АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 2004 года по МПК F04B1/20 

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к аксиально-поршневым гидромашинам, использующимся в гидроприводах различного назначения.

Одним из основных требований современных гидроприводов, в которых широко используются гидромашины, является передача мощности от силового агрегата к исполнительному механизму через гидравлическую энергию с высокими КПД, показателями удельной мощности, надежностью и долговечностью. Этим требованиям, из-за конструктивных особенностей, в полной мере удовлетворяют аксиально-поршневые гидромашины. Для обеспечения высокой удельной мощности требуется применение гидромашин, работающих на высоких давлениях и частотах вращения.

Известные конструкции аксиально-поршневых гидромашин имеют вращающийся блок цилиндров и неподвижный распределитель, на торцовой поверхности которого имеются распределительные окна высокого и низкого давления, расположенные между уплотняющими поясками. Блок цилиндров прижимается к распределителю гидростатическими прижимающими усилиями и силой прижима пружины, а отжимается силами гидростатического отжима. Для обеспечения постоянного поджатая блока цилиндров к распределителю требуется, чтобы сумма сил гидростатического прижима и сила пружины была больше сил гидростатического отжима. Вместе с тем силы гидростатического прижима могут быть как больше, так и меньше сил гидростатического отжима, причем во всех случаях для повышения КПД и ресурса гидромашин стоит задача уменьшения зазора соответственно прямой или обратной клиновидности между вращающимся блоком цилиндров и неподвижным распределителем.

Для обеспечения работы гидромашин на высоких давлениях и частотах вращения часто применяются распределители, обеспечивающие небольшое превышение сил гидростатического отжима над силами гидростатического прижима.

Известна аксиально-поршневая гидромашина [1], содержащая вращающийся блок цилиндров, установленный на двойном упругом шарнире Гука, установленном на оси и вращающемся в подшипнике вместе с блоком. Подшипник установлен в крышке корпуса. Поставленная задача решается установкой двойного упругого шарнира Гука. В реализации данной конструкции возникают большие трудности, т.к. для обеспечения уменьшения клиновидности зазора между блоком цилиндров и распределителем требуется обеспечить строго заданное возрастание усилия реакции упругого элемента шарнира при сверхмалых изменениях деформаций (порядка 5...10 мкм), при этом требуется очень высокая точность изготовления деталей. Кроме того, конструкция обладает еще одним существенным недостатком: ее проблематично применить в уже известных промышленных конструкциях гидромашин из-за невозможности размещения в имеющихся деталях.

Известна аксиально-поршневая гидромашина [2], с целью повышения КПД которой путем уменьшения утечек, на торцевой поверхности неподвижного распределителя, контактирующего с вращающимся блоком цилиндров, с внутренней стороны каждого рабочего окна по всей поверхности выполнен выступ. Недостатком конструкции является незначительность влияния смещения от оси к периферии равнодействующей отжимающей силы на компенсацию момента опрокидывания блока цилиндров и уменьшение клиновидности стыкового зазора распределительной пары.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция аксиально-поршневой гидромашины [3] с вращающимся блоком цилиндров, распределителем, имеющим неподвижный и подвижный элементы, на торцовой поверхности которого имеются распределительные окна, расположенные между уплотняющей и опорной поверхностями (уплотнительными поясками), с канавками, размещенными на опорной поверхности.

С целью повышения КПД и надежности, на опорной поверхности вращающегося элемента выполнены гидростатические камеры, связанные с распределительными окнами канавками, выполненными в виде дроссельных каналов. Такое выполнение позволяет значительно снизить клиновидность зазора между вращающимся и неподвижным элементами распределителя.

Но эта конструкция также обладает существенными недостатками. При попадании крупных твердых загрязняющих частиц в гидростатические камеры с последующим задирам кольцевой канавки гидростатические камеры соединяются с радиальными канавками для отвода утечек, выходящими на периферию. Это приводит к утечкам рабочей жидкости через кольцевую канавку, а следовательно, значительно снижает КПД гидромашины и ее ресурс. Кроме того, эта конструкция, так же как и конструкция [2], непригодна к применению в гидромашинах с обратной клиновидностью стыкового зазора, при отрицательной разности результирующей прижимающих (без учета пружины) и отжимающих сил, т.к. отжимающее усилие в зоне гидростатических камер действует в направлении увеличения обратной клиновидноcти. Это связано с тем, что распределительные окна высокого давления связаны с гидростатическими камерами, расположенными со стороны окон также высокого давления.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение КПД и увеличение ресурса гидромашины с обратной клиновидностью зазора между вращающимся блоком цилиндров и неподвижным распределителем за счет выравнивания зазора, уменьшения утечек рабочей жидкости и снижения износа торцевых сопрягаемых поверхностей блока цилиндров и распределителя.

Для решения этой технической задачи в аксиально-поршневой гидромашине, содержащей корпус, распределитель с окнами низкого и высокого давления и уплотнительными поясками, блок цилиндров и пружину, согласно изобретению поверхность по меньшей мере одного из уплотнительных поясков распределителя, расположенная со стороны окон низкого давления, гидравлически связана с полостью окон высокого давления.

Указанная гидравлическая связь может быть осуществлена применением различных конструктивных решений. Ниже описанное конструктивное решение компактно в исполнении и позволяет подвести рабочую жидкость от полости высокого давления в любую точку на уплотнительном пояске и тем самым компенсировать реальный перекос блока цилиндров.

На фиг.1 изображена система распределения аксиально-поршневой гидромашины.

На фиг.2 - торцевая поверхность распределителя.

Гидромашина содержит вращающийся блок цилиндров 1, неподвижный распределитель 2, установленный в корпусе 3, и пружину 4, прижимающую блок цилиндров 1 к распределителю 2. Распределитель имеет окна высокого 5 и низкого 6 давления, которые уплотнены относительно блока цилиндров 1 и распределителя 2 кольцевыми уплотнительными поясками 7 и 8 (фиг.2). На наружной цилиндрической поверхности распределителя 2 имеется кольцевая канавка 9, сообщающаяся с окнами 5 высокого давления через отверстие 10 и уплотнительным пояском 8 со стороны окна 6 низкого давления через отверстие 11. Канавка 9 уплотнена относительно сопрягаемых цилиндрических поверхностей корпуса 3 и распределителя 2 с помощью уплотнений 12. Распределитель 2 имеет сквозные отверстия 13 (фиг.2) для отвода утечек из-под торцовой плоскости распределителя 2, примыкающей к корпусу 3.

В процессе работы гидромашины блок цилиндров 1 вращается относительно неподвижного распределителя 2 и прижимается к нему силами гидростатического прижима от давления жидкости в блоке цилиндров, результирующая которых обозначена как Р_пр, и силой Р_пруж пружины 4, ось которой совпадает с осью блока цилиндров 1. Отверстие 11 является гидростатической камерой, расположенной на уплотняющем пояске распределителя 2 со стороны окон 6 низкого давления и связанной канавкой 9 с полостью высокого давления. Со стороны гидростатической камеры отверстия 11 на блок цилиндров 1 действуют отжимающие усилия давления жидкости с результирующей Р_от 2. Со стороны распределителя 2 действуют силы гидростатического отжима от давления жидкости в торцовом зазоре между блоком цилиндров 1 и распределителем 2, результирующая которых Р_от 1 также гидростатически отжимает блок цилиндров 1 от распределителя 2.

Из фиг.1 видно, что в случае, когда Р_от 1 больше Р_пр, возникает опрокидывающий момент блока цилиндров 1, обусловленный действием отжимающей силы, равной по модулю разности сил Р_от 1 и Р_пр, что приводит к возникновению обратной клиновидности зазора между блоком цилиндров 1 и распределителем 2. Этот опрокидывающий момент частично или полностью компенсируется гидростатической отжимающей силой Р_от 2, создающей опрокидывающий момент обратного знака и уменьшающей перекос блока цилиндров 1 относительно распределителя 2 и, следовательно, выравнивающей торцовый зазор между блоком цилиндров 1 и распределителем 2.

Известно, что перекос блока цилиндров происходит не только вследствие действия гидростатических сил прижима и отжима, а также вследствие действия сил со стороны поршней, гидродинамических сил, инерционных сил вращающихся частей и т.д. Поэтому реальный перекос блока цилиндров происходит не в вертикальной плоскости (фиг.1), а в плоскости, расположенной к ней под углом β (фиг.2). Наличие кольцевой канавки 9 позволяет сместить отверстие 10 на любой требуемый угол β и тем самым компенсировать реальный перекос блока цилиндров и выровнять торцовый зазор между блоком цилиндров 1 и распределителем 2 вышеописанным образом.

Уменьшение клиновидности зазора исключает также попадание в зазор крупных загрязняющих частиц, что снижает абразивный износ торцовых поверхностей блока цилиндров 1 и распределителя 2. А это способствует уменьшению утечек, повышению КПД и увеличению ресурса.

Источники информации

А.С. №2119595, Кл. F 04 В 1/20, опубл. 27.09.98, ВНИИПИCD-ROM.

2. А.С. №1528948, Кл. F 04 В 1/20, опубл. 15.12.89, Бюл.№46.

3. А.С. №1689655, Кл. F 04 В 1/20, опубл. 07.11.91, Бюл.№41.,

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к аксиально-поршневым гидромашинам, использующимся в гидроприводах различного назначения. Поверхность, по меньшей мере, одного из уплотнительных поясков распределителя, расположенная со стороны окон низкого давления, гидравлически связана с полостью окон высокого давления. На уплотненную с блоком цилиндров часть поверхности распределителя, расположенную со стороны окон низкого давления, подведена рабочая жидкость от полости высокого давления, что позволяет уменьшить клиновидность зазора между блоком цилиндров и распределителем, исключить попадание крупных загрязняющих частиц в зазор, вызывающих задиры рабочих поверхностей. Повышается КПД и увеличивается ресурс гидромашины. 2 ил.

Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая корпус с установленным в нем блоком цилиндров, пружиной, распределителем с окнами высокого и низкого давления и уплотнительными поясками, примыкающими к блоку цилиндров, отличающаяся тем, что поверхность, по меньшей мере, одного из уплотнительных поясков распределителя, расположенная со стороны окон низкого давления, гидравлически связана с полостью окон высокого давления.