АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ РЕВЕРСИВНАЯ ОБЪЕМНО-РОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 2007 года по МПК F04B1/20 

Изобретение относится к области машиностроения, конкретно к гидромашинам объемного роторного аксиально-поршневого типа - насосам и гидромоторам (АПГ).

В настоящее время известны и наиболее распространены конструкции АПГ двух типов:

1) с наклонным блоком - "ломаным корпусом" и консольно расположенным валом с подшипником, кинематической основой которых является кривошипно-шатунный механизм;

2) АПГ с наклонным диском, работающие на принципе кулачково-плунжерного механизма.

Нерегулируемые АПГ этих типов наиболее компактны и отличаются высоким показателем удельной мощности (номинальная мощность N, Вт, отнесенная к рабочему объему V_o, см³), , достигнутым в основном за счет высокой нагруженности пар подвижных соединений. Следствием этого является недостаточный ресурс времени до первого отказа. Известно, например, что для АПГ с консольно расположенным валом ресурс определяют подшипники качения, а для АПГ с наклонным диском - опоры ("башмаки") плунжеров. Бескарданные АПГ недостаточно хороши для следящих гидросистем. Форма и габариты АПГ с "ломаным корпусом" ограничивают возможности их размещения непосредственно в рабочих органах машин.

Основной причиной указанных недостатков АПГ является их принципиальная конструктивная схема, при которой только часть энергоносителя - силы давления рабочей жидкости на вытеснители - поршни АПГ используется для создания эффективной силы F_Э, а большая часть - аксиальная "паразитная" сила F_A не производит полезной работы и воспринимается опорами, создавая потери. Наиболее близкой к заявленной конструкции является аксиально-поршневая реверсивная объемно-роторная гидромашина, содержащая блок цилиндров с рабочими камерами, гидрораспределитель со сферической рабочей поверхностью, комплект поршней с шатунами, опирающимися головками на сферические гнезда наклонного опорного диска, вращающегося в аксиальной и радиальной опорах корпуса, в котором на опорах вращения установлен вал, жестко связанный с блоком цилиндров и наклонным опорным диском (SU 1498937 А1, 07.08.1989).

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение КПД, уменьшение массы, габаритов, снижение нагрузки и потерь на трение в опорах вращения.

Эта задача достигается тем, что в аксиально-поршневой реверсивной объемно-роторной гидромашине, содержащей блок цилиндров с рабочими камерами, гидрораспределитель со сферической рабочей поверхностью, комплект поршней с шатунами, опирающимися головками на сферические гнезда наклонного опорного диска, вращающегося в аксиальной и радиальной опорах корпуса, в котором на опорах вращения установлен вал, жестко связанный с блоком цилиндров и наклонным опорным диском, для связи вала с наклонным опорным диском установлена коническая шестеренная передача с передаточным отношением I=1 с общим центром вершин делительных конусов шестерен на пересечении оси вала с центром окружности наклонной плоскости опор шатунов, причем центры головок шатунов расположены во вращающейся плоскости наклонного диска осесимметрично общей оси вращения, при этом аксиальная и радиальная опоры снабжены полостями сбалансированной гидростатической разгрузки стыков между подвижными и неподвижными поверхностями опор, которые через сквозные каналы в поршнях и шатунах сообщены с соответствующими рабочими камерами блока цилиндров, причем соотношение размеров полостей гидростатической разгрузки выбраны из условия обеспечения баланса сил давления в зазорах прижимающих и отжимающих опорное кольцо к неподвижной части опоры для создания гидравлической подушки, причем величина зазора, обеспечивающего соответствующие утечки, выполнена саморегулирующейся за счет дросселирования в каналах подводимой жидкости, кроме того, опоры шатунов расположены в одной плоскости, проходящей через ось вала, причем гидромашина снабжена координирующим устройством, состоящим из эвольвентных шлицов на валу, связывающих положение блока цилиндров, наклонного диска, конических шестерен и ведущей блок-муфты.

За счет новой схемы силового воздействия рабочей жидкости РЖ (например, минеральной, синтетической или негорючей водосодержащей основы) увеличена доля эффективных (F_Э) и уменьшена доля "паразитных" (F_A) сил. В предлагаемой гидромашине в качестве механизма передачи вращения применена пара конических шестерен, расположенных внутри пространства между шатунами и валом, что позволило создать компактную конструкцию.

На фиг.1 изображена схема гидромашины.

На фиг.2 - гидростатическая опора.

На фиг.3 - вид Б фиг.2.

Аксиально-поршневая реверсивная объемно-роторная гидромашина содержит блок цилиндров 1 с рабочими камерами 2, гидрораспределитель 3 со сферической рабочей поверхностью, комплект поршней 4 с шатунами 5, опирающимися головками на сферические гнезда наклонного опорного диска 6, вращающегося в аксиальной и радиальной опорах корпуса 7, в котором на опорах вращения 8, 9 установлен вал 10, жестко связанный с блоком цилиндров 1 и наклонным опорным диском 6. Для связи вала 10 с наклонным опорным диском 6 установлена коническая шестеренная передача 11 с передаточным отношением I=1 с общим центром вершин делительных конусов шестерен на пересечении оси вала 10 с центром окружности наклонной плоскости опор шатунов. Центры головок шатунов расположены во вращающейся плоскости наклонного диска 6 осесиметрично общей оси вращения, при этом аксиальная и радиальная опоры снабжены полостями 12, 13 сбалансированной гидростатической разгрузки стыков между подвижными и неподвижными поверхностями опор, которые через сквозные каналы 14 в поршнях и шатунах сообщены с соответствующими рабочими камерами блока цилиндров 1. Соотношение размеров полостей гидростатической разгрузки выбраны из условия обеспечения баланса сил давления в зазорах, прижимающих и отжимающих опорное кольцо диска 6 к неподвижной части опоры 16 для создания гидравлической подушки. Величина зазора, обеспечивающего соответствующие утечки, выполнена саморегулирующейся за счет дросселирования в каналах подводимой жидкости. Опоры шатунов расположены в одной плоскости, проходящей через ось вала 10. Гидромашина снабжена координирующим устройством, состоящим из эвольвентных шлицов на валу 10, связывающих положение блока цилиндров 1, наклонного диска 6, конических шестерен 11 и ведущей блок-муфты 17.

Рабочая жидкость под давлением (р) поступает через крышку 18 и гидрораспределитель 3 в цилиндры блока 1, воздействуя на поршни 4 и шатуны 5. Головки шатунов, расположенные в сферических опорах наклонного вращающегося опорного диска 6, передают на него эффективную F_Э и аксиальную F_A составляющие силы давления F на поршни. Под суммарным воздействием сил F_Э диск 6 вращается, создавая момент М на валу 10. Передаточным механизмом энергии от диска 6 к валу 10 является коническая шестеренная передача 11. Благодаря малому углу между их осями зацепление близко к внутреннему, что значительно снижает нагрузку на каждый зуб, и обеспечивает большую работоспособность.

Вал 10 располагается на двух подшипниках 8 и 9 (например, серии 2922) без внутренней обоймы, поэтому шейки вала под ролики подшипников должны быть закалены до HRC 61. На валу находятся эвольвентные шлицы, исполняемые по нормам МАП, для внешней муфты, конической шестерни, муфты 16, прижимающей блок цилиндров 1 к распределителю 3 и синхронизирующей положение блока и опорного кольца наклонного диска. Неподвижные опоры наклонного диска располагаются в крышке 19 корпуса 7 цилиндрической формы с крепежным фланцем и манжетой 20 и фиксаторами 21, 22, ориентирующими взаимное положение деталей 18, 16, 19, 7, 3. Предварительно собранный в приспособлении комплект внутренних деталей, поджимаемых пружиной 23 и монтажной гайкой (показана пунктиром), подвергается регулировке и проверке зацепления шестерен. После этого устанавливаются корпусные детали 18, 7, стопорное кольцо 24, отвинчивается монтажная гайка, устанавливается подшипник 8 с прикрепленной к нему крышкой. В конструкции ГМК отсутствуют стяжные болты корпуса, так как аксиальные силы F₁ и F₂ давления рабочей жидкости взаимно уравновешиваются, замыкаясь в корпусе 7. По сравнению с прототипом УРС (γ=18°) в ГМК угол наклона опорного диска увеличен до 33° (и даже до 43°), чем достигнуто увеличение F_Э на 60%, уменьшение F_A. Соответственно снижаются нагрузка на аксиальную опору, трение, нагрев и износ.

Корпусная опора вращения, поз, 6, 16, размещена непосредственно на ободе опорного диска и снабжена гидростатически сбалансированными полостями.

В полости гидростатических подушек 12, 13 через сквозные каналы в шатунах подводится под давлением рабочая жидкость из цилиндров блока, создающая в зазоре между подвижными и неподвижными поверхностями опоры поле переменного убывающего давления РЖ на герметизирующих поясках. Баланс сил давления, прижимающих и отжимающих опорное кольцо к неподвижной части опоры, подбирается таким образом, чтобы последняя "плавала" на гидравлической подушке, компенсируя 0,9-0,95% нагрузки за счет замены трения на жидкостное ценою утечек через зазор. По расчетам объемные потери на этот процесс должны возрастать на 0,5-1%, обеспечивая кроме смазки охлаждение стыков и вымывание из них частиц загрязнений. Величина зазора и соответственно расход утечки зависят от давления в "подушке", поэтому выбор гидравлического сопротивления цепи - цилиндр, шатун, каналы в опорном кольце - определяет авторегулирование зазора и предотвращение раскрытия стыка.

Устройство предназначено для использования в области машиностроения. Гидромашина содержит блок цилиндров с рабочими камерами, гидрораспределитель со сферической рабочей поверхностью, комплект поршней с шатунами, опирающимися головками на сферические гнезда наклонного диска вращающегося в аксиальной и радиальной опорах корпуса. На опорах вращения установлен вал жестко связанный с блоком цилиндров и наклонным опорным диском. Содержит коническую шестеренную передачу с передаточным отношением I=1 с общим центром вершин делительных конусов шестерен на пересечении оси вала с центром окружности наклонной плоскости опор шатунов. Центры головок шатунов расположены во вращающейся плоскости наклонного диска осесиметрично общей оси вращения. В опорах вращения наклонного диска аксиальная и радиальная опоры снабжены полостями сбалансированной гидростатической разгрузки стыков между подвижными и неподвижными поверхностями опор. Сквозные каналы в поршнях-шатунах сообщены с соответствующими цилиндрами блока. Соотношение размеров полости гидростатической разгрузки выбраны из условия обеспечения баланса сил давления прижимающих и отжимающих опорное кольцо к неподвижной части опоры. Величина зазора, обеспечивающего соответствующие утечки, выполнена саморегулирующейся за счет дросселирования в каналах подводимой жидкости. Опоры шатунов расположены в одной плоскости, проходящей через ось вала. Гидромашина снабжена координирующим устройством, состоящим из эвольвентных шлицов на валу, связывающих положение блока цилиндров, наклонного диска, конических шестерен и ведущей блок-муфты. Уменьшается масса и габариты, снижаются нагрузки и потери на трение в опорах вращения. Повышается КПД. 3 ил.

Аксиально-поршневая реверсивная объемно-роторная гидромашина, содержащая блок цилиндров с рабочими камерами, гидрораспределитель со сферической рабочей поверхностью, комплект поршней с шатунами, опирающимися головками на сферические гнезда наклонного опорного диска, вращающегося в аксиальной и радиальной опорах корпуса, в котором на опорах вращения установлен вал, жестко связанный с блоком цилиндров и наклонным опорным диском, отличающаяся тем, что для связи вала с наклонным опорным диском установлена коническая шестеренная передача с передаточным отношением 1:1 с общим центром вершин делительных конусов шестерен на пересечении оси вала с центром окружности наклонной плоскости опор шатунов, причем центры головок шатунов расположены во вращающейся плоскости наклонного диска осесимметрично общей оси вращения, при этом аксиальная и радиальная опоры снабжены полостями сбалансированной гидростатической разгрузки стыков между подвижными и неподвижными поверхностями опор, которые через сквозные каналы в поршнях и шатунах сообщены с соответствующими рабочими камерами блока цилиндров, причем соотношение размеров полостей гидростатической разгрузки выбраны из условия обеспечения баланса сил давления в зазорах, прижимающих и отжимающих опорное кольцо к неподвижной части опоры для создания гидравлической подушки, причем величина зазора, обеспечивающего соответствующие утечки, выполнена саморегулирующейся за счет дросселирования в каналах подводимой жидкости, кроме того, опоры шатунов расположены в одной плоскости, проходящей через ось вала, причем гидромашина снабжена координирующим устройством, состоящим из эвольвентных шлицов на валу, связывающих положение блока цилиндров, наклонного диска, конических шестерен и ведущей блок-муфты.