ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1998 года по МПК F03C1/24 

Изобретение относится к транспорту и касается гидравлической машины с функциями двигателя для перемещения в пространстве летательных аппаратов, наземных и водных транспортных средств.

Известна конструкция аксиально плунжерного насоса, который состоит из корпуса, в котором цилиндровый блок с приводным валом, вращается в двух подшипниках. По окружности цилиндрового блока располагается один ряд цилиндров с плунжерами и рабочими полостями. Один диск установлен на корпусе с помощью одностепенного шарнира. Производительность насоса регулируется изменением угла отклонения диска относительно оси одностепенного шарнира при помощи одной тяги. Все рабочие полости цилиндров заполнены рабочим телом (жидкостью). Смотри кн. Т. М. Барша. Расчеты и конструкции самолетных гидравлических устройств. Оборонгиз, 1961, с. 118 120 прототип.

В данной конструкции насоса при вращении цилиндрового блока, когда плоскость диска неперпендикулярна оси вращения цилиндрового блока, центробежные силы плунжеров, пропорциональные массе плунжеров, создают статический момент, вектор которого параллелен оси одностепенного шарнира диска, а центробежные силы вращающихся масс рабочего тела в рабочих полостях цилиндров создают статическую силу, направленную перпендикулярно оси одностепенного шарнира диска и перпендикулярно оси вращения цилиндрового блока. При этом статическая сила направлена от положения цилиндра с минимальным объемом рабочей полости к положению цилиндра с максимальным объемом рабочей полости.

Указанные статический момент и статическая сила передаются через цилиндровый блок и подшипники на корпус насоса и их можно использовать для перемещения транспортных средств. Однако, использование такого насоса в качестве движителя транспортного средства не эффективно, так как значительная часть мощности расходуется на преодоление гидравлического сопротивление перетекания рабочего тела из рабочих полостей цилиндров по нагнетающим и всасывающим каналом и преодоления трения скольжения плунжеров, подверженных воздействию их центробежных сил. Возможности применения такого насоса в качестве движителя транспортного средства также ограничиваются тем, что этот насос позволяет осуществить регулирование величины статической силы и статического момента изменением угла отклонения диска только относительно одной оси одностепенного шарнира. При этом изменения направления статической силы и вектора статического момента возможно только на противоположное. Насос не позволяет осуществить раздельное регулирование величин и направлений статической силы и статического момента. К тому же, данный насос не позволяет получить только статическую силу без статического момента и наоборот, что также ограничивает его применение в качестве движителя транспортного средства.

Задача, решаемая в предлагаемом техническом решении, заключается в реализации аксиально-плунжерного насоса, т.е. гидравлической машины (гидромашина) с функциями движителя для перемещения транспортного средства в пространстве при осуществлении технического результата получения статической силы и статического момента при минимальных затратах мощности; осуществление раздельного регулирования величин и направлений статической силы и статического момента, получение только статической силы без статического момента и статического момента без статической силы; изменение направления статической силы в любую сторону в плоскости, перпендикулярной оси вращения цилиндрового блока, изменение направления вектора статического момента в любую сторону от оси вращения цилиндрового блока в плоскости, перпендикулярной этой оси.

Существенными признаками предлагаемой гидравлической машины, общими с прототипом, являются: корпус, приводной вал, вращающийся в двух подшипниках цилиндровый блок с одним рядом цилиндров с плунжерами, с рабочими полостями цилиндров, один диск на одностепенном шарнире, одна тяга управления диском.

Признаками, отличными от прототипа, являются:
1. для п.1 формулы изобретения вращающийся цилиндровый блок снабжен приемонаполняющей полостью, непосредственно сообщенной с рабочими полостями всех цилиндров, разгрузочными полостями плунжеров со сливными проточками, каналами для подачи рабочей жидкости к приемонаполняющей полости и к разгрузочным полостям.

2. для п. 2 формулы изобретения по п. 1 формулы изобретения - вращающийся цилиндровый блок снабжен вторым рядом цилиндров с плунжерами, рабочие полости которого непосредственно сообщены с приемонаполняющей полостью, плунжеры второго ряда имеют разгрузочные полости со сливными проточками и каналы для подачи рабочей жидкости к разгрузочным полостям, имеется второй диск на одностепенном шарнире и вторая тяга управления вторым диском.

3. для п. 3 формулы изобретения по п. 1 формулы изобретения диск установлен на корпусе на двухстепенном шарнире и имеет вторую тягу управления.

4. для п. 4 формулы изобретения по п. 2 формулы изобретения диски установлены на корпусе на двухстепенных шарнирах и имеют по второй тяге управления каждый.

Совокупность признаков изобретения, отличная от прототипа, является необходимой и достаточной для обеспечения технического решения.

Технический результат получение статической силы и статического момента при минимальных затратах мощности; осуществление раздельного регулирования величин и направлений статической силы и статического момента, получение только статической силы без статического момента и статического момента без статической силы; изменение направления статической силы в любую сторону в плоскости, перпендикулярной оси вращения цилиндрового блока, изменение направления вектора статического момента в любую сторону от оси вращения цилиндрового блока в плоскости, перпендикулярной этой оси, реализуется при осуществлении совокупности существенных признаков изобретения, причинно-следственная связь между которыми заключается в следующем:
1. Для обеспечения получения статической силы и статического момента с минимальными затратами мощности:
плунжеры имеют разгрузочные полости и сливные проточки;
приемонаполняющая полость вращающегося цилиндрового блока непосредственно сообщена с рабочими полостями всех цилиндров.

2. Для осуществления раздельного регулирования величин и направлений статической силы и статического момента, получения только статической силы без статического момента и статического момента без статической силы:
вращающийся цилиндровый блок снабжен двумя рядами цилиндров с плунжерами;
имеет второй диск на одностепенном шарнире;
второй диск имеет свою вторую тягу управления.

3. Для обеспечения изменений направления статической силы в любую сторону плоскости, перпендикулярной оси вращения цилиндрового блока, изменения направления вектора статического момента в любую сторону от оси вращения цилиндрового блока в плоскости, перпендикулярной этой оси, диск и диски устанавливают на двухстепенном шарнире, диск и диски имеют вторую тягу управления каждый.

На фиг. 1 показан вид сбоку предложенной гидромашины с одним рядом цилиндров с плунжерами и одним диском, установленным на одностепенном шарнире; на фиг. 2 вид сбоку предложенной гидромашины с двумя рядами цилиндров с плунжерами и двумя дисками, установленными на одностепенных шарнирах; на фиг. 3 вид сбоку предложенной гидромашины с одним рядом цилиндров с плунжерами и одним диском, установленным на двухстепенном шарнире; на фиг. 4 вид сбоку предложенной гидромашины с двумя рядами цилиндров с плунжерами и двумя дисками, установленными на двухстепенных шарнирах; на фиг. 5 вид А-А на фиг. 1 на цилиндры с плунжерами со стороны приемонаполняющей полости цилиндрового блока; на фиг. 6 сечение Б-Б на фиг. 1 ряда цилиндров с плунжерами цилиндрового блока; на фиг. 7 вид по стрелке В на фиг. 1 на одностепенной шарнир диска; на фиг. 8 вид по стрелке Г на фиг. 3 на двухстепенной шарнир диска; на фиг. 9 вид по стрелке Д на фиг. 3 на шарнирный узел крепления второй тяги управления диском, установленным на двух степенном шарнире.

Гидромашина (см. фиг. 1) состоит из неподвижного корпуса 1, в котором на подшипниках 2 установлен вращающийся от приводного вала 3 цилиндровый блок 4 с одним рядом цилиндров 5. В каждом цилиндре 5 установлено по одному плунжеру 6, которые через башмак 7 соединены с диском 8, который установлен в корпусе 1 на одностепенном шарнире 9. На каждом плунжере 6 имеется штифт 10, который входит в направляющий паз 11 цилиндра 5. К диску 8 подсоединена тяга управления 12. Цилиндровый блок 4 имеет внутри приемонаполняющую полость 13, непосредственно сообщенную с рабочими полостями 14 всех цилиндров 5 и заполненую рабочим телом (жидкостью). Каждый плунжер 6 имеет разгрузочную полость 15 и сливные проточки 16. В цилиндровом блоке 4 есть каналы 17 для подачи давления рабочего тела к разгрузочным полостям 15. В приводном валу 3 есть канал 18 для подачи рабочего тела в приемонаполняющую полость 13. В корпусе 1 установлен штуцер 19 для слива рабочего тела из корпуса. Корпус 1 имеет подсоединительные узлы 20.

Гидромашина (см. фиг. 2) представляет собой гидромашину (см. фиг. 1), во вращающемся цилиндровом блоке которой установлены второй ряд цилиндров 21 с рабочими полостями 22 и плунжерами 23, которые через башмак 24 соединены с диском 25, который установлен в корпусе 1 на одностепенном шарнире 26. На каждом плунжере 23 имеется штифт 27, который входит в направляющий паз 28 цилиндра 21. К диску 25 подсоединена тяга управления 29. Все рабочие полости 22 цилиндров 21 непосредственно сообщены с приемонаполняющей полостью 13 и заполнены рабочим телом. Каждый плунжер 23 имеет разгрузочную полость 30 и сливные проточки 31. Разгрузочные полости 30 сообщены каналами 32 с каналами 17.

Гидромашина (см. фиг. 3) представляет собой гидромашину (см. фиг. 1), в которой диск 8 установлен на двухстепенном шарнире 33, диск 8 имеет вторую тягу управления 34.

Гидромашина (см. фиг. 4) представляет собой гидромашину (см. фиг. 3), в которой диски 8 и 25 установлены на двухстепенном шарнире 33 и 35, соответственно, каждый диск имеет по второй тяге управления 34 и 37, соответственно.

Гидромашина работает следующим образом.

Через приводной вал 3 вращение передается цилиндровому блоку 4. При вращении цилиндрового блока 4 каждый плунжер 6, соединенный башмаками 7 с диском 8, совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 5 и занимает положение, определяемое диском 8. Штифты 10 скользят по направляющим пазам 11 и не дают плунжерам 6 совершать вращательные движения относительно оси цилиндров 5. Одностепенной шарнир 9 позволяет изменять угол наклона диска 8. Управление положением наклона диска 8 осуществляется с помощью тяги управления 12. Для уменьшения действия центробежных сил плунжеров 6 на поверхность цилиндров 5 по каналам 17 к разгрузочным полостям 15 подается давление рабочего тела. Возможные утечки рабочего тела попадают в сливные проточки 16 и выводятся наружу корпуса 1 через штуцер 19. Для восполнения утечек рабочего тела по каналам 18 в приемонаполняющую полость 13 подается рабочее тело.

При отклонении диска 8 от нейтрального положения, т.е. положения, перпендикулярного оси вращения цилиндрового блока, одни плунжера 6 выдвигаются из цилиндров, а другие втягиваются. При этом рабочее тело непосредственно перетекает из рабочих полостей 14 цилиндров 5 в приемонаполняющую полость 13 цилиндрового блока 4 и обратно. Выдвигающийся плунжер увеличивает объем рабочей полости цилиндра, а втягивающийся плунжер уменьшает, следовательно, рабочие полости каждого цилиндра заполнены разными объемами рабочего тела соответственно углу наклона диска 8. При этом центробежные силы вращающихся масс рабочей жидкости в цилиндрах создают статическую силу, направленную от положения цилиндра с минимальным объемом рабочей полости к положению цилиндра с максимальным объемом рабочей полости. Одновременно центробежные силы вращающихся масс с плунжеров 6 создают статический момент, вектор которого параллелен оси одностепенного шарнира 9. Величина статической силы и статического момента прямо пропорциональны величине отклонения диска 8 от нейтрального положения, что не позволяет осуществить их раздельное регулирование. Одностепенной шарнир позволяет изменить направление статической силы и статического момента только на противоположное. Статическая сила и статический момент действуют на цилиндровый блок 4, корпус 1 и через узлы 20 действуют на транспортное средство.

На гидромашине с двумя рядами цилиндров и двумя дисками, установленными на одностепенном шарнире (см. фиг. 2) при дифференциальном отклонении дисков 8 и 25 осуществляют раздельное регулирование величин и направлений статической силы и статического момента. При отклонении каждого диска на одинаковую величину, но в разных направлениях, получают только статическую силу без статического момента, так как статический момент одного ряда плунжеров компенсируется противоположно направленным статическим моментом другого ряда плунжеров. При отклонении же каждого диска на одинаковую величину в одном направлении получают только статический момент без статической силы.

На гидромашинах с диком и дисками, установленными на двухстепенных шарнирах (см. фиг. 3,4) соответственно, возможно изменение направления статической силы и вектора статического момента в любую сторону, в плоскости, перпендикулярной оси вращения цилиндрового блока 4.

Возможность осуществления технического решения следует из представленных графических материалов, описания устройства в статике и в динамике. Таким образом, предлагаемое решение позволяет реализовывать гидравлическую машину с функциями движителя при минимальных затратах мощности и получать раздельно регулируемые статические силы и моменты.

Использование: для перемещения летательных аппаратов, наземных и водных транспортных средств. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, приводной вал, вращающийся цилиндровый блок с одним и двумя рядами цилиндров с плунжерами, приемонаполняющую полость цилиндрового блока, непосредственно сообщенную с рабочими полостями всех цилиндров, разгрузочные полости плунжеров со сливным проточками, каналы для подачи рабочего тела (жидкости) к приемно-наполняющей полости и к разгрузочным полостям, диски, установленные на корпусе на одностепенном и двухстепенном шарнирах, с одной и двумя тягами управления. Машина создает раздельно регулируемые по величине и направлению статические силы, статические моменты. Через узлы установки гидравлической машины статические силы, статические моменты передаются на транспортное средство. 3 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Гидравлическая машина, содержащая корпус, приводной вал, вращающийся в двух подшипниках цилиндровый блок с одним рядом цилиндров с плунжерами, с рабочими полостями цилиндров, один диск на одностепенном шарнире и одну тягу управления диском, отличающаяся тем, что вращающийся цилиндровый блок снабжен приемонаполняющей полостью, непосредственно сообщенной с рабочими полостями всех цилиндров, разгрузочными полостями плунжеров со сливными проточками, каналами для подачи рабочей жидкости к приемонаполняющей полости и разгрузочным полостям. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что вращающийся цилиндровый блок снабжен вторым рядом цилиндров с плунжерами, рабочие полости которого непосредственно сообщены с приемонаполняющей полостью, плунжеры второго ряда имеют разгрузочные полости со сливными проточками и каналы для подачи рабочей жидкости к разгрузочным полостям, имеет второй диск на одностепенном шарнире и вторую тягу управления вторым диском. 3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что диск установлен на корпусе на двухстепенном шарнире и имеет вторую тягу управления. 4. Машина по п. 2, отличающаяся тем, что диски установлены на корпусе на двухстепенных шарнирах и имеют по второй тяге управления каждый.