ПОРШНЕВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04B1/28 

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения и касается аксиально-поршневых регулируемых насосов с неподвижным цилиндровым блоком и клапанным распределением, которые могут быть использованы в качестве источника давления, например, в системах гидравлических усилителей рулевого управления транспортных машин.

Известны поршневые регулируемые насосы с неподвижным цилиндровым блоком и клапанным узлом распределения, содержащим автоматические нагнетательные клапаны и управляемые поршневым приводом всасывающие клапаны, которые принудительно удерживаются открытыми на части нагнетательного хода поршней давлением управляющей жидкости, подводимой к поршневому приводу от источника жидкости через распределитель, выполненный в виде управляющей золотниковой втулки с углублениями для подвода и отвода управляющей жидкости, разделенными профилированными перемычками [1, 2].

Недостатком известных насосов является необходимость дополнительного источника управляющей жидкости [1] или подпитки магистрали всасывания для управления клапанами [2].

Известен регулируемый насос, содержащий вращающийся наклонный диск, взаимодействующий с установленными в рабочих камерах корпуса поршнями, клапаны, каждый из которых имеет подпружиненный запорный элемент, надклапанную полость, сообщенную с соответствующей рабочей камерой, подклапанную полость с размещенным в ней управляющим поршнем запорного элемента и подторцовую полость поршня, управляющую золотниковую втулку, соединенную с вращающимся диском, установленную с возможностью осевого перемещения в расточке корпуса и снабженную по крайней мере одной тангенциальной и одной продольной отсечными кромками, размещенными в кольцевой полости между цилиндрическими поверхностями расточки и втулки, а также отверстиями, сообщающими клапаны через кольцевую полость с всасывающей магистралью насоса, причем запорный элемент подпружинен в сторону открытия, подклапанная полость сообщена с кольцевой полостью, а подторцовая - со сливной [3].

В этих насосах изменение подачи жидкости осуществляется за счет перемещения в осевом направлении управляющей золотниковой втулки. Недостатком такой схемы является сложность обеспечения автоматического регулирования подачи.

Наиболее близким по технической сути и числу совпадающих признаков к предлагаемому изобретению является насос с автоматическим регулированием подачи, содержащий корпус с входной и выходной магистралями, неподвижный цилиндровый блок с установленными в его рабочих камерах поршнями с гидростатическими башмаками, опирающимися на вращающийся наклонный диск, клапаны, каждый из которых имеет подпружиненный запорный элемент, надклапанную полость, сообщенную с соответствующей рабочей камерой, и подклапанную полость, соединенную с коллектором нагнетания, регулятор подачи, выполненный в виде подпружиненного золотника со штоком, подторцовая полость которого сообщена с коллектором всасывания, а управляющая - с коллектором нагнетания [4, с. 406-407]. Шток кинематически связан с регулирующими втулками, кромки которых вместе с отверстиями в поршнях образуют дросселирующие щели, соединяющие рабочие камеры с коллектором всасывания.

При нулевой подаче, которой соответствует максимальное давление, дросселирующие щели, через которые вся жидкость, вытесняемая поршнем, перетекает в коллектор всасывания, полностью раскрыты. При понижении давления нагнетания усилие от пружины превысит усилие, действующее на золотник от давления в управляющей полости, золотник и связанные с ним втулки переместятся, в результате подача будет повышаться. Величина давления, при котором насос начинает изменять подачу, определяется величиной затяжки пружины, а крутизна уменьшения подачи зависит от жесткости пружины.

Насосы с такой схемой регулятора подачи сложны и имеют повышенные затраты мощности на непроизводительную циркуляцию рабочей жидкости при всасывании ее в рабочие камеры и вытеснении из них в коллектор всасывания в процессе регулирования.

Предлагаемым изобретением решается задача усовершенствования поршневого регулируемого насоса путем изменения известных и введения новых элементов, обеспечивающих упрощение конструкции и уменьшение затрат мощности на привод насоса.

Для достижения указанного технического результата в поршневом регулируемом насосе, содержащем корпус с входной и выходной магистралями, неподвижный цилиндровый блок с установленными в его рабочих камерах поршнями с гидростатическими башмаками, опирающимися на вращающийся наклонный диск, в котором в виде серповидного окна выполнен коллектор всасывания, клапаны, каждый из которых имеет подпружиненный запорный элемент, надклапанную полость, сообщенную с соответствующей рабочей камерой, и подклапанную полость, соединенную с коллектором нагнетания, регулятор подачи, между коллектором нагнетания и выходной магистралью образован канал с установленным в нем жиклером, регулятор подачи выполнен в виде подпружиненного золотника, кромка которого вместе с кромкой расточки в корпусе образуют дросселирующую щель, соединяющую входную магистраль с коллектором всасывания, подторцовая полость золотника сообщена с коллектором нагнетания, а управляющая - с выходной магистралью.

Признаки, отличающие предлагаемый насос от прототипа, заключаются в том, что между коллектором нагнетания и выходной магистралью образован канал с установленным в нем жиклером, регулятор подачи выполнен в виде подпружиненного золотника, кромка которого вместе с кромкой расточки в корпусе образуют дросселирующую щель, соединяющую входную магистраль с коллектором всасывания, подторцовая полость золотника сообщена с коллектором нагнетания, а управляющая - с выходной магистралью.

Наличие этих признаков позволяет получить положительный результат, свойства предлагаемого насоса не совпадают со свойствами известных решений, поэтому заявляемый насос обладает существенной новизной.

Реализация предложенных технических решений позволяет упростить конструкцию насоса путем исключения подвижных регулирующих втулок и уменьшить затраты мощности на привод насоса за счет подачи в рабочие камеры дозированного количества жидкости,
Техническая сущность и принцип действия поршневого регулируемого насоса поясняются чертежом.

Насос содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 магистралями, неподвижный цилиндровый блок 4 с установленными в его рабочих камерах 5 поршнями 6 с гидростатическими башмаками 7, опирающимися на жестко связанный с валом 8 вращающийся наклонный диск 9, в котором в виде серповидного окна выполнен коллектор всасывания 10. В корпусе насоса установлены клапаны, каждый из которых имеет подпружиненный запорный элемент 11, надклапанную полость 12, сообщенную с соответствующей рабочей камерой 5, подклапанную полость 13, соединенную с коллектором нагнетания 14. Между коллектором нагнетания 14 и выходной магистралью 3 образован канал с установленным в нем жиклером 15. Регулятор подачи выполнен в виде подпружиненного золотника 16, кромка которого вместе с кромкой расточки 17 в корпусе 1 образуют дросселирующую щель, соединяющую входную магистраль 2 через отверстия 18 в вале 8 с коллектором всасывания 10, подторцовая полость 19 золотника 16 сообщена с коллектором нагнетания 14, а управляющая 20 - с выходной магистралью 3. Для ограничения максимального давления жидкости в насос встроен предохранительный клапан 21.

В процессе всасывания жидкость из входной магистрали 2 через расточку 17 в корпусе 1, частично перекрытую кромкой золотника 16, отверстия 18 в вале 8, всасывающий коллектор 10, отверстия в башмаках 7 и поршнях 6 поступает в рабочие камеры 5. В процессе нагнетания рабочие камеры 5 отсоединяются от коллектора всасывания 10, вытесняемая поршнями 6 жидкость, отжимая подпружиненные запорные элементы 11 клапанов, поступает в коллектор нагнетания 14, а затем через жиклер 15 - в выходную магистраль.

Золотник 16 находится в равновесии под действием усилия пружины F_пр и усилий от давления жидкости p₁ в подторцовой полости 19, сообщенной с коллектором нагнетания 14 (входом в дроссель 15), и р₂ в управляющей полости 20, соединенной с выходной магистралью 3 (с выходом из дросселя 15). Уравнение равновесия сил, действующих на золотник в статике, имеет вид
р₂•S+F_пр=p₁•S,
где S - площадь торцовой поверхности золотника.

Учитывая, что p₁-р₂= Δр (перепад давлений на жиклере 15), получим Δр= F_пр/S= const. При увеличении Δр золотник смещается вниз (по чертежу), при уменьшении - вверх, автоматически стабилизируя Δ р и постоянство подачи жидкости на вход насоса в широком диапазоне изменений частоты вращения вала и давлений во входной и выходной магистралях.

Использование данного технического решения позволяет получить компактный поршневой регулируемый насос с минимальными затратами мощности на его привод. Эффективность его реализации подтверждена стендовыми испытаниями.

Насос разработан для использования в качестве источника давления в системе гидравлического усилителя рулевого управления автомобилей семейства УАЗ.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 291045, кл. F 04 В 1/12, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР 303450, кл. F 04 В 1/12, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР 958690, кл. F 04 В 1/12, 1982.

4. Башта Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели. Учебник для вузов. - М.: Машиностроение. - 1974. - 606 с.

Поршневой регулируемый насос предназначен для использования в области гидромашиностроения, в частности в гидравлических системах транспортных машин. Между коллектором нагнетания и выходной магистралью образован канал с установленным в нем жиклером. Регулятор подачи выполнен в виде подпружиненного золотника, кромка которого вместе с кромкой расточки в корпусе образуют дросселирующую щель, соединяющую входную магистраль с коллектором всасывания. Подторцовая полость золотника сообщена с коллектором нагнетания, а управляющая - с выходной магистралью. Упрощена конструкция насоса и уменьшены затраты мощности на его привод. 1 ил.

Поршневой регулируемый насос, содержащий корпус с входной и выходной магистралями, неподвижный цилиндровый блок с установленными в его рабочих камерах поршнями с гидростатическими башмаками, опирающимися на вращающийся наклонный диск, в котором в виде серповидного окна выполнен коллектор всасывания, клапаны, каждый из которых имеет подпружиненный запорный элемент, надклапанную полость, сообщенную с соответствующей рабочей камерой, и подклапанную полость, соединенную с коллектором нагнетания, регулятор подачи, отличающийся тем, что между коллектором нагнетания и выходной магистралью образован канал с установленным в нем жиклером, регулятор подачи выполнен в виде подпружиненного золотника, кромка которого вместе с кромкой расточки в корпусе образуют дросселирующую щель, соединяющую входную магистраль с коллектором всасывания, подторцовая полость золотника сообщена с коллектором нагнетания, а управляющая - с выходной магистралью.