پمپ پیستونی

اجزا و طرز کار پمپ پیستونی

یک پمپ پیستونی از نظر ظاهری شبیه به موتور خودروهای موتوری است و ساده ترین آن به صورت یک آرایش تک سیلندر ساده است. با این حال، چنین پمپ ساده ای که یک پالس سیال را در هر دور ارسال می کند، پالس های فشار زیادی را به سیستم تولید می کند و دارای نوسان بار بسیار بالایی است. بنابراین پمپ‌های پیستونی عملی از سیلندرها و پیستون‌های متعددی برای صاف کردن انتقال سیال استفاده می‌کنند، و نبوغ زیادی در طراحی پمپ‌های چند سیلندر که به‌طور شگفت‌انگیزی فشرده و کم حجم هستند، انجام می‌شود.
پمپ از چندین پیستون توخالی در داخل یک بلوک سیلندر ثابت تشکیل شده است. هر پیستون دارای دریچه های ورودی و خروجی فنری است. با چرخش بادامک داخلی، سیال به آرامی از درگاه ورودی به درگاه خروجی منتقل می شود.

پمپ ها از همین اصل استفاده می کند، اما از یک بادامک ثابت و یک بلوک سیلندر چرخان بهره می برند. این چیدمان نیازی به چندین شیر ورودی و خروجی ندارد و در نتیجه ساده‌تر، قابل اعتمادتر و ارزان‌تر است. جای تعجب نیست که اکثر پمپ های پیستونی شعاعی این ساختار را دارند. مانند پمپ های دنده ای و پره ای، پمپ های پیستونی شعاعی می توانند با استفاده از مجموعه های متعددی که از یک شفت مشترک هدایت می شوند، جابجایی و دبی بیشتری ایجاد کنند.
شکل جایگزین پمپ پیستونی، طرح محوری است، که در آن پیستون های متعدد در یک سیلندر دوار چیده شده اند. پیستون ها توسط یک صفحه زاویه دار ثابت به نام صفحه کج حرکت می کنند. هر پیستون را می توان توسط فنرها یا با یک صفحه کفش چرخان متصل به صفحه کج نگه داشت.
جابجایی پمپ با تغییر زاویه صفحه کج کنترل می شود. هرچه زاویه بزرگتر باشد، جابجایی بیشتر است. با صفحه کج بدون زاویه، جابجایی عمودی صفر است و جریان حتی می تواند معکوس شود. زاویه صفحه سواش (و در نتیجه جابجایی پمپ) را می توان به راحتی با افزودن یک سیلندر هیدرولیک جداگانه از راه دور کنترل کرد.
شکل جایگزین پمپ پیستونی محوری، پمپ محور خمیده است. کورس و حرکت پیستون ها به دلیل زاویه بین محور محرک و بلوک سیلندر در حال چرخش حاصل می شود. جابجایی پمپ را می توان با تغییر زاویه محور محرک تنظیم کرد.

پمپ های پیستونی بازده حجمی بسیار بالایی دارند (بیش از 98 درصد) و در بالاترین فشارهای هیدرولیکی قابل استفاده هستند. با این حال، آنها حجیم و پر سر و صدا هستند. پیچیدگی آنها نسبت به پمپ های پره ای و دنده ای، به نسبت گران تر است و تعمیر و نگهداری آنها به مهارت بیشتری نیاز دارد.
اجزای اصلی یک پمپ پیستونی محوری عبارتند از صفحه کج، پیستون های محوری با کفش، سیلندر، فنر بایاس و صفحه پورت. ورقه کفش و فنر بایاس صفحه، پیستون ها را در مقابل صفحه کج (سواش) نگه می دارند، در حالی که بلوک سیلندر توسط محرک اصلی می چرخد، ثابت نگه داشته می شود. سیلندر، کف گرد و فنر بایاس با شفت ورودی می چرخند، بنابراین پیستون ها را مجبور می کند تا در سیلندرهای مربوطه خود در لوله سیلندر به جلو و عقب حرکت کنند. جریان ورودی و خروجی توسط صفحه پورت ثابت با پورت های کلیه شکل آن جدا می شود. حجم خروجی را می توان با تغییر زاویه ی صفحه کج یا سواش پلیت (swashplate) کنترل کرد. با صفر شدن زاویه بین نرمال به صفحه سواش و محور محرک، حجم جریان کاهش می یابد. اگر زاویه افزایش یابد، حجم نیز افزایش می یابد. پمپ های پیستونی محوری با این ویژگی به پمپ های پیستونی محوری بیش از مرکز معروف هستند.

در پمپ های پیستونی محوری، بلوک سیلندر و شافت یا محور محرک در یک خط مرکزی قرار دارند و پیستون ها به موازات محور محرک به صورت رفت و برگشتی حرکت می کنند. ساده ترین نوع پمپ پیستونی محوری طراحی خطی صفحه کج می باشد.
کورس سیلندر در این پمپ توسط شفت محرک چرخانده می شود. پیستون‌های نصب شده روی سوراخ‌های سیلندر از طریق کفشک‌های پیستونی و یک حلقه جمع‌شونده به هم متصل می‌شوند، به طوری که کفش‌ها در برابر یک صفحه زاویه دار قرار می‌گیرند. همانطور که بلوک می چرخد ، کفشک های پیستون صفحه swash را دنبال می کنند و باعث برگشت پیستون ها می شوند. پورت ها در صفحه سوپاپ به گونه ای چیده شده اند که پیستون ها هنگام بیرون کشیدن از ورودی عبور کرده و در حالی که به جلو می روند از خروجی عبور می کنند.
در این پمپ ها اندازه و تعداد پیستون ها و همچنین طول کورس آنها نیز تعیین کننده جابجایی است. طول کورس توسط زاویه صفحه swash کنترل می شود. در مدل های با جابجایی متغیر، صفحه swash در یک یوغ متحرک نصب می شود. با چرخاندن یوک بر روی پینتل ها، می توان زاویه صفحه swash و حرکت پیستون را افزایش یا کاهش داد.
عملکرد پمپ کنترل شده با جبران کننده خطی می باشد. کنترل شامل یک دریچه جبران کننده متعادل بین فشار بار و نیروی فنر، یک پیستون است که توسط سوپاپ برای حرکت یوغ کنترل می شود و یک فنر برگشت یوغ. بدون فشار خروجی، فنر برگشت یوغ، یوغ را به موقعیت تحویل کامل می برد. با افزایش فشار، در مقابل انتهای قرقره سوپاپ عمل می کند. هنگامی که فشار به اندازه کافی برای غلبه بر فنر سوپاپ بالا باشد، قرقره جابجا شده و روغن وارد پیستون یوک می شود. پیستون توسط روغن تحت فشار مجبور می شود تا جابجایی پمپ را کاهش دهد. اگر فشار کاهش یابد، قرقره به طور خودکار به عقب حرکت می کند، روغن از پیستون به داخل محفظه پمپ تخلیه می شود و فنر یوغ را به زاویه بیشتری باز می گرداند.

تولید به روش ریخته گری

به نظر می رسد تولید پمپ های پیستونی با استفاده از سرب و روی موفق هستند. با این حال، تلاش برای تولید آنهابا استفاده از آلیاژهای Al مایع تاکنون به موفقیت منجر نشده است. اگرچه مواد مقاوم در برابر سایش و آلومینا مانند SiC را می توان به خوبی و با دقت آسیاب کرد تا سیلندرها و پیستون ها را از آن بسازند، اختلال ناشی از ذرات آلومینا باعث می شود که پمپ ها به سرعت فرسوده شوند و از کار بیفتند. لایه‌های آلومینا با ضخامت نانومتر احتمالاً همیشه در آلیاژهای Al مایع وجود دارند و به راحتی به دقیق‌ترین قسمت‌ها راه پیدا می‌کنند و به ناچار منجر به خوردگی و سایش می‌شوند.