зубчатый масляный насос

Когда слышишь ?зубчатый масляный насос?, первое, что приходит в голову — простейшая схема: две шестерни, всасывание, нагнетание, и вперёд. Но на практике, особенно когда речь заходит о высоких давлениях, как у тех же насосов внутреннего зацепления серии VG, где заявлены 40 МПа, эта ?простота? мгновенно испаряется. Многие, особенно те, кто только начинает работать с гидравликой, недооценивают влияние зазоров, формы зуба и качества материала на итоговый КПД и шумность. Считают, что раз принцип старый, то и проблем особых нет. Ошибка, которая потом дорого обходится на стендовых испытаниях.

От чертежа к металлу: где кроются нюансы

Взять, к примеру, производство. Казалось бы, всё отработано. Но вот момент с термообработкой зубьев. Если перекалить — хрупкость, трещины под нагрузкой. Недокалить — быстрый износ, падение давления уже через сотни моточасов. У нас на одном из первых заказов как раз была такая история: насос для испытательного стенда. Давление держал, но после 300 часов работы шумность выросла вдвое. Разобрали — на ведомой шестерне виден характерный след выкрашивания по рабочим поверхностям зубьев. Причина — неоднородность твёрдости после закалки. Пришлось полностью менять технологическую карту с поставщиком заготовок.

Или зазоры между зубьями и корпусом. В теории всё есть в учебниках. На практике же, при сборке, особенно когда идёт речь о насосах с рабочим объёмом под 320 мл/об, как в той же серии VG, микронные отклонения от соосности корпусных деталей дают увеличение внутренней утечки не на проценты, а в разы. Руками это не соберёшь, нужна прецизионная оснастка. Мы долго подбирали оптимальную схему базирования для корпусов, пока не вышли на стабильные параметры.

Ещё один момент — материал пары трения: шестерня-подшипник скольжения. Часто используют стандартные бронзы. Но для работы на высоких оборотах, близких к 4000 об/мин, нужны специальные антифрикционные сплавы, которые хорошо работают именно в паре со сталью конкретной марки, из которой сделаны шестерни. Здесь не обойтись без тесной работы с металловедами и серии испытаний на трение и износ.

Шумность и пульсация: бич зубчатых схем

С шумом борются все. Но в зубчатых насосах, особенно внешнего зацепления, он имеет очень характерный, трудноустранимый тон. Основной источник — момент зацепления зубьев и резкое изменение объёма масла в полостях между ними. Многое зависит от эвольвенты зуба. Мы пробовали разные модификации профиля, вплоть до косозубых и шевронных колёс. Косозубые снижали шум ощутимо, но появлялась осевая сила, которую нужно было чем-то компенсировать, усложнялась конструкция подшипниковых узлов.

Пульсация давления — отдельная головная боль для систем, требующих высокой стабильности. Она напрямую связана с количеством зубьев. Чем их больше, тем меньше пульсация, но тем сложнее изготовление мелкомодульных колёс с требуемой точностью. Для насосов внутреннего зацепления, которые, к слову, являются ключевым продуктом для ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо), этот вопрос часто решается особой геометрией ротора и статора, что видно в их серии VG. Информацию по таким компонентам всегда можно уточнить на их ресурсе https://www.vickshyd.ru, где подробно разбираются основные гидравлические компоненты, включая те самые высоконапорные шестеренные насосы.

На деле, чтобы снизить пульсацию в обычном насосе внешнего зацепления, иногда идут на хитрость: делают разгрузочные канавки в торцевых крышках. Но тут важно их точно рассчитать и расположить, иначе можно получить обратный эффект — кавитацию на всасывании. Приходилось балансировать буквально на грани, подбирая глубину и угол.

Случаи из практики: когда теория молчит

Был у меня опыт с насосом на лесозаготовительной машине. Работал в условиях сильных вибраций и перепадов температур. Стандартный зубчатый масляный насос начал ?потеть? — появились мелкие потёки масла по валу. Оказалось, проблема не в сальнике, а в том, что из-за вибраций и тепловых деформаций корпуса нарушилась соосность вала. Насос вроде бы работал, но уплотнение быстро выходило из строя. Решение было нестандартным: пришлось ставить более жёсткие опорные кронштейны и переходить на уплотнение другого типа, компенсирующее небольшие перекосы.

Другой случай — работа на масле с неподходящей вязкостью. Заказчик сэкономил, залил то, что было под рукой. Насос, рассчитанный на ISO VG 46, получил жидкость, больше похожую на воду. Сразу упало давление, появился характерный стук — следствие повышенных зазоров и плохого смазывания пар трения. Хорошо, что вовремя остановили, не доводя до задиров. После промывки и заливки правильного масла работа восстановилась. Это банально, но такие ситуации случаются сплошь и рядом, и к ним нужно быть готовым.

А вот пример удачного применения. Для небольшого пресса с цикличной работой нужен был недорогой и надёжный насос. Выбрали именно шестерёнчатый, внешнего зацепления, от того же ООО Викс. Их акцент на высоконапорных насосах внутреннего зацепления серии VG понятен, но в их линейке, судя по описанию на сайте, есть и другие решения. Для нашего случая давления были средние, но важна была надёжность и простота обслуживания. Насос отработал без нареканий несколько лет, единственное, что требовалось — регулярная замена сальника по регламенту.

Современные тенденции и место зубчатого насоса

Сейчас много говорят о сервопластинчатых насосах, как об инновациях, что и отражено в портфеле Vicks Hydraulic (ABT сервопластинчатые насосы). Или о высококлассных плунжерных сериях A4VSO. Их эффективность и управляемость действительно выше. Но зубчатый масляный насос никуда не делся. Его ниша — это задачи, где нужна максимальная простота, живучесть, неприхотливость и относительно невысокая стоимость. Там, где не требуется точное регулирование потока, а нужен простой и мощный источник давления.

Его эволюция идёт не в сторону революционных изменений принципа, а в область новых материалов (полимерные шестерни для специфических сред), прецизионного изготовления (для снижения шума) и оптимизации под конкретные типы жидкостей. Например, для работы на синтетических или огнестойких гидравлических жидкостях требуются специальные решения по уплотнениям и совместимости материалов.

Итог такой: зубчатый насос — это не архаика, а вполне современный агрегат, который просто требует глубокого понимания его сильных и слабых сторон. Его нельзя применять везде, но там, где он уместен, он даст фору многим более сложным системам по надёжности и цене. Главное — не пытаться заставить его работать на параметрах, для которых он не создан, и внимательно относиться к мелочам при проектировании и сборке. Как и в любом деле, здесь дьявол кроется в деталях: в том самом зазоре, качестве поверхности зуба и правильном выборе сопутствующих материалов.