Pompă Axial Piston

O pompă cu pistoane axiale este o pompă volumetrică utilizată în hidraulică, în care mai multe pistoane sunt dispuse paralel cu arborele de antrenare și efectuează o cursă axială prin rotație, pentru a aspira și a transporta lichidul hidraulic. Aceasta se caracterizează prin presiuni de funcționare ridicate de până la 500 bar, o construcție compactă și o reglare continuă a debitului volumetric și se numără printre cele mai utilizate tipuri de pompe în sistemele hidraulice industriale și mobile.

Principiul de bază și modul de funcționare al pompei cu pistoane axiale

Pompele cu pistoane axiale transformă energia mecanică de rotație în energie hidraulică de presiune. Principiul central de funcționare se bazează pe deplasarea volumetrică: pistoanele se mișcă axial înainte și înapoi în alezajele cilindrilor, modificând astfel volumul din camerele pistoanelor și generând alternativ o presiune negativă pentru aspirare și o presiune pozitivă pentru transportul lichidului hidraulic.

Structura unei pompe cu pistoane axiale

Blocul cilindric, denumit și bloc de pistoane rotative, constituie elementul central. Acesta conține, de obicei, între șapte și unsprezece alezaje ale pistoanelor, care sunt dispuse paralel cu axa de rotație. Pistoanele în sine sunt conectate prin biele sau articulații sferice la un disc înclinat sau la o flanșă de comandă. Un arbore de antrenare rotește blocul cilindric, iar unghiul de înclinare al discului înclinat forțează pistoanele să efectueze o mișcare de cursă. La capătul frontal al blocului cilindric, un disc de comandă cu canale în formă de rinichi asigură că fiecare piston parcurge exact o fază de aspirație și una de presurizare în timpul unei rotații.

Generarea de putere și debitul volumetric

Cursa fiecărui piston rezultă din unghiul de înclinare al discului înclinat față de axa de rotație. Cu cât acest unghi este mai mare, cu atât cursa pistonului este mai lungă și cu atât volumul deplasat pe rotație este mai mare. Debitul pompei depinde astfel direct de două mărimi: turația arborelui de antrenare și unghiul de înclinare al discului oblic. La un unghi de înclinare de zero grade, pistoanele nu se mișcă, iar pompa nu pompează niciun debit. Odată cu creșterea unghiului, debitul crește continuu. Pompele moderne cu pistoane axiale ating debite de până la aproximativ 800 de litri pe minut.

Tipuri de pompe cu pistoane axiale

Pompele cu pistoane axiale pot fi clasificate în funcție de diferite criterii. Cea mai importantă distincție se referă la modul de generare a debitului: pompa cu discuri înclinate (disc pivotant) și pompa cu ax înclinat. În plus, se face distincția între pompele cu volum de deplasare constant și cele cu volum de deplasare variabil.

Pompă cu disc înclinat și disc pivotant

La acest tip de construcție, blocul cilindric și arborele de antrenare se rotesc împreună. Discul înclinat este fixat în carcasă sau poate fi înclinat în jurul unui punct de pivotare. Pistoanele alunecă cu punctele de bază pe discul înclinat și efectuează o mișcare de cursă datorită unghiului discului. Unghiul maxim de pivotare este de aproximativ 18 grade la majoritatea modelelor. Pompele cu discuri înclinate reglabile permit o ajustare continuă a debitului volumetric în timpul funcționării. La acest tip de construcție este posibilă o transmisie mecanică directă, ceea ce permite montarea pompelor tandem pe un arbore de antrenare comun.

Pompa cu ax înclinat

La pompa cu ax înclinat, axul blocului cilindric este dispus înclinat față de arborele de antrenare. O flanșă de antrenare transmite mișcarea de rotație de la arborele de antrenare la blocul cilindric. Pistoanele sunt conectate la discul de alunecare fix prin articulații sferice. Cursa pistonului este determinată de poziția înclinată a axei. Reglarea debitului volumetric se realizează prin modificarea unghiului de înclinare dintre axa blocului cilindric și arborele de antrenare. Pompele cu ax înclinat se caracterizează printr-o bună capacitate de autoaspirație și o rezistență mai mare la impuritățile din uleiul hidraulic.

Pompe constante și variabile

Pompele cu debit constant au un unghi de înclinare fix și asigură un debit constant la o turație dată. Pompele variabile adaptează volumul de deplasare în mod continuu la necesar. În sistemele hidraulice industriale se utilizează în principal pompe variabile, deoarece economisesc energie, mențin presiunea în funcție de necesități și reduc generarea de căldură.

Pompa cu pistoane axiale în circuit deschis și închis

Alegerea tipului de construcție depinde în mare măsură de circuitul în care funcționează pompa.

Circuit deschis

În circuitul deschis, pompa aspiră lichidul hidraulic dintr-un rezervor și îl transportă către consumator. Returul se întoarce în rezervor. Pompele cu ax înclinat sunt deosebit de potrivite pentru circuitele deschise, deoarece au o bună capacitate de autoaspirație și absorb bine sarcinile variabile. Circuitele deschise se regăsesc în prese, mașini de turnare prin injecție și mașini-unelte.

Circuit închis

În circuitul închis, lichidul hidraulic circulă direct între pompă și motorul hidraulic, fără a face un ocol prin rezervor. O pompă de alimentare compensează scurgerile. Pompele cu discuri oblice sunt utilizate frecvent în acest caz, de exemplu în transmisiile hidrostatice ale utilajelor de construcții, încărcătoarelor pe roți și vehiculelor agricole. Circuitul închis permite o instalație compactă și o inversare rapidă a sensului de deplasare.

Caracteristici tehnice ale pompei cu pistoane axiale

Pompele cu pistoane axiale funcționează într-un interval larg de funcționare. Următoarele caracteristici oferă o orientare pentru proiectare:

Valorile reale variază în funcție de producător, dimensiune și condiții de funcționare. La presiuni de peste 400 bar, pompele cu pistoane radiale devin o alternativă din ce în ce mai populară, deoarece acest tip de construcție suportă presiuni mai mari cu pulsații mai mici.

Pompa cu pistoane axiale versus pompa cu pistoane radiale

Ambele tipuri fac parte din categoria pompelor cu pistoane, dar se diferențiază prin construcție și domeniile principale de utilizare. Proiectanții aleg pompa cu pistoane axiale atunci când dimensiunile compacte, turațiile ridicate și reglarea continuă sunt prioritare. Pompele cu pistoane radiale sunt utilizate la presiuni extreme, în regim de funcționare continuă și în cazul cerințelor ridicate privind funcționarea silențioasă.

Reglarea și controlul pompelor cu pistoane axiale

Reglarea debitului se realizează prin diferite concepte de reglare, care și-au dovedit eficiența în practică.

Reglarea presiunii

Reglarea presiunii menține presiunea sistemului la o valoare de referință setată, independent de necesarul de debit al consumatorilor. De îndată ce presiunea atinge valoarea de referință, discul se întoarce și reduce debitul la nivelul necesar pentru menținerea presiunii. Puterea excedentară nu este disipată sub formă de căldură printr-o supapă de limitare a presiunii, ceea ce îmbunătățește semnificativ bilanțul energetic.

Reglarea debitului

În acest caz, pompa reglează debitul la o valoare constantă, independent de fluctuațiile de presiune din sistem. Unghiul de deschidere al discului înclinat este reglat de un regulator. Această reglare este potrivită pentru aplicații cu debit constant al consumatorilor.

Reglarea Load-Sensing

Reglarea Load-Sensing detectează cea mai mare cerință de presiune a consumatorilor conectați și reglează pompa exact la această presiune, plus o mică diferență de presiune de pilotare. Astfel, pompa furnizează doar debitul de care consumatorii au nevoie efectiv și funcționează la presiunea minimă necesară a sistemului. Acest lucru reduce consumul de energie și încălzirea uleiului hidraulic.

Reglare electronică

Pompele moderne cu pistoane axiale utilizează din ce în ce mai mult regulatoare electrohidraulice care comandă supape proporționale sau servo. Un regulator electronic prelucrează semnalele de la senzorii de presiune și turație și transmite semnale de reglare către supapele de reglare. Acest lucru permite circuite de reglare precise și dinamice, precum și integrarea în sistemele de comandă superioare ale mașinilor. Semnalele de reglare tipice se situează în intervalul de la 4 la 20 mA.

Standarde și cerințe tehnice de siguranță

Standardul EN ISO 4413: 2010 reglementează cerințele tehnice de siguranță pentru instalațiile hidraulice și componentele acestora, inclusiv pompele cu pistoane axiale. Acesta definește pericolele, cum ar fi suprapresiunea, scurgerile și zgomotul, și prezintă principii pentru evitarea acestora. Standardul impune, printre altele, ca sarcinile axiale și radiale pe arborele pompei să rămână în limitele specificate de producător, ca vibrațiile de torsiune să fie reduse prin cuplaje amortizoare și ca temperaturile suprafețelor să fie limitate în siguranță conform ISO 13732-1. În plus, ISO 4406 reglementează clasa de curățenie a uleiului hidraulic, care este decisivă pentru funcționarea fiabilă a pompelor cu pistoane axiale.

Întreținere și reparații

Pompele cu pistoane axiale funcționează la presiuni și turații ridicate, ceea ce necesită o întreținere regulată. Aproximativ 70% din defecțiunile sistemelor hidraulice se datorează uleiului hidraulic contaminat. O filtrare eficientă și schimbarea regulată a uleiului conform specificațiilor producătorului se numără printre cele mai importante măsuri preventive.

Semne tipice de uzură

• Suprafețele de rulare ale pistoanelor și alezajele cilindrilor: zgârieturi și pitting cauzate de uzura particulelor sau cavitație
• Suprafețele de alunecare ale discului oblic: uzură cauzată de frecarea continuă a picioarelor pistonului, recunoscută prin creșterea debitului de scurgere
• Garnituri și inele de etanșare ale arborelui: fragilizare și formare de fisuri din cauza solicitărilor termice și mecanice
• Rulmenți: joc crescut, zgomote de rulare și creșterea temperaturii ca indicatori ai deteriorării rulmenților

Măsuri pentru creșterea duratei de viață

La fiecare schimb de tură ar trebui efectuate verificări vizuale periodice pentru a depista scurgerile, zgomotele neobișnuite și vibrațiile. Analizele fluidului oferă informații despre conținutul de particule, conținutul de apă și îmbătrânirea chimică a uleiului. Garniturile ar trebui inspectate la fiecare trei până la șase luni și înlocuite dacă este necesar. Respectarea intervalelor de schimbare a uleiului și a ciclurilor de înlocuire a filtrelor specificate de producător asigură curățenia uleiului hidraulic și, prin urmare, funcționalitatea pompei. HK Hydraulik recomandă utilizarea pieselor de schimb originale la repararea și întreținerea pompelor hidraulice, pentru a asigura precizia de montare și rezistența pieselor de uzură.

Domenii de aplicare ale pompei cu pistoane axiale

Pompele cu pistoane axiale sunt utilizate în aproape toate domeniile hidraulicii industriale și mobile. În utilajele mobile, cum ar fi excavatoarele, încărcătoarele pe roți, macaralele și tractoarele, acestea constituie sursa centrală de energie pentru sistemele de propulsie și funcțiile de lucru. În instalațiile industriale staționare, acestea alimentează cu putere hidraulică presele, mașinile de turnare prin injecție și mașinile-unelte. De asemenea, sunt utilizate în hidraulica navală, în centralele eoliene și în bancurile de testare. Combinația dintre nivelul ridicat de presiune, construcția compactă și reglarea continuă face din pompa cu pistoane axiale prima alegere atunci când vine vorba de acționări hidraulice eficiente și cu densitate de putere ridicată.