11

Pompe si motoare axiale i radiale cu pistona e 1. Pompe si motoare cu pistona e axiale Pompele si motoarele cu pistona e axiale reprezint categoria cea mai

spândit de hidroma ini rotative utilizate în ac ion ri hidrostatice de presiune înalt . Sunt realizate într-o gam constructiv-func ional larg , r spândirea lor fiind legat de performan ele de lucru pe care le pot asigura.

Pompele si motoarele cu pistona e axiale se caracterizeaz printr-o uniformitate ridicat a debitului de lichid vehiculat, datorit num rului mare, impar, de pistona e (7...15 pistona e). O caracteristic important a acestor pompe este reversibilitatea, putând fi utilizate atat ca pompe ca i ca motoare hidrostatice.

Din punct de vedere constructiv, acest tip de pompe si motoare sunt: cu ac ionare interioar prin ax, cu discul de antrenare nerotitor care î i

modific pozi ia fa de blocul cilindrilor, având debit variabil (fig. 1, a, b); cu ac ionare exterioar , cu discul de antrenare nerotitor dar reglabil, având

debit variabil (fig. 1, c); cu leg turi cardanice duble între discul de antrenare i blocul cilindrilor, având

debit constant (fig. 1, d, e);

Fig. 1

cu blocul cilindrilor fix, prev zute cu distribuitor care se rote te odat cu discul de antrenare, având debit constant (fig. 1, f);

cu blocul cilindrilor fix, f distribuitor, distribu ia fluidului realizându-se prin supape, având debit constant (fig. 1, g).

12

Pompele si motoarele cu pistona e axiale cu bloc înclinat (fig. 2) sunt cele mai robuste din aceast familie, putând fi utilizate atât în circuite hidraulice deschise, cât i în circuitele hidraulice închise.

Arborele pompei sau motorului, pus în mi care de rota ie în jurul axei O’O’, antreneaz în mi care de rota ie prin intermediul arborelui cardanic 4, blocul pistoanelor axiale 2, în jurul axei OO, care face unghiul cu axa O’O’. Pistoanele 3, datorit leg rii articulate prin bielele 5 la discul 1’, execut o mi care compus în spa iu ale c rei componente sunt:

mi carea de transport, adic rota ia pistona elor împreun cu blocul 2, cu viteza unghiular ;

mi carea relativ , adic deplasarea axial a alezajului paralel cu axa OO, în cadrul acestei mi ri, fiecare piston realizând la o rota ie complet a arborelui pompei, cursa dubl 2h.

Astfel, la o rota ie cu 1800 a arborelui de antrenare, fiecare piston realizeaz cursa h de retragere din bloc, camera de lucru este pus în leg tur cu fanta 7 (D D’), refularea realizându-se prin conducta 7’. Prin rotirea în continuare (D’ D) pân la 3600, acela i piston efectueaz cursa h în sens invers, camera de lucru este pus în leg tur cu fanta 8, aspira ia realizându-se prin conducta 8’. La o rota ie complet a arborelui de antrenare, toate cele z pistoane realizeaz un ciclu complet de pompare

Fig. 2

Pompele si motoarele cu debit constant au unghiul constant, iar la pompele si

motoarele cu debit variabil, prin bascularea blocului 2 împreun cu discul frontal de distribu ie 6, unghiul se modific .

Având în vedere faptul c la o rota ie complet a arborelui de antrenare, cele z pistoane realizeaz cursa dubl 2h, capacitatea activ a pompei va fi

13

2 2 2

2 sin sin4 4 2pd d dv hz R z Rz [cm3/rot], (1)

în care, sin 2 sinh DF R (2)

Rela ia (2) arat c se poate regla capacitatea activ vp, prin reglarea unghiului

. Capacitatea inactiv a pompei reprezint volumul total de lichid cuprins în

spa iile inactive dintre planul O3O3 i sec iunea de refulare la ie irea din pomp . Pentru ridicarea performan elor dinamice ale pompei, acest volum trebuie redus la minim.

Debitul teoretic mediu al pompei va fi: 2 3sin 10

2t pQ V n d Rzn [l/min], (3)

unde, n – tura ia de antrenare a pompei, în rot/min. Debitul mediu real al pompei ine seama de pierderile de lichid care apar în

timpul reful rii, în principal în alezajele piston-cilindru i în zona discului frontal de distribu ie i se exprim prin rela ia:

2 3sin 102t v vQ Q d Rzn [l/min], (4)

unde, v – randamentul volumic al pompei. Considerând unul din cele z pistoane în a c rui camer de lucru lichidul se afl

la presiunea p, acesta va fi solicitat de o for axial de presiune FP, care se transmite prin biela 5 la discul 1’, i care se descompune în dou componente, adic

2 2

sin sin [N]; cos cos [N]4 4p pd dT F p N F p (5)

Componentele normale N determin solicit ri axiale în lag rele pompei, în timp ce componentele tangen iale T dezvolt în raport cu axa OO, momente rezistente.

Momentul dat de c tre componenta tangen ial a for ei de presiune pentru pistonul considerat va fi (fig. 2)

2' sin sin

4dM T pr . (6)

Având în vedere c din num rul total z de pistoane un num r de m z/2 se afl pe fanta de refulare (solicitate la presiunea p) i un num r (z – m) pe fanta de aspira ie (solicitate la presiunea p’), momentul teoretic instantaneu de antrenare a pompei (neglijând pierderile) va fi:

2'

1

sin sin sin4

m z

p i im

dM r p p , (7)

unde, semnul (+) sau (-) se atribuie dup cum pompa lucreaz cu vacuum sau suprapresiune la aspira ie.

Caracterul pulsator al momentului pompei, eviden iat de rela ia (5) intereseaz pentru evitarea unor vibra ii torsionale de rezonan în transmisia mecanic la care este cuplat arborele ma inii.

14

Parametrii de func ionare a pompelor cu pistona e axiale sunt: Q = (4...800) l/min; n=(1000...4500) rot/min; p = (200...700) daN/cm2; = (0,85...0,92).

2. Pompe si motoare cu pistona e radiale Pompele si motoarele cu pistona e radiale fac parte din categoria pompelor cu

debit reglabil. Pompele cu debit reglabil au o construc ie special , care permite reglarea debitului în limite largi, fiind prev zute cu un mecanism ce regleaz deplasarea relativ dintre rotor i stator (dezaxare) sau varia ia unghiului (la pompele cu pistonase axiale). Cele mai r spândite pompe cu debit reglabil sunt pompele cu pistona e radiale, cu pistona e axiale i cele cu palete.

Pompele si motoarele cu pistona e radiale sunt rezultatul perfec ion rii pompelor cu piston.

Datorit dispunerii radiale a pistoanelor, au avantajul c pot furniza debite foarte mari, prin dispunerea acestora pe mai multe rânduri. Au în schimb dezavantajul unor performan e iner iale inferioare pompelor cu pistoane axiale, datorit amplas rii nesimetrice a maselor în rota ie fapt care le limiteaz tura ia, conducând prin aceasta la gabarite mari.

Dup num rul de cicluri efectuate de fiecare piston la o rota ie i tipul distribu iei, pompele cu pistona e radiale se împart în:

pompe i motoare cu pistoane radiale cu ac iune simpl i distribu ie interioar ;

pompe i motoare cu pistoane radiale cu ac iune simpl i distribu ie exterioar ;

motoare radiale cu ac iune multipl i admisie interioar . Pompele cu pistona e radiale, ale c ror scheme de principiu sunt reprezentate în

fig. 3, a, b, au ca p i componente principale urm toarele: 1 – statorul pompei; 2 – rotorul pompei; 3 – pistona ele pompei.

Pompa cu pistona e radiale din fig. 3, a, face parte din categoria pompelor cu alimentare interioar , alimentarea acesteia realizându-se central, prin intermediul distribuitorului fix 4, prev zut cu cavit ile 5 racordate la aspira ia, respectiv refularea pompei. Deplasarea pistona elor în cavit ile lor de lucru este posibil datorit faptului c rotorul pompei (blocul pistona elor) este a ezat excentric, cu valoare e, fa de statorul (carcasa) pompei. Dac statorul pompei se deplaseaz , se modific excentricitatea e iar debitul pompei devine variabil.

Pompa cu pistona e radiale din fig. 3, b, face parte din categoria pompelor cu alimentare exterioar , datorit distribu iei prin canalele periferice 6 i 7 ale carcasei care corespund aspira iei, respectiv reful rii pompei. Pistona ele 3 au tijele 4 articulate în excentricul 5. Modificarea debitului pompei se poate realiza prin deplasarea excentricului în lungul axei verticale. Se observ la aceste pompe, absen a distribuitorului.

Principiul de func ionare al acestor pompe este urm torul: rotorul pompei este antrenat de c tre motorul electric sau de c tre o alta surs de mi care, printr-un cuplaj oarecare în sensul s ge ii . Rotorul este dezaxat fa de stator cu excentricitatea e,

15

ceea ce permite ca în timpul rota iei rotorului, pistona ele s aib o mi care relativ în alezajele lor, fapt pe care se i bazeaz fenomenul de aspira ie i refulare al pompei.

a) b)

Fig. 3 Astfel, în prima jum tate de rota ie, pistona ele se deplaseaz spre exterior în

sensul s ge ilor interioare, iar volumul format în spatele acestora se umple cu lichid din rezervor, prin orificiul de aspira ie. În a doua jum tate de rota ie, sensul de mi care al pistona elor se inverseaz i, presate de c tre stator, pistona ele refuleaz lichidul aspirat în sistemul hidraulic, prin orificiul de refulare.

Pompele cu pistona e radiale se construiesc pentru puteri mari, pân la 3000 kW, debite pân la 8000 l/min i presiuni de pân la 300 bar. Pentru presiuni mai mari de 300 bar pompele au construc ie special , distribu ia realizându-se prin supape.

Pentru m rirea debitului acestor pompe, statorul pompei se realizeaz profilat astfel încât, fiecare pistona realizeaz mai multe curse complete. Astfel de pompe se denumesc pompe cu ac iune multipl .

Num rul pistona elor acestor tip de pompe este impar (7...13 pistoane) iar tura iile pompelor au valoarea n = (100...1500) rot/min.

În cazul pompelor cu ac iune simpl , capacitatea activ a acestora se determin cu rela ia

2

4pdv hz [cm3/rot], (8)

unde, d – diametrul pistona elor, în cm; h – cursa efectuat în timpul reful rii, în cm; z – num rul de pistoane.

Debitul teoretic mediu se determin cu rela ia: 2

3104tdQ zen [l/min], (9)

16

unde, e – excentricitatea rotorului, în cm; n – tura ia de antrenare a pompei, în rot/min.

Pompele cu pistona e radiale sunt reversibile, putând func iona în regim de pomp sau de motor hidrostatic rotativ. For a de presiune din piston are o component normal , N, respectiv o component tangen ial T.

sin sin [ ],

cos cos [ ].

p p

p p

eT F F NReN F F NR

(10)