ШЕСТЕРЕННЫЙ ГИДРОНАСОС Российский патент 2003 года по МПК F04C2/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к шестеренным гидромашинам, работающим в режиме насоса, и может быть использовано в гидравлических системах тракторов, экскаваторов, скреперов, бульдозеров, комбайнов, погрузчиков и других машин промышленного и сельскохозяйственного назначения.

Известен шестеренный насос для объемного гидропривода с внешним зацеплением американской фирмы Allied Signal Inc., имеющий торцовые подшипниковые щиты, компенсирующие за счет противодавления перекачивающей жидкости торцовый износ валов-шестерен, корпус с эллиптическим отверстием и крышку (Журнал "Тракторы и сельскохозяйственные машины", 1998, 8, с. 38, патент США 5417556).

Недостатком данной конструкции является наличие металлоемких и трудоемких в изготовлении подшипниковых щитов из дорогостоящих сплавов цветных металлов с улучшенными антифрикционными характеристиками. Кроме того, отсутствие резиновых уплотнений и наличие зазора, компенсирующего линейное расширение материала щитов, способствует утечке рабочей жидкости из полости нагнетания в полость всасывания.

Известен также гидронасос, состоящий из крышки, корпуса, двух пар втулок, ведомой и ведущей шестерни, двух компенсаторов с канавками под манжеты. Оба компенсатора являются "плавающими" (самоустанавливающимися), то есть поджимаются к торцам шестерен самостоятельно за счет поступления рабочей жидкости в полости канавок под манжеты (Гидравлические агрегаты тракторов и сельскохозяйственных машин. Каталог. ЦНИИЭИ автосельхозмашин, М., 1989. С. 18-19).

Однако такая конструкция обеспечивает равномерную приработку рабочих поверхностей "плавающих" компенсаторов только до определенной, ограниченной техническими требованиями на капитальный ремонт насосов НШ32У-3 величины износа торцов шестерен и не устраняет перекосов предельно изношенных компенсаторов. Существует риск выдавливания резиновых манжет в постепенно увеличивающий зазор между компенсатором и алюминиевой втулкой.

Известна конструкция насоса типа НШ-У, состоящего из корпуса, крышки, валов шестерен и четырех опорных втулок. Для уплотнения передних втулок введена сплошная резиновая уплотнительная манжета, зажатая между крышкой и корпусом, а в цилиндрические отверстия манжеты вставлены резиновые кольца с прилегающими к крышке стальными тонкими шайбами. Резиновые кольца препятствуют выдавливанию манжеты в зазор между хвостовиком втулки и отверстием в крышке (Кальбус Г.Л. Гидропривод и навесные устройства тракторов. - М.: Колос, 1982, с. 23-24, рис. 5).

Недостатком известного насоса типа НШ-У является наличие четырех металлоемких опорных прижимных втулок в качающем блоке, резко увеличивающих габариты насоса и не отвечающих требованиям ремонтопригодности. Изготовление корпуса и втулок из алюминиевого сплава увеличивает его стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому насосу является шестеренная гидромашина, работающая в режиме насоса и содержащая корпус с задней и передней крышками, шестерни с цапфами, сопряженные с шестернями компенсаторы торцевых зазоров, и камеру поджима в виде системы кольцевых пазов, выполненных в торцовых крышках концентрично отверстиям под цапфы (авт. св. 1656164, МКИ F 04 С 2/14, опубл. 15.06.91, бюл. 22 - прототип).

Недостатком этого известного изобретения является наличие замкнутого концентричного отверстия у резинового уплотнения под цапфы шестерен, что способствует накоплению утечек в камере поджима, выполненной в виде системы кольцевых пазов, дублирующих форму уплотнения.

Кроме того, при торцовом износе шестерен и компенсаторов увеличивается свободный ход компенсаторов и появляется вероятность перекоса и неплотного прилегания резиновых уплотнений к торцам не работающих сторон компенсаторов, нарушаются упругие свойства прокладки, происходит раз герметизация.

Также, фрезерование кольцевых пазов непосредственно на торцах крышек разной конструкции и типоразмеров нетехнологично из-за необходимости применения различных копировальных и зажимных устройств, не обеспечивает полной симметричности и точности взаимного расположения пазов относительно друг друга, а в виду того, что цилиндрические расточки в задней и передней крышках под цапфы выполнены не сквозными, увеличивается погрешность, возникающая при раздельной обработке отверстий.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение ресурса насоса путем введения системы дополнительной компенсации торцевого износа, снижение металлоемкости изделия, повышение технологичности изготовления.

Поставленная задача достигается тем, что в шестеренном гидронасосе, содержащем корпус с крышкой, шестерни с цапфами и компенсаторы торцовых зазоров, компенсаторы, изготовленные методом литья с кристаллизацией под давлением, выполнены в виде опорных пластин с концентрическими отверстиями под цапфы, на нерабочих поверхностях компенсаторов для их поджима к торцам шестерен выполнены канавки с незамкнутым контуром и частично концентричные отверстиям под цапфы шестерен, канавки имеют в поперечном сечении форму трапеции со скосом боковой грани, равным углу клина в 15^o, при этом в канавках размещены комбинированные торцовые уплотнения, состоящие из поджимной шнурообразной резиновой прокладки прямоугольного сечения и полиамидного защитного уплотнительного пояска трапецеидального сечения, взаимодействующего со стороны всасывания со скосом боковой грани канавки для поджима компенсатора, а крышка выполнена составной, в одной из частей которой находятся сквозные цилиндрические расточки под тонкостенные металлофторопластовые втулки, являющиеся подшипниками скольжения для цапф корригированных шестерен, подвергнутых азотированию.

Наличие в предлагаемом шестеренном гидронасосе изобретения доказывается тем, что отсутствуют подобные насосы гидросистем, обладающие возможностью двойной компенсации торцового износа шестерен: за счет поджима рабочей жидкостью компенсирующих металлических пластин из алюминиевого сплава и дополнительной герметизации рабочей камеры подвижным полиамидным уплотнительным пояском трапецеидального сечения.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что дополнительно введенное в конструкцию насоса уплотнение, разделяющее области нагнетания и всасывания, выполнено комбинированным и состоит из взаимодействующих друг с другом по принципу клинового механизма резиновой прокладки и полиамидного пояска, предохраняющего прокладку от выдавливания из канавки камеры поджима в торцовой зазор, гарантированно уплотняющего торцевые поверхности компенсатора и корпуса.

На фиг.1 представлен продольный разрез шестеренного гидронасоса; на фиг. 2 - разрез А-А фиг.1 с конфигурацией канавки для поджима и расположенных в ней уплотнений; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2, иллюстрирующий взаимодействие резиновой прокладки и защитного уплотнительного пояска под действием давления рабочей жидкости. Стрелками показаны направления перемещений элементов уплотнения при создании давления в гидросистеме.

Шестеренный гидронасос содержит чугунный корпус 1 (фиг.1) и составную крышку 2 с планкой 3, в отверстиях 4 которых расположены металлофторопластовые втулки 5. Отверстия 4 получены путем совместной расточки корпуса 1 и крышки 2. В корпусе 1 размещены стальные шестерни 6 с азотированными зубьями и цапфами 7, компенсаторы торцевых зазоров 8 из алюминиевого сплава, изготовленные литьем с кристаллизацией под давлением, на нерабочих сторонах, которых выполнены канавки 9 с незамкнутым контуром и частично концентричные отверстиям 10 под цапфы 7 (фиг.2). В канавках 9, имеющих форму трапеции со скосом 11 боковой грани (фиг.3), размещены со стороны зоны нагнетания в области поджима 12 резиновая шнурообразная прокладка 13, имеющая в сечении прямоугольную форму, а со стороны зоны всасывания - полиамидный уплотнительный поясок 14 трапецеидального сечения. Углы наклона α скоса 11 и граней уплотнительного пояска 14 совпадают и составляют 15^o, что соответствует оптимальному углу наклона граней в клиновом механизме и подтверждено экспериментально.

Шестеренный гидронасос работает следующим образом: при вращении пары шестерен 6 камера всасывания, расположенная со стороны выхода зубьев из зацепления, заполняется рабочей жидкостью - маслом. При входе зубьев в зацепление происходит вытеснение масла в камеру нагнетания и далее в маслопровод гидросистемы. Смазка трущихся сопряжении осуществляется перекачиваемой жидкостью. Уменьшение торцовых внутренних перетечек рабочей жидкости обеспечивается автоматическим поджатием компенсаторов торцевых зазоров 8 к торцам шестерен 6 за счет давления со стороны нагнетания на нерабочие поверхности компенсаторов 8. Одновременно с этим рабочая жидкость под давлением поступает в канавки 9, воздействуя при этом через эластичные резиновые прокладки 13 на упругие уплотнительные пояски 14, заставляя их перемещаться по скосу 11 и прижиматься основаниями к торцевым поверхностям корпуса 1 и крышки 2, тем самым предохраняя прокладки 13 от выдавливания в торцевые зазоры и герметизируя область нагнетания от области всасывания, одновременно компенсируя торцовый износ как шестерен 6, так и компенсаторов 8.

Шестерни 6 предлагаемого насоса имеют десять зубьев, что по сравнению с насосом НШ32У-3, имеющего восемь зубьев, уменьшило пульсацию потока жидкости, способствовало более равномерной ее подаче при сохранении производительности и габаритов за счет коррегирования зацепления. При этом толщина зуба на поверхности вершины S_a, влияющая на создание уплотняющего эффекта между вершинами зубьев и колодцем корпуса равна 1.6 мм, что превышает минимально допустимое значение, равное Sa=0.2 m = 0.2•4.5=0.9 мм.

Применение для изготовления корпуса насоса чугуна, имеющего более близкий к материалу шестерен коэффициент линейного расширения, чем у корпусов - аналогов, выполненных из алюминиевых сплавов, позволяет использовать данные насосы в регионах с субтропическим климатом.

Таким образом, использование изобретения позволяет достичь следующих результатов:
1. Применение оригинальной конструкции комбинированного торцового уплотнения и изготовление их литьем с кристаллизацией под давлением позволяет компенсировать не только износ торцов шестерен насоса, но и устранять утечки рабочей жидкости при износе самих компенсаторов торцовых зазоров, что способствовало увеличению ресурса насоса в целом.

2. За счет применения сквозной составной крышки стало возможным проведение расточки отверстий под опорные втулки цапф и цилиндрических расточек под шестерни с одной установки совместно с корпусом насоса. Такая обработка сопряжения корпус - крышка позволила свести к минимуму влияние погрешностей, имеющих место при раздельной обработке подобных деталей, что позволило повысить уровень технологичности изготовления насосов.

3. Применение металлофторопластовой ленты для изготовления опорных втулок под цапфы, использование облегченных компенсаторов, изготовленных методом литья под давлением и имеющих полости в виде дополнительных канавок под уплотнения, позволило снизить металлоемкость изделия без ущерба его прочности.

Реализация потенций предлагаемого изобретения благодаря введению ряда усовершенствований в конструкцию серийно выпускаемого насоса позволит приблизить ресурс одного из основных элементов гидросистемы к ресурсу машины в целом.

Изобретение может быть использовано в гидросистемах машин промышленного и сельскохозяйственного назначения. Шестеренный гидронасос содержит корпус с крышкой, шестерни с цапфами и компенсаторы торцевых зазоров. Компенсаторы изготовлены методом литья с кристаллизацией под давлением, выполнены в виде опорных пластин с отверстиями под цапфы. На нерабочих поверхностях компенсаторов для их поджима к торцам шестерен выполнены канавки с незамкнутым контуром и частично концентричные отверстиям под цапфы шестерен. Канавки имеют в поперечном сечении форму трапеции со скосом боковой грани, равным углу клина в 15^o. В канавках размещены комбинированные торцевые уплотнения, состоящие из поджимной шнурообразной резиновой прокладки прямоугольного сечения и полиамидного защитного уплотнительного пояска трапецеидального сечения, взаимодействующего со стороны всасывания со скосом боковой грани канавки для поджима компенсатора. Крышка выполнена составной, в одной из частей которой находятся сквозные цилиндрические расточки под тонкостенные металлофторопластовые втулки, являющиеся подшипниками скольжения для цапф корригированных шестерен, подвергнутых азотированию. Увеличен ресурс насоса путем введения системы двойной компенсации торцового износа, снижена металлоемкость изделия и повышена технологичность изготовления. 3 ил.

Шестеренный гидронасос, содержащий корпус с крышкой, шестерни с цапфами и компенсаторы торцевых зазоров, отличающийся тем, что компенсаторы торцевых зазоров, изготовленные методом литья с кристаллизацией под давлением, выполнены в виде опорных пластин с отверстиями под цапфы, на нерабочих поверхностях компенсаторов для их поджима к торцам шестерен выполнены канавки с незамкнутым контуром и частично концентричные отверстиям под цапфы шестерен, канавки имеют в поперечном сечении форму трапеции со скосом боковой грани, равным углу клина в 15^o, при этом в канавках размещены комбинированные торцевые уплотнения, состоящие из поджимной шнурообразной резиновой прокладки прямоугольного сечения и полиамидного защитного уплотнительного пояска трапецеидального сечения, взаимодействующего со стороны всасывания со скосом боковой грани канавки для поджима компенсатора, а крышка выполнена составной, в одной из частей которой находятся сквозные цилиндрические расточки под тонкостенные металлофторопластовые втулки, являющиеся подшипниками скольжения для цапф корригированных шестерен, подвергнутых азотированию.