Шестеренный насос
Почему масло в шестеренном насосе идет не между шестернями, а в обход, вдоль стенки корпуса? Разбери насос на корпус, крышки, шестерни и втулки и найди, где масло утекает обратно.
Шестеренный насос гонит масло по краю, а не через середину: впадины между зубьями несут его вдоль стенки корпуса от входа к выходу.
На входе зубья выходят из зацепления, впадины между ними освобождаются и заполняются маслом из бака. Каждая впадина, закрытая стенкой корпуса, несет свою порцию по кругу к выходу. Там зубья снова входят в зацепление и выдавливают масло в напорную линию, а назад через середину оно не пройдет: зацепление закрывает путь. Порция за оборот одна и та же, даже если цилиндр уперся, поэтому в системе обязательно стоит клапан из темы «Предохранительный и обратный клапаны».
Давление насос сам не создает: оно растет, когда масло встречает нагрузку. Чем выше давление, тем больше масла утекает обратно на вход через зазоры у вершин зубьев и у торцов шестерен. С износом зазоры растут, и насос дает все меньше масла. На входе другая беда: если масло не успевает заполнить впадины, давление там падает так низко, что масло вскипает пузырьками. Это кавитация, от нее насос гремит и разрушается.
- q
- Рабочий объем, см³/об. Сколько масла насос вытесняет за один оборот. Подача Q = q · n. Насос на этой странице вытесняет около 16 см³ за оборот: при 2000 об/мин это около 32 л/мин без учета утечек.
- ηоб
- Объемный КПД. Доля масла, которая дошла до выхода, остальное утекло через зазоры обратно на вход. У нового насоса обычно больше 0,9, с износом он падает.
- Кавитация
- Вскипание масла на входе. Если давление падает слишком низко, в масле появляются пузырьки пара. На стороне выхода давление их схлопывает, и удары выбивают из металла мелкие частицы.
Из чего состоит шестеренный насос
Ведущая шестерня крутит ведомую навстречу себе. Со стороны входа зубья выходят из зацепления, впадины между ними открываются и набирают масло. Дальше масло едет во впадинах вдоль стенки корпуса к выходу, а там зубья снова входят в зацепление и выдавливают его в напорную линию.
Модель Bilim.techМодель построена для сайта в открытой библиотеке build123d: шестерни по 12 зубьев модуля 3 мм с эвольвентным профилем из библиотеки bd_warehouse, рабочий объем около 16 см³ за оборот.
Что делает каждая деталь
Нажми «Показать на модели»: деталь подсветится, а остальные станут полупрозрачными.
- 01
Корпус
Зачем. Держит шестерни с очень малым зазором по вершинам зубьев. Расточка внутри в форме восьмерки. Входной канал шире выходного: масло в нем идет медленнее, и насосу легче всасывать.
Из чего. Алюминиевый сплав, у насосов для тяжелой работы чугун.
Износ. Давление отжимает шестерни к входу, и зубья натирают на корпусе след. Мелкий след нормален, глубокий говорит об износе втулок.
- 02
Ведущая шестерня с валом
Зачем. Получает вращение через шлицы на конце вала и вращает вторую шестерню. Зубьев немного, и они крупные: глубокие впадины несут больше масла за оборот.
Из чего. Легированная сталь, зубья закалены и отшлифованы. Обычно шестерня и вал одна деталь.
Износ. Задиры на торцах и вершинах зубьев от грязи, износ шлицев. Сломанный вал говорит об ударе давлением или заклинивании.
- 03
Ведомая шестерня
Зачем. Вращается от ведущей в обратную сторону и так же несет масло во впадинах вдоль своей половины корпуса. Ее вал наружу не выходит.
Из чего. Такая же сталь и обработка, как у ведущей шестерни.
Износ. Такой же износ торцов и вершин зубьев.
- 04
Передние втулки
Зачем. Подшипники для валов и боковые стенки камеры. В насосах на высокое давление масло с выхода прижимает втулки к торцам шестерен и закрывает торцевой зазор, главный путь утечек.
Из чего. Бронза или антифрикционный алюминиевый сплав. Часто две втулки одной стороны сделаны одной деталью в форме восьмерки.
Износ. Торцы стираются абразивом, на них кольцевые риски, и зазор растет. При нехватке смазки вал и втулка задираются.
- 05
Задние втулки
Зачем. Держат вторые концы валов. На торцах втулок разгрузочные канавки: они выпускают масло, запертое между зубьями в зацеплении, иначе давление там скачет, и насос шумит.
Из чего. Такие же, как передние втулки.
Износ. Такой же износ торцов. Ямки от кавитации, если насосу не хватало масла на входе.
- 06
Передняя крышка
Зачем. Закрывает корпус со стороны привода. Фланцем крышки насос крепят к двигателю или редуктору привода насосов, в ней стоит манжета вала.
Из чего. Чугун или алюминиевый сплав, стык с корпусом уплотнен резиновым кольцом.
Износ. Течь по стыку, если ослабли болты или затвердело кольцо. Трещина у фланца от вибрации.
- 07
Задняя крышка
Зачем. Закрывает корпус с другой стороны и держит задние втулки. У некоторых насосов в нее встроен предохранительный клапан.
Из чего. Чугун или алюминиевый сплав, стык уплотнен резиновым кольцом.
Износ. Если болты ослабли, давление отжимает крышку, и масло сочится по стыку.
- 08
Манжета вала
Зачем. Не выпускает масло по вращающемуся валу и не пускает внутрь пыль. Полость у манжеты обычно соединена со входом насоса, поэтому кромка держит малое давление, а не рабочее.
Из чего. Маслостойкая резина на металлическом каркасе, кромку прижимает к валу пружина.
Износ. Кромка стирается, на валу протирается канавка, масло течет по валу. Если поставить насос, рассчитанный на вращение в другую сторону, вход и выход поменяются местами, под манжетой окажется рабочее давление, и ее выдавит.
- 09
Стяжные болты
Зачем. Стягивают крышки с корпусом в один пакет. Давление изнутри стремится их раздвинуть, поэтому болты затягивают крест-накрест с моментом из руководства.
Из чего. Сталь высокого класса прочности, обычно четыре болта.
Износ. Ослабшие болты пропускают масло по стыкам, и внутри насоса растут утечки.
Где стоит
- Насос управления экскаватора
Рядом с главными поршневыми насосами часто стоит маленький шестеренный. Он дает масло управления под давлением около 3–4 МПа, и джойстики этим маслом сдвигают золотники главного распределителя.
- Самосвал и погрузчик
Шестеренные насосы подают масло на подъем кузова, охлаждение тормозов и в коробку передач. Две или три секции часто стоят на общем валу, каждая кормит свою систему.
- Смазка дизеля
Масляный насос двигателя обычно шестеренный: он гонит масло из поддона через фильтр к подшипникам коленчатого вала.
Как ломается и как это заметить
- Падение подачи
Абразив стирает торцы втулок и корпус, и все больше масла утекает обратно на вход. Кузов поднимается медленнее, особенно на горячем масле. Подачу меряют расходомером под давлением и сравнивают с паспортом.
- Кавитация
Забита сетка на всасывании, пережат шланг или масло загустело на морозе. Насос гремит, будто качает гравий, на торцах втулок появляются ямки. Если насос подсасывает воздух через слабый хомут, шум похожий, а масло в баке пенится.
- Течь по валу
Изношенная манжета пропускает масло по валу. Если насос стоит на редукторе привода, масло может уходить прямо в редуктор: в гидробаке уровень падает, а в редукторе растет, хотя снаружи сухо.
Модель Bilim.techМодель построена для сайта в открытой библиотеке build123d: шестерни по 12 зубьев модуля 3 мм с эвольвентным профилем из библиотеки bd_warehouse, рабочий объем около 16 см³ за оборот.