Ulkoinen hammaspyöräpumppu: miten se toimii, sovellukset ja valintaopas

Mikä on ulkoinen hammaspyöräpumppu

Ulkoinen hammaspyöräpumppu on eräänlainen iskutilavuus hydraulinen pumppu joka siirtää nestettä vangitsemalla sen kahden ulkoisesti toisiinsa kytkeytyvän hammaspyörän hampaiden ja pumppupesän sisäseinän väliin. Se on yksi vanhimmista ja laajimmin käytetyistä pumppumalleista hydraulitekniikassa, ja se on arvostettu sen mekaanisen yksinkertaisuuden, laajan toiminta-alueen ja luotettavan suorituskyvyn vuoksi vaativissa teollisuusympäristöissä.

Pumppu koostuu neljästä pääkomponentista: a ajovaihde kytketty suoraan virtalähteeseen, a ajettava vaihde joka pyörii vastakkaiseen suuntaan verkkokontaktin kautta, tiukka toleranssi asuminen joka sulkee sisäänsä molemmat vaihteet ja laakerilohkot tai sivulevyt, jotka tiivistävät vaihteiston pinnat ja säilyttävät tarkat välykset tehokkaan nesteensiirron kannalta. Siinä ei ole venttiilejä, muuttuvan geometrian elementtejä eikä monimutkaisia ​​sisäisiä mekanismeja – hammaspyörän hampaiden ja kotelon geometria tekee kaiken työn.

Tämä rakenteellinen yksinkertaisuus on yksi ulkoisen hammaspyöräpumpun määrittelevistä kaupallisista eduista. Koska siinä on vähemmän osia kuin lähes mikään muu hydraulipumppu, se on halvempi valmistaa, helpompi huoltaa kentällä ja kestää paremmin saastuneita tai korkean viskositeetin nesteitä, jotka voivat vahingoittaa herkempiä pumppurakenteita.

Kuinka ulkoinen hammaspyöräpumppu toimii

Ulkoisen hammaspyöräpumpun toimintaperiaate noudattaa jatkuvaa kolmivaiheista sykliä, joka toistuu jokaisella käyttöakselin kierroksella.

Vaihe 1 – otto: Kun kaksi hammaspyörää pyörivät poispäin toisistaan pumpun tulopuolella, irtoamattomat hampaat luovat laajenevan tilavuuden hammaspyörän hammasprofiilien, kotelon seinämän ja laakerilohkon pintojen väliin. Tämä laajeneva tilavuus synnyttää osittaisen tyhjiön tuloaukkoon. Säiliön nesteeseen vaikuttava ilmakehän paine työntää nestettä tälle matalapainevyöhykkeelle ja täyttää molempien vaihteiden hammaspyörän hampaiden väliset tilat.

Vaihe 2 – siirto: Hammasväliin jäänyt neste kuljetetaan molempien hammaspyörien ulkopuolella - hammaspyörän hampaiden ja kotelon seinämän välissä - tulopuolelta ulostulopuolelle. Kriittisesti neste ei kulje kahden vaihteen välisen verkkopisteen läpi. Vaihteen kärkien ja kotelon reiän välinen tiukka toleranssi estää nesteen vuotamisen takaisin, mikä varmistaa, että käytännössä kaikki talteen otettu tilavuus siirtyy eteenpäin jokaisella kierroksella.

Vaihe 3 – Purkaus: Kun hammaspyörän hampaat alkavat taas koskettaa toisiaan poistopuolella, ne vähentävät asteittain välistä tilavuutta puristaen loukkuun jääneen nesteen ulos poistoaukon kautta korkealla paineella. Kiinnitystoiminta on jatkuvaa ja tasaista, mikä tuottaa suhteellisen tasaisen virtauksen mäntäpohjaisiin syrjäytyspumppuihin verrattuna.

Koska vaihteen geometria määrää kierrosta kohti siirtyneen tilavuuden, ulostulovirtaus on suoraan verrannollinen pyörimisnopeuteen . Akselin nopeuden kaksinkertaistaminen kaksinkertaistaa virtausnopeuden. Tämä ennustettavissa oleva lineaarinen suhde tekee ulkoisista hammaspyöräpumpuista yksinkertaista määrittää ja ohjata järjestelmän suunnittelussa.

Tärkeimmät suorituskykyominaisuudet

Ulkoisen hammaspyöräpumpun toiminta-alueen ymmärtäminen on välttämätöntä, jotta se voidaan sovittaa oikein hydraulijärjestelmään. Seuraavat parametrit määrittelevät, missä ulkoiset hammaspyöräpumput toimivat parhaiten – ja missä niiden rajoitukset näkyvät.

Painealue: Tavalliset ulkoiset hammaspyöräpumput toimivat mukavasti 150 - 250 baarin (2 200 - 3 600 psi) alueella. Korkealaatuiset teolliset mallit voivat saavuttaa 300 baarin (4 350 psi) paineen jatkuvassa käytössä. Näiden kynnysarvojen yläpuolella sisäinen vuoto vaihteiston ja kotelon välisissä välyksissä kasvaa merkittävästi, mikä vähentää tilavuushyötysuhdetta ja tuottaa lämpöä. Pysyviin erittäin korkeapaineisiin, yli 350 baariin, mäntäpumput ovat yleensä sopivin valinta.

Virtausnopeudet ja siirtymä: Siirtymä määräytyy hammaspyörän leveyden, jakoympyrän halkaisijan ja hammasprofiilin mukaan. Kaupalliset yksiköt vaihtelevat tarkkuusannostussovelluksiin tarkoitetun alle 1 cc/kierrosnopeudesta yli 200 cm3:n kierrosnopeuteen suurivirtaaisiin liikkuviin hydraulijärjestelmiin. Yhden pumppuyksikön virtausnopeudet ovat tyypillisesti 2–250 litraa minuutissa nimellisnopeudella, ja tandem- tai useat pumppukokoonpanot pystyvät yhdistämään virtaukset erillisistä osista yhteisellä käyttöakselilla.

Viskositeettialue: Ulkopuoliset hammaspyöräpumput käsittelevät erittäin laajaa viskositeettialuetta – tyypillisesti 10–300 senttistokea (cSt), joten ne sopivat tavallisille hydrauliöljyille, vaihteistoöljyille, polttoöljyille ja erilaisille teollisuuden prosessinesteille. Niiden kyky pumpata korkean viskositeetin nesteitä ilman kavitaatioriskiä, ​​joka vaikuttaa siipipumppujen rakenteisiin, on merkittävä toiminnallinen etu kylmäkäynnistysolosuhteissa tai käytettäessä paksumpia nestelaatuja.

Melu ja pulsaatio: Ulkoiset hammaspyöräpumput tuottavat enemmän ääntä kuin vastaavan iskutilavuuden omaavat siipipumput, mikä johtuu ensisijaisesti hammaspyörien kytkentätaajuudesta ja erillisistä painepulsseista, jotka syntyvät jokaisen hammasparin kytkeytyessä ja irrotettaessa. Hammaspyörän hampaiden profiilin optimointi, kierrehammaspyörämallit ja akustiset kotelot voivat vähentää melutasoa, mutta vaihteiston sisäinen melu on edelleen suunnittelun ominaisuus, joka järjestelmäsuunnittelijoiden tulee ottaa huomioon meluherkissä asennuksissa.

Itseimeytymiskyky: Ulkoiset hammaspyöräpumput ovat itseimeviä ja voivat imeä nestettä pumpun keskilinjan alta, mikäli imuletku on mitoitettu oikein ja nesteen viskositeetti on alueella. Tämä ominaisuus yksinkertaistaa säiliön sijoittelua ja vähentää asennusrajoituksia liikkuvissa laitteissa, joissa säiliön paikannus määräytyy usein ajoneuvon geometrian mukaan.

Yleiset sovellukset

Yksinkertaisuuden, kustannustehokkuuden ja luotettavan iskutilavuuden yhdistelmä on tehnyt ulkoisista hammaspyöräpumpuista oletusvalinnan monissa teollisuus- ja mobiilisovelluksissa.

Siirrettävä hydrauliikka ja rakennuslaitteet: Kaivinkoneet, pyöräkuormaajat, kurottajat ja maataloustraktorit käyttävät ulkoisia hammaspyöräpumppuja ohjaustehostimen piireihin, työlaitteiden hydrauliikkaan ja aputoimintoihin. Niiden kestävyys ympäristöissä, joissa on tärinää, saastuneita nesteitä ja suuria lämpötilavaihteluita, tekee niistä luonnollisen sopivan laitteisiin, jotka toimivat kaukana huoltotiloista.

Voitelujärjestelmät: Työstökoneet, vaihteistot, kompressorit ja moottorit käyttävät ulkoisia hammaspyöräpumppuja voiteluöljypumppuina. Voitelupiireihin vaadittava jatkuva, pulssiton syöttö alhaisemmilla paineilla on täsmälleen samassa linjassa pumpun tehoominaisuuksien kanssa, ja positiivinen syrjäytysluonne takaa öljyn toimituksen myös alhaisilla nopeuksilla käynnistyksen aikana – kriittisen ajan, jolloin laakerien suojaus on tärkeintä.

Hydrauliset voimayksiköt (HPU:t): Kiinteissä teollisuusvoimayksiköissä ulkoiset hammaspyöräpumput ovat ensisijainen virtauslähde puristus-, muotoilu- ja käyttöjärjestelmille puristuskoneissa, ruiskuvalulaitteissa ja materiaalinkäsittelyjärjestelmissä. Niiden kompakti koko suhteessa tehoon ja suoraviivainen huoltoprofiili pienentävät omistamisen kokonaiskustannuksia pidemmän käyttöiän aikana.

Mittaus ja nesteen siirto: Koska ulostulovirtaus on suoraan verrannollinen nopeuteen ja erittäin toistettavissa, ulkoisia hammaspyöräpumppuja käytetään laajalti kemikaalien annostelujärjestelmissä, maali- ja pinnoiteapplikaattoreissa sekä elintarvikelaatuisissa nesteensiirtojärjestelmissä, joissa vaaditaan tarkkaa, jatkuvaa mitatun tilavuuden toimitusta aikayksikköä kohti.

Maatalouskoneet: Traktorit ovat riippuvaisia moottorikäyttöisistä ulkoisista hammaspyöräpumpuista, jotka syöttävät virtausta takanostolaitteen hydrauliikkaan, etäsylinteripiireihin ja ohjaustehostimeen. Pumpun kyky imeä itseään ja toimia laajalla nopeusalueella – alhaisesta joutokäynnistä täyteen moottorin käyntinopeuteen – sopii maatalouden työsykleille ominaisiin vaihteleviin käyttöolosuhteisiin.

Ulkoinen hammaspyöräpumppu vs. muut hydraulipumpputyypit

Oikean pumpputyypin valitseminen hydraulijärjestelmää varten edellyttää ymmärrystä, miten ulkoiset hammaspyöräpumput verrataan vaihtoehtoihin tärkeimmillä suorituskyvyn mitoilla, kuten paine, tehokkuus, melu ja kustannukset.

Ulkoinen hammaspyöräpumppu vs siipipumppu: Siipipumput toimivat eri siirtoperiaatteella – jousikuormitetut tai painekuormitetut siivet liukuvat sisään ja ulos roottorin koloista luoden muuttuvia kammioita roottorin, siipien ja nokkarenkaan väliin. Siipipumput tuottavat yleensä alhaisempia melutasoja kuin ulkoiset hammaspyöräpumput, joilla on samanlainen iskutilavuus, joten ne ovat suositeltavia meluherkissä työstökoneissa ja teollisissa puristussovelluksissa. Siipipumput ovat kuitenkin herkempiä nesteen kontaminaatiolle ja vaativat vähimmäisviskositeetin siipien riittävän voitelun ylläpitämiseksi. Ulkoiset hammaspyöräpumput sietävät laajempaa viskositeettialuetta ja ovat vähemmän herkkiä nesteen puhtaudelle, mikä antaa niille edun liikkuvissa laitteissa ja sovelluksissa, joissa nesteen tilaa on vaikeampi hallita. Matala-keskipaineisiin töihin, joissa melu on etusijalla, siipipumput ovat usein parempi valinta; missä lujuudella ja viskositeetin joustavuudella on enemmän merkitystä, ulkopuoliset hammaspyöräpumput ovat etusijalla.

Ulkoinen hammaspyöräpumppu vs mäntäpumppu: Mäntäpumput ovat korkean suorituskyvyn vaihtoehto sovelluksiin, jotka vaativat jatkuvaa toimintaa yli 250 baarin paineissa, suurta tilavuushyötysuhdetta laajalla nopeusalueella tai vaihtelevaa siirtoa järjestelmän tarpeiden mukaan. Ne saavuttavat 90–95 %:n hyötysuhteen optimaalisissa olosuhteissa verrattuna 80–90 %:iin ulkoisissa hammaspyöräpumpuissa, ja ne kestävät 350–450 baarin toiminnan vaativissa teollisuussykleissä. Kompromissi on huomattavasti korkeammat yksikkökustannukset, suurempi herkkyys nesteen puhtaudelle ja monimutkaisemmat huoltovaatimukset. Ulkopuoliset hammaspyöräpumput ovat edelleen taloudellisesti järkevä valinta kiinteätilavuuksisiin sovelluksiin kohtalaisilla paineilla, joissa mäntäpumpun korkeammat hankinta- ja huoltokustannukset eivät ole perusteltuja suorituskykyvaatimuksilla.

Kuinka valita oikea ulkoinen hammaspyöräpumppu

Ulkoisen hammaspyöräpumpun oikea määrittäminen edellyttää useiden toisistaan riippuvien parametrien käsittelyä peräkkäin. Ali- tai ylikokoisella pumpulla aloittaminen aiheuttaa tehokkuus- ja luotettavuusongelmia, joita on vaikea korjata ilman yksikköä vaihtamatta.

Vaihe 1 – Määritä tarvittava virtausnopeus. Laske järjestelmän kaikkien toimilaitteiden kokonaisvirtaustarpeet ja ota tarvittaessa huomioon samanaikainen käyttö. Ilmoita tämä litroina minuutissa (L/min) tarkoitetulla käyttönopeudella. Koska virtaus on verrannollinen nopeuteen ja siirtymään, valitse siirtymä (cc/rp), joka tuottaa vaaditun virtauksen suunnitellun akselin nopeudella 10–15 % marginaalilla tilavuushäviöiden huomioon ottamiseksi.

Vaihe 2 – Vahvista järjestelmän painevaatimukset. Tunnista suurin käyttöpaine, joka pumpun on kestettävä, mukaan lukien kuormitusiskuista tai venttiilien vaihdosta johtuvat ohimenevät painepiikit. Varmista, että valitun pumpun jatkuva nimellispaine ylittää järjestelmän suurimman käyttöpaineen ja että sen huippupaineluokitus ottaa huomioon odotetut piikit. Jatkuva käyttö lähellä pumpun suurinta nimellispainetta kiihdyttää vaihteiston ja laakereiden kulumista.

Vaihe 3 – Tarkista nesteen viskositeetin yhteensopivuus. Tarkista hydraulinesteen käyttöviskositeetti sekä minimi (kuuma, alhainen kuormitus) että maksimi (kylmäkäynnistys) käyttölämpötiloissa. Nesteen viskositeetin on pysyttävä pumpun määritetyllä alueella koko käyttöjakson ajan. Jos kylmäkäynnistysviskositeetin odotetaan ylittävän 300 cSt, on harkittava esilämmitysstrategiaa tai pumppua, joka on suunniteltu korkeampaan tuloviskositeettiin.

Vaihe 4 – Tarkista akselin nopeus ja käyttökokoonpano. Ulkoisilla hammaspyöräpumpuilla on sekä minimi- että maksiminopeusluokat. Vähimmäisnopeuden alapuolella ajaminen voi aiheuttaa riittämättömän itseimeytymisen ja huonon sisäisen voitelun. Maksiminopeuden yläpuolella käyttö aiheuttaa kavitaatiota ja kiihdytti laakerien kulumista. Varmista, että ajonopeus – joko sähkömoottorin, moottorin voimanoton tai vaihteiston lähdöstä – on pumpun nimellisnopeusalueella kaikissa käyttöolosuhteissa.

Vaihe 5 – Harkitse asennusta ja portin konfigurointia. Hammaspyöräpumppuja on saatavana SAE-, ISO- ja valmistajakohtaisina laippamalleina ja erilaisilla akselikonfiguraatioilla (kiilattu, uritettu tai kartiomainen). Varmista, että valitun pumpun asennusliitäntä on yhteensopiva käytettävissä olevan taajuusmuuttajan kokoonpanon kanssa ja että porttien koot vastaavat järjestelmän linjan kokoa liiallisten tulorajoitusten välttämiseksi.

Huolto ja yleiset vikatilat

Ulkopuoliset hammaspyöräpumput ovat hydraulijärjestelmän luotettavimpia komponentteja, mutta ne eivät ole huoltovapaita. Yleisimpien vikamekanismien ymmärtäminen auttaa insinöörejä määrittämään asianmukaiset huoltovälit ja tunnistamaan ongelmat ennen kuin niistä tulee kalliita.

Liimaa kulumaa hammaspyörien pinnoissa ja kotelon reiässä on yleisin kulumismekanismi ulkoisissa hammaspyöräpumpuissa, jotka toimivat niiden suunnittelualueen sisällä. Ajan myötä vaihteiston kärkien ja kotelon väliset pinnat aiheuttavat mikroskooppista kulumista, mikä lisää sisäisiä välyksiä ja pienentää tilavuustehokkuutta. Pumppu, jonka hyötysuhde uutena oli 95 %, voi laskea 80 %:iin tai sen alle pitkän huollon jälkeen, mikä johtaa korkeampiin nesteen lämpötiloihin ja heikentyneeseen toimilaitteen suorituskykyyn. Säännöllinen järjestelmän virtausmäärän ja nesteen lämpötilan kehitysten seuranta varoittaa tehokkuuden heikkenemisestä varhaisessa vaiheessa ennen kuin pumppu epäonnistuu kokonaan.

Kavitaatio tapahtuu, kun nesteen paine pumpun tuloaukossa laskee nesteen höyrynpaineen alapuolelle, jolloin matalapainevyöhykkeille muodostuu höyrykuplia, jotka sitten romahtavat rajusti, kun ne tulevat korkeapaineisille alueille. Räjähdysenergia syövyttää hammaspyörien hampaiden pintoja ja kotelon seiniä muodostaen tyypillisen pistekuvion, joka näkyy tarkastuksessa. Kavitaatio johtuu tyypillisesti alimitoista tai rajoittuneesta imulinjasta, nesteen liiallisesta viskositeetista kylmäkäynnistyksessä, tukkeutuneesta imusuodattimesta tai pumpun käyttämisestä sen suunniteltua arvoa suuremmalla nopeudella. Kavitaation estäminen edellyttää oikean imulinjan mitoitusta, säännöllistä suodattimen huoltoa ja asianmukaisia ​​kylmäkäynnistysmenetelmiä.

Likaantumisen aiheuttama hankaus vaikuttaa hammaspyörän hampaiden profiileihin, laakeripintoihin ja kotelon poraukseen, kun järjestelmän suodatuskynnyksen ylittäviä kovia hiukkasia pääsee pumppuun. Toisin kuin mäntäpumput, ulkoiset hammaspyöräpumput sietävät suhteellisen kohtalaista kontaminaatiota, mutta jatkuva käyttö voimakkaasti saastuneella nesteellä aiheuttaa kiihtyvää kulumista kaikilla sisäpinnoilla. Hydrauliöljyn pitäminen ISO-puhtauskoodilla 16/14/11 tai paremmalla pidentää pumpun käyttöikää merkittävästi ja vähentää odottamattomia seisokkeja.

Akselitiivisteen vika on yleinen huoltokohde, erityisesti pumpuissa, joihin kohdistuu kohonnut kotelopaine tai lämpökierto. Itkevä akselitiiviste on yleensä ensimmäinen merkki tiivisteen huonontumisesta, ja siihen tulee puuttua ennen kuin vuoto etenee ulkoiseen nestehäviöön tai ilman imeytymiseen vaurioituneen tiivisteen huulen kautta paluuiskussa. Akselitiivisteet ovat edullisia komponentteja, ja niiden vaihtaminen ensimmäisten itkumerkkien yhteydessä on paljon taloudellisempaa kuin antaa ongelman kehittyä laakerivaurioiksi tai kotelon likaantumiseksi.

Yleisenä huoltoohjeena tarkasta imusuodattimet 500–1 000 käyttötunnin välein, vaihda hydraulineste ja paluulinjan suodattimet järjestelmän valmistajan aikataulun mukaisesti ja tarkkaile pumpun ulostulon painetta ja lämpötilaa jokaisella aikataulunmukaisella huoltovälillä tehokkuuden trendin mukaan ajan mittaan.