НЕПОЛНОПОВОРОТНЫЙ ЛОПАСТНОЙ ГИДРОПРИВОД Российский патент 2009 года по МПК F15B15/12 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к приводам вращения, и может быть использовано в различных областях машиностроения для поворота исполнительной части механизма.

Известен привод вращения (патент №4823678 США), в котором вращающий момент передается через приводной вал. Этот привод является однолопастным. Данный привод представляет собой корпус, внутри которого выполнена цилиндрическая полость, к стенке полости прикреплен трапециевидный выступающий элемент, который одновременно является неподвижной лопастью и распределителем потоков рабочей жидкости для прямого и обратного хода. Внутри корпуса установлен приводной вал, на котором закреплена одна прямоугольная лопасть. Вал вращается вокруг своей оси в конических роликовых подшипниках, которые зафиксированы в боковых крышках специальными втулками. Боковые крышки прикреплены к корпусу с торцов четырьмя болтами каждая. Для уплотнения подвижной и неподвижной лопастей применен резиновый шнур, он установлен в канавки, выполненные по периметру лопастей в местах контакта с цилиндрической поверхностью корпуса и поверхностью фиксирующих подшипники втулок.

Известный привод вращения обладает рядом недостатков:

1. в конце рабочего и обратного хода происходит контакт лопастей металл о металл, что негативно отражается на эксплуатации устройства;

2. большие габариты при малом КПД;

3. применены нестандартные уплотнения, что неэкономично и может привести к протечкам и снижению КПД;

4. отсутствует дистанционный контроль работы устройства.

Известен также лопастной неполноповоротный гидродвигатель (патент №2251030 РФ), который содержит корпус, имеющий два раздельных упора, и двулопастной ротор катушечного типа, полости между которыми образуют рабочие камеры гидродвигателя. Ротор катушечного типа выполнен составным из двух втулок и размещенного между ними вкладыша, имеющего цилиндрическую центральную часть и две противоположно расположенные лопасти, при этом втулки и вкладыш стянуты в корпусе на вале, а в отверстия, выполненные в лопастях вкладыша и втулках параллельно оси вала, установлены штифты. В конце хода лопастей ротора в гидродвигателе создается демпфирующий момент на роторе путем соединения рабочей камеры гидродвигателя, вытесняющей рабочую жидкость, с каналом нагнетания рабочей жидкости через канавку на внутренней плоскости втулки ротора и центральное отверстие в плунжере, который размещен в расточке на разделительном упоре корпуса на радиусе канавки на втулке и поджат к плоскости втулки пружиной и давлением нагнетания рабочей жидкости.

Известный привод вращения обладает рядом недостатков:

1. для уплотнения лопастей применены нестандартные уплотнения;

2. отсутствует дистанционный контроль работы устройства;

3. примененный способ демпфирования снижает скорость работы привода и его КПД.

Известен привод вращения, патент № 4817504 США, в котором вращающий момент передается через приводной вал. Этот привод является двулопастным и имеет пару подвижных лопастей и пару неподвижных, а также пневмокамеру между ними. Данный привод представляет собой корпус, внутри которого выполнена цилиндрическая полость с двумя симметрично расположенными трапецеидальными выступами, играющими роль неподвижных лопастей. Внутрь корпуса установлен приводной вал, на котором симметрично закреплены две прямоугольных лопасти. Вал зафиксирован в осевом направлении крышками, которые прикреплены к корпусу с торцов болтами, соединение уплотнено кольцевым торцевым уплотнением. Уплотнение лопастей реализовано установкой на них резиновых накладок. Для остановки лопастей в конце рабочего хода предусмотрены выступающие над боковыми поверхностями подвижных лопастей резиновые буферы. Рабочей средой в данном приводе является воздух, который подается в рабочие полости (пневмокамеры) через каналы, выполненные в боковых крышках.

Известный привод вращения обладает рядом недостатков:

1. воздушная рабочая среда является крайне не стабильной в случае возникновения нештатной ситуации;

2. применены нестандартные уплотнения;

3. отсутствует дистанционный контроль работы устройства;

4. резиновые буферы, примененные для смягчения удара подвижной лопасти о неподвижную, не обеспечивают полного снятия изгибающего момента с подвижной лопасти.

Привод вращения по патенту № 4823678 США выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Задача изобретения заключается в улучшении и расширении эксплуатационных характеристик устройства, а также обеспечении его надежности и экономичности за счет повышения КПД при малых габаритах и обеспечения поворота исполнительной части механизма на строго определенный угол, за наименьший промежуток времени, а также за счет обеспечения дистанционного контроля работы устройства и обеспечения возможности быстрой замены деталей, подверженных интенсивному износу и использования только стандартных уплотнений для обеспечения герметичности подвижных и неподвижных соединений.

Задача решена тем, что в известном приводе вращения, содержащем корпус с крышками и выступающим элементом (лопастью), вал с лопастью, установленный в крышках (основаниях) корпуса с образованием рабочей полости, каналы напора и слива рабочей жидкости, сообщенные с рабочей полостью, а также уплотнительные элементы, согласно изобретению в нем вал установлен в нижнем и верхнем основаниях неподвижно, а корпус выполнен из двух частей, соединенных прижимной гайкой, и установлен на валу с возможностью поворота вокруг него. Рабочая полость имеет форму тора и в ней размещены две лопасти, закрепленные диаметрально противоположно на подвижном корпусе, а также две лопасти, закрепленные диаметрально противоположно на неподвижном валу, причем лопасти в продольном сечении имеют форму овала. Каналы напора и слива рабочей жидкости выполнены внутри вала. В нижнем основании и в нижней части корпуса гидропривода выполнены упоры с возможностью взаимодействия и ограничения его поворота.

Кроме того, магистрали напора и слива рабочей жидкости выполнены с параллельными ответвлениями, сообщенными с рабочей полостью.

Кроме того, устройство снабжено контактным сигнализатором, установленным на верхнем основании, с подпружиненным толкателем, взаимодействующим с копиром, закрепленным на корпусе.

Кроме того, на корпусе установлен зубчатый сектор для передачи крутящего момента потребителю.

Кроме того, корпус и вал уплотнены между собой посредством стандартных кольцевых уплотнений.

Кроме того, лопасти уплотнены посредством стандартных кольцевых уплотнений и манжет.

Кроме того, манжеты выполнены из фторопласта.

Предлагаемая конструкция неполноповоротного лопастного гидропривода (НЛГ) позволяет обеспечить высокий КПД и значительный крутящий момент при сравнительно малых габаритах, а также повысить надежность и экономичность устройства, что достигнуто за счет того, что подвижным выполнен корпус, имеющий сопоставимый с размерами всего изделия наружный диаметр, а также за счет существенного сокращения протечек при работе привода, благодаря выполнению рабочей полости в форме тора, а лопастей - овального сечения и применения вследствие этого стандартных колец и манжет для уплотнения лопастей и других подвижных и неподвижных соединений привода, а также благодаря существенному сокращению страгивающего момента на лопастях, за счет применения манжет из фторопласта, и благодаря обеспечению дистанционного контроля за работой устройства посредством контактного сигнализатора.

Сущность изобретения пояснена чертежами, на которых изображено:

фиг.1 - общий вид устройства;

фиг.2 - разрез А-А с фиг.1;

фиг.3 - сечение Б-Б с фиг.1;

фиг.4 - разрез В-В с фиг.1;

фиг.5 - сечение Г-Г с фиг.1.

Неполноповоротный лопастной гидропривод включает два неподвижных основания, верхнее 1 и нижнее 2 (фиг.1), которые соединены между собой цилиндрическими стяжками 3 и 4, в нижнее основание стяжки ввернуты по резьбе, а верхнее основание прикреплено к ним болтами 5. В пространство между верхним основанием 1 и нижним основанием 2 неподвижно установлен вал 6. Осевое перемещение вала 6 ограничено верхним основанием 1. Радиальное вращение вала 6 относительно центральной оси невозможно благодаря тому, что в его нижнем торце выполнен паз, который входит в зацепление с выступом, выполненным на нижнем основании 2 (фиг.3). Верхнее основание 1 зафиксировано относительно вала 6 шпонкой 7 и прижато гайкой 8. В вале 6 выполнены канал 9 напора и канал 10 слива (фиг.1 и 2), через которые рабочая жидкость поступает в рабочую полость 11 гидропривода посредством параллельных ответвлений 12, 13, которые имеют каналы 9, 10 напора и слива, соответственно. Рабочая полость 11 образована между неподвижным валом 6 и установленным на нем подвижным поворотным корпусом 14. В НЛГ поворотный корпус (ПК) 14 для обеспечения возможности установки лопастей выполнен составным. Поворотный корпус 14 выполнен из двух частей: нижней 15 и верхней 16. Нижняя и верхняя части 15 и 16 ПК 14 соединены прижимной гайкой 17, которая навинчена по резьбе на нижнюю часть 15 и обеспечивает прижатие к ней верхней части 16. Герметичность соединения обеспечивается установкой торцевого уплотнения 18 между нижней 15 и верхней 16 частями ПК 14. Для обеспечения герметичности подвижного соединения ПК 14 и вала 6 установлены стандартные кольцевые уплотнения 19 и 20. Герметичная рабочая полость 11, образованная в результате установки ПК 14 на вал 6 (фиг.2), имеет форму тора. В рабочей полости 11 размещены лопасти 21, 22, 23, 24. Данный НЛГ является двулопастным, следовательно, имеет пару подвижных лопастей 21 и 22, зафиксированных в подвижном корпусе 14 шпонками 25 и 26 соответственно, и пару неподвижных лопастей 23 и 24, зафиксированных на неподвижном валу 6 шпонками 27 и 28 соответственно (фиг.2). Одной из ключевых особенностей данного НЛГ является то, что лопасти 21, 22, 23, 24 имеют форму овала в продольном сечении, что позволяет использовать в качестве их уплотнения стандартные резиновые кольца 29 и манжеты 30 круглого сечения и снизить протечки рабочей жидкости. Эти уплотнения одинаковы для всех лопастей. В конструкции НЛГ недопустимо, чтобы подвижные и неподвижные лопасти соприкасались во время работы. Чтобы исключить такую возможность в конструкции нижнего основания 2 (фиг.4) и в нижней части 15 ПК 14 предусмотрены упоры, поверхности которых Д, Е и Ж, И встретятся раньше, чем соприкоснутся лопасти 21, 22, 23, 24. В данном НЛГ вращающий момент потребителю передается через зубчатый сектор 31 (фиг.2, 5), который закреплен на нижней части 15 ПК 14 посредством шпонки 32 и винта 33. На переходнике 34, который ввернут по резьбе в верхнее основание 1, закреплен контактный сигнализатор 35. Чувствительный элемент сигнализатора 35 взаимодействует с толкателем 36, который прижат пружиной 37 к копиру 38, установленному на прижимной гайке 17 ПК 14. Как отмечалось, в конструкции НЛГ подвижные и неподвижные лопасти не соприкасаются, в рабочей полости 11 между подвижной лопастью 22 и неподвижной лопастью 23 образована полость 39 (фиг.2), а между подвижной полостью 21 и неподвижной полостью 24 образована полость 40, расположенная диаметрально противоположно полости 39.

НЛГ работает следующим образом.

В исходном положении зубчатый сектор 31 находится в крайнем левом положении (фиг.2), при котором поверхности К и Л нижнего основания 2 и нижней части 15 ПК 14, соответственно, совмещены (фиг.4). Чувствительный элемент сигнализатора 35 не контактирует с толкателем 36, на пульте (на черт. не показан) отображается сигнал о состоянии НЛГ - "исходное". При подаче, по команде с удаленного поста, рабочей жидкости от системы гидравлики через канал 9 напора и ответвления 12 она попадает одновременно в две симметричные рабочие полости НЛГ 39 и 40 (фиг.2). Под воздействием давления рабочей жидкости на лопасти 21 и 22 (фиг.2) ПК 14 начинает движение против часовой стрелки и движется до момента соприкосновения поверхностей Е и И нижней части 15 поворотного корпуса 14 с поверхностями Д и Ж нижнего основания 2 (фиг.4). Одновременно с ПК 14 поворачивается зубчатый сектор 31 и копир 38, установленные на ПК 14. Посредством зубчатого сектора 31 вращающий момент передается находящемуся с ним в зацеплении потребителю (на черт. не показан). Копир 38 при повороте ПК 14 воздействует на толкатель 36, который, преодолевая усилие пружины 37, поднимается и в момент завершения рабочего хода воздействует на чувствительный элемент сигнализатора 35, сигнализатор 35 передает сигнал о завершении рабочего хода на удаленный пост. Возвращение устройства в исходное состояние происходит в обратном порядке. По команде с пульта рабочую жидкость подают в канал 10 слива и ответвления 13 (фиг.2), происходит обратный ход, все подвижные элементы гидроцилиндра возвращаются в исходное положение. Копир 38 возвращается в исходное положение, толкатель 36 опускается под воздействием пружины 37 и перестает воздействовать на чувствительный элемент сигнализатора 35, на удаленный пост передается сигал об исходном положении НЛГ.

Технический результат изобретения заключается в возможности получения большего крутящего момента при меньших по сравнению с аналогами габаритах, а также в возможности дистанционного контроля за работой устройства. Преимуществами данной конструкции являются также: простота эксплуатации, применение стандартных уплотнений и простота их замены.

В 2007 г. были проведены испытания опытного образца НЛГ, которые доказали его работоспособность и выявили вышеуказанные преимущества. В ходе испытаний установлен ресурс работы изделия, произведены замеры времени срабатывания привода, измерены протечки и развиваемый крутящий момент, подтвердившие ожидаемый положительный результат.

Устройство предназначено для использования в машиностроении в качестве привода для поворота исполнительной части механизма. На неподвижном валу, закрепленном в основаниях, установлен цилиндрический корпус с возможностью поворота с образованием рабочей полости. Рабочая полость имеет тороидальную форму. На поворотном корпусе и на неподвижном валу выполнены по две лопасти, установленные диаметрально противоположно в рабочей полости. Лопасти имеют в продольном сечении форму овала. Внутри вала выполнены каналы напора и слива рабочей жидкости с параллельными ответвлениями, соединенные с рабочей полостью. В нижнем основании и в нижней части корпуса выполнены взаимодействующие упоры, ограничивающие поворот корпуса. На верхнем основании установлен контактный сигнализатор, подпружиненный толкатель которого установлен с возможностью взаимодействия с копиром, закрепленным на корпусе. На поворотном корпусе установлен зубчатый сектор, для передачи крутящего момента потребителю. Уплотнительные элементы между корпусом и валом, а также уплотнения лопастей выполнены в виде стандартных уплотнительных колец. Устройство позволяет при небольших габаритах передавать значительный крутящий момент, при необходимости производить поворот исполнительного механизма на строго определенный угол. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Неполноповоротный лопастной гидропривод, содержащий цилиндрический корпус с крышками (основаниями) и выступающим элементом (лопастью), внутри которого с образованием рабочей полости установлен вал с лопастью, а также каналы напора и слива рабочей жидкости, сообщенные с рабочей полостью, и уплотнительные элементы, отличающийся тем, что вал установлен в нижнем и верхнем основаниях неподвижно, а корпус установлен на валу с возможностью поворота вокруг него и выполнен составным из двух частей: верхней и нижней, соединенных прижимной гайкой, на корпусе и на валу закреплены по две лопасти, которые установлены диаметрально противоположно в рабочей полости, которая имеет форму тора, а лопасти имеют в продольном сечении форму овала, при этом каналы напора и слива выполнены внутри вала, а в нижнем основании и в нижней части корпуса выполнены упоры с возможностью взаимодействия и ограничения поворота корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каналы напора и слива выполнены с параллельными ответвлениями, соответственно сообщенными с рабочей полостью.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено контактным сигнализатором с подпружиненным толкателем, установленным на верхнем основании, толкатель которого сопряжен с копиром, закрепленным на корпусе.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на корпусе установлен зубчатый сектор для передачи крутящего момента потребителю.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительные элементы между корпусом и валом выполнены в виде стандартных уплотнительных колец.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти уплотнены посредством стандартных кольцевых уплотнений и манжет.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что манжеты выполнены из фторопласта.