ГИДРОМОТОР НЕПОЛНОПОВОРОТНЫЙ Российский патент 2002 года по МПК F15B15/12 

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к объемным гидромашинам, совершающим возвратно-поворотные движения вала относительно корпуса, и может быть использовано в гидравлических приводах станков, автоматических линий, манипуляторов, кантователей и др. гидрофицированных механизмах.

Гидромоторы неполноповоротные (поворотные гидродвигатели) - это объемные гидромашины, преобразующие гидравлическую энергию в механическую, создавая достаточно большие крутящие моменты выходного звена (вала).

Известен гидромотор неполноповоротный, описанный в книге Т.М.Башта, "Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем", Машиностроение, 1974 г., стр. 528-530, рис. 223 а, 224, содержащий корпус, закрытый с обоих торцев крышками, неподвижный упор, жестко связанный с корпусом, вал с жестко установленной на нем подвижной лопастью, при этом вал пропущен сквозь крышки, уплотнения неподвижного упора с валом и подвижной лопасти с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, рабочие полости.

Недостатки данного устройства заключаются в следующем.

1. Большие габариты, определяемые вылетами вала со шпонками в обе стороны узла.

2. Значительный вес, обусловленный, например, тем, что вал не полый и имеет значительную длину.

3. Применение резинового уплотнителя для герметизации торцев подвижной лопасти и крышек ведет к низкой надежности и увеличению частоты ремонтообслуживания.

4. Низкий крутящий момент.

Величина крутящего момента определяется произведением силы на плечо (расстояние от оси вращения до точки приложения результирующей силы), при этом величина силы определяется произведением давления (перепада давления) на площадь пластины (лопасти).

При одинаковой величине давления и одинаковой площади лопасти, но различной ее конфигурации, расстояние от оси вращения до точки приложения результирующей силы (плечо) будет больше у того гидромотора, у которого больше внешний диаметр, описываемый при вращении периферийной поверхности лопасти (при одинаковой площади лопасти для обоих гидромоторов неполноповоротных).

6. Не технологичность конструкции.

Для сокращения внутренних перетечек по торцам ротора (подвижной лопасти) применяют подгонку боковых крышек (операция притирания) и ротора с целью уменьшения торцевых зазоров до минимально возможных величин (около 5...10 мкм), поскольку при дальнейшем уменьшении указанных зазоров существует возможность увеличения механического кпд, а то и вовсе подклинивания.

Однако при наличии на крышках уступа (занижение), контактирующего с торцем корпуса, отсутствует возможность проведения операции притирания данного участка поверхности, поэтому такая конструкция гидромотора обуславливает применение резиновых уплотнителей, что сказывается на их долговечности, а соответственно на межремонтном сроке службы гидромотора неполноповоротного в целом.

Все вышеперечисленные недостатки отсутствуют в прототипе, за который принят гидромотор неполноповоротный по полезной модели 9273, кл. F 15 В 15/22, 13/04, и содержащий корпус с неподвижной лопастью, установленный между двумя крышками, ротор с подвижной лопастью, связанной с валом.

Преимущества прототипа по сравнению с аналогом также заключаются в достаточно большом ресурсе гидромотора неполноповоротного, обусловленном отказом от использования эластичных уплотнителей для герметизации торцевых стыков крышка - подвижная лопасть и крышка - неподвижная лопасть, что влечет за собой огромный межремонтный цикл, при этом вместо эластичных уплотнителей используется эффект щелевого (бесконтактного) уплотнения.

Недостатком данной конструкции является большая трудоемкость изготовления, обусловленная наличием многократно повторяющейся операции подгонки (притирания) торцевых поверхностей крышек с торцевыми поверхностями подвижной и неподвижной (включая торец корпуса) лопастей, которая сопровождается другими трудоемкими операциями: разборка, сборка, испытания. Операция подгонки необходима для уменьшения потерь мощности на механическое трение в вышеуказанных сопрягаемых парах(не уплотненных эластичным уплотнителем), обусловленных погрешностями в изготовлении, а также для максимального сокращения внутренних перетечек путем обеспечения оптимальной торцевой капиллярной мели 5...10 мкм, образованной вышеперечисленными элементами.

Операция подгонки сопряжена также с многократной разборкой-сборкой всего узла с последующими гидравлическими его испытаниями до обеспечения оптимальных характеристик - плавного без рывков и заеданий проворота вала совместно с подвижной лопастью, а также до обеспечения приемлемой внутренней перетечки рабочей среды.

Таким образом, многократно повторяющаяся операция подгонки (притирания) торцевых сопрягаемых поверхностей крышек, подвижной и неподвижной лопастей является достаточно трудоемкой процедурой, что в итоге сказывается на повышенной его стоимости.

Технической задачей, решаемой предлагаемым решением, является повышение механического кпд, уменьшение трудоемкости изготовления гидромотора, а соответственно уменьшение его стоимости в целом.

Для решения поставленной задачи в гидромоторе неполноповоротном, включающем установленные между торцевыми крышками корпус с неподвижной лопастью, ротор с подвижной лопастью, связанный с валом, пропущенным сквозь обе торцевые крышки с образованием двух рабочих полостей, на валу выполнен бурт, контактирующий с внутренней расточкой ротора, причем бурт выполнен симметрично относительно обеих торцевых крышек и в сечении имеет форму прямоугольника. Хотя форма бурта может быть различна в сечении, в том числе треугольной, полукруглой и др. Но прямолинейная форма наиболее технологична и обеспечивает оптимальную герметичность стыка.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что на валу выполнен бурт, контактирующий с внутренней расточкой ротора с лопастью, причем бурт выполнен симметрично относительно обеих крышек и в сечении имеет форму, например, прямоугольника.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволило сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.

На фиг. 1 изображен гидромотор неполноповоротный, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.

Гидромотор неполноповоротный содержит корпус 1 с неподвижной лопастью 2, крышки 3 и 4, ротор 5 с подвижной лопастью 6, вал 7 с буртом 8, рабочие полости 9 и 10. Вал 7 жестко связан с ротором 5, а его бурт 8 контактирует с внутренней расточкой 11 ротора 5. Рабочие полости 9 и 10 герметизируются:
- неподвижные стыки (корпус 1 с крышками 3 и 4) - с помощью резиновых колец круглого сечения по ГОСТ 9833,
- подвижные цилиндрические поверхности (подвижная лопасть 6 с корпусом 1 и неподвижная лопасть 2 с ротором 5) при помощи уплотнительных лопаток 12 и пружин 13,
- подвижные торцевые поверхности (крышек с подвижной и неподвижной лопастями) при помощи гарантированного малого зазора (щелевое уплотнение), который обеспечивает мягкий без рывков и заеданий проворот ротора 5 с подвижной лопастью 6 и определенную степень герметичности.

Полости 9 и 10 соединены с подводяще-отводящими отверстиями 14 и 15.

Симметричность расположения бурта 8, выполненного на валу 7, относительно крышек 3 и 4 обусловлена равнозначной степенью возможного покачивания ротора 5 на бурте 8 с целью его самоустанавливания в процессе работы. Бурт 8 имеет в сечении форму прямоугольника.

Гидромотор неполноповоротный работает следующим образом.

При подводе давления рабочей среды в рабочую полость 9 через отверстие 14 с одновременным соединением рабочей полости 10 со сливом через отверстие 15, при этом на подвижной лопасти 6 ротора 5 создается перепад давления, воздействие которого заставляет последнюю совместно с валом 7 проворачиваться против часовой стрелки до контакта о торец неподвижной лопасти 2 корпуса 1.

Для обратного проворота вала 7 необходимо произвести подвод давления рабочей среды в рабочую полость 10 через отверстие 15 с одновременным соединением рабочей полости 9 через отверстие 14 со сливом - произойдет проворот лопасти 6 ротора 5 (а соответственно и вала 7) по часовой стрелке до контакта о второй торец неподвижной лопасти 2.

Обеспечение легкого, без рывков и заеданий проворачивания лопасти 6 ротора 5 достигается за счет уменьшения до минимума трения (путем недопущения подклинивания) в сопрягаемых парах. Для этой цели лопасть 6 ротора 5 имеет возможность само устанавливаться в зависимости от расположения стенок рабочих полостей 9 и 10, путем покачивания на бурте 8 вала 7. Компенсируя таким образом погрешность изготовления и сборки (неперпендикулярность, непараллельность, биение сопрягаемых поверхностей, перекосы при сборке соответствующих деталей).

Для предотвращения возможного осевого асимметричного сдвига (поджима) ротора 5 с лопастью 6 к одной из торцевых поверхностей крышек 3 или 4, в роторе 5 выполнены сквозные отверстия (не показаны), соединяющие противоположные торцевые зазоры (образованные лопастью 6 и крышками) для выравнивания давления в указанных зазорах и таким образом уравновешивание ротора 5 во взвешенном положении, что сведет к минимуму потери энергии (мощности) на механическое трение.

Для сокращения внутренних перетечек по торцевым зазорам величину торцевых зазоров стремятся уменьшить до оптимальной величины (5...10 мкм) путем подгонки (притирания) контактирующих поверхностей. Дальнейшее уменьшение зазоров (менее 5. ..10 мкм) приводит к нестабильной работе, подклиниванию, резкому уменьшению механического кпд.

Отказ от применения, например, резиновых уплотнителей для герметизации вышеупомянутых торцевых зазоров позволил значительно увеличить его ресурс работы, а наличие на валу бурта позволило значительно сократить до одной количество сборок-разборок при выполнении трудоемкой притирочной операции, а также компенсировать неминуемые погрешности, возникающие при изготовлении и сборке узла, что ведет к уменьшению трения в сопрягаемых парах, а соответственно к увеличению механического кпд гидромотора.

Надежное уплотнение торцев ротора является главной трудностью при создании таких гидродвигателей. Трение и утечки по торцам являются главными потерями энергии.

Таким образом, преимуществами предлагаемого гидромотора неполноповоротного является значительный ресурс, высокий механический кпд, малые габариты и низкая трудоемкость изготовления.

Предложенный гидромотор конструктивно прост и надежен в работе, чем выгодно отличается от известных подобных конструкций. Все это позволяет широко его применять вместо зубчато-реечных поворотных устройств, повышая надежность машин и механизмов при одновременном уменьшении их габаритов и веса.

Гидромотор неполноповоротный предназначен для преобразования гидравлической энергии в механическую. Гидромотор неполноповоротный включает установленный между двумя крышками корпус, ротор, связанный с валом, пропущенным сквозь обе торцевые крышки, при этом на валу выполнен бурт, контактирующий с внутренней расточкой ротора, причем бурт размещен симметрично относительно обеих крышек и в сечении имеет форму прямоугольника. Технический результат - повышение надежности. 2 ил.

Гидромотор неполноповоротный, включающий установленный между двумя крышками корпус, ротор, связанный с валом, пропущенным сквозь обе торцевые крышки, отличающийся тем, что на валу выполнен бурт, контактирующий с внутренней расточкой ротора, причем бурт размещен симметрично относительно обеих крышек и в сечении имеет форму прямоугольника.