АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ МОТОР Российский патент 2007 года по МПК F03C1/06 F04B1/32 

Изобретение относится к области регулируемых гидромашин, а именно к аксиально-поршневым регулируемым моторам с переменным рабочим объемом.

Известна аксиально-поршневая машина, содержащая качающий узел, включающий установленный в корпусе на подшипниках вал качающего узла. Фланец вала шарнирно соединен с центральной цапфой и поршнями, входящими в цилиндры наклонного блока. Наклонный блок вращается на центральной цапфе и опирается на распределитель, который является регулируемым звеном машины. Распределитель соединен пальцем с силовым дифференциальным поршнем, расположенным в корпусе механизма регулирования. Дифференциальный поршень управляется через клапан регулирования давления в поршневой полости поршня, при этом штоковая полость соединена через обратные клапана и клапан регулирования с входом и выходом машины. Клапан регулирования, кроме того, соединен с поршневой полостью и со сливом, а каналы входа и выхода машины соединены между собой через два предохранительно-подпитывающие клапана (Каталог Бош Рексрот AG RE 91 606/05/99 I A 6 VE, 2005-03-17; сайт www.boschrexroth.com).

Недостатками известной регулируемой машины, выбранной за прототип, являются:

- сложность конструкции, обусловленная наличием обратных клапанов одновременно с наличием предохранительно-подпиточных клапанов; наличием длинных каналов с обратными клапанами для подвода рабочей среды к клапану регулирования; наличием двух каналов, проходящих от клапана регулирования через весь корпус механизма регулирования до поршневой и штоковой полостей. Все эти факторы значительно усложняют процесс изготовления известной машины и являются причиной ее дороговизны;

- недостаточная надежность конструкции и чувствительность машины, обусловленные тем, что наличие длинных каналов, проходящих через весь корпус механизма регулирования, значительно снижают качество регулирования и увеличивают цикл регулирования;

- значительные габариты машины, обусловленные увеличенной толщиной корпуса механизма регулирования по сравнению с регулируемыми машинами без предохранительно-подпиточных клапанов.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - упрощение конструкции, снижение удельной массы и габаритных размеров аксиально-поршневого регулируемого мотора.

Поставленная задача решается тем, что в аксиально-поршневом регулируемом моторе, содержащем качающий узел и механизм регулирования, включающий дифференциальный поршень управления, установленный в корпусе механизма регулирования и кинематически связанный с качающим узлом, между торцевой поверхностью меньшего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования образована штоковая полость, между торцевой поверхностью большего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования образована поршневая полость, согласно изобретению мотор содержит установленные в корпусе механизма регулирования два блока клапанов, каждый из блоков включает размещенные в корпусе блока предохранительный клапан и обратный клапан; в корпусе механизма регулирования выполнены два отверстия для обеспечения подвода/отвода рабочей среды, в корпусе механизма регулирования выполнены первый канал, второй канал и третий канал; вход обратного клапана первого блока клапанов соединен с первым отверстием для подвода/отвода рабочей среды, а выход обратного клапана первого блока соединен с первым и вторым каналами, вход предохранительного клапана первого блока соединен со вторым каналом, а выход предохранительного клапана первого блока соединен с первым отверстием для подвода/отвода рабочей среды; вход обратного клапана второго блока клапанов соединен со вторым отверстием для подвода/отвода рабочей среды, а выход обратного клапана второго блока соединен с третьим каналом, вход предохранительного клапана второго блока соединен с третьим каналом, а выход предохранительного клапана второго блока соединен со вторым отверстием для подвода/отвода рабочей среды; при этом первый канал с другой стороны соединен с гидравлическим распределителем, предназначенным для регулирования давления в поршневой полости, а второй и третий каналы соединены со штоковой полостью.

Штоковая полость может быть выполнена с расширяющимся диаметром в месте ее соединения со вторым и третьим каналами.

Блок клапанов может быть выполнен в виде обратно-предохранительного клапана.

Заявляемый аксиально-поршневой регулируемый мотор функционально состоит из двух основных узлов - качающего узла и механизма регулирования.

Качающий узел содержит установленные в корпусе мотора вал с подшипниками, вращающийся на центральной цапфе наклонный блок, опирающийся на распределитель, кинематически связанный с дифференциальным поршнем управления.

Механизм регулирования содержит установленный в корпусе механизма регулирования дифференциальный поршень управления (далее - поршень управления), кинематически связанный с распределителем качающего узла посредством пальца. По разные стороны пальца поршень управления имеет разные диаметры - больший и меньший. Между торцевой поверхностью меньшего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования образована штоковая полость; между торцевой поверхностью большего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования образована поршневая полость. Штоковая полость в процессе работы мотора соединена с линией рабочего давления. Поршневая полость в процессе работы мотора соединена с линией рабочего давления через гидравлический распределитель.

Регулирование мотора осуществляется при подаче от линии рабочего давления соответствующего давления в поршневую полость механизма регулирования. Подача давления в поршневую полость вызывает перемещение поршня управления. При перемещении поршня управления изменяется положение распределителя, кинематически связанного с поршнем управления. Изменение положения распределителя вызывает изменение положения наклонного блока, опирающегося на распределитель, что приводит к изменению рабочего объема мотора.

Заявляемый мотор содержит установленные в корпусе механизма регулирования два блока клапанов, каждый из которых включает размещенные в корпусе блока предохранительный клапан и обратный клапан.

Предохранительный клапан обеспечивает ограничение высокого давления в регулируемых пределах потока рабочей среды, поступающего на вход клапана.

Обратный клапан пропускает поток рабочей среды, поступающий на вход клапана, и не пропускает поток рабочей среды обратного направления.

В корпусе механизма регулирования заявляемого мотора выполнен первый канал, соединенный с одной стороны с выходом обратного клапана первого блока клапанов, а с другой стороны - с гидравлическим распределителем. Обратный клапан первого блока клапанов пропускает поток рабочей среды, поступающий на его вход из линии А (первое отверстие для обеспечения подвода/отвода рабочей среды), обеспечивая соединение линии А с первым каналом, поскольку вход обратного клапана первого блока клапанов соединен с первым отверстием.

Линия В (второе отверстие для подвода/отвода рабочей среды) соединена со входом обратного клапана второго блока клапанов.

В корпусе механизма регулирования заявляемого мотора выполнены два канала (соответственно второй и третий), соединяющие линию А с линией В через штоковую полость. При этом второй канал соединен со штоковой полостью и со входом предохранительного клапана первого блока клапанов, а третий канал соединен со штоковой полостью и соответственно со входом предохранительного клапана второго блока клапанов.

Таким образом, линии А и В соединяются через клапаны обоих блоков клапанов, второй и третий каналы и штоковую полость.

В случае, когда по линии А подается поток рабочей среды под рабочим (высоким) давлением, а через линию В соответственно идет поток низкого давления, поток рабочей среды из линии А поступает на вход обратного клапана первого блока клапанов, который, пропуская этот поток, обеспечивает соединение линии А с первым каналом. Рабочая среда из линии А рабочего давления через первый канал подается к гидравлическому распределителю, а от него - к поршневой полости. Гидравлический распределитель регулирует давление в поршневой полости, пропуская определенный поток рабочей среды из первого канала, величина которого задается в зависимости от необходимого уровня давления в поршневой полости. Управление положением гидравлического распределителя осуществляется от внешнего органа управления. Одновременно рабочая среда из линии А рабочего давления по второму каналу поступает в штоковую полость и в третий канал. При превышении давления в третьем канале заданного уровня срабатывает предохранительный клапан второго блока клапанов и рабочая среда из третьего канала сливается в линию В. Порог срабатывания предохранительного клапана второго блока клапанов задается в зависимости от уровня давления в третьем канале, которое, в свою очередь, определяется уровнем давления в штоковой полости.

В случае, когда через линию А идет поток низкого давления, а по линии В поступает поток высокого (рабочего) давления. Рабочая среда из линии В высокого давления поступает на вход обратного клапана второго блока клапанов, который, пропуская данный поток, обеспечивает соединение линии В и третьего канала. Рабочая среда поступает через третий канал в штоковую полость и во второй канал. Из второго канала рабочая среда поступает на вход предохранительного клапана первого блока клапанов и при превышении давления в третьем канале заданного уровня, предохранительный клапан срабатывает, рабочая среда из второго канала сливается в линию А, являющуюся линией низкого давления. Порог срабатывания предохранительного клапана первого блока клапанов задается в зависимости от уровня давления во втором канале, которое, в свою очередь, также определяется уровнем давления в штоковой полости.

Таким образом, обратный и предохранительный клапаны каждого блока клапанов пропускают потоки противоположных направлений - обратные клапаны пропускают потоки, поступающие на их входы соответственно по направлению из линии А или В, а предохранительные клапаны при превышении уровня давления во втором или третьем каналах пропускают потоки противоположного направления, поступающие на входы предохранительных клапанов соответственно из второго или третьего каналов по направлению в линию А или В.

Для того, чтобы обеспечить пропускание полного потока рабочей среды через второй и третий каналы, штоковая полость в месте подхода указанных каналов имеет расширение диаметра.

В заявляемом моторе линии высокого и низкого давления (первое и второе отверстия для подвода/отвода рабочей среды) соединены между собой посредством каналов (второй и третий), выполненных в корпусе механизма регулирования и соединяющих обе линии через штоковую полость. Такое выполнение указанных каналов позволяет минимизировать их длину, не требует дополнительных конструктивных элементов и места для их размещения. Для упрощения конструкции и минимизации габаритов заявляемого мотора в нем используются не отдельные виды клапанов (обратные и предохранительные), а блоки клапанов, совмещающие в одном корпусе предохранительный и обратный клапаны, указанные блоки клапанов установлены непосредственно в корпусе механизма регулирования. Надлежащее функционирование блоков клапанов обеспечивается тем, что второй и третий каналы соединены со входами соответствующих предохранительных клапанов, линии А и В соединены со входами соответствующих обратных клапанов, а выход обратного клапана первого обратно-предохранительного клапана соединен с первым каналом, соединенным также с гидравлическим распределителем. Таким образом, через первый канал осуществляется подача рабочей среды из линии А в поршневую полость.

Таким образом, соединение обеих линий (А и В) в заявляемом моторе посредством каналов, выполненных в корпусе механизма регулирования и проходящих через штоковую полость, позволяет исключить из его конструкции длинные каналы, что обеспечивает повышение качества и надежности работы мотора в целом, сокращение времени цикла регулирования. Кроме того, такое конструктивное выполнение заявляемого мотора позволяет исключить из его конструкции дополнительные устройства, обеспечивающие слив рабочей среды из штоковой полости при поднятии давления в поршневой полости. При движении поршня управления вверх рабочая среда из штоковой полости сливается соответственно в третий канал, а оттуда через предохранительный клапана второго блока клапанов в линию В (когда линия В - линия низкого давления), или - во второй канал, а оттуда - через предохранительный клапан первого блока клапанов в линию А (когда линия А - линия низкого давления).

Использование в заявляемом моторе клапанов (обратных и предохранительных), размещенных попарно в соответствующих блоках клапанов, установленных непосредственно в корпусе механизма регулирования позволяет упростить конструкцию мотора и, следовательно, также повысить надежность его работы; позволяет снизить удельную массу и габариты мотора.

Соединение второго и третьего каналов через штоковую полость обеспечивает поступление рабочей среды в штоковую полость при любом направлении рабочей среды (из линии А в линию В и наоборот). Необходимый уровень давления в штоковой полости обеспечивается путем задания соответствующего уровня срабатывания предохранительных клапанов обоих блоков клапанов.

Таким образом, соединение линий А и В и питание штоковой полости обеспечивается по одним и тем же каналам, что исключает необходимость выполнения специальных каналов, по которым будет обеспечена подача рабочей среды из линии А или В в штоковую полость и соединение обеих линий.

Для еще большего снижения массогабаритных показателей и упрощения конструкции в заявляемом моторе целесообразно в качестве блока клапанов использовать непосредственно обратно-предохранительные клапаны, совмещающие функции обратного и предохранительного клапанов.

Обратно-предохранительные клапаны обеспечивают пропуск потока рабочей среды одного направления (в режиме обратного клапана), а в режиме предохранительного клапана обеспечивают пропуск потока рабочей среды противоположного направления при превышении давления рабочей среды в соответствующем канале или полости заданного уровня.

При использовании обратно-предохранительных клапанов устанавливать их следует таким образом, чтобы поток, поступающий из линии А (первое отверстие для подвода/отвода рабочей среды), проходил через первый обратно-предохранительный клапан, работающий в режиме обратного клапана, в первый и второй каналы, и далее через второй канал, штоковую полость и в третий канал, из третьего канала поток будет поступать во второй обратно-предохранительный клапан, работающий в режиме предохранительного клапана и пропускающий соответственно поток - в линию В (второе отверстие для подвода/отвода рабочей среды). Таким образом, установленные в моторе два обратно-предохранительных клапана будут работать в противоположных режимах: если первый обратно-предохранительный клапан работает в режиме обратного клапана, второй обратно-предохранительный клапан будет работать соответственно в режиме предохранительного клапана и наоборот.

В случае, когда поток рабочей среды будет поступать из линии В, второй обратно-предохранительный клапан в режиме обратного клапана должен обеспечивать соединение линии В с линией А через третий и второй каналы и штоковую полость, т.е. обеспечивать пропуск потока рабочей среды из линии В в третий канал, далее - во второй канал, из второго канала поток должен быть пропущен первым обратно-предохранительным клапаном, работающим в режиме предохранительного клапана, в линию А.

Т.е. при использовании обратно-предохранительных клапанов они должны быть установлены с возможностью обеспечения соединения линии А с первым и вторым каналами через первый обратно-предохранительный клапан, работающий в режиме обратного клапана, и соединения третьего канала с линией В через второй обратно-предохранительный клапан, работающий в режиме предохранительного клапана для пропуска потока, поступающего из линии А в линию В. И наоборот: для пропуска потока, поступающего из линии В в линию А, обратно-предохранительные клапаны должны быть установлены с возможностью соединения линии А со вторым каналом через первый обратно-предохранительный клапан, работающий в режиме предохранительного клапана, и соединения линии В с третьим каналом через второй обратно-предохранительным клапаном, работающий в режиме обратного клапана.

На фиг.1 представлен заявляемый аксиально-поршневой регулируемый мотор.

на фиг.2 - разрез Д;

на фиг.3 - гидравлическая схема мотора.

Аксиально-поршневой мотор 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 вокруг оси центральной цапфы 6 наклонного блока 8, который приводится во вращение фланцем 4 вала 3 и поршнями 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 опорной поверхности вращения к корпусу 10 механизма регулирования. Распределитель прижимается к корпусу 10 под действием усилия пружины 11 и гидравлического давления в цилиндрах 7 блока 8.

Регулирование рабочего объема мотора обеспечивается скольжением распределителя 9 по опорной поверхности вращения корпуса 10 вдоль направляющих 12. Перемещение распределителя 9 по опорной поверхности вращения корпуса 10 осуществляется дифференциальным (ступенчатым) поршнем 13 управления посредством пальца 14, входящего в отверстие 15 распределителя 9. Поршень 13 управления выполнен состоящим из двух продольных участков - большего и меньшего диаметра, участок меньшего диаметра поршня 13 размещен в полости 16 - штоковой полости, участок поршня 13 большего диаметра размещен в полости 17 - поршневой полости. Полости 16 и 17 выполнены в корпусе 10 механизма регулирования.

Полости 16 и 17 поршня 13 расположены в противоположных сторонах по отношению к пальцу 14. Штоковая полость 16 посредством обратных клапанов 18, 19 блоков клапанов (обратно-предохранительных клапанов) 20 и 21 постоянно соединена каналами 22 или 23 с линией А (соединенной со входом мотора) или линией В (соединенной с выходом мотора). Линия А и линия В - выполнены в виде соответствующих отверстий (первого и второго) в корпусе 10. В качестве обратно-предохранительных клапанов может быть использован клапан по патенту РФ № 2028531 "Обратно-предохранительный клапан".

Корпус 10 со стороны поршневой полости 17 закрыт крышкой 24, в которой установлен гидравлический распределитель, содержащий клапан регулирования 25, содержащий золотник 26. Крышка 24 и клапан регулирования 25 имеет канал 27, соединенный с поршневой полостью 17. Клапан регулирования 25 через канал 28 в крышке 24 и канал 29 (первый канал согласно формуле изобретения) в корпусе 10 соединен с полостью 30 первого обратно-предохранительного клапана 21. В крышке 24 имеется канал 31, соединенный с баком 32, для слива рабочей среды из поршневой полости.

Линия А и линия В соединены между собой обратно-предохранительными клапанами 20 и 21 каналами 22, 23 (соответственно вторым и третьим каналами согласно формуле изобретения), проходящими через штоковую полость 16 поршня 13. Для прохождения полного потока от клапанов штоковая полость 16 имеет расширение 33 в диаметре вместе подхода к ней каналов 22, 23.

Аксиально-поршневой регулируемый мотор по заявленному решению имеет меньшие габаритные размеры и массу и имеет более простое устройство.

Заявляемый мотор работает следующим образом.

Мотор функционально состоит из двух узлов: качающего узла и механизма регулирования. Качающий узел состоит из вала 3 с подшипниками 2 и вращающегося на центральной цапфе 6 наклонного блока цилиндров 8 с поршнями 5 и распределителя 9 кинематически связанного с поршнем 13.

Механизм регулирования предназначен для изменения рабочего объема поршневого мотора за счет изменения угла наклона блока 8 к оси вала 3.

Регулятор включает палец 14, входящий в отверстие 15 распределителя 9 и установленный поперечно в поршне 13, имеющего полости 16 и 17, расположенные по разные стороны от пальца 14. Клапан регулирования 25, расположенный в крышке 24 в зависимости от управляющего воздействия на золотник 26, может регулировать давление в поршневой полости 17.

В нейтральном положении золотника 26 обеспечивается равновесие сил давления, действующих на дифференциальный поршень 13. В процессе работы при изменении величины управляющего воздействия на золотник 26, приводящее к изменению положения золотника, 26 меняется давления в поршневой полости 17 поршня 13, меняющее соотношение сил на поршень 13, что вызывает перемещение последнего. При перемещении поршня 13, связанного с распределителем 9 пальцем 14, происходит изменение угла наклона блока 8 к оси вала 3 и изменение рабочего объема мотора.

В случае, когда из линии А поступает поток рабочей среды под высоким давлением, тогда через линию В идет поток рабочей среды под низким давлением. Рабочая среда из линии А через обратно-предохранительный клапан 21, работающий в режиме обратного клапана, поступает в канал 29 и в канал 23. Из канала 23 рабочая среда поступает в штоковую полость 33 и в канал 22. При превышении давления рабочей среды в канале 22 выше заданного значения, рабочая среда через обратно-предохранительный клапан 20, работающий в режиме предохранительного клапана, поступает в линию В на слив. Одновременно из линии А рабочая среда поступает в канал 29, а оттуда - через гидравлический распределитель в поршневую полость 17 для осуществления процесса регулирования мотора.

Далее в процессе регулирования мотора при повышении давления в поршневой полости 17 поршень 13 движется вверх, уменьшая объем штоковой полости 33. При этом рабочая среда из полости 33 сливается через канал 22 и обратно-предохранительный клапан 20, работающий в режиме обратного клапана, в линию В, обеспечивая таким образом необходимый уровень давления в штоковой полости.

При необходимости снизить в процессе регулирования мотора давление в поршневой полости 17, рабочая среда из поршневой полости 17 сливается через канал 31, поршень 13 движется вниз, увеличивая объем штоковой полости 33. Поддержание давления в штоковой полости 33 обеспечивается подачей рабочей среды из линии А через канал 23 в штоковую полость 33.

Аналогично работает мотор в случае, когда рабочая среда под высоким давлением поступает из линии В. Только в этом случае из линии В рабочая среда через обратно-предохранительный клапан 20, работающий в режиме обратного клапана, поступает через канал 22 в штоковую полость 33 и далее - в канал 23. Из канала 23 рабочая среда сливается в линию А при превышении давления рабочей среды в канале 23 заданного уровня.

Изобретение относится к области регулируемых гидромашин, а именно к аксиально-поршневым регулируемым моторам с переменным рабочим объемом. Аксиально-поршневой регулируемый мотор содержит качающий узел и механизм регулирования, включающий дифференциальный поршень управления, установленный в корпусе механизма регулирования и кинематически связанный с качающим узлом. Между торцевой поверхностью меньшего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования образована штоковая полость. Между торцевой поверхностью большего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования образована поршневая полость. Мотор содержит установленные в корпусе механизма регулирования два блока клапанов. Каждый из блоков включает размещенные в корпусе блока предохранительный клапан прямого действия и обратный клапан. В корпусе механизма регулирования выполнены два отверстия для обеспечения подвода/отвода рабочей среды. В корпусе механизма регулирования выполнены первый канал, второй канал и третий канал. Вход обратного клапана первого блока клапанов соединен с первым отверстием для подвода/отвода рабочей среды. Выход обратного клапана первого блока соединен с первым и вторым каналами. Вход предохранительного клапана первого блока соединен со вторым каналом. Выход предохранительного клапана первого блока соединен с первым отверстием для подвода/отвода рабочей среды. Вход обратного клапана второго блока клапанов соединен со вторым отверстием для подвода/отвода рабочей среды. Выход обратного клапана второго блока соединен с третьим каналом. Вход предохранительного клапана второго блока соединен с третьим каналом. Выход предохранительного клапана второго блока соединен со вторым отверстием для подвода/отвода рабочей среды. Первый канал с другой стороны соединен с гидравлическим распределителем, предназначенным для регулирования давления в поршневой полости, а второй и третий каналы соединены со штоковой полостью. Упрощается конструкция, снижается удельная масса и габаритные размеры. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. Аксиально-поршневой регулируемый мотор, содержащий качающий узел и механизм регулирования, включающий дифференциальный поршень управления, установленный в корпусе механизма регулирования и кинематически связанный с качающим узлом, между торцевой поверхностью меньшего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования образована штоковая полость, между торцевой поверхностью большего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования образована поршневая полость, отличающийся тем, что мотор содержит установленные в корпусе механизма регулирования два блока клапанов, каждый из блоков включает размещенные в корпусе блока предохранительный клапан и обратный клапан; в корпусе механизма регулирования выполнены два отверстия для обеспечения подвода/отвода рабочей среды, в корпусе механизма регулирования выполнены первый канал, второй канал и третий канал; вход обратного клапана первого блока клапанов соединен с первым отверстием для подвода/отвода рабочей среды, а выход обратного клапана первого блока соединен с первым и вторым каналами, вход предохранительного клапана первого блока соединен со вторым каналом, а выход предохранительного клапана первого блока соединен с первым отверстием для подвода/отвода рабочей среды; вход обратного клапана второго блока клапанов соединен со вторым отверстием для подвода/отвода рабочей среды, а выход обратного клапана второго блока соединен с третьим каналом, вход предохранительного клапана второго блока соединен с третьим каналом, а выход предохранительного клапана второго блока соединен со вторым отверстием для подвода/отвода рабочей среды; при этом первый канал с другой стороны соединен с гидравлическим распределителем, предназначенным для регулирования давления в поршневой полости, а второй и третий каналы соединены со штоковой полостью.2. Аксиально-поршневой регулируемый мотор по п.1, отличающийся тем, что штоковая полость выполнена с расширяющимся диаметром в месте ее соединения со вторым и третьим каналами.3. Аксиально-поршневой регулируемый мотор по п.1, отличающийся тем, что блок клапанов выполнен в виде обратно-предохранительного клапана.