Насос состоит из распределительного диска, вращающегося блока, поршней, штоков и наклонного диска, шарнирно соединенного с центральным шипом. В диске сделаны дуговые окна, через которые жидкость засасывается и нагнетается поршнями. Между окнами предусмотрены перемычки шириной, отделяющие полость всасывания от полости нагнетания. При вращении блока отверстия цилиндров соединяются либо с полостью всасывания, либо с полостью нагнетания. При изменении направления вращения блока функции полостей меняются. Для уменьшения утечек жидкости торцовую поверхность блока тщательно притирают к диску. Диск вращается от вала, а вместе с диском вращается блок цилиндров.

Рис. 1. Схемы аксиально-поршневого насоса:
а — действия поршня, б — работы насоса, в — конструктивная, г — действия неподвижного распределительного диска; 1, 5— диски, 2 — вращающийся блок, 3 — поршень, 4 — шток, 6 — вал, 7 — окно, .8 — отверстие; а — длина полного сечения дугового окна

Рис. 2. Схема регулируемого аксиально-поршневого насоса:
1 — пружина, 2 — поршень, 3— шайба, 4 — плунжер, 5 — вал

Угол у обычно принимают 12…15°, а иногда 30°. Если угол у постоянный, то подача насоса постоянна. При изменении в процессе работы угла изменяется ход поршней 3 на один оборот ротора и соответственно изменяется подача насоса.

В автоматическом регулируемом аксиально-поршневом насосе регулятором подачи является шайба, связанная с валом и соединенная с поршнем. На поршень с одной стороны действует пружина, а с другой — давление в напорной гидролинии. При вращении вала шайба перемещает плунжеры, которые засасывают рабочую жидкость и нагнетают ее в гидролинию. Подача насоса зависит от наклона шайбы, т. е. от давления в напорной гидролинии, изменяющегося, в свою очередь, от внешнего сопротивления. Для насосов небольшой мощности подачу насоса можно также регулировать вручную путем изменения наклона шайбы, для более мощных насосов применяют специальное усилительное устройство.

Аксиально-поршневые гидромоторы устроены так же, как и насосы. Различают аксиально-поршневые насосы и гидромоторы с наклонным блоком и наклонным диском.

Нерегулируемый аксиально-поршневой насос-гидромотор с наклонным блоком. Блок цилиндров получает вращение от вала через универсальный шарнир. Вал приводится в движение от двигателя и опирается на три шарикоподшипника. Поршни связаны с валом штоками, шаровые головки которых завальцованы во фланцевой части вала. Блок цилиндров, вращающийся на шарикоподшипнике, расположен по отношению к валу под углом 30° и прижат пружиной к распределительному диску, который этим же усилием прижимается к крышке, через окна в которой подводится и отводится рабочая жидкость. Манжетное уплотнение в передней крышке препятствует утечке масла из нерабочей полости насоса.

У такого насоса ось блока цилиндров расположена под углом к оси ведущего вала, что и определяет его название — с наклонным блоком. В отличие от него у аксиальных насосов с наклонным диском ось блока цилиндров совпадает с осью ведущего вала, а под углом к нему расположена ось диска, с которым шарнирно связаны штоки поршней.

Аксиально-поршневые регулируемые и нерегулируемые насосы и гидромоторы, широко применяемые на отечественных экскаваторах, отличаются унифицированной конструкцией качающей секции. Опорами ведущего вала служат три шарикоподшипника: два ради-ально-упорных и один радиальный. От осевого перемещения внутренние кольца подшипников удерживаются двумя пружинными кольцами, втулкой и запорным кольцом. В передней крышке установлено манжетное уплотнение, опирающееся на втулку. В сферические гнезда фланца вала входят семь шатунов, которые вместе с центральным шипом прижаты к фланцу вала штампованной пластиной. На шипе штифтом зафиксирован блок цилиндров, наружная поверхность которого опирается на распределительный диск. Опорами шипа служат с одной стороны сферическая головка, а с другой — бронзовая втулка, запрессованная в диск. Внутри блока цилиндра находятся семь поршней, завальцованных на шатунах. Предварительное прижатие блока цилиндров к диску достигается тарельчатыми пружинами.

Когда ось вала совпадает с осью шипа (как показано на рисунке), поршни при вращении вала не совершают возвратно-поступательного движения и не производят всасывания и нагнетания рабочей жидкости.

Рассмотрим конструкции нерегулируемого и регулируемых насосов с одной и двумя качающими секциями, выполненных на базе описанной качающей секции с наклонным блоком.

У нерегулируемого насоса блок цилиндров повернут так, что ось шипа составляет некоторый угол с осью вала. Поэтому при вращении блока поршни всасывают и нагнетают жидкость через каналы диска. При изменении размера и направления наклона блока цилиндров изменяются мощность и направление потока рабочей жидкости. Если зафиксировать угол наклона блока цилиндров, то насос становится нерегулируемым.

Рис. 3. Аксиально-поршневой унифицированный насос-гидромотор:
а — унифицированная качающая секция, б — нерегулируемый насос-гидромотор; 1 — вал, 2 — кольцо, 3, 9, 18—втулки, 4 — пластина, 5 — шип, 6 — тарельчатые пружины, 7 — блок цилиндров, 8 — диск, 10 — штифт, 11 — шатун, 12 — поршень, 13, 14 — шарикоподшипники, 15 — кольца, 16, 20 — передняя и задняя крышки, 17 — уплотнение, 19 — корпус

Рис. 4. Аксиально-поршневой нерегулируемый насос-гидромотор с наклонным блоком:
1 — вал, 2 — шарнир, 3 — блок цилиндров, 4 — окно, 5 — крышка, 6 — диск, 7 — пружина, 8— поршень, 9—шарикоподшипник, 10 — шток, 11 —уплотнение

Рис. 5. Регулируемый аксиально-поршневой насос:
1 — вал, 2, 13 — крышки, 3 — корпус, 4, 5, 6 — шарикоподшипники, 7 — фланец, 8—шатун, 9 — цапфа, 10 — поршень, 11 — блок цилиндров, 12 — распределительный диск, 14 — поворотный корпус, 15 — центральный шип

Описанная конструкция позволяет насосу работать и в режиме гидромотора.

В регулируемом насосе создана возможность изменения наклона блока в процессе работы. Корпус насоса может быть повернут с помощью цапфы по отношению неподвижного корпуса на угол от 0 до 25°. Количество подаваемой насосом жидкости при этом пропорционально углу наклона блока цилиндров и частоте вращения вала насоса. При такой конструкции достигается бесступенчатое регулирование потока жидкости независимо от частоты вращения приводного двигателя.

Усилие, которое необходимо приложить к цапфе, может быть таким, что непосредственное управление подачей насоса без применения усиливающих устройств становится невозможным. При высоком рабочем давлении жидкости насосы используют с усилителями механического и гидравлического типов. Механические усилители могут быть как с ручным, так и с электрическим управлением. Гидравлические усилители оборудуют непосредственным или дистанционным управлением. Применяют также устройства, автоматически изменяющие угол наклона блока цилиндров в зависимости от давления в гидросистеме (регуляторы постоянной мощности или ограничители мощности).

На экскаваторах ЭО-3322Д, ЭО-3323, ЭО-4321 А, ЭО-41 21 Б и ЭО-4124 установлены регулируемые аксиально-поршневые насосы, которые состоят из двух унифицированных качающих секций, смонтированных в одном корпусе. Такие насосы используют для создания двух потоков рабочей жидкости. Полное использование мощности приводного двигателя обеспечивается с помощью встроенного сумматора мощности, который распределяет мощность между потребителями таким образом, что сумма этих мощностей остается постоянной и равной установленной мощности привода. Вал получает вращение от приводного двигателя и через редуктор передает движение валам качающих секций.

Поворотные корпуса качающих секций установлены на подшипниках и могут поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол 25°, чем достигается изменение подачи насоса. Оба корпуса жестко связаны между собой траверсой регулятора и могут поворачиваться только синхронно под воздействием регулятора мощности.

Рис. 6. Сдвоенный аксиально-поршневой насос с сумматором мощности:
а — гидравлическая схема, б — общий вид; 1, 7 — поворотные корпуса, 2 — золотник, 3 — комплект из двух пружин, 4 — траверса, 5 — вал насоса, 6 — редуктор, 8 — ограничитель хода, 9 — цапфа блока цилиндров, 10 — тяга регулятора, 11 — винт установки минимального расхода, 12 — шайба

Регулятор мощности представляет собой двухступенчатый золотник, помещенный непосредственно в корпусе насоса. Площади ступеней золотника регулятора равны. Под каждую ступень подводится давление нагнетания от качающих секций, т.е. Р1 и Р2. Золотник соединен цапфами с блоками цилиндров и воспринимает с одной стороны усилия пружин, а с другой — усилие, создаваемое давлениями P1 и Р2. При работе с малым давлением пружины удерживают корпуса на наибольшем угле поворота, обеспечивая максимальную подачу насоса. Когда давление возрастает, золотник сжимает пружины, снижая подачу насоса. Пружины и упорную шайбу подбирают таким образом, чтобы сохранить постоянной заданную мощность привода.

Преимущества аксиально-поршневых насосов и гидромоторов: компактность, высокий КПД при большом давлении, сравнительно малая инерционность, значительная энергоемкость на единицу массы (в некоторых высокооборотных конструкциях до 12 кВт/кг).

Недостатки этих насосов и гидромоторов: необходимость в тонкой фильтрации рабочей жидкости, сложность изготовления и трудность обеспечения длительного срока службы некоторых деталей (например, подшипника блока цилиндров у насосов с золотниковым распределителем).

Радиально-поршневые насосы и гидромоторы. Основой насоса является кривошипно-ползунный механизм, у которого роль шатуна выполняет статор, соосный оси О, а цилиндры сделаны в роторе. При вращении ротора вокруг оси Ог, имеющей по отношению к оси О эксцентриситет е, поршень совершает вращательное движение вместе с ротором и возвратно-поступательное движение относительно ротора.

Рис. 7. Кинематическая схема радиально-поршневого насоса:
1 — статор, 2 — ротор, 3 — каналы

Жидкость подводится под поршень и отводится оттуда по двум каналам, сделанным вдоль оси ротора. Жидкость вытесняется (нагнетается) при вращении поршня от точки А к точке С и при перемещении его к центру (оси). При работе необходимо, чтобы поршни были прижаты к статору. Достигается это либо под действием пружин, помещаемых под поршень, либо с помощью ползунов, перемещающихся в пазах статора, либо за счет вспомогательного подкачивающего насоса, благодаря которому поршни прижимаются к статору в полости всасывания насоса.

В гидромоторе аналогичного типа поршни прижимаются давлением жидкости, подводимой под поршни.

Если в насосе изменить размер эксцентриситета е путем перемещения статора, будет изменено действие полостей всасывания и нагнетания на обратное. Изменение эксцентриситета вызывает соответствующее изменение подачи насоса.

Радиально-поршневые насосы применяют для создания давления до 25 МПа и подачи от 5 до 500 л/мин при частоте вращения ротора от 6000 до 1500 в минуту.

Радиально-поршневые гидромоторы аналогичны по устройству насосам и отличаются назначением и принципом действия.

На экскаваторах ЭО-4321А для привода механизма поворота применен радиально-поршневой гидромотор, который развивает на валу большой крутящий момент и поэтому называется высокомо-ментным. Эксцентриковый вал гидромотора опирается на два роликоподшипника, один из которых установлен в корпусе гидромотора, а второй — в нижней крышке. В постоянном контакте с поверхностью вала (удерживаются от осевого перемещения упорными кольцами) находятся пять шатунов, которые приводят в движение поршни. Трущиеся поверхности шатунов и вала надежно смазываются путем подачи масла из цилиндра гидромотора через фильтры, запрессованные в поршни, каналы в шатунах и жиклеры.

Боковое смещение шатунов ограничено опорными пластинами. Сверху к корпусу прикреплен корпус, в котором расположен гидрораспределитель, регулирующий поступление рабочей жидкости в гидромотор и слив ее в линию гидро-системы. Через муфту гидрораспределитель постоянно соединен с валом и вращается вместе с ним.

Рис. 8. Высокомоментный радиально-поршне-вой гидромотор:
1 — болт, 2, 7, 13—крышки, 3 — гидрораспределитель, 4— корпус гидрораспределителя, 5 — жиклер, 6 — шатун, 8 — фильтр, 9 — поршень, 10 — корпус гидромотора, 11 — упорное кольцо, 12 — опорные роликоподшипники, 14 — вал, 15 — клапан, 16 — опорные пластины, 17 — муфта

К корпусу гидрораспределителя присоединены два трубопровода от гидросистемы. Между гидрораспределителем и его корпусом, а также между цилиндрами и поршнями гидромотора установлены уплотнительные фторопластовые кольца. Внутренние полости гидромотора закрыты крышками.

Сбоку к корпусу прикреплен разгрузочный дренажный клапан. На нижнем выступающем конце эксцентрикового вала жестко шпонкой закреплена обегающая шестерня механизма поворота, находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом на ходовой раме.

Гидромотор работает следующим образом. Из нагнетательного трубопровода рабочая жидкость под давлением поступает в корпус гидрораспределителя, а затем в гидрораспределитель. Полость нагнетания гидрораспределителя соединена с нагнетательными окнами в его центральной части, через которые жидкость поступает в каналы А, соединенные с каналами корпуса гидромотора. При этом жидкость попадает в два или три цилиндра гидромотора в зависимости от положения окон распределителя относительно отверстий корпуса 4. Под давлением жидкости поршни начинают перемещаться в цилиндрах и через шатуны приводят во вращение вал. В результате обегающая шестерня механизма перекатывается по зубчатому венцу и поворотная платформа экскаватора вращается относительно его ходовой тележки.