АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F04B1/20 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно - к аксиально-поршневым гидромашинам с наклонным опорным диском, широко используемым в станкостроении, сельскохозяйственном и подъемно-транспортном машиностроении, судостроении и других областях народного хозяйства.

Известны аксиально-поршневые гидромашины, содержащие блок цилиндров с поршнями, опирающимися на наклонной опорный диск [1].

Основным недостатком данных гидромашин является их высокая энергоемкость.

В указанных гидромашинах центры сферических головок поршней расположены на продольной оси поршня. При этом поперечные силы, действующие со стороны опорного диска, перекашивают (опрокидывают) поршень в цилиндре, что приводит к повышенным контактным напряжениям на краях направляющей части цилиндров, а следовательно, к повышению сил трения и снижению КПД гидромашины.

Известна также аксиально-поршневая гидромашина, содержащая корпус с размещенными в нем наклонным опорным диском и блоком цилиндров, в цилиндрических расточках которого расположены поршни, образующие с ними подпоршневые области, и каждый из которых имеет сферический шарнир, центр которого расположен на наклонной оси, направленной по нормали к опорной поверхности наклонного диска и проходящей через опорную поверхность цилиндровых расточек блока цилиндров при любом положении поршня относительно цилиндрового блока, и на котором установлен опорный башмак, опирающийся на опорную поверхность наклонного диска. На опорной поверхности башмака имеется гидростатическая камера, гидравлически связанная посредством каналов в башмаке и поршне с подпоршневой полостью [2]. Обеспечение указанного смещения центров шарниров поршневых механизмов обеспечивается посредством сепаратора, установленного в специальной направляющей.

Указанное техническое решение обеспечивает контакт поршня с направляющей частью цилиндра по всей поверхности, что снижает контактные напряжения и, следовательно, силы трения между поршнем и цилиндром. Однако данное техническое решение существенно усложняет конструкцию гидромашины. При больших нагрузках существует опасность заклинивания сепараторного узла и выхода гидромашины из строя. Кроме того, указанная конструкция не позволяет обеспечить наиболее благоприятной (жидкостный) режим трения в паре поршень-цилиндр при любых режимах работы гидромашины.

Целью изобретения является снижение контактных напряжений и потерь на трение в поршневом механизме и балансировка поршневого механизма.

Цель достигается тем, что шарнир выполнен цилиндрическим с осью, расположенной перпендикулярно плоскости наклона опорного диска, а на поверхности поршня в плоскостях, параллельных опорной плоскости наклонного диска, выполнены две кольцевые наклонные канавки, при этом первая канавка гидравлически связана с подпоршневой полостью. Вторая канавка расположена перед первой со стороны наклонного диска и гидравлически связана с корпусным объемом, а точка пересечения оси поршня и наклонной оси расположена в середине промежутка между канавками по оси поршня. Причем обе канавки расположены внутри цилиндрической расточки при любом положении поршня относительно цилиндрического блока. Канал в поршне выполнен смещенным относительно оси поршня в сторону смещения цилиндра.

На фиг. 1 показана аксиально-поршневая гидромашина, продольный разрез; на фиг. 2 - поршневой механизм со схемой сил, воздействующих на него в процессе работы гидромашины; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2.

Аксиально-поршневая гидромашина состоит из корпуса 1, в котором на подшипниках 2 и 3 установлен блок цилиндров 4, жестко связанных с валом 5. В цилиндрических расточках 6 блока 4 расположены поршни 7, образующие с цилиндровыми расточками 6 блока цилиндров 4 подпоршневые полости 8 и через окна 9 торцевого распределителя 10 сообщающиеся с гидролиниями 11 и 12. С другой стороны поршни 7 через опорные башмаки 13 опираются на наклонный опорный диск 14. Опорные башмаки 13 связаны с поршнями 7 посредством цилиндрических шарниров 15, представляющих собой две сопряженные цилиндрические поверхности. Одна из этих поверхностей (в данном случае внутренняя) принадлежит поршню 7, а другая (внешняя) - опорному башмаку 13. Центр 16 цилиндрического шарнира 15 расположен на наклонной оси 17, направленной по нормали к опорной поверхности наклонного диска 14, пересекающей ось 18 поршня 7 и проходящей через опорную поверхность цилиндровых расточек 6 блока цилиндров 4 при любом расположении поршня 7 относительно цилиндрового блока 4. На опорной поверхности башмака 13, обращенной к наклонному диску 14, имеется гидростатическая камера 19, гидравлически связанная с подпоршневой полостью 8 посредством канала 20 в башмаке 13 и каналов 21 и 22 в поршне 7. Канал 22 смещен относительно оси 18 поршня 7 в сторону смещения цилиндрического шарнира 15. На поверхности поршня 7 в плоскостях, параллельных опорной плоскости наклонного диска 14, имеются кольцевые наклонные канавки 23 и 24.

Точка 25 пересечения оси поршня 28 и наклонной оси 17 расположена в середине промежутка между канавками 23 и 24 по оси поршня 28. Канавки 23 гидравлически связана с каналом 22 посредством отверстия 26. Канавка 24 расположена перед канавкой 23 со стороны наклонного диска 14 и гидравлически связана с корпусным объемом 27 посредством продольных каналов 28 на поверхности поршня 7. Канавки 23 и 24 расположены внутри цилиндрической расточки 6 при любом положении поршня 7 относительно цилиндрического блока 4.

Используемые в изобретении цилиндрический шарнир 15, наклонные канавки 23 и 24 в совокупности позволяют осуществлять требуемый закон движения сопряженных элементов поршневого механизма и взаимно компенсирующее расположение действующих на него сил, что позволяет обеспечить контакт между трущимися элементами через масляную пленку, то есть осуществить жидкостный режим трения практически на всех режимах работы гидромашины. Это, в свою очередь, существенно повышает КПД и долговечность гидромашины, а также позволяет повысить ее энергоемкость за счет форсирования по давлению и частоте вращения и расширить диапазон регулирования гидропровода. Смещение канала 22 в поршне 7 осуществлено для снижения инерционных воздействий на поршневой механизм, обусловленных его несимметричностью.

Работа гидромашины осуществляется следующим образом.

При вращении блока цилиндров 4 и перепаде давления в гидролиниях 11 и 12 со стороны опорного диска 14 на поршневой механизм вдоль оси 17 действует сила F_o от давления в гидростатической камере 19 опорного башмака 13. С другой стороны на поршневой механизм также вдоль оси 17, но в протиповоложном направлении действует сила F_n от давления в подпоршневом пространстве 8 (см.фиг.2).

Опорные поверхности башмака 13 и гидростатической камеры 19 выполнены такими по величине, что сила F_о равна силе F_u и взаимодействие сопряженных элементов поршневого механизма (башмака 13 с опорным диском 14 и поршня 7 с цилиндровой расточкой 6) осуществляется через пленку рабочей жидкости, то есть реализуется жидкостный (наиболее благоприятный с точки зрения механических потерь) режим трения.

Значительное снижение сил трения в поршневой паре позволяет существенно упростить конструкцию поршневого механизма. Так как момент от сил трения в паре поршень-цилиндр, препятствующий свободному вращению поршня 7 относительно цилиндровой расточки 6 в условиях жидкостного трения, весьма мал, то функции обеспечения плоскопараллельного движения поршней 7 и, следовательно, эквидистантности зазоров между башмаками 13 и поверхностью опорного диска 14 выполняет цилиндрический шарнир 15 (без дополнительных вспомогательных направляющих устройств).

Канавка 24 обеспечивает равномерное распределение эпюры давлений рабочей жидкости в радиальном зазоре между поршнем 7 и цилиндровой расточкой 6 на уплотняющей части поршня 7 между канавками 23 и 24. Тем самым устраняется возможность одностороннего прижима поршня 7 к опорной поверхности цилиндровой расточки 6.

В процессе работы гидромашины при больших частотах вращения блока цилиндров 4 на поршень 7 в силу его несимметричности воздействуют инерционные силы. В связи с этим подводящий канал 20, выполненный смещенным в сторону смещения шарнира 15, позволяет компенсировать указанное инерционное воздействие.

Использование: в сельскохозяйственном и подъемно-транспортном машиностроении. Сущность изобретения: шарнир выполнен цилиндрическим с осью, расположенной перпендикудярно плоскости наклона опорного диска. На поверхности поршня в плоскостях, параллельных опорной плоскости наклонного диска, выполнены две кольцевые наклонные канавки. Первая канавка гидравлически связана с поршневой полостью. Вторая канавка расположена перед первой со стороны диска и гидравлически связана с корпусом. Точка пересечения оси поршня и наклонной оси расположена в середине промежутка между канавками по оси поршня. Обе стороны канавки расположены внутри цилиндрической расточки при любом положении поршня относительно цилиндрического блока. Канал в поршне смещен относительно оси поршня в сторону смещения шарнира. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА, содержащая корпус с размещенными в нем наклонным опорным диском и блоком цилиндров, в цилиндрических расточках которого расположены поршни с образованием подпоршневых полостей, каждый их которых имеет шарнир, центр которого расположен на наклонной оси, направленной по нормали к поверхности наклонного диска, пересекающей ось поршня и проходящей через опорную поверхность цилиндровых расточек блока цилиндров при любом положении поршня относительно блока цилиндров, и на котором установлен опорный башмак, опертый на опорную поверхность наклонного диска, с гидростатической камерой на опорной поверхности, при этом в поршне и опорном башмаке имеются каналы для гидравлической связи гидростатической камеры с подпоршневой полостью, отличающаяся тем, что шарнир выполнен цилиндрическим с осью, расположенной перпендикулярно плоскости наклона опорного диска, а на поверхности поршня в плоскостях, параллельных опорной плоскости наклонного диска, выполнены две кольцевые наклонные канавки, при этом первая канавка гидравлически связана с подпоршневой полостью, вторая канавка расположена перед первой со стороны наклонного диска и гидравлически связана с корпусом, при этом точка пересечения оси поршня и наклонной оси расположена в середине промежутка между канавками по оси поршня, причем обе канавки расположены внутри цилиндрической расточки при любом положении поршня относительно цилиндрового блока. 2. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что канал в поршне гидромашины выполнен смещенным относительно оси поршня в сторону смещения шарнира.