ГИДРОДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1997 года по МПК F16H39/14 

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики и, в частности, к гидроприводам постоянной частоты вращения, используемым в системах электропитания для выработки тока стабильной частоты.

Входной вал такой передачи соединяется с двигателем, имеющим переменные обороты, а выходной вал с генератором, частота вращения которого, при помощи системы регулирования, поддерживается постоянной.

Известна гидродифференциальная передача, состоящая из двух размещенных в общем корпусе аксиально-плунжерных гидромашин (с регулируемой и нерегулируемой подачей жидкости), соединенных с входным валом, при этом блок цилиндров нерегулируемой гидромашины соединен с выходным валом (см. патент США N 4794756, кл. F 16 D 39/00 от 3.01.1989).

Передача жидкости в этом гидравлическом дифференциале (см. фиг. патента) от регулируемой гидромашины 20 к нерегулируемой гидромашине 22 происходит через два распределительных золотника: невращающего золотника 50 и вращающего золотника 46. Подвод жидкости к золотнику 50 осуществляется через неподвижную ось 82 и сферическую поверхность 92.

Величина давления в каналах всасывания 86, 52, 67, 48 определяется величиной подводимого давления.

Величина давления в линии нагнетания 66, 52, 96, 44 определяется величиной нагрузки на выходном валу 28.

Наиболее сложной задачей в гидравлическом дифференциале является герметизирование стыков (торцов) блоков цилиндров 60,24 и распределительных золотников 50, 46, по которым осуществляется передача жидкости из одной гидромашины в другую, а также герметизация подвода жидкости к невращающему распределительному золотнику 50.

В этом гидравлическом дифференциале эта задача решена следующим образом.

Осью 82 обозначена сферическая поверхность 92 оси и невращающего золотника 50, золотник 50 притягивается с определенным зазором к торцу блока цилиндров 60. Для предотвращения вращения золотника 50 в части оси 88 установлена шпонка 96. Уплотнение подводимой по каналу 84 жидкости к каналу 52 золотника 50 осуществляется сферической поверхностью 92.

Таким образом, биение правого торца (плоскости) распределительного золотника 50 определится биением торца вращающего блока цилиндров 60 регулируемой гидромашины 20.

Распределительный золотник 46 вращается совместно с кожухом 54 (через штифт 58) и имеет возможность прижиматься своим левым торцом к правому торцу золотника 50, отслеживая его биение. (На фиг. приведенном в патенте, золотник 46 не имеет свободы перемещения).

Блок цилиндров 24 нерегулируемой гидромашины 26 под действием гидравлических сил и сил пружинного узла 100 прижимается своим торцом к распределительному золотнику 46, сжимая весь пакет распределительных золотников по уплотняющим поверхностям.

Недостатком такой конструкции узла распределения и передачи жидкости в приведенном гидравлическом дифференциале является следующее.

Подвод жидкости к невращающему золотнику осуществляется по подвижному соединению с зазором, что приводит к излишним утечкам жидкости.

Равнодействующие гидростатических сил от блоков цилиндров 60 и 24, сжимающих пакет распределительных золотников 50 и 46, смещены относительно оси этих золотников в зависимости от расположения полостей нагнетания, а равнодействующая от гидростатических сил, действующая на распределительный золотник 46 со стороны блока цилиндров 24, вращается (со смещением) относительно оси распределительных золотников с частотой вращения входного вала.

Эти обстоятельства могут привести к колебанию торцевых зазоров между блоками цилиндров и распределительными золотниками, увеличенными перетечками жидкости по этим зазорам и снижению объемного КПД гидромашин, износу контактирующих поверхностей.

Кроме того, на распределительный подвижной золотник 46 также воздействуют силы от блока цилиндров 24 и выходного вала 28, что также может привести к повышению торцевых зазоров между блоком цилиндров 24 и золотником 46 и между золотниками 46 и 50 и снижению объемного КПД.

Предложенное изобретение позволяет более надежно решить задачу передачи жидкости в гидравлическом дифференциале от одной гидромашины к другой, повысить объемный КПД гидромашин и устранить износные явления контактирующих золотников.

Указанный результат достигается тем, что блок нерегулируемой машины, жестко установленный на входном валу, имеет на торце два ряда дугообразных пазов, расположенных на разных диаметрах в количестве, соответствующем числу плунжерных отверстий блока;
вращающийся распределительный золотник со стороны блока нерегулируемой гидромашины выполнен с четырьмя симметричными полукольцевыми пазами, попарно соединенными каналами с полостями нагнетания и всасывания, благодаря чему равнодействующая гидродинамических сил от блока цилиндров действует по оси распределительных золотников; подвод жидкости от регулируемой гидромашины к нерегулируемой производится через шесть цилиндрических отверстий в корпусе, равномерно расположенных по окружности, в которых размещены шесть подпружиненных поршней с отверстиями (три из них соединены с полостью нагнетания, а три с полостью всасывания), контактирующих через сферические поверхности со сферическими поверхностями вкладышей и сжимающие пакет распределительных золотников; регулируемая гидромашина имеет распределительный золотник, жестко закрепленный в корпусе, полости нагнетания и всасывания которого соединяются соответствующими шестью отверстиями корпуса.

На фиг. 1, 2, 3, 4, 5 показана конструкция гидродифференциальной передачи.

Гидродифференциальная передача, размещенная в корпусе 1, включает в себя аксиально-плунжерную гидромашину регулируемой подачи 2, аксиально-плунжерную гидромашину нерегулируемой подачи 3, входной вал 4, выходной вал 5.

Блок цилиндров 6 регулируемой гидромашины через шлицы 7 закреплен на входном валу 4.

В блоке цилиндров 6 размещены плунжера 8, которые через башмаки 9, шарнирно закреплены на головках плунжеров 8, опираются на наклонную шайбу 10, и установлена пружина 11.

Наклонная шайба 10 крепится в корпусе 1 известным способом, обеспечивающим возможность изменения угла наклона шайбы. При изменении угла шайбы 10 меняется ход плунжеров 8 и подача жидкости гидромашины 2. В корпусе 1 смонтирован неподвижный распределительный золотник 12, имеющий полость всасывания 13 и полость нагнетания 14. Рабочая жидкость подводится в полость всасывания 13 гидромеханической передачей каналом 15.

За счет свободы в шлицевом соединении 7 под действием гидростатических сил и сил пружины 11, блок цилиндра 6 своим торцом прижат к распределительному золотнику 12.

В корпусе 1 (см. фиг. 2) имеются шесть отверстий 16, равномерно расположенных по окружности. Из них три отверстия соединяются с полостью нагнетания, а три с полостью всасывания в чередовании, как показано на фиг. 2.

В эти отверстия установлены поршни 17 с отверстиями для прохода жидкости, которые опираются на сферические вкладыши 18. В поршнях 17 установлены пружины 19. Вкладыши 18, в которых имеются отверстия для прохода жидкости, своей торцевой поверхностью опираются на невращающийся распределительный золотник 20, установленный в корпусе 1 на шлицах 21. За счет свободы в шлицевом соединении 21 распределенный золотник 20 имеет возможность ориентироваться по торцевой плоскости Г. Со стороны плоскости Г на распределительном золотнике 20 имеются две кольцевые проточки 22 и 23 (см. фиг. 3), которые каналами 24 и 25 соединены, соответственно, с полостями нагнетания и всасывания. Блок цилиндров 26 нерегулируемой гидромашины при помощи шпонки 27 жестко закреплен на входном валу 4, а наклонная шайба 28 при помощи шпонки 29 жестко закреплена на выходном валу 5.

В блоке цилиндров 26 размещены плунжера 30, которые через башмаки 31, шарнирно закрепленные на головках плунжеров 30, опираются на наклонную плоскость шайбы 28.

Вращающийся распределительный золотник 32 закреплен на выходном валу 5 при помощи шлицевого соединения 33, обеспечивающего возможность ориентирования поверхности Д золотника по торцевой плоскости блока цилиндров 26.

На поверхности Д золотника 32 имеются четыре симметричных полукольцевых паза 34, 35, 36, 37 (см. фиг. 4 сеч. B-B), а на противоположной поверхности две кольцевые проточки, расположенные напротив кольцевых проточек 22 и 23 золотника 20.

Кольцевая проточка 23 с давлением всасывания сообщается с пазами 34 и 37, а кольцевая проточка 22 с давлением нагнетания сообщается с пазами 35 и 36.

Внутренние пазы 34 и 36 выполняют функцию торцевого распределителя жидкости нерегулируемой гидромашины 3, а наружные пазы 35 и 37 являются вспомогательными (компенсационными), предназначенным для формирования равнодействующей силы от гидростатического давления, действующего со стороны блока цилиндров 26 на распределительный золотник 32 строго по оси золотника.

Это достигается определенным выбором размеров пазов 34, 35, 36, 37.

Момент относительно вертикальной оси I-I от сил гидравлического давления, действующих по площадям пазов 34 и 35, равен моменту от сил давления, действующих по площадям пазов 36 и 37. Равновесие моментов от сил гидравлического давления со стороны блока 26 относительно горизонтальной оси II-II достигается следующим образом.

На торце блока цилиндров 26 (см. фиг. 5) выполнено два ряда дугообразных пазов 38, 39, расположенных по диаметрам, соответствующим диаметрам пазов 34, 35, 36, 37 золотника 32, и в количестве, соответствующим числу плунжерных отверстий блока. По углу пазы 38 и 39 смещены относительно друг друга.

Когда паз 38 находится на перемычке "Ж" (фиг. 4) под давлением нагнетания, паз 39 находится на перемычке "И" также под давлением нагнетания. Моменты от их гидравлических сил относительно горизонтальной оси уравновешены.

Таким образом, на распределительные золотники 20 и 32 с левой стороны действуют гидростатические силы блока цилиндров 26, равнодействующая которых действует по оси распределительных золотников, а с правой стороны - гидростатические силы и силы пружин поршней 17, равнодействующая сила которых также действует по оси распределительных золотников.

Параметры элементов узла передачи жидкости от регулируемой гидромашины 2 к нерегулируемой 3 поршней 17, пружины 19, распределительных золотников 20, 32 блока цилиндров 26 выбираются таким образом, чтобы обеспечивался равномерный по всем поверхностям прижим всего пакета контактирующих элементов между собой и к торцу блока цилиндров 26 нерегулируемой гидромашины 3 и соответствующая герметизация контактирующих стыков этих элементов, и предотвращение износных явлений контактирующих поверхностей.

Жидкость из гидромашины 2 к гидромашине 3 по линии нагнетания передается по каналам 14, 24, 22, 36, по линии слива по каналам 34, 23, 25, 13.

Внутренние перетечки жидкости в гидромашинах отводятся из корпуса 1 в сливной канал 40.

Гидродифференциальная передача работает следующим образом:
Когда наклонная шайба 10 расположена вертикально, то гидравлические полости блока цилиндров 26 нерегулируемой гидромашины 3 заперты, плунжера 30 не могут перемещаться в блоке цилиндров 26, и наклонная шайба 28, а следовательно, и выходной вал 5 вращается с той же скоростью, что и входной вал 4.

Это режим прямой передачи.

Если наклонная шайба 10 смещается от вертикального положения при помощи системы регулирования в положение, когда регулируемая гидромашина 6 работает в режиме насоса, то выходная скорость вала 5 будет увеличиваться относительно входной скорости вала 4.

Это режим ускоряющей передачи.

Если наклонная шайба 10 будет смещаться из вертикального положения при помощи системы регулирования в положение, когда регулируемая гидромашина 6 работает в режиме гидромотора, то выходная скорость вала 5 будет уменьшаться относительно входной скорости вала 4.

Это режим замедляющей передачи.

Величина давления нагнетания при работе гидродифференциальной передачи определяется величиной нагрузки (момента) на выходном валу.

Мощность двигателя, соединенного с входным валом, и параметры гидромашины рассчитываются из заданных нагрузок на выходном валу.

При помощи системы регулирования, управляемой положением наклонной шайбы 10 регулируемой гидромашины 2, при переменных оборотах входного вала 4 передачи, обороты выходного вала 5 поддерживаются постоянными.

Использование: в области машиностроительной гидравлики и, в частности, в гидроприводах постоянной частоты вращения, используемых в системах электроснабжения летающих аппаратов для выработки переменного тока стабильной частоты. Сущность: входной вал такой передачи соединяется с двигателем, имеющим переменные обороты, а выходной вал с - генератором, частота вращения которого при помощи системы регулирования поддерживается постоянной. Дифференцирование передаваемой мощности от входного к выходному валу осуществляется гидродифференциальной передачей, где оба канала, по которым передается мощность на выходной вал, является жидкостными. 5 ил.

Гидродифференциальная передача, содержащая корпус и установленные в нем входной и выходной валы, нерегулируемую гидромашину с блоком цилиндров и наклонной шайбой, регулируемую гидромашину с блоком цилиндров, установленным на входном валу, и наклонной шайбой, регулируемой от системы управления, а также распределительный узел, включающий в себя вращающийся и неподвижный распределительные золотники с окнами (полостями) нагнетания и всасывания, контактирующими с соответствующими торцами блоков цилиндров регулируемой и нерегулируемой гидромашин, отличающаяся тем, что распределительный узел снабжен дополнительным невращающимся распределительным золотником, установленным свободно в корпусе и поджатым к вращающемуся распределительному золотнику посредством сферических вкладышей, контактирующих с поршнями, установленными в корпусе по окружности в четном количестве, рабочие окна золотника со стороны регулируемой гидромашины выполнены в виде отверстий, соединенных через отверстия в поршнях и сферических вкладышах с каналами нагнетания и всасывания регулируемой гидромашины, а рабочие окна со стороны вращающегося золотника выполнены в виде двух кольцевых проточек, соединенных каналами с отверстиями нагнетания и всасывания на другом торце золотника, рабочие окна вращающегося золотника со стороны регулируемой гидромашины зеркально отображают кольцевые проточки неподвижного золотника, контактируя с ним торцевыми плоскостями, а распределительные окна золотника со стороны блока нерегулируемой машины выполнены в виде симметричных пар полукольцевых пазов, соединенных каналами с соответствующими кольцевыми проточками нагнетания и всасывания со стороны вращающегося золотника, контактирующего с неподвижным золотником, распределительные окна блока цилиндров нерегулируемой машины, взаимодействующие с подвижным распределительным золотником, выполнены в виде дугообразных пазов, расположенных на разных диаметрах в количестве, соответствующем числу плунжерных отверстий блока цилиндров на каждом диаметре, причем внутренние пазы являются распределительными в подводе жидкости к плунжерным отверстиям от полостей нагнетания или всасывания вращающегося распределительного золотника, а наружные пазы блока цилиндров, также сообщающиеся с полостями нагнетания или всасывания вращающегося золотника, являются разгрузочными и предназначены для центрирования равнодействующей гидростатической силы, действующей со стороны распределительных золотников.