Гидронасос для манипулятора: как подобрать по расходу, давлению и приводу

Гидронасос крано-манипуляторной установки (КМУ) стоит на шасси, а не на самом кране: его приводит двигатель автомобиля через коробку отбора мощности (КОМ). Поэтому насос подбирают с учётом двух сторон: требований установки к подаче и давлению и возможностей привода конкретного шасси. Ошибка с любой стороны проявляется по-разному: замедленными движениями крана, перегрузкой коробки отбора мощности или несовместимостью насоса с гидросистемой.

Ниже разобрано, какие исходные данные нужны для подбора, как связаны подача, обороты двигателя и передаточное отношение КОМ, что сверяют по давлению и приводу и чем отличается выбор нерегулируемого и регулируемого насоса.

Какие данные нужны для подбора насоса

Отправная точка - паспорт и руководство по эксплуатации крано-манипуляторной установки. В технических данных КМУ изготовители указывают производительность насоса (подачу в литрах в минуту, иногда диапазоном) и рабочее давление гидросистемы. Там же приводят гидравлическую схему, по которой видно, какой тип насоса предусмотрен для установки.

Со стороны шасси нужны другие сведения: какая КОМ установлена или может быть установлена, её передаточное отношение, направление вращения выходного вала, допустимый крутящий момент и способ присоединения насоса. КОМ - механизм, который передаёт часть мощности двигателя на дополнительный привод, в данном случае на вал гидронасоса.

Если КМУ переставляют на другое шасси или меняют вышедший из строя насос, к этим данным добавляют маркировку и параметры прежнего агрегата: рабочий объём, тип вала и фланца, расположение портов, направление вращения.

Расход: какая подача нужна манипулятору

Скорость движений стрелы, рукояти, телескопических секций и поворота зависит от того, сколько рабочей жидкости насос подаёт в минуту. Подача насоса зависит от его рабочего объёма и частоты вращения вала:

Q = V × n / 1000, где Q - теоретическая подача, л/мин; V - рабочий объём насоса, см³/об; n - частота вращения вала насоса, об/мин.

Фактическая подача меньше теоретической на величину внутренних утечек, которую учитывают объёмным КПД насоса. По мере износа насоса утечки растут, и при тех же оборотах подача снижается.

Частота вращения вала насоса при приводе от КОМ равна частоте вращения двигателя, умноженной на передаточное отношение КОМ. Например, при 800 об/мин двигателя и передаточном отношении 1,54 вал насоса вращается с частотой около 1200 об/мин. Отсюда практический порядок расчёта:

• Берут из документации КМУ требуемую подачу.
• Определяют частоту вращения двигателя, на которой работают с краном, и передаточное отношение КОМ.
• Вычисляют частоту вращения вала насоса и по ней - необходимый рабочий объём с учётом объёмного КПД.
• Выбирают насос ближайшего типоразмера и проверяют, что частота вращения не выходит за допустимую для него.

Подача ниже требуемой проявляется медленными движениями установки. Ориентиром служит значение из документации КМУ, а не запас по подаче: производители насосов для грузовиков рекомендуют выбирать наибольшее подходящее передаточное отношение КОМ и наименьший насос, который обеспечивает требования крана, не выходя за пределы допустимых частоты вращения, давления и мощности.

Давление: что сверить с гидросистемой установки

Рабочее давление КМУ задаёт изготовитель установки, и у разных моделей оно различается. В технических данных разных манипуляторов встречаются значения 28, 30 и 32 МПа. Наибольшее давление в системе ограничивает главный предохранительный клапан; в руководстве одного из изготовителей КМУ он расположен во входной секции гидрораспределителя.

Насос подбирают так, чтобы его допустимое рабочее давление было не ниже рабочего давления установки. Допустимое давление зависит от типа и типоразмера насоса: в каталоге одного из производителей шестерённые насосы для грузовиков рассчитаны на давление до 210-250 бар (21-25 МПа), а аксиально-поршневые - до 350-420 бар (35-42 МПа). Поэтому допустимое давление шестерённого насоса особенно внимательно сверяют с паспортом установки: у части КМУ рабочее давление выше значений из этого каталога.

Настройку предохранительного клапана под насос не меняют. В руководстве по эксплуатации одной из КМУ указано, что предохранительные клапаны гидросистемы опломбированы, а самостоятельно регулировать или отключать устройства безопасности нельзя. Если насос не выдерживает рабочего давления установки, меняют выбор насоса, а не настройку клапана.

Привод: КОМ, вращение и нагрузка на вал

Насос для манипулятора приводят от КОМ на коробке передач либо от КОМ двигателя, работающей независимо от сцепления. Насос крепят фланцем непосредственно на КОМ или приводят через карданный вал. При непосредственном креплении посадочный фланец и вал насоса должны совпадать с выходом КОМ, например по стандарту ISO или SAE.

При подборе привода проверяют:

• Направление вращения. Насосы выпускают правого или левого вращения, и оно должно совпадать с вращением вала КОМ. У некоторых аксиально-поршневых насосов направление меняют заменой задней крышки, часть шестерённых насосов допускает вращение в обе стороны. Без такой возможности насос с неверным направлением вращения не подходит.
• Крутящий момент и мощность. Момент на валу насоса растёт с рабочим объёмом и давлением: M = V × Δp / 63 (Н·м без учёта КПД, V в см³/об, Δp в бар). Этот момент и мощность привода не должны превышать допустимых для выбранной КОМ.
• Изгибающая нагрузка от массы насоса. При креплении насоса прямо на КОМ учитывают, какой изгибающий момент от его массы допускает коробка отбора мощности.
• Диапазон передаточного отношения КОМ. Производители КОМ и кранов задают в документации рекомендуемый диапазон передаточных отношений, и выбранная КОМ должна в него укладываться.
• Условия на входе насоса. Длинная или узкая всасывающая линия и бак, расположенный ниже насоса, снижают давление на входе. Низкое давление на входе приводит к кавитации, шуму и повреждению насоса, поэтому сечение всасывающей линии и допустимую частоту вращения сверяют с документацией изготовителя насоса.

Нерегулируемый или регулируемый насос

Тип насоса определяется гидросистемой установки. В руководстве одного из изготовителей КМУ указано, что гидронасос в зависимости от модели установки может быть нерегулируемым или с LS-регулированием. LS-регулирование (load sensing, регулирование по нагрузке) означает, что насос меняет подачу по сигналу давления от гидрораспределителя.

Нерегулируемый насос - шестерённый или аксиально-поршневой с постоянным рабочим объёмом. Его теоретическая подача зависит только от частоты вращения вала, то есть от оборотов двигателя и передаточного отношения КОМ.

Регулируемый аксиально-поршневой насос с LS-регулированием работает в паре с LS-гидрораспределителем и подаёт столько жидкости, сколько требуют включённые механизмы. Производители таких насосов связывают это с меньшими потерями энергии и нагревом жидкости. В отраслевой прессе есть и другая оценка: если механизмы большую часть времени работают при полностью открытых секциях распределителя, регулируемый насос подаёт почти полный поток, как и нерегулируемый.

Без проверки гидросхемы насос с LS-регулированием не ставят на установку, рассчитанную на нерегулируемый насос, и наоборот: тип насоса должен соответствовать гидрораспределителю и гидросхеме КМУ.

Что сверить перед покупкой насоса

Прежде чем купить гидронасос на манипулятор, параметры сводят в один перечень и сверяют с паспортом установки, документацией шасси и КОМ:

• требуемую подачу и рабочее давление КМУ;
• тип гидросистемы: с нерегулируемым насосом или с LS-регулированием;
• рабочий объём, рассчитанный по частоте вращения двигателя в рабочем режиме и передаточному отношению КОМ;
• допустимые давление и частоту вращения насоса;
• направление вращения;
• посадочный фланец, вал (шлицевой или шпоночный), расположение и резьбу портов, а для регулируемых насосов - подключение дренажной линии и линии LS-сигнала;
• допустимые для КОМ крутящий момент, мощность и нагрузку от массы насоса;
• условия на входе: сечение всасывающей линии и положение бака.

Аналог другой марки рассматривают, только если совпадают все параметры из перечня. Монтаж насоса, подключение и проверку давления после установки выполняют квалифицированные специалисты на отключённом и разгруженном оборудовании, по документации изготовителей КМУ и насоса.

Подбор начинается с паспорта установки

Гидронасос для манипулятора выбирают не по рабочему объёму прежнего агрегата и не по каталогу «с запасом», а по требованиям КМУ к подаче и давлению, пересчитанным через обороты двигателя и передаточное отношение КОМ. Насос с подходящими подачей и давлением ещё нужно согласовать с приводом: по направлению вращения, фланцу, валу и нагрузке на КОМ, а также с типом гидросистемы установки.