СБОРОЧНЫЙ УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ ИЛИ НАСОСА Российский патент 1997 года по МПК F01B1/06 F03C1/04 F04B1/04 

Изобретение относится к машиностроению и касается усовершенствования радиально-поршневых гидравлических двигателей или насосов.

Известен гидравлический энергетический блок, содержащий блок цилиндров с множеством радиально расположенных цилиндров, поршень, установленный с возможностью скользящего возвратно-поступательного перемещения в каждом цилиндре, кулачковое кольцо, связанное с поршнями и имеющее возможность вращательного взаимодействия с блоком цилиндров, и распределительный клапан, установленный центрально в блоке цилиндров для управления потоком жидкой среды в направлении цилиндров и от них при работе, при этом кулачковое кольцо взаимодействует с блоком цилиндров при помощи по меньшей мере одного подшипника, размещенного на каждой боковой стороне блока цилиндров. Эта конструкция, однако, занимает очень много места, особенно в аксиальном направлении, и, поэтому, не может подходить для установок, где ограничена область пространства (ДЕ, патент N 2254545, кл. F 03 C 1/06, 1979).

Недостатки этого узла: сложная конструкция, большие габариты.

Наиболее близким к изобретению является гидравлический двигатель, где блок цилиндров имеет форму диска с подшипниками, расположенными в плоскостях, содержащих боковые стороны диска, а блок цилиндров и кулачковое кольцо составляют внутреннюю и внешнюю обоймы, соответственно, подшипников. Однако подобная конструкция имеет недостаточную стабильность, поскольку подшипники нахрдятся только вдоль одной боковой стороны двигателя, который, с другой стороны, имеет относительно большое аксиальное расширение. Однако сборочный узел этого двигателя так же имеет большие габариты (CH, патент N 488107, кл. F 03 C 1/04, 1970).

Технической задачей, решаемой с помощью настоящего изобретения, является создание сборочного узла, который при стабильной и надежной структуре имеет меньшую аксиальную длину по сравнению с соответствующим параметром, известным ранее, и одновременно является простым и не дорогим при изготовлении, а также легко демонтируется и устанавливается снова в связи с обслуживанием и ремонтом.

Данная задача решается за счет того, что блок цилиндров и кулачковое кольцо имеют в основном одинаковую ширину, а также того, что кулачковое кольцо и распределительный клапан взаимосвязаны посредством несущей пластины дискообразной формы, расположенной со стороны одного торца блока цилиндров на небольшом расстоянии от него. Это означает, что полный сборочный узел по существу будет иметь форму относительно узкого диска, который прекрасно подходит для использования в качестве приводного двигателя в зубчатой колесной передаче, например, для сверлильного оборудования.

Относительное направление вращения между блоком цилиндров и кулачковым кольцом определено за счет углового положения распределительного клапана, по отношению км кулачкам. Во многих случаях будет желательно, чтобы это направление вращения могло быть изменено, и это достигается, согласно настоящему изобретению, за счет снабжения узла сборки двумя возможными разъемными соединениями между кулачковым кольцом и распределительным клапаном и расположения этих соединений в положениях, которые определяют их относительное направление вращения.

Настоящее изобретение будет пояснено более подробно ниже при описании предпочтительных примеров его осуществления, которые служат только в качестве примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
На фиг. 1 представлено радиальное сечение через сборочный узел согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 первый предпочтительный пример осуществления сборочного узла согласно настоящему изобретению, разрез II-II на фиг. 1; на фиг. 3 второй предпочтительный пример сборочного узла согласно настоящему изобретению, разрез III-III на фиг. 1; фиг. 4 общий вид фрагмента тройного кулачкового кольца, связанного со сборным узлом, и поршня с роликом, пробегающим в пазу кулачкового кольца; на фиг. 5 увеличенный вид конца несущего штыря с двумя взаимно смещенными по углу щелями для реверсирования относительно направления вращения.

В принципе, сборочный узел (сборка) согласно настоящему изобретению, может работать с любой жидкой средой и служит либо в качестве двигателя, либо в качестве насоса под действием потока жидкой среды. Настоящее изобретение описано ниже в предположении, что сборка представляет собой двигатель, работающий с гидравлическим маслом, подаваемым от источника давления, например, гидравлического насоса.

На фиг. 1 гидравлический двигатель, показанный в общем поз. 1, представлен в радиальном сечении. В этом случае двигатель имеет восемь поршней 2, способных перемещаться в прямом и обратном направлениях в цилиндрах 3, которые расположены в блоке 4 цилиндров и проходят радиально во внешнюю сторону от него на эквидистантных угловых расстояниях. Каждый поршень устанавливает с возможностью вращения ролик 5 в подшипнике 6 скольжения, обеспеченном на верхней части поршня 2. Кулачковое кольцо 7, имеющее шесть кулачков 8 волнообразной формы на внутренней боковой стороне, установлено вокруг этой установки, и как показано, ролики 5 находятся в состоянии покоя напротив этих кулачков при любых положениях поршней.

Как показано на фиг. 2, клапан 9 распределителя по форме барабана размещен центрально в блоке 4 цилиндров, при этом клапан распределителя жестко соединен с кулачковым кольцом 7 при помощи несущей пластины 10, которая привинчена к кулачковому кольцу 7 при помощи винтов 11 и входит в зацепление при помощи несущего штыря 12 с пазом 13 с выступом 14 и соединенном элементе 15, прикрепленном к клапану 9 распределителя. Несущая пластина 10 отстоит на небольшое расстояние от блока 4 цилиндров, который может, следовательно, свободно вращаться относительно кулачкового кольца 7. Несущая пластина 10 имеет канал 16 подачи гидравлического масла, которое подводится под давлением от насоса, имеющего резервуар масла, принимающий возвращаемое масло от выводного канала 17 в несущей пластине. Эти каналы 16, 17 связаны с несущим штырем 12 и первым набором распределительных каналов 18a, которые, через второй набор распределительных каналов 18 в нижней части цилиндров 3, контролируют поток масла из них и в них. Три О-образных кольца обеспечивают безопасные условия при избыточном потоке между индивидуальными каналами и вне других частей двигателя. Устройство и режим работы клапана распределителя, по существу, являются обычными, и, следовательно, не будут описываться здесь более подробно.

Несущая пластина 10 оснащена фланцем 20 с фиксирующими отверстиями 21 для крепления двигателя на месте его использования. В этом случае кулачковое кольцо 7 является, таким образом, стационарным, тогда как блок цилиндров вращается при работе двигателя. Вращающий момент обеспечивается ведущим валом 22, который посредством пластины 23 и винтов 24 жестко связан с блоком 4 цилиндров. Конечно, эта установка может быть реверсирована так, что блок цилиндров станет стационарным, а кулачковое кольцо вращающимся, при этом выходной вал выполняется на несущей пластине.

Как показано на фиг. 2 и 3, блок 4 цилиндров сконструирован в виде диска, который только настолько шире поршней 2, как это необходимо с точки зрения прочности. Кулачковое кольцо 7 имеет приблизительно такую же ширину, как и блок 4 цилиндров, и взаимодействует с ним при помощи шариков 25, пробегающих в пазах, которые созданы в области, близкой к боковой стороне и периферии блока цилиндров дискообразной формы на кулачковом кольце и блоке цилиндров соответственно, которые будут тем самым образовывать внутреннюю и внешнюю обоймы в подшипнике.

При помощи упомянутой выше установки подшипник, который сконструирован в качестве углового контактного подшипника в показанном предпочтительном примере, будет способен поглощать значительно большие нагрузки в боковом, а также радиальном направлениях благодаря его большому диаметру, чем соответствующие обычные структуры. В дополнение к этому преимуществу двигатель обеспечивает очень компактную структуру в форме относительно узкого диска, имеющего относительно малый диаметр и аксиальное расширение.

Фиг. 3 показывает второй предпочтительный пример осуществления двигателей, который может быть установлен в качестве колеса для сверлильного устройства с самодвижением. В этом случае блок 4 цилиндров, который подвешен с возможностью колебания от сверлильного аппарата (не показан) при помощи пластины 26 колеса, является стационарным, тогда как кулачковое кольцо 7 вращается и служит для передачи тяговых усилий сверлильного аппарата к стенке высверливаемого отверстия через бандаж 27 из эластичного материала, например, резины.

В показанном предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения кулачковое кольцо 7 разделено на три кольца, которые зафиксированы совместно при помощи винтов 28. Эти три кольца состоят из центрального кольца 29 и двух боковых колец 30a, 30b. Эти три кольца совместно определяют паз, нижняя часть которого содержит кулачки 8 кулачкового кольца 7, а боковые стороны 32a, 32b служат для направления роликов 5 в их аксиальном направлении таким образом, как это будет разъяснено ниже. Соответствующий паз создан в предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 2, где, однако, кулачковое кольцо соответственно не разделено на три кольца. Это разделение обеспечивает то преимущество, что может быть обеспечено более дешевое изготовление кулачкового кольца с пазом, а также двигатель может быть разобран и собран вновь более просто для обслуживания и ремонта изношенных частей. В противном случае общая установка колеса в основном соответствует установке предварительно описанного предпочтительного примера осуществления, на который, следовательно, в этой связи делается ссылка.

Как показано на фиг. 4, ролик 5 сконструирован с меньшей аксиальной длиной, чем ширина поршня 2, по практическим причинам, более того, поршень 2 таким образом обработан в области ролика, чтобы оставить центральный элемент 33, который имеет ту же ширину, что и ролик, и в котором установлен подшипник 34 скольжения для поддержки ролика. В процессе установки на ролик надавливают в верхнем направлении от конца подшипника, при этом ролик поддерживается радиально, но не аксиально. Однако, аксиальная поддержка обеспечивается в собранном состоянии двигателя при помощи боковых сторон 32a, 32b упомянутого паза, которые имеют такое же или немного отличающееся взаимное расстояние по сравнению с аксиальной длиной ролика, при этом направляющие боковые стороны 32a, 32b также имеют диаметр на входе паза, который меньше, чем передняя поверхность цилиндра, огибающая ролики в нижнем положении поршней, в результате чего ролики не могут покидать паз в любой его точке.

Кулачки 8 расположены в нижней части 31 паза, которая ограничивает внешнее прохождение поршней в наиболее глубокую точку между кулачками, тогда как нижняя часть цилиндров ограничивает прохождение в верхнем направлении. Поскольку центральный элемент 33 имеет такую же ширину, что и аксиальный размер ролика, эта часть поршня может следовать за роликом в пазу. Проход поршня и глубина паза будут тем самым частично перекрывать один другую и уменьшать внешний диаметр двигателя на размер, соответствующий удвоенной величине этого перекрытия. Подобная установка и предварительно описанная структура подшипника обеспечивают то преимущество, что двигатель в соответствии с настоящим изобретением может быть сконструирован со значительно меньшим диаметром, чем обычные двигатели этого типа с такими же техническими характеристиками. Фиг. 4 также показывает кольцо 35 поршня для уплотнения поршней 2 по отношению к цилиндрам 3 в процессе работы.

Фиг. 5 представляет вид конца штыря 12 поршня в предпочтительном примере осуществления с двумя щелями 13a, 13b, ориентированными под таким углом друг к другу, что при зацеплении с выступом 14 соединительной части 15 (фиг. 2) они располагают клапан 9 распределителя в положениях, которые соответствуют противоположным относительным направлениям вращения, которые при необходимости могут быть просто и легко реверсированы. Величина угла α является функцией количества m кулачков и может быть выражена как

где m представляет целое число, кратное углу между двумя кулачками.

В показанном примере с шестью кулачками:
α=30^°+m•60^°
Сборка согласно настоящему изобретению описана выше в функции гидравлического двигателя и с примерами закрепления стационарной части, то есть либо блока цилиндров, либо кулачкового кольца, а также с получением вращающего момента от вращающейся части. Однако, упомянутые соединения двух частей могут иметь место многими другими путями в пределах объема настоящего изобретения, которые могут быть осуществлен для целей, в соответствии с которыми двигатель должен быть использован в каждом отдельном случае.

Как упоминалось выше, при этой же фундаментальной структуре, как и двигатель, сборка может служить в качестве гидравлического насоса, при этом либо блок цилиндров, либо кулачковое кольцо могут вращаться при помощи внешнего источника мощности, например, двигателя. В этом случае также компактная структура сборки является выгодной, когда эта сборка должна быть использована в ограниченном пространстве. Рабочий диапазон насоса значителен при относительно малом числе оборотов и, следовательно, насос особенно подходит для тех случаев, когда он должен быть использован при машинной обработке, например, при сельскохозяйственной машинной обработке, например, с низкоскоростными валами для привода насоса, поскольку насос затем может быть непосредственно применен без каких-либо дорогостоящих зубчатых передач, которые должны быть установлены.

Следует еще раз напомнить, что в обоих ее функциях как двигателя и как насоса сборка может работать с любой подходящей жидкой средой. Таким образом, хотя в упомянутом примере упоминалось гидравлическое масло, однако также и воздух может быть выбран в качестве рабочей среды для многих целей, так что двигатель приводится в действие сжатым воздухом, а насос будет по существу компрессором, который обеспечивает сжатый воздух.

Использование: в машиностроении при проектировании радиально-поршневых двигателей, насосов и компрессоров. Сущность изобретения: сборочный узел двигателя или насоса содержит блок цилиндров с множеством радиально расположенных цилиндров, поршень, установленный с возможностью скользящего возвратно-поступательного перемещения в каждом цилиндре, кулачковое кольцо, связанное с поршнями и выполненное с возможностью вращательного взаимодействия с блоком цилиндров, и распределительный клапан, установленный центрально в блоке цилиндров для управления потоком жидкой среды к цилиндрам и от них при работе. Кулачковое кольцо взаимодействует с блоком цилиндров при помощи по меньшей мере одного шарикового подшипника, установленного на каждой боковой стороне блока цилиндров. Эти шарики проходят в пазах, которые расположены около боковых сторон и периферии блока цилиндров дискообразной форсы. Это обеспечивает конструкцию, которая имеет очень малую аксиальную длину и которая одновременно способна поглощать большие нагрузки как в радиальном, так и в боковом направлениях. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Сборочный узел двигателя или насоса, содержащий блок цилиндров с множеством радиально расположенных цилиндров, поршень, установленный с возможностью скользящего возвратно-поступательного перемещения в каждом цилиндре, кулачковое кольцо, связанное с поршнями и выполненное с возможностью вращательного взаимодействия с блоком цилиндров, и клапан распределителя, размещенный центрально в блоке цилиндров для управления потом жидкой среды к цилиндрам и от них при работе, при этом кулачковое кольцо взаимодействует с блоком цилиндров с помощью по меньшей мере одного подшипника, установленного на каждой боковой стороне блока цилиндров, блок цилиндров имеет форму диска с подшипниками, расположенными в нем или около плоскостей, содержащих боковые стороны диска, и в нем или около периферии диска, а блок цилиндров и кулачковое кольцо составляют внутреннюю и внешнюю обоймы соответственно упомянутых подшипников, отличающийся тем, что блок цилиндров и кулачковое кольцо имеют по существу одинаковую ширину, а кулачковое кольцо и клапан распределителя взаимосвязаны при помощи несущей пластины дискообразной формы, расположенной с торцовой стороны блока цилиндров на малом расстоянии от него. 2. Сборочный узел по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью обеспечения по меньшей мере двух смещенных по углу положений, в которых кулачковое кольцо и клапан распределителя могут быть съемно взаимосвязаны.