных элементов рабочая среда перемещается от впускного отсека к выпускному, транспортируется из полости всасывания в блок нагнетания.
• В системе возникает высокое давление, благодаря чему открывается выпускной клапан. Под напором жидкость вытекает через выпускную магистраль.

Схема гидравлического насоса

Устройство гидронасоса может отличаться, исходя из его типа, модификационных особенностей. Однако, как правило, в него входит корпус с двумя изолированными камерами всасывания и сброса, управляющими механизмами и узлами. В их числе:

• Привод – соединяет вал и насос.
• Рабочие элементы распределители – шестерни, пластины или поршни, отвечающие за транспортировку жидкости через камеры.
• Блок управления для коррекции работы насоса с учетом условий эксплуатации.
• Резервуар с гидрожидкостью для поддержки давления и отвода тепла.
• Подшипниковые опоры.
• Дренажная система.
• Предохранители.

Дополнительно в конструкцию отдельных моделей могут входить клапаны для регулировки потока жидкости, фильтроэлементы.

Из чего состоит гидравлический насос

В гидронасос входит комплекс взаимосвязанных деталей и узлов:

• Корпус. Выполняется из особо прочных металлосплавов, чтобы обеспечить надежность и устойчивость к воздействию высокого давления. Имеет крышки для герметизации рабочей камеры, отверстия для протока жидкости, оснащается фланцами для общего соединения с системой.
• Вытесняющая рабочая группа. В зависимости от модели, она может включать поршни, шестерни, пластины. Установки с поршневыми элементами бывают с радиальным и аксиальным расположением к оси ротора, обеспечивают поток жидкости посредством нагнетания цилиндрическими плунжерами. В шестеренчатых устройствах приводной элемент включает ведомую и ведущую шестерню, жидкость транспортируется во впадинах зубьев. Пластинчатые установки оснащаются смещенным ротором, на нем расположены пластины, через карманы в которых и перемещается рабочий поток.
• Всасывающий и нагнетательный блок. Через первую полость подается рабочая среда, а по второй – она выводится из гидронасоса.
• Приводной вал. Это ведущая деталь, передающая вращение рабочей системе. Она соединяется с двигателем посредством муфтового крепления, через шпонки или шлицы.
• Подшипники. Это опорные элементы осевого или радиального типа. Служат для фиксации вала и удержания его на одной линии, принимают на себя боковые и продольные нагрузки, необходимы для беспрепятственного и плавного перемещения деталей.

Также гидронасос в базе оснащается динамическими уплотнителями для герметизации подвижных деталей, статическими – чтобы герметизировать неподвижные узлы. Среди них торцевые уплотнители, сальники вала, кольца между корпусом и крышкой, а также иные прокладки, манжеты.

Все составляющие гидронасоса взаимосвязаны. Силовая установка запускает вал, тот помогает вращаться поршням, шестеренкам или же пластинам. Подшипниковая группа удерживает подвижные узлы, не дает им блокироваться, исключает действие рывками. И такая взаимосвязь позволяет реализовать непосредственное назначение гидравлического насоса – обеспечивать функционал всей гидросистемы спецтехники и машин, различного оборудования.

Конструкция основных типов гидронасосов

На практике чаще всего используются модели шестеренного, поршневого и пластинчатого типа. Их конструкции имеют между собой некоторые отличия:

• Шестеренные гидоронасосы. Оснащаются парой сцепленных между собой шестерен – ведущего и ведомого элемента. Они при вращении вытесняют рабочую жидкость на нагнетатель. Гидронасосы этого вида достаточно просты и надежны. Оптимальны для спецтехники с небольшим давлением, для среднеразмерных и малых спецмашин, для обработки грузов средней тяжести.
• Пластинчатые. В их конструкции в качестве вытеснителя есть ротор с пластинами, которые запускаются под действием возвратно-поступательных движений и формирования вакуума внутри камеры. Установки бывают однократного и двойного действия. Они более сложны и чувствительны к загрязнениям, но и функциональны, отличаются плавной работой.
• Поршневые гидронасосы. Имеют конструкцию с блоком цилиндров, поршнями, перемещающимися вдоль оси. Поршневые элементы под давлением вытесняют гидрожидкость. Гидронасосы данного типа бывают аксиально-поршневыми и радиально-поршневыми оптимальны для тяжелых условий эксплуатации. Они наиболее эффективны в использовании. Их можно рассматривать для применения в системах разного типа – как средне-, так и высоконагруженных.

Таблица сравнения ключевых параметров гидронасосов разных видов:

Гидронасос: принцип работы

Гидронасосы вариативны. Они обладают различным объемом, производительностью и другими конструктивными параметрами. Отличаться может и гидравлическая схема подключения насоса в каждом отдельном исполнении. Однако для всех разновидностей предусмотрен общий принцип работы. Так, установка действует не на динамическом разгоне, как центробежное оборудование, а вытеснением из замкнутого пространства. Процесс выглядит следующим образом:

• Внутренняя камера при заполнении увеличивается по объему, из-за чего внутри снижается давление, что приводит к всасыванию потока извне.
• При заполнении отсека, полость всасывания блокируется, жидкость оказывается в замкнутом пространстве.
• Система сжимает камеру, ее объем уменьшается, поток выталкивается наружу по напорной магистрали и под действием давления движется через выходное отверстие.

С каждым новым оборотом вала гидронасоса или движения поршневой группы эти процессы циклически и непрерывно повторяются.

Таким образом, работа гидронасоса включает полную герметизацию камер, изменение объема для всасывания и вытеснения рабочей жидкости, синхронизацию с приводом и корректируемое управление всем потоком.

Производительность гидроустановки определяется несколькими факторами и зависит от:

• Общего рабочего объема гидроустройства. Чем он больше, тем продуктивнее действует оборудование при неизменных оборотах. К примеру, экскаваторы требуют использования установок с объемом вплоть до 200-300 кубических сантиметров, чтобы справляться с перекачкой сотен литров. Обратите внимание, что насосы бывают с постоянным и регулируемым объемом и это тоже влияет на функционал.
• Частоты вращения. У подачи жидкости прямая пропорциональная связь с оборотами – производительность увеличивается вместе с крутящим моментом. Однако при росте оборотов одновременно повышается и гидросопротивление всасывания. Вследствие этого может происходить кавитация – образование воздушных пузырьков в масляной смеси. И потому любой гидронасос имеет индивидуальную максимально допустимую частоту вращения для достижения нужной мощности, но исключения кавитации. Данный показатель определяет производитель и прописывает в паспорт на изделие.
• Утечки. Производительно определяется давлением, однако чем оно выше, тем больше вероятность утечки. Чтобы обеспечить оптимальную продуктивность, оборудование испытывают и указывают производительность при определенном давлении. Также опасность утечки увеличивается при использовании слишком жидкого масла, кроме того есть риск перегрева. Для поддержания работоспособности установки важно применять масло с оптимальными параметрами вязкости. К утечке приводит и образование зазоров при эксплуатации, что снижает объемный КПД.

Что учитывать при диагностике, ремонте и замене

Поломки гидравлики нередко обусловлены усиленной эксплуатацией, загрязнением масла, кавитацией, непониманием, как устроен гидронасос и неверной настройкой, а также подобными факторами. Для диагностики проведите визуальный осмотр всех элементов, проверьте:

• Уровень масла и его чистоту, а также манометром измерьте давление масла в напорной сети.
• Нет ли перегрева корпуса.
• Не возникает ли вибраций при работе устройства.
• Какова реальная производительность при номинальном давлении.
• Есть ли вакуум при всасывании.

Если при диагностике гидронасоса обнаружили, что:

• Давление не поднимается или падает, скорее всего, износились рабочие узлы, есть утечки внутри или заклинил регулятор.
• Гидронасос шумит, стучит, издает вой, то это может быть связано с кавитацией, износом подшипников, стопорением подвижных элементов.
• Вытекает масло на валу, это может говорить о неисправности сальника, засорении дренажа.
• Перегревается гидронасос. Подобная ситуация может быть связана с утечками, низкой вязкостью масляной жидкости, отсутствием охлаждения бака.

Есть еще ряд критических и менее опасных поломок, из-за которых гидронасос перестает работать. И при любых их них гидронасос требует обслуживания или замены.

При ремонте помните о нескольких нюансах:

• Всегда точно измеряйте зазоры, посадку деталей, потому что все они должны быть расположены с ювелирной точностью.
• Не путайте местами парные элементы. Даже если они идентичны, притирка у каждого разная.
• Шлифовать комплектующие строго запрещено, потому что каждый из них имеет износостойкое покрытие и при стирании быстро испортится.
• При замене подшипников используйте только специальный съемный инструмент, потому что они запрессованы и грубые механические движения приведут к повреждению посадочного гнезда.
• Используйте только оригинальные элементы и запчасти, чтобы гидрооборудование не ломалось и служило долго.
• После проверки, ремонта или замены гидронасоса проводите регулировку и стендовую настройку, чтобы он функционировал корректно.

В процессе ремонта часто возникают типовые сложности:

• Детали гидронасоса невозможно открутить и снять, потому что они закоксовались при использовании.
• Далеко не все модели разборные, поэтому приходится менять все оборудование в сборе.
• Определить реальную степень износа без помощи профессионалов и стенда невозможно. И даже если гидронасос не имеет внешних дефектов, внутри него могут быть микротрещины, поломки, которые снижают эффективность гидравлики.

Заключение

Гидронасос – важный элемент гидросистемы мобильной техники и спецмашин. Он обеспечивает поднятие и перемещение тяжелых грузов, процесс прессования и обработки деталей, а также необходим при выполнении ряда других технологических задач. Благодаря продуманной конструкции и мощности, гидравлические устройства гарантируют легкость управления спецтехникой, плавность хода и отсутствие рывков, безопасность и удобство эксплуатации спецмашин.

Существует несколько разновидностей гидравлических насосов, принцип работы их отличается. Однако каждый вариант востребован для работы в нагруженных областях, отличается надежностью и функциональностью.

Гидронасосы требуют правильного обслуживания, своевременного ремонта, а при необходимости – замены. И чтобы они служили долго, покупайте модели у надежных поставщиков, особое внимание уделяйте, чтобы выбранное устройство соответствовало условиям эксплуатации и виду спецтехники.