РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2008 года по МПК F04B1/04 

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения с вращающимися или качающимися рабочими органами, в частности к органам управления и регулирования путем изменения длины хода рабочих органов.

Известна радиально-поршневая гидромашина (Т.В.Артемьева, Т.М.Лысенко, А.Н.Румянцева, С.П.Стесин. Гидравлика, гидромашина и гидропневмопривод: учебное пособие. - М.: Образовательно-издательский центр «Академия». - 2005 г. - С.248-251), включающая корпус, ротор, состоящий из блока цилиндров с поршнями, внутреннюю кольцевую направляющую поверхность статорного кольца, размещенную с эксцентриситетом относительно оси вращения ротора.

Вращение ротора приводит к выдвижению поршня из блока цилиндров на величину удвоенного эксцентриситета статорного кольца, что сопровождается всасыванием жидкости в цилиндр, и обратному движению его в цилиндр, что сопровождается вытеснением жидкости в магистраль. Регулирование производительности осуществляется путем радиального смещения статорного кольца и изменением величины эксцентриситета относительно оси вращения ротора.

Основным недостатком гидромашины данной конструкции является относительно низкая производительность гидромашины, так как за один оборот ротора она совершает один цикл «всасывание-нагнетание» для каждого цилиндра.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой гидромашине является радиально-поршневая гидромашина многократного действия (Т.В.Артемьева, Т.М.Лысенко, А.Н.Румянцева, С.П.Стесин. Гидравлика, гидромашина и гидропневмопривод: учебное пособие. - М.: Образовательно-издательский центр «Академия». - 2005 г. - С.251-253), содержащая корпус и ротор с блоком цилиндров, поршни которых контактируют с внутренней направляющей поверхностью статорного кольца, установленного в корпусе неподвижно, причем указанная поверхность очерчена в поперечном сечении замкнутой кривой, подобной циклоиде. Из всех разновидностей циклоид для профилирования статорного кольца наилучшим образом подходит укороченная эпициклоида, описываемая уравнениями (И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. - М.: Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы. - 1980. - С.183):

где r - радиус направляющей окружности;

i - расчетное число циклов «всасывание-нагнетание» каждого цилиндра за один оборот ротора;

h - радиальное перемещение (ход) поршня при вращении ротора, для укороченной эпициклоиды h<2r/I;

ϕ - угловая координата.

В гидромашине с таким статорным кольцом на один оборот ротора приходится два или более цикла «всасывание-нагнетание», то есть i≥2, что обуславливает, соответственно, более высокую при равных значениях h, производительность по сравнению с гидромашиной, имеющей статорное кольцо с кольцевой внутренней поверхностью, расположенное с эксцентриситетом относительно оси вращения ротора. Подобные гидромашины называются машинами многократного действия.

Недостатком данной гидромашины является невозможность регулирования производительности из-за неподвижной установки статорного кольца относительно оси вращения ротора.

Задачей изобретения является обеспечение возможности регулирования производительности радиально-поршневой гидромашины многократного действия за счет того, что статорное кольцо установлено с возможностью перемещения параллельно оси вращения ротора.

Сущностью изобретения является то, что статорное кольцо установлено внутри корпуса с возможностью перемещения параллельно оси вращения ротора, а внутренняя направляющая поверхность статорного кольца выполнена таким образом, что любое поперечное сечение ее имеет форму укороченной эпициклоиды, описываемой уравнениями:

где r - радиус направляющей окружности;

i - расчетное число циклов «всасывание-нагнетание» каждого цилиндра за один оборот ротора;

ϕ - угловая координата;

z - расстояние от торца статорного кольца до поперечного сечения в точке контакта поршня и внутренней направляющей поверхности статорного кольца;

с - ширина статорного кольца;

h_max - радиальное перемещение (ход) поршня при вращении ротора, для укороченной эпициклоиды h_max<2r/i.

На фиг.1 представлена схема радиально-поршневой гидромашины многократного действия, содержащей корпус 1, ротор 2 с блоком цилиндров 3 и поршнями 4, контактирующими с внутренней направляющей поверхностью статорного кольца 5, смонтированного в корпусе 1 с возможностью перемещения параллельно оси вращения ротора 2 в направляющих 6, а любое поперечное сечение внутренней направляющей поверхности статорного кольца 5 имеет форму укороченной эпициклоиды, описываемой уравнениями:

На фиг.2 и 3 представлены схемы соответственно левого и правого торцевых сечений внутренней направляющей поверхности статорного кольца при расстояниях z от торца статорного кольца до поперечного сечения в точке контакта поршня и внутренней направляющей поверхности статорного кольца, соответственно z=0 и z=с, где с - ширина статорного кольца. При z=0 уравнения укороченной эпициклоиды имеют вид:

что соответствует уравнениям окружности радиусом

При z=с уравнения укороченной эпициклоиды имеют вид:

Вся внутренняя направляющая поверхность статорного кольца выполнена в виде постепенного перехода от окружности, описываемой вышеуказанными уравнениями, до укороченной эпициклоиды, описываемой вышеуказанными уравнениями.

Предлагаемая радиально-поршневая гидромашина работает следующим образом.

В исходном положении статорное кольцо 5 находится в крайнем правом осевом положении, z=0. При подаче крутящего момента ротор 2 начинает вращаться. Поршни 4, повторяя форму внутренней направляющей поверхности статорного кольца 5, не будут совершать возвратно-поступательные движения в радиальном направлении из-за округлой формы внутренней направляющей поверхности статорного кольца 5 в данном сечении. В этом случае производительность радиально-поршневой гидромашины будет равна нулю. При перемещении статорного кольца 5 в крайнее левое положение на расстояние z=с поршень 4 блока цилиндров 3 повторяет форму внутренней направляющей поверхности статорного кольца 5, заданную уравнениями укороченной эпициклоиды. При этом поршень 4 совершает максимальные радиальные перемещения, равные h_max, и^{перекачивает максимальное количество жидкости из области низкого давления в область высокого давления за один оборот ротора 2, что соответствует максимальной производительности радиально-поршневой гидромашины. Все промежуточные перемещения статорного кольца 5 приводят к варьированию хода поршня 4.}

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет регулировать производительность радиально-поршневой гидромашины многократного действия путем изменения хода поршня с нулевого до максимального значения h_max.

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения с вращающимися или качающимися рабочими органами, в частности к органам управления и регулирования путем изменения длины хода рабочих органов. В радиально-поршневой гидромашине статорное кольцо установлено с возможностью перемещения его параллельно оси вращения ротора и перемещается внутри корпуса параллельно оси вращения ротора. Внутренняя направляющая поверхность статорного кольца выполнена таким образом, что любое поперечное сечение ее имеет форму укороченной эпициклоиды, описываемой уравнениями:

где r - радиус направляющей окружности;

i - расчетное число циклов «всасывание-нагнетание» каждого цилиндра за один оборот ротора;

ϕ - угловая координата;

z - расстояние от торца статорного кольца до поперечного сечения в точке контакта поршня и внутренней направляющей поверхности статорного кольца;

c - ширина статорного кольца;

h - радиальное перемещение (ход) поршня при вращении ротора, для укороченной эпициклоиды h<2r/i,

позволяет регулировать производительность путем изменения хода поршня с нулевого до максимального значения h_max. 3 ил.

Радиально-поршневая гидромашина многократного действия, содержащая установленное в корпусе статорное кольцо, ротор с блоком цилиндров и поршни, отличающаяся тем, что статорное кольцо установлено внутри корпуса с возможностью перемещения параллельно оси вращения ротора, а внутренняя направляющая поверхность статорного кольца выполнена таким образом, что любое поперечное сечение ее имеет форму укороченной эпициклоиды, описываемой уравнениями

где r - радиус направляющей окружности;

i - расчетное число циклов «всасывание-нагнетание» каждого цилиндра за один оборот ротора;

ϕ - угловая координата;

z - расстояние от торца статорного кольца до поперечного сечения в точке контакта поршня и внутренней направляющей поверхности статорного кольца;

с - ширина статорного кольца;

h - радиальное перемещение (ход) поршня при вращении ротора для укороченной эпициклоиды h<2r/i.