Шестерённая гидромашина

Шестерё́нная (шестерё́нчатая) гидромаши́на — один из видов объёмных гидравлических машин.

Шестерённый насос с внешним зацеплением: Drive Gear — ведущая шестерня; Idler Gear — ведомая шестерня; Seal — уплотнение; Drive Shaft — ведущий вал; Pressure Port — выходное отверстие, которое сочетается с полостью высокого давления; Suction Port — всасывающее отверстие, которое сочетается с полостью низкого давления

Так же как и другие виды объёмных роторных гидромашин принципиально может работать как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора. В том случае, если к валу гидромашины прикладывается вращательный момент, то машина работает в режиме насоса. Если на вход гидромашины подаётся под давлением рабочая жидкость, то с вала снимается вращающий момент, и машина работает в режиме гидромотора.

Виды конструкций

Шестерённые гидромашины выпускаются с внешним и внутренним зацеплением (одним из вариантов последней является героторная гидромашина со специальным трохоидальным зацеплением). Гидромашины с внутренним зацеплением более компактны, но из-за сложности изготовления применяются редко. Кроме того, машины с внутренним зацеплением способны работать при намного меньших давлениях (порядка 7 МПа ^[1], реже до 14 МПа^[2]), чем машины с внешним зацеплением. Иногда для снижения шумности и неравномерности подачи применяют шестерни с косыми зубьями. В некоторых случаях для облегчения входа перекачиваемой среды (расплав полимера) входной патрубок имеет размеры (эквивалентный диаметр) соизмеримые с размером шестерен.

• 

  Шестерённая гидромашина с внешним зацеплением

• 

  Шестерённая гидромашина с внутренним зацеплением

• 

  Героторная гидромашина

• 

  В этом насосе с внутренним зацеплением жидкость перемещается слева направо

Принцип действия

Принцип действия шестерённой гидромашины с внешним зацеплением

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.

Рабочий объём

Рабочий объём шестерённой гидромашины с внешним зацеплением может быть определён по формуле:

$q_0 = 2 \pi \cdot m^2 \cdot b \cdot z,$

где

$m$ — модуль зубчатого зацепления;

$b$ — ширина шестерни;

$z$ — число зубьев шестерённой гидромашины, под которым понимается число зубьев на одной шестерне.

Запертые объёмы

Одной из технических проблем в шестерённых гидромашинах является проблема запертых объёмов, которые являются нежелательным явлением. Вследствие малой сжимаемости жидкости, возникновение запертых объёмов в процессе работы гидромашины, если не предусмотреть меры борьбы с ними, может привести к возникновению большого момента сопротивления. Для борьбы с ними выполняют специальные канавки, по которым жидкость из запертых объёмов уходит либо в полость высокого давления, либо в полость низкого давления.

Пояснение понятия "запертый объём" в шестерённых гидромашинах с внешним зацеплением: красным и салатовым цветом указаны запертые объёмы

Область применения

Данный вид машин широко используется в системах объёмного гидропривода, в системах смазки и др. Например, гидропривод бульдозеров на базе тракторов Т-100, Т-130 и Т-180 имеет силовой шестерённый насос НШ-100.

Шестерённые насосы применяются для получения давлений до 30 МПа^[3] (при очень чистой жидкости и высокой современной точности изготовления).

Героторные насосы применяют для подачи цементной и бетонной смеси от бетономешалки до места заливки. Кроме того, героторные гидромашины используют в качестве центрального звена в некоторых дифференциалах с повышенным внутренним сопротивлением В ряде случаев требуется синхронная подача перекачиваемой (перекачиваемых) жидкости к разным точкам потребления - в этих случаях целесообразно применение многопоточных насосов с единым приводом. Преимущество состоит в том, что подачи могут быть только одновременными. Конструкция с применением многопоточных насосов получается компактнее, проще и легче.

Преимущества

• простота конструкции;
• высокая надёжность в сравнении, например, с аксиально-плунжерными гидромашинами;
• низкая стоимость;
• способность работать при высокой частоте вращения, поэтому их можно соединять непосредственно с валами тепловых или электрических двигателей;
• высокая надежность при работе например с расплавами полимеров.

Недостатки

• нерегулируемость рабочего объёма;
• неспособность работать при высоких давлениях, либо высокие требования к материалам и изготовлению деталей насоса;
• в сравнении с пластинчатыми гидромашинами — бо́льшая неравномерность подачи;
• высокое требования к качеству изготовления шестерен и пластин, образующих корпус.

Маркировка шестерённых гидромашин

Маркировка отечественных шестерённых насосов устанавливается в соответствии с «ГОСТ 19027-89 НАСОСЫ ШЕСТЕРЁННЫЕ. Основные параметры».

Примечания

1. ↑ Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. (какая страница?)
2. ↑ Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. - Изд-ие 4-е, переработанное и дополненное, издательство "Машиностроение", Москва, 1967, страница 177
3. ↑ Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982. (какая страница?)

Литература

1. Юдин Е. М. Шестеренные насосы. Основные параметры и их расчет/ Издание 2-е, переработанное и дополненное. Москва, издательство «Машиностроение», 1964. — 236 с.
2. Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.
3. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
4. ГОСТ 19027-89 НАСОСЫ ШЕСТЕРЁННЫЕ. Основные параметры.
5. Башта Т. М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. - Изд-ие 4-е, переработанное и дополненное, издательство "Машиностроение", Москва, 1967.

См. также

• Гидравлические машины
• Гидропривод