АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА С РЕГУЛИРУЕМЫМ РАБОЧИМ ОБЪЕМОМ Российский патент 2006 года по МПК F04B1/26 

Изобретение относится к объемному гидроприводу, в частности к гидромашинам с регулируемым рабочим объемом.

Известны регулируемые гидромоторы, автоматические регулируемые по величине рабочего давления, содержащие дифференциальный гидроцилиндр, соединенный пальцем с регулирующим органом; соосный поршню гидроцилиндра золотник, расположенный в крышке регулятора, опирается на пружину, другой конец которой опирается на поршень (каталог фирмы Mannesmann Rexroth GmbH RF 91605/01-92).

Недостатком известных гидромоторов является линейная характеристика зависимости рабочего объема от рабочего давления, что не является оптимальным при использовании таких гидромоторов в трансмиссиях (см. Петров А.В. Автоматическое управление бесступенчатых передач самоходных машин. Машиностроение, 1968 г., стр.68, 100).

Оптимальной характеристикой гидромашины при использовании ее в трансмиссиях является характеристика следующего вида:

- при максимальном рабочем объеме - максимальное тяговое усилие и минимальная скорость на выходе гидромашины;

- при минимальном рабочем объеме - минимальное тяговое усилие и максимальная скорость на выходе;

- при регулировании гидромашины функциональная характеристика рабочего объема от рабочего давления должна быть близкой к гиперболе (см. Гидравлика гидромашины и гидроприводы, Т.М.Башта и др. Машиностроение, 1982 г., стр.386-390).

Известна аксиально-поршневая гидромашина с регулируемым рабочим объемом, содержащая корпус, вал с фланцем, установленный в корпусе гидромашины в подшипниках, вращающийся блок цилиндров с поршнями, шарнирно соединенными с фланцем вала, распределитель, взаимодействующий с блоком цилиндров, при этом распределитель установлен в корпусе с возможностью перемещения по поверхности вращения, дифференциальный поршень, взаимодействующий с распределителем посредством пальца, в котором установлен золотник, опирающийся на плечо двуплечего рычага, противоположное плечо которого подпружинено (SU №1590636A, 07.09.1990).

Недостатком прототипа является линейная зависимость рабочего объема от давления, ограничивающая возможность использования данного механизма регулирования в трансмиссиях.

Описываемое изобретение позволяет повысить кпд трансмиссии при использовании предлагаемой аксиально-поршневой гидромашины за счет обеспечения функции гиперболической зависимости рабочего объема от давления, а также позволяет повысить чувствительность гидромашины.

Поставленная задача и заявленный технический результат достигаются тем, что в аксиально-поршневой гидромашине с регулируемым рабочим объемом, содержащей корпус, вал с фланцем, установленный в корпусе гидромашины в подшипниках, вращающийся блок цилиндров с поршнями, шарнирно соединенными с фланцем вала, распределитель, взаимодействующий с блоком цилиндров, при этом распределитель установлен в корпусе с возможностью перемещения по поверхности вращения, дифференциальный поршень, взаимодействующий с распределителем посредством пальца, в котором установлен золотник, опирающийся на плечо двуплечего рычага, противоположное плечо которого подпружинено, согласно изобретению ось вращения рычага размещена в зоне максимального объема гидромашины с возможностью уменьшения расстояния от оси золотника до оси вращения двуплечего рычага при увеличении рабочего объема гидромашины.

В аксиально-поршневой гидромашине между пружиной и двуплечим рычагом в камере может быть установлен плунжер управления, который опирается через подпятник на рычаг, в подпятнике выполнено отверстие, сообщенное с отверстием в плунжере, которое сообщено с камерой плунжера , с возможностью подачи в него жидкости под давлением.

Ось вращения двуплечего рычага расположена в зоне максимального объема гидромашины таким образом, что при увеличении рабочего объема гидромашины (увеличении угла наклона блока цилиндров) расстояние от оси золотника до оси вращения двуплечего рычага соответственно уменьшается.

При превышении силы, действующей на двуплечий рычаг со стороны золотника, силы, действующей со стороны пружины, золотник выдвигается из пальца, соединяя полость большого диаметра под дифференциальным поршнем с высоким давлением. Дифференциальный поршень перемещается по направлению максимального объема, увлекая за собой через палец распределитель. При этом рабочий объем и тяговое усилие гидромашины увеличиваются, а скорость падает. В процессе такого перемещения элементов гидромашины при увеличении ее рабочего объема расстояние от оси золотника до оси двуплечего рычага уменьшается.

Если момент силы, действующей на плечо рычага со стороны золотника, снизится по сравнению с силой, действующей на другое плечо рычага со стороны пружины, двуплечий рычаг поворачивается. При этом золотник утапливается в пальце, отсекая полость дифференциального поршня от высокого давления, соединяя его со сливом. Дифференциальный поршень перемещается, увлекая за собой распределитель в сторону уменьшения рабочего объема гидромашины. При этом расстояние от оси золотника до оси двуплечего рычага увеличивается. В результате такого перемещения элементов гидромашины ее рабочий объем и тяговое усилие уменьшаются, а скорость на валу гидромашины увеличивается.

Таким образом, предлагаемая конструкция гидромашины с измененной кинематикой двуплечего рычага позволяет получить характеристики, являющиеся оптимальными при использовании ее в трансимиссиях.

При характеристике (зависимости рабочего объема от давления) гидромашины, близкой к гиперболе, появляется возможность обеспечить работу трансмиссии на большем количестве скоростей.

Установка подпятника на плунжер, установленный между пружиной рычага и рычагом, а также выполнение в подпятнике отверстия, сообщенного с отверстием в плунжере, уменьшает силы трения в механизме и, следовательно, повышает чувствительность гидромашины.

За счет оптимизации характеристик гидромашины при использовании ее в трансмиссиях повышается кпд и чувствительность.

На фиг.1 представлена аксиально-поршневая гидромашина с регулируемым рабочим объемом в разрезе.

На фиг.2 представлена зависимость рабочего объема гидромашины от давления.

Аксиально-поршневая гидромашина с регулируемым рабочим объемом содержит корпус 1, в котором на подшипниках 2 установлен вал 3 с фланцем 4. Фланец 4 шарнирно соединен с поршнями 5 и центральной цапфой 6. Поршни 5 расположены в цилиндрах 7 вращающегося блока 8, который центрируется посредством центральной цапфы 6 и приводится во вращение валом 3 через фланец 4 и поршни 5. Ход поршней 5 определяется углом поворота, образованным осью вращения блока 8 и осью вращения вала 3. Блок 8 опирается на распределитель 9, прилегающий по поверхности вращения к корпусу 10. При этом распределитель 9 прижимается к корпусу 10 под действием усилия пружины 11 и гидравлического давления в цилиндрах 7 блока 8.

Регулирование рабочего объема гидромашины обеспечивается скольжением распределителя 9 по опорной поверхности вращения корпуса 10 вдоль направляющих 12. Перемещение распределителя 9 по опорной поверхности корпуса 10 осуществляется дифференциальным (ступенчатым) поршнем 13 посредством пальца 14, входящим в отверстие 15 распределителя 9. Малый диаметр поршня 13 постоянно соединен с каналами входа или выхода гидромашины.

В пальце 14 установлен золотник 16, осуществляющий управление поршнем 13. Давление к средней части золотника 16 подводится через каналы 17 в поршне 13. Средняя часть золотника ограничена двумя поясками - распределительным 18 и уплотнительным 19; при этом диаметр распределительного пояска 18 больше, чем диаметр уплотнительного пояска 19.

От подведенного между поясками 18 и 19 давления возникает сила, с которой золотник воздействует через башмак 20 и подпятник 21 по плоскости 22 на плечо рычага 23, имеющего ось вращения 24.

В пальце 14 и поршне 13 выполнены каналы 25, выходящие во внутреннюю полость большого диаметра поршня 13, посредством которых указанная внутренняя полость соединяется с золотником 16. Корпус 10 закрыт со стороны малого диаметра поршня 13 крышкой 26. В крышке 26 размещена пружина 27, воздействующая через плунжер 28 на другое плечо рычага 23. Усилие пружины 27 задается в зависимости от величины необходимого управляющего воздействия и регулируется винтом 29. Пружина 27 размещена в камере 30 плунжера 28. Камера 30 может быть соединена с источником внешнего давления управления (на чертеже не показано) или со сливом.

Плунжер 28 снабжен подпятником 31. В подпятнике 31 выполнено отверстие 32, сообщенное с отверстием 33 в плунжере, которое, в свою очередь сообщается с камерой 30, в которую подается под давлением жидкость.

Ось 24 вращения рычага 23 размещена в зоне максимального объема гидромашины таким образом, что при увеличении рабочего объема гидромашины (увеличении угла наклона блока 8) расстояние от оси золотника 16 до оси вращения 24 двуплечего рычага 23 соответственно уменьшается.

Такая кинематика обеспечивает функцию регулирования, необходимую для трансмиссий, а именно: при большом давлении скорость гидромашины минимальна и наоборот, при этом обеспечена характеристика гидромашины, близкая к гиперболе, оптимальная для трансмиссий.

Заявляемая гидромашина работает следующим образом.

Гидромашина функционально состоит из двух узлов: регулируемого - качающего узла и регулятора рабочего объема. Качающий узел состоит из вала 3 с подшипниками 2, блока 8 с поршнями 5 и распределителя 9, связанного с дифференциальным поршнем 13.

Регулятор предназначен для изменения рабочего объема поршневой гидромашины за счет изменения угла наклона блока 8 к оси вала 3.

Регулятор включает дифференциальный поршень 13 и рычаг 23. В дифференциальном поршне 13 установлен золотник 16, который опирается на рычаг 23.

В нейтральном положении золотник 16 обеспечивает равновесие сил, действующих на рычаг 23 и, соответственно, на дифференциальный поршень 13. В процессе работы, при изменении давления меняется соотношение моментов на рычаге 23 и положение золотника 16 относительно пальца 14. Смещение золотника 16 от нейтрального положения вправо или влево вызывает изменение давления в полости большого диаметра дифференциального поршня 13 и перемещение последнего. При перемещении дифференциального поршня 13, связанного с регулируемым звеном машины через палец 14, происходит изменение угла наклона блока 8 к оси вала 3 и изменение рабочего объема гидромашины.

На фиг.2 кривая 1 соответствует давлению на плунжере 28-0,6 МПа;

кривая 2 - 0,8 МПа;

кривая 3 - 1,0 МПа;

кривая 4 - 1,2 МПа;

кривая 5 - 1,4 МПа;

кривая 6 - 1,6 МПа;

кривая 7 - 1,8 МПа.

Изобретение относится к объемному гидроприводу, в частности к гидромоторам с регулируемым рабочим объемом. Аксиально-поршневая гидромашина с регулируемым рабочим объемом содержит корпус, вал с фланцем, установленный в корпусе гидромашины в подшипниках, вращающийся блок цилиндров с поршнями, шарнирно соединенными с фланцем вала, распределитель, взаимодействующий с блоком цилиндров. Распределитель установлен в корпусе с возможностью перемещения по поверхности вращения. Дифференциальный поршень взаимодействует с распределителем посредством пальца, в котором установлен золотник, опирающийся на плечо двуплечего рычага. Противоположное плечо рычага подпружинено. Ось вращения рычага размещена в зоне максимального объема гидромашины таким образом, что при увеличении рабочего объема гидромашины, т.е. при увеличении угла наклона блока цилиндров расстояние от оси золотника до оси вращения двуплечего рычага соответственно уменьшается. Между пружиной и двуплечим рычагом установлен плунжер управления, который опирается на рычаг через подпятник. В подпятнике выполнено отверстие, сообщенное с отверстием в плунжере, которое сообщается с камерой, в которую подается под давлением жидкость. Повышается чувствительность и кпд гидромашины при использовании ее в трансмиссиях за счет обеспечения функции гиперболической зависимости рабочего объема от давления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аксиально-поршневая гидромашина с регулируемым рабочим объемом, содержащая корпус, вал с фланцем, установленный в корпусе гидромашины в подшипниках, вращающийся блок цилиндров с поршнями, шарнирно соединенными с фланцем вала, распределитель, взаимодействующий с блоком цилиндров, при этом распределитель установлен в корпусе с возможностью перемещения по поверхности вращения, дифференциальный поршень, взаимодействующий с распределителем посредством пальца, в котором установлен золотник, опирающийся на плечо двуплечего рычага, противоположное плечо которого подпружинено, отличающаяся тем, что ось вращения рычага размещена в зоне максимального рабочего объема гидромашины с возможностью уменьшения расстояния от оси золотника до оси вращения двуплечего рычага при увеличении рабочего объема гидромашины.2. Аксиально-поршневая гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что между пружиной и двуплечим рычагом установлен плунжер управления, который опирается через подпятник на рычаг, в подпятнике выполнено отверстие, сообщенное с отверстием в плунжере, которое сообщено с камерой плунжера с возможностью подачи в него жидкости под давлением.