МНОГОРЯДНЫЙ РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ГИДРОМОТОР МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1994 года по МПК F03C1/04 

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано во всех отраслях техники, где требуется создание безредукторного гидравлического вращательного привода, рассчитанного на большие крутящие моменты и низкие скорости вращения.

Известны радиально-поршневые гидромоторы многократного действия, например гидромотор НМS-455 западно-германской фирмы Flender, содержащие копир с внутренней профилированной поверхностью, поршневые группы с траверсами, на концах которых размещены катки, взаимодействующие с внутренней профилированной поверхностью копира, и поршнями, взаимодействующими с траверсами, распределитель и цилиндровый блок с радиальными расточками для размещения поршней, радиальными пазами для размещения траверс и направляющими поверхностями на торцах, взаимодействующими с торцами катков для ограничения осевого смещения траверс при их перемещении в радиальных пазах.

Известные гидромоторы отличаются высокой надежностью, энергоемкостью, технологичностью, большими крутящими моментами, что делает их весьма перспективными для применения.

Недостатком известных гидромоторов является увеличенный радиальный габарит, в связи с чем в ряде случаев имеются практические затруднения при встраивании гидромоторов в исполнительные органы машин.

Известен также многорядный радиально-поршневой гидромотор многократного действия, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и выбранный в качестве прототипа, содержащий профилированную направляющую, блок цилиндров с радиальными расточками и пазами и торцевыми направляющими поверхностями, поршневые группы, включающие поршни, установленные в радиальных пазах блока цилиндров с возможностью контакта с поршнями траверсы с опорными катками по концам, установленными с возможностью взаимодействия своими цилиндрическими поверхностями с профилированной направляющей и торцами с торцевыми поверхностями блока цилиндров.

Поршни в многорядном радиально-поршневом гидромоторе установлены в два или более рядов вдоль оси, причем суммарный рабочий объем всех рядов равен рабочему объему однородного гидромотора. Следствием этого является существенно меньший радиальный габарит многорядного гидромотора по сравнению с однорядным при равном рабочем объеме.

Недостатком известных многорядных радиально-поршневых гидромоторов является увеличенный по сравнению с однорядными осевой габарит и пониженная надежность, что связано с увеличением расстояния между катками при размещении в ряд нескольких поршней, работающих на одну траверсу, вместо одного.

Задачей, решаемой данным изобретением, является уменьшение габаритов и массы, а также повышение надежности многорядного радиально-поршневого гидромотора.

Поставленная цель достигается тем, что в многорядном радиально-поршневом гидромоторе, содержащем профилированную направляющую, блок цилиндров с радиальными расточками и пазами и торцевыми направляющими поверхностями, поршневые группы, включающие поршни, установленные в радиальных расточках блока цилиндров, размещенные в радиальных пазах блока цилиндров с возможностью контакта с поршнями траверсы с опорными катками по концам, установленными с возможностью взаимодействия своими цилиндрическими поверхностями с профилированной направляющей и торцами с торцевыми направляющими поверхностями блока цилиндров, каждый поршень в зоне контакта с траверсой снабжен цилиндрическим осевым хвостовиком, диаметр которого меньше диаметра поршня, при этом между торцем катка и образующей соответствующего хвостовика поршня образован гарантированный зазор, а торцевые направляющие поверхности блока цилиндров выполнены в плоскостях, пересекающих его радиальные расточки.

Кроме того, каждый осевой хвостовик выполнен в виде отдельной ступенчатой детали, поршень снабжен осевым отверстием для размещения ступени меньшего диаметра хвостовика и его центрирования, при этом ступень большего диаметра хвостовика, выступающая к траверсе, снабжена кольцевым опорным пояском, выполненным с возможностью контакта с поршнем для образования герметичного соединения, а длина ступени меньшего диаметра хвостовика выполнена большей, чем величина рабочего хода поршня.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема продольного разреза многоразрядного радиально-поршневого гидромотора; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез по разъему крышки и поршням (в заштрихованной части); на фиг. 3 - часть силовой группы гидромотора (в увеличенном масштабе), включающая часть цилиндрового блока траверсы с катками и примыкающий к катку поршень одного ряда (поршень другого ряда не показан для лучшего изображения контуров цилиндрического блока); на фиг. 4 - сечение радиальной расточки цилиндрового блока по участку расположения направляющих поверхностей в плоскости, проходящей по радиальной расточке (сечение А-А на фиг.3), и контур осевого хвостовика в поршня между осевым хвостовиком и направляющей поверхностью б, определяющей максимальное приближение к хвостовику торца катка, образован гарантированный зазор S; на фиг. 5 - поршень гидромотора с осевым хвостовиком в виде отдельной ступенчатой детали.

Многорядный радиально-поршневой гидромотор содержит копир 1 с внутренней профилированной поверхностью и боковые крышки 2 и 3, образующие вместе с копиром его корпус. В крышках 2 и 3 на подшипниках установлен цилиндровый блок 4, в радиальных расточках которого установлены в два ряда поршни 5. Посредством осевых хвостовиков поршни 5 взаимодействуют с траверсой 6, установленной для перемещения в радиальном пазу цилиндрического блока 4. На концах траверсы 6 посредством колец 7 закреплены с возможностью вращения катки 8, опирающиеся на профилированную поверхность копира 1.

На торцах цилиндрового блока 4 размещены направляющие поверхности б, ограничивающие осевое смещение траверс 6 посредством взаимодействия с торцами катков 8, установленных на траверсах при помощи подшипников и закрепленных кольцами 7. Направляющие поверхности б размещены в плоскостях, проходящих по радиальным расточкам цилиндрового блока 4. Между торцами катков, положение которых определяется направляющими поверхностями б, и осевым хвостовиком образован гарантированный зазор S, не допускающий соприкосновения катка с поршнем при движении.

Осевой хвостовик поршня 5 может быть выполнен в виде отдельной ступенчатой детали 9 (фиг.5), имеющей центрирующую ножку и шляпку с герметизирующим опорным пояском, взаимодействующим с торцами поршня. Распределение рабочей жидкости осуществляется распределителем 10.

Многорядный радиально-поршневой гидромотор работает следующим образом.

При подаче жидкости по каналу ж или е (фиг.1) через распределитель 10 в полости радиальных расточек под поршнями 5 последние выдвигаются из расточек и воздействуют через траверсу 6 и катки 8 на профильную поверхность копира 1. За счет тангенциальной составляющей, возникающей при разложении движения поршня на профильной поверхности, цилиндровый блок (при неподвижном корпусе) получает вращение с крутящим моментом, соответствующим давлению рабочей жидкости. После окончания рабочего хода профильная поверхность копира задает поршню обратное движение. При этом жидкость из полости радиальных расточек под поршнями через распределитель и канал е или ж вытесняется поршнями на слив.

Учитывая, что осевой хвостовик имеет обычно в месте сопряжения с траверсой сферическую поверхность и что прочностные соображения позволяют делать его достаточно малого диаметра (вплоть до размера пятна контакта в сопряжении сферы с плоской поверхностью траверсы), описанные конструктивные решения позволяют сблизить катки каждой траверсы настолько, что они оказываются практически полностью утопленными в цилиндровом блоке и почти не выступают за пределы его торцов, ограничивающих наружные стенки рабочих камер гидромотора.

Это обеспечивает высокую компактность силового узла, а с ним и гидромотора в целом.

Осевой габарит такого гидромотора при двухрядном размещении поршней оказывается сопоставимым с осевым габаритом однорядного гидромотора при существенно меньшем радиальном габарите, что обеспечивает значительный выигрыш в металлоемкости.

Осевой хвостовик в поршне гидромотора может быть выполнен в виде отдельной ступенчатой детали, ножка которой размещается в сквозном осевом отверстии поршня для центрирования, а головка, выступающая в сторону траверсы, снабжена опорным пояском, прилегающим к торцу поршня для образования герметичного соединения. Длина ножки при этом превышает рабочий ход поршня.

При такой конструкции материалы хвостовика и поршня могут быть разными. Это весьма удобно с точки зрения обеспечения работоспособности поршневой группы, в которой свойства антифрикционности, необходимые ей как элементу пары трения, плохо сочетаются с требованием высокой контактной прочности для места сопряжения с траверсой.

Свободно (с возможностью осевого перемещения) установленный в поршне осевой хвостовик при нормальной работе герметизирован по опорному пояску и не препятствует получению высоких объемных показателей гидромотора. В то же время в случае заклинивания одного или нескольких поршней, когда между траверсой и заклинившими поршнями теряется контакт, осевой хвостовик, находящийся под воздействием давления со стороны рабочей камеры на его открытый торец, получает возможность перемещаться внутри сквозного осевого отверстия поршня и тем самым компенсировать нарушенный из-за заклинивания поршня прижим траверсы к профилированной поверхности копира, т.е. поддержать кинематические связи, нарушенные из-за отключения поршня.

Благодаря такой компенсации не допускается разрушение элементов траверсы из-за динамических взаимодействий ее с сопредельными элементами (копиром, цилиндровым блоком, заклинившими поршнями и т.д.) при свободных инерционных перемещениях (бросках) траверсы между ними. Компенсация не допускает также перекоса и заклинивания самой траверсы на направляющих поверхностях в аксиальных углублениях цилиндрового блока (с которыми траверса взаимодействует посредством торцов расположенных на ней катков). Такой перекос возможен в случае несимметричного прижима траверсы одним из поршней при заклинившихся остальных. В этом случае воздействие подвижного осевого хвостовика компенсирует несимметричность нагрузки. Для обеспечения функций компенсации длина ножки осевого хвостовика превышает величину рабочего хода поршня с тем, чтобы при любом месте остановки заклинившего поршня осевой хвостовик не вышел полностью из сквозного осевого отверстия поршня (что резко увеличило бы утечки) и имел при максимальном вылете достаточную заделку в этом отверстии для обеспечения нормального (без перекоса и заклинивания) начала возвратного движения.

Выполнение осевого хвостовика в виде отдельной детали позволяет также компенсировать погрешности при изготовлении цилиндрического блока. В случае, если будет допущено отклонение от параллельности направляющих поверхностей, которыми определяется движение траверсы, и осей поршней, зазор между поршнем и ножкой хвостовика создает дополнительную возможность (суммируясь вместе с зазором в паре поршень - радиальная расточка) для смещения точки контакта поршня с траверсой в направлении, перпендикулярном оси поршня без взаимного проскальзывания контактирующих тел (за счет смещения вдоль плоскости опорного герметизирующего пояска, где удельные давления ниже). Это позволяет снизить требования к точности изготовления цилиндрового блока и повысить тем самым технологичность гидромотора.

Предлагаемая конструкция многорядного радиально-поршневого гидромотора позволяет за счет роста давления и уменьшения габаритов значительно поднять его энергоемкость, а с ним и всей гидросистемы, в которую включены гидромоторы.

Использование: для создания безредукторного гидравлического вращательного привода. Сущность изобретения: поршневые группы содержат поршни, установленные в радиальных расточках блока цилиндров. Траверсы размещены в радиальных пазах блока цилиндров с возможностью контакта с поршнями и имеют опорные катки по концам. Катки установлены с возможностью взаимодействия цилиндрическими поверхностями с профилированной направляющей, а торцами с торцевыми направляющими поверхностями блока цилиндров. Каждый поршень в зоне контакта с траверсой снабжен цилиндрическим осевым хвостовиком, диаметр которого меньше диаметра поршня. Между торцем катка и образующей соответствующего хвостовика образован гарантированный зазор. Торцевые направляющие блока цилиндров выполнены в плоскостях, пересекающих его радиальные расточки. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. МНОГОРЯДНЫЙ РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ГИДРОМОТОР МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий профилированную направляющую траверсы, блок цилиндров с радиальными расточками и пазами и торцевыми направляющими поверхностями, поршневые группы, включающие поршни, установленные в радиальных расточках блока цилиндров, при этом траверсы размещены в радиальных пазах блока цилиндров с возможностью контакта с поршнями и имеют опорные катки по концам, установленные с возможностью взаимодействия своими цилиндрическими поверхностями с профилированной направляющей, а торцами - с торцевыми направляющими поверхностями блока цилиндров, отличающийся тем, что каждый поршень в зоне контакта с траверсой снабжен цилиндрическим осевым хвостовиком, диаметр которого меньше диаметра поршня, при этом между торцом катка и образующей соответствующего хвостовика поршня образован гарантированный зазор, а торцевые направляющие поверхности блока цилиндров выполнены в плоскостях, пересекающих его радиальные расточки. 2. Гидромотор по п. 1, отличающийся тем, что каждый осевой хвостовик выполнен в виде отдельной ступенчатой детали, поршень снабжен осевым отверстием для размещения ступени меньшего диаметра хвостовика и его центрирования, при этом ступень большего диаметра хвостовика, выступающая к траверсе, снабжена кольцевым опорным пояском, выполненным с возможностью контакта с поршнем для образования герметичного соединения, а длина ступени меньшего диаметра хвостовика выполнена большей, чем величина рабочего хода поршня.