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

Изобретение относится к гидрооборудованию, а именно к объемным гидромашинам аксиально-поршневого типа с торцовым распределением рабочей жидкости, и может быть использовано для подачи энергоносителя под давлением в гидросистемы любых гидрофицированных машин или механизмов (режим насоса), либо для преобразования энергии потока рабочей жидкости во вращательное движение исполнительного органа (режим гидромотора).

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является гидромашина, в которой предусматривается разделение ротора на две части: приводную и качающую (качающий узел), установленные с гарантированным зазором одна относительно другой. Приводная часть насоса воспринимает усилия, обусловленные действием крутящего момента, а качающий узел насоса свободно установлен на плунжерах и прижат к распределительному диску пружиной. Такое техническое решение позволяет исключить влияние сил привода на самоустановку качающего узла относительно распределительного диска, обеспечить лучшую герметизацию рабочих камер и улучшить энергетические показатели машины в целом [1]
Однако это техническое решение не обеспечивает надежности в работе гидромашины в диапазоне повышенных чисел оборотов приводного вала, так как центробежные силы стремятся переместить массивный качающий узел относительно распределительного диска, ухудшая герметичность рабочих камер. Кроме того, неуравновешенные силы со стороны сектора нагнетания перекашивают качающий узел, что требует дополнительных энергетических затрат на преодоление сил трения в месте контакта поршня с расточкой ротора качающего узла, что в свою очередь вызывает износ отверстий и понижает срок службы качающего узла. Вызывают осложнения некоторые вопросы технологии изготовления роторной части насоса, связанные с точностью расположения отверстий в сопрягаемых роторных частях и их геометрии.

Цель изобретения повышение энергетических характеристик гидромашины, надежности ее в работе и долговечности.

Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат:
повысить коэффициент подачи гидромашины на 1,5-2,0% за счет обеспечения необходимой герметичности рабочих камер;
повысить общий КПД гидромашины на 1,0-1,5% за счет снижения потерь на трение в узле плунжер-цилиндр;
повысить долговечность гидромашины на 10-12% за счет уменьшения гидроэррозионного и кавитационного износа рабочей камеры благодаря повышению ее герметичности;
улучшить всасывающую способность гидромашины за счет уменьшения "мертвого" объема рабочих камер.

Отличительные признаки предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом следующие: автономные рабочие камеры выполнены в виде цилиндров со стенками переменного сечения, установлены на плунжерах с гарантированным радиальным зазором и прижаты к основанию цилиндров при помощи отдельных упругих элементов, например пружин, а поверхность контакта цилиндра со стороны входа плунжера снабжена опорным и деформируемым поясами, образованными утонением части тела цилиндра со стороны его внутренней стенки при помощи прямоугольной расточки, боковые поверхности которой также, как торец цилиндра и опорный пояс, сопряжены с поверхностью контакта радиусными кривыми.

Кроме того, деформируемый пояс образован утонением стенки цилиндра наружной и внутренней радиусными кольцевыми расточками, расположенными симметрично общей оси, а внутренняя кольцевая расточка сопряжена с опорным поясом цилиндра прямолинейным участком.

На фиг. 1 изображена общая конструктивная схема гидромашины (насоса), включающая приводную часть и качающий узел; на фиг.2 цилиндр рабочей камеры; на фиг.3 исполнение деформируемого участка цилиндра рабочей камеры.

Аксиально-поршневая гидромашина (см. фиг.1) содержит переднюю 1 и заднюю 2 части корпуса и установленный на подшипниках 3 и 4 вал 5. На валу 5 при помощи шпонки 6 установлена приводная часть ротора 7, в аксиальных расточках которой запрессованы втулки 8 из антифрикционного сплава. Во втулках 8 установлены плунжеры 9, опирающиеся при помощи гидростатических башмаков 10 на поверхность наклонной шайбы 11. Башмаки прижаты к наклонной шайбе диском 12 через сферическую опору 13 пружиной 14. Приводная часть ротора 7 удерживается на валу от осевых перемещений стопорными кольцами 15.

Качающий узел гидромашины образован автономными рабочими камерами, выполненными в виде цилиндров 16 со стенками переменного сечения, установленными на плунжерах 9 с гарантированным радиальным зазором и прижатыми к основанию цилиндров 18 при помощи пружин 17. Основание цилиндров установлено на валу 5 при помощи шпонки 19 и контактирует с распределительным диском 20, имеющим серпообразные распределительные окна, соединенные с каналами 21 и 22 подвода и отвода рабочей жидкости.

Автономная рабочая камера (цилиндр) 16 (см. фиг.2) содержит коммутационную часть 23, герметизирующую часть 24, опорный торец 25, деформируемый пояс 26 и опорный пояс 27.

Деформируемый пояс (см. фиг.3) образован утонением стенки цилиндра наружной 28 и внутренней 29 радиусными кольцевыми расточками, расположенными симметрично общей оси, а внутренняя кольцевая расточка сопряжена с опорным поясом 27 цилиндра прямолинейным участком 30.

Предлагаемая аксиально-поршневая гидромашина работает следующим образом.

От вала 5 крутящий момент передается на приводную часть ротора 7, обеспечивая возвратно-поступательное движение плунжером 9. Рабочие цилиндры 16 с пружинами 17 и основанием цилиндров 18 приводятся во вращательное движение синхронно с приводной частью 7. Жидкость через каналы 21 и 22 и серпообразные пазы распределительного диска 20 и каналы основания цилиндров 18 поступает в рабочие камеры гидромашины и вытесняется из них в процессе рабочего цикла. При передаче крутящего момента возникающие радиальные усилия в гидромашине воспринимаются приводной частью ротора 7 и подшипниками 3 и 4 и не воздействуют непосредственно на рабочие камеры.

Поскольку рабочие камеры установлены на плунжерах с гарантированным зазором и имеют возможность автономных осевых перемещений благодаря контакту с отдельными упругими элементами, то каждая камера имеет возможность оптимальной самоустановки относительно основания цилиндров и поверхности плунжера, обеспечивая надежную герметизацию стыков рабочей камеры. Прижим рабочих камер к основанию цилиндров осуществляется в процессе работы силами гидростатического давления.

Возникающие во время работы гидромашины воздействия возмущающих моментов на рабочие камеры, вызванные центробежными силами, силами жидкостного трения в паре плунжер-цилиндр, а также несбалансированными технологическими погрешностями изготовления, компенсируются при помощи деформируемого пояса 26 (фиг.2), который образован утоненной частью тела цилиндра со стороны внутренней стенки с помощью прямоугольной расточки, боковые поверхности которой, так же как и торец цилиндра и опорный пояс, сопряжены с поверхностью контакта радиусными кривыми. Эти криволинейные поверхности предотвращают кромочный контакт цилиндра с плунжером, обеспечивая перекатывание контактирующих поверхностей при самоустановке цилиндров.

Кроме того, рабочая жидкость, протекающая из коммутационной части цилиндра 23 по гарантированному зазору герметизирующей части 24, накапливаясь в кольцевой канавке зоны деформируемого пояса 26, способствует разгрузке этой зоны и центровке цилиндра на плунжере.

Для обеспечения герметичности стыка, образованного опорным торцом 25 цилиндра (фиг. 2) и плоскостью основания цилиндров 18 (фиг.1), необходимо обеспечить перпендикулярность опорного торца к образующей цилиндра герметизирующей части 24 (фиг.2). Последнее достигается конструктивными мероприятиями благодаря переменным сечениям стенок цилиндров. Стенки коммутационной части 23 (фиг. 2) имеют большее сечение, чем остальные части цилиндра, и в пределах габарита цилиндра меньшую деформацию в процессе работы, а следовательно, и менее выраженное влияние деформации на величину перпендикулярности, полученную в процессе изготовления.

К указанным энергетическим преимуществам предлагаемой гидромашины следует отнести и некоторые технологические: упрощение изготовления цилиндров (например, методом холодного выдавливания), улучшение ремонтопригодности (замена одного или нескольких цилиндров), применение менее дефицитных материалов (цилиндры не имеют радиальных нагрузок и не требуются антифрикционные материалы для обеспечения работоспособности пары цилиндр-плунжер), уменьшение масса качающего узла и др.

Использование: для подачи энергоносителя под давлением в гидросистемы машин и механизмов. Сущность изобретения: корпус имеет каналы высокого и низкого давления. Качающий узел состоит из автономных рабочих камер. Камеры выполнены в виде цилиндров со стенками переменного сечения, установлены на плунжерах с гарантированным радиальным зазором и прижаты к основанию цилиндров пружинами. Поверхность контакта цилиндра со стороны входа плунжера снабжена опорным и деформируемыми поясами, образованными утонением части тела цилиндра со стороны его внутренней стенки прямоугольной расточки, боковые поверхности которой, торец цилиндра и опорный пояс соединены с поверхностью контакта радиусными кривыми. Деформируемый пояс образован утонением стенки цилиндра наружной и внутренней радиусными кольцевыми расточками, расположенными симметрично общей оси. Внутренняя кольцевая расточка сопряжена с опорным поясом цилиндра прямолинейным участком. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА, содержащая корпус с каналами высокого и низкого давления, роторную приводную часть, наклонный диск, торцевой распределительный золотник и качающий узел, состоящий из автономных рабочих камер, отличающаяся тем, что автономные рабочие камеры выполнены в виде цилиндров со стенками переменного сечения и установлены на плунжерах с гарантированным радиальным зазором и прижаты к основанию цилиндров при помощи отдельных упругих элементов, например пружин, а поверхность контакта цилиндра со стороны входа плунжера снабжена опорным и деформируемыми поясами, образованными утонением части тела цилиндра со стороны его внутренней стенки при помощи прямоугольной расточки, боковые поверхности которой, также как и торец цилиндра и опорный пояс, сопряжены с поверхностью контакта радиусными кривыми. 2. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что деформируемый пояс образован утонением стенки цилиндра наружной и внутренней радиусными кольцевыми расточками, расположенными симметрично общей оси, а внутренняя кольцевая расточка сопряжена с опорным поясом цилиндра прямолинейным участком.