ГИДРОПУЛЬСАТОР Российский патент 1995 года по МПК F15B21/12 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке металлов и других материалов пульсирующим давлением.

Известен гидропульсатор, выполненный из шестеренного насоса с участками зубьев, шестерен, выключенных из взаимного контакта [1] а также гидравлические генераторы колебаний, выполненные из поршневых насосов большой степени неравномерности с золотником, установленным в центре ротора [2]
Наиболее близким к предлагаемому является гидропульсатор, содержащий гидромеханизм, выполненный в виде корпуса с рабочей полостью, ротора и рабочего органа, а также исполнительный орган в виде гидроцилиндра с возвратной пружиной, сообщенного с вытеснительным механизмом напорным каналом, и бак [3]
Недостатком этого гидропульсатора является малая эффективность и большая энергоемкость невозможность рекуперировать потенциальную энергию импульсной установки.

Этот гидропульсатор сложный, громоздкий, имеет сравнительно большие скорости потоков жидкости, что также ограничивает его мощность и эффективность.

Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение установочной мощности двигателя при накоплении энергии в маховике во время технологических пауз за счет потенциальной энергии возвратной пружины.

Для достижения цели в гидропульсаторе, содержащем исполнительный орган, вытеснительный гидромеханизм с ротором, баком и гидромагистралью, вытеснительный гидромеханизм выполнен в виде лопасти, связанной шестеренной передачей с роликом в определяющей насосный и гидромоторный режимы работы гидромеханизма.

На фиг.1 показан гидропульсатор, продольный разрез; на фиг.2 исполнительный орган в виде гидроцилиндра с возвратной пружиной, поперечный разрез; на фиг.3 гидропульсатор с центрально установленным распределителем, поперечный разрез; на фиг.4 гидропульсатор с гидрораспределителем в виде подпружиненного стакана золотника, поперечный разрез; на фиг.5 гидропульсатор с гидрораспределителем в виде вращающейся трубки, поперечный разрез.

В цельном корпусе 1 с крышками 2 и 3 выполнена рабочая полость (РП), ограниченная накладкой 4 с уплотнителем 5.

В центральном отверстии корпуса 1 установлен ротор в виде вала 6 с маховиком М, вытеснительной лопастью 9, составленной из двух полулопастей. Она прикреплена стержнем 7 с буртиком 8 к валу 6 с обеспечением как радиальной, так и осевой компенсации зазоров между лопастью и корпусом. На валу также установлены полукольца 10 с прорезями для полулопастей, взаимодействующие с роликом 11, вращение которого синхронизировано с вращением вала 6 шестеренной передачей 12. Ролик 11 имеет дуговую лыску и установлен на втулках 13 с шайбами 14, выполняющими функцию торцового уплотнения втулок ролика. На втулках имеются разгрузочные канавки 15, при помощи которых ролик разгружается от бокового давления и прижимается к полукольцам 10. Для этого в ролике выполнены сверления 16. Втулки 13 фиксируются штифтами 17, а канавки расположены с наклоном вперед в верхней части втулки.

В корпусе 1 выполнены всасывающее отверстие 18 и напорное 19, соединенное с исполнительным подпружиненным поршневым устройством 20. Для сообщения напорного отверстия 19 со всасывающим 18 через бак имеется распределитель 21.

Несколько различных вариантов распределителя потоков обеспечивают разгон маховика во время разгрузки импульсной системы и в моменты технологических пауз.

По первому варианту (фиг.2) в гидросистеме золотник 21 сообщает через бак напорное 19 и всасывающее 18 отверстия и тем самым прекращает колебания во время технологических пауз (холостой ход).

Во втором варианте (фиг.3) гидропульсатор имеет золотниковое распределение потоков, обеспечивающее рекуперацию неиспользованной энергии колебаний. Ролик 11 с уплотнительным штифтом 22 взаимодействует с лопастью 23. В роторе в его центральном отверстии установлена трубка 24 с окном 25, расположенным напротив ролика 11 и в нейтральном положении перекрытым лопастью 23. В роторе рядом с лопастью имеются каналы: насосный 26 и гидронапорный 27. В корпусе в средней части рабочей полости имеется отверстие 28, сообщающее рабочую полость с баком.

По третьему варианту (фиг.4) в целях упрощения конструкции ротор 29 с лопастью 30 выполнен цельным, а каналы: насосные 31, 32 и гидромоторные 33, 34 выполнены в корпусе и соединены соответственно с каналом 35, ведущим к торцовой поверхности стакана 36, и с каналом 37, ведущим к боковой поверхности 38 этого стакана. При этом отверстия 31 и 33 выходят в рабочую полость РП и в полость, образуемую лыской 44 ролика. Имеется пружина 39 для прижима стакана 36 к седлу 45 корпуса 46 распределителя. Отверстие 43 сообщено с каналом 41 на торцовой поверхности стакана 36 и с каналом 42 на боковой поверхности этого стакана, а также с полостью гидроцилиндра подпружиненного поршневого устройства 20.

В четвертом варианте (фиг.5) гидропульсатор выполнен планетарным, с лопастью, установленной в корпусе 47. Ролик 48 со штифтом 49 установлен во вращающемся роторе 50. В корпусе 47 выполнено всасывающе-сливное отверстие 51 и установлена вытеснительная лопасть 52, в которой имеются насосный канал 53 и гидромоторный канал 54, соединенные с поршневым устройством 20 магистралью 57, проходящей внутри трубки 55 с боковым отверстием 56.

Гидропульсатор работает следующим образом.

При вращении вала 6 со стержнем 7 вращается и лопасть 9. Жидкость под давлением будет вытесняться в поршневое исполнительное устройство 20, перемещая поршень на величину амплитуды колебаний. Давление жидкости раздвигает полулопасти 9 и полукольца 10 в стороны, уменьшая зазоры и тем самым значительно уменьшая утечки. Между буртом 8 и соответствующей расточкой лопастей имеется зазор, что позволяет компенсировать и зазор в радиальном направлении.

При помощи шестеренной передачи 12 осуществляется вращение и ролика 11. Его лыска в процессе вытеснения жидкости находится в гнезде корпуса, а цилиндрическая часть контактирует с полукольцами 10 вала 6. При этом давление жидкости через отверстие 16 передается на противоположную сторону роликов к разгрузочным канавкам 15. Осуществляются разгрузка ролика от бокового давления и поджатие его цилиндрической поверхности к полукольцам 10. При дальнейшем вращении лопасти 9 и ролика 11 лопасть будет находиться в лыске ролика, выполненной так, чтобы зазор между лопастью и поверхностью лыски был значительным. При этом под воздействием подпружиненного поршня 20 ранее вытесненный объем жидкости через упомянутые зазоры подпружиненным поршнем 20 будет вытолкнут обратно в бак. Таким образом, при вращении вала 6 будет происходить колебание поршня 20 с частотой, равной частоте вращения вала 6. Во время технологических пауз, например при металлообработке, поршневое устройство 20 отключается при помощи распределителя 21 (фиг.2), соединяющего через бак напорную и всасывающую линии гидропульсатора. Энергия двигателя в это время используется для разгона маховика.

В случае повышенных частот и высокого давления рабочей жидкости также необходимо обеспечить разгон маховика привода за счет неиспользуемой энергии колебаний потенциальной энергии упругой системы подпружиненного поршневого устройства 20 и сжатой жидкости. За время разгрузки этой системы происходит разгон маховика-рекуперациия энергии колебания. Для этого в варианте 2 (фиг. 1) распределителя нагнетаемая жидкость всасывается через отверстие 28 и лопастью 23, действующей в насосном режиме, нагнетается через канал 26 и отверстие 25 в неподвижной трубке-золотнике 24 в напорную линию, осуществляя перемещение поршня 20 на обусловленную амплитуду. Когда вытеснение жидкости прекратится и лопасть повернется в другую сторону от вала 22 ролика 11, произойдет сообщение канала 27 с каналом 25, поступление жидкости под давлением поршня 20 и лопасть 23 станет действовать в гидромоторном режиме, разгоняя маховик.

В варианте 3 (фиг.4) лопасть 30 вытесняет жидкость под поршнем 20 через отверстия 31, 32, 35 и стакан 36. При подъеме стакана 36 разобщаются каналы 37 и 42 возврата жидкости в рабочую полость. В последующем, когда вытеснение жидкости лопастью 30 прекратится под воздействием пружины 39 и подпружиненного поршня 20, стакан 36 опустится на седло 45, открывая сообщение канала 43 поршня 20 с каналами 37 и 34, ведущими в рабочую полость с другой стороны. В это время лыска 44 ролика войдет в контакт с цилиндрическим участком ротора 29, а лопасть 30 откроет канал 33. Выбрасываемая поршнем 20 жидкость будет действовать на лопасть 30 в гидромоторном режиме, разгоняя маховик.

В варианте 4 (фиг. 5) одновременно с вращением ротора 50 и ротоpа а48 вращается трубка-золотник 55 с отверстием 56.

При вытеснении жидкости (насосный режим) отверстие 56 золотника сообщает канал 57, идущий к поршневому устройству 20, с каналом 53, а при гидромоторном режиме с каналом 54.

Использование: при обработке металлов и других материалов пульсирующим давлением. Сущность изобретения: вытеснительный гидромеханизм выполнен в виде корпуса с рабочей полостью, ротора и рабочего органа. Исполнительный орган в виде гидроцилиндра с возвратной пружиной сообщен с вытеснительным механизмом напорным каналом. Вытеснительный гидромеханизм имеет насосный, гидромоторный и всасывающе - сливной каналы и снабжен внутренним гидрораспределителем, установленным с возможностью синхронного с ротором вращения, и перегородкой в виде ролика с дуговой лыской. Рабочий орган выполнен в виде лопасти с цилиндрической поверхностью, установленной с возможностью взаимодействия с роликом и с образованием насосной и гидромоторной камер в корпусе, сообщенных соответственно с насосным и гидромоторным каналами. Всасывающий канал выполнен в корпусе в средней части рабочей полости. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ГИДРОПУЛЬСАТОР, содержащий вытеснительный гидромеханизм, выполненный в виде корпуса с рабочей полостью, ротора и рабочего органа, а также исполнительный орган в виде гидроцилиндра с возвратной пружиной, сообщенного с вытеснительным механизмом напорным каналом, и бак, отличающийся тем, что вытеснительный гидромеханизм имеет насосный, гидромоторный и всасывающе-сливной каналы и снабжен внутренним гидрораспределителем, установленным с возможностью синхронного с ротором вращения и перегородкой в виде ролика с дуговой лыской, рабочий орган выполнен в виде лопасти с цилиндрической поверхностью, установленной с возможностью взаимодействия с роликом и с образованием насосной и гидромоторной камер в корпусе, сообщенных соответственно с насосным и гидромоторным каналами, а всасывающе-сливной канал выполнен в корпусе в средней части рабочей полости. 2. Гидропульсатор по п. 1, отличающийся тем, что ролик установлен в корпусе, а лопасть в роторе. 3. Гидропульсатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ролик снабжен уплотнительным штифтом, установленным в отверстии, выполненном в ролике, и контактирующим с цилиндрической поверхностью лопасти. 4. Гидропульсатор по п. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что внутренний гидрораспределитель выполнен золотниковым в виде трубки с радиальным и осевым отверстиями, неподвижно установленной в центральном отверстии, выполненном в роторе, при этом радиальное отверстие трубки расположено напротив ролика, насосный и гидромоторный каналы образованы между ротором и трубкой, а осевое отверстие трубки сообщено с исполнительным органом. 5. Гидропульсатор по п.1, 2 или 3, отличающийся тем, что насосный и гидромоторный каналы выполнены в корпусе, внутренний гидрораспределитель выполнен в виде подпружиненного стакана, установленного с возможностью перекрытия насосного канала внешней торцевой поверхностью, а гидромоторного канала боковой поверхностью. 6. Гидропульсатор по п.1 или 3, отличающийся тем, что ролик установлен в роторе, а лопасть в корпусе, насосный и гидромоторный каналы выполнены в лопасти, а внутренний гидрораспределитель в виде синхронно с ротором вращающейся трубки с радиальным и осевым отверстиями, при этом радиальное отверстие выполнено с возможностью сообщения с насосным и гидромоторным каналами, а осевое с исполнительным органом.