ЗУБЧАТЫЙ НАСОС С ПЛАВНО ИЗМЕНЯЕМЫМ ВЫХОДНЫМ РАСХОДОМ Российский патент 2015 года по МПК F04C2/18 F04C14/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к зубчатым насосам с плавно изменяемым выходным расходом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Зубчатые насосы широко используются, главным образом, при подаче смазки, в гидравлике и т.п. В большинстве случаев они сконструированы для конкретных условий, и до сих пор отсутствует возможность изменять их характеристики расхода во время работы, в частности, начиная с нулевого расхода. При этом они необходимы для должного смазывания двигателей, а также для создания давления жидкостей в широком диапазоне областей применения, например, для перемещения поршней, в гидравлических двигателях и т.д., и, кроме того, для использования в качестве части гидравлической трансмиссии либо дозировочных насосов.

В известных в настоящее время патентах, например US 2001/0024618 А1, зарегистрированном 27 сентября 2001 года, или WO 2006/049500 А1, зарегистрированном 11 мая 2006 года, в которых предлагаются зубчатые колеса, совершающие поступательное перемещение в осевом направлении, имеются свои недостатки, что мешает их применению на практике.

В обычном зубчатом насосе между зубьями имеется пространство, через периферийную область которого транспортируется жидкая среда, это пространство герметично закрыто на конце и периферии, в большинстве случаев - кожухом зубчатого насоса, который выполнен с обеспечением необходимой герметичности, и, кроме зубчатых колес с валами, в этом насосе больше нет никаких подвижных частей.

Настоящее изобретение также может привести к появлению новых типов гидравлических трансмиссий. Это связано с тем, что существующие трансмиссии не могут обходиться без механизма сцепления.

Ближайшим аналогом заявленному изобретению является GB 1539515 А, который раскрывает насос с плавно изменяемым выходным расходом, в котором, по меньшей мере, одно первое зубчатое колесо установлено на первом валу, по меньшей мере, одно второе зубчатое колесо установлено на втором валу, первое зубчатое колесо и второе зубчатое колесо установлены с возможностью перемещения друг относительно друга в осевом направлении.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При помощи предлагаемого решения устраняются ограничения, связанные с существующим уровнем техники, в особенности, невозможность менять выходные характеристики производимых в настоящее время насосов. Это решение позволяет изготовить зубчатый насос, в котором можно постоянно менять выходные характеристики от 0 до максимальных предусмотренных конструкцией значений расхода и давления.

Основной принципиальной особенностью зубчатого насоса с плавно изменяемым выходным расходом, соответствующего настоящему изобретению, является то, что на первом валу установлено, по меньшей мере, одно первое зубчатое колесо, на втором валу установлено, по меньшей мере, одно второе зубчатое колесо, первое зубчатое колесо и второе зубчатое колесо установлены с возможностью перемещения друг относительно друга в осевом направлении, первое зубчатое колесо содержит первое кольцо с каналами, плотно и соосно посаженное на это зубчатое колесо, второе зубчатое колесо содержит второе кольцо с каналами, плотно и соосно посаженное на это зубчатое колесо, причем первое кольцо выполнено с возможностью перемещения со вторым зубчатым колесом, а второе кольцо выполнено с возможностью перемещения с первым зубчатым колесом, первое зубчатое колесо уплотнено с одного конца первым уплотнением первого зубчатого колеса, а с другого конца - вторым уплотнением первого зубчатого колеса, причем уплотнения первого зубчатого колеса установлены на первом валу, второе зубчатое колесо уплотнено с одного конца первым уплотнением второго зубчатого колеса, а с другого конца - вторым уплотнением второго зубчатого колеса, причем уплотнения второго зубчатого колеса установлены на втором валу.

Принципиальными особенностями представленного насоса являются следующие:

- можно изменять так называемую рабочую длину зубьев зубчатого колеса путем перемещения зубчатых колес вдоль их зубьев и, таким образом, менять длину контактной области сцепленных зубьев;

- при помощи уплотнений и колец предотвращается вытекание среды из пространств между сцепленными зубьями с обоих концов этих зубьев для обоих зубчатых колес;

- зубчатые колеса разделяются, например, при помощи колец, на так называемые рабочую и нерабочую части, длину которых можно менять, при этом для этих частей невозможно протекание среды из области более высокого давления в пространствах между зубьями в область более низкого давления;

- обеспечивается свободное перемещение колец по всей длине зубчатых колес;

- обеспечивается свободное протекание среды из рабочей в нерабочую часть, и наоборот, для зубчатых колес, поделенных кольцами, через каналы в этих кольцах;

- предотвращается утечка среды из пространств между зубьями, из нерабочей части зубчатых колес, за исключением каналов в кольцах.

Следующей принципиальной особенностью предлагаемого насоса является то, что обеспечивается большее число подвижных частей, а не только зубчатые колеса с валами и кожух насоса, как в случае обычного зубчатого насоса, также имеются и другие неподвижные и подвижные элементы и части, которые позволяют обеспечить герметичность пространств между зубьями также и во время перемещения зубчатых колес друг относительно друга вдоль их осей вращения и предотвратить утечку жидкой среды из пространств между зубьями зубчатых колес, перемещающихся друг относительно друга.

Для упрощения конструктивного решения предполагается, что зубчатые колеса имеют одно и то же число зубьев и одинаковую длину, имеют внешние зубья, и эти зубчатые колеса являются реверсивными, что позволяет им катиться как в одном, так и в обратном направлении, кольца с каналами являются одинаковыми, точно следуют форме зубчатых колес по всей их периферии и являются цельными. Однако это не является существенным. То есть зубчатые колеса могут иметь разное число зубьев, разные диаметр и длину, кроме того, зубчатые колеса могут быть изготовлены как с внешними, так и с внутренними зубьями. В связи с этим соответствующие кольца с каналами также могут иметь разные диаметр, длину, тип зубьев и т.п., что зависит от используемого типа и размера зубьев зубчатых колес, а также размера этих колес.

Для насоса одностороннего действия, в котором поверхность качения на зубьях зубчатых колес создана только на одной стороне этих зубьев, достаточно, чтобы кольца или сегменты с каналами точно следовали форме зубчатых колес и обеспечивали уплотнение для зубчатых колес только на тех боковых поверхностях зубьев, которые катятся друг по другу, и это при минимальной длине области качения этих зубьев.

Обеспечивается скольжение колец с каналами по сцепленным зубчатым колесам, которые можно перемещать друг относительно друга вдоль их осей вращения, причем кольца имеют больший диаметр, чем диаметр зубчатых колес и точно следуют форме этих колес, но при таком скольжении вдоль зубчатых колес соблюдается условие, что кольцо ведущего зубчатого колеса будет находиться в скользящем контакте с боковой стороной ведомого зубчатого колеса, а кольцо, скользящее по ведомому зубчатому колесу, будет находиться в скользящем контакте с боковой стороной ведущего зубчатого колеса. В этих кольцах созданы каналы, число которых выбрано равным числу зубьев на соответствующем зубчатом колесе (это число также равно числу промежутков между зубьями этого зубчатого колеса). При этом эти каналы должны быть выполнены такой формы и иметь такое расположение в кольце, чтобы предотвратить протекание среды через этот канал из области более высокого давления на одной стороне зуба в область более низкого давления на другой стороне зуба, который в данный момент находится в сцеплении. При этом в некоторый момент и в неизменном месте, когда канал в кольце закрывается одним из зубьев, на некоторое время (в случае вращения зубчатых колес), либо постоянно (когда насос выключается и останавливается именно в этом положении), имеется одно пространство между зубьями, в которое должен поступать или из которого должен удаляться такой объем среды, чтобы не возникало скачка давления или разрежения. В противном случае нельзя будет перемещать кольца и, таким образом, зубчатые колеса. По этой причине используется компенсационная система, например, состоящая из компенсационных цилиндров и компенсационных штоков, которые предназначены для подачи или удаления именно такого объема из закрытого пространства между зубьями, который позволяет кольцам свободно перемещаться в статическом и в динамическом режиме. При этом эти выпуски компенсационной системы должны быть таких формы и размера, а также иметь такое расположение, чтобы обеспечить компенсацию в статическом или динамическом режиме и чтобы такой выпуск никогда не закрывался проходящим в этом момент зубом.

Существует группа насосов, которым необязательно содержать упомянутую внутреннюю компенсационную систему, так как полного закрывания каналов не происходит. Это насосы, которые имеют рабочую сторону только на одной стороне зуба, обратная сторона зуба отсутствует или не используется. Мы будем называть их насосами одностороннего действия.

Для насосов одностороннего действия или насосов, имеющих реверсивные зубчатые колеса, которые будут использоваться только в качестве насосов одностороннего действия, достаточно, чтобы кольца или сегменты с каналами точно следовали форме зубчатых колес и обеспечивали для них уплотнение только на тех сторонах зубьев, которые катятся друг по другу, и это при минимальной длине области качения. Сегменты могут быть обособленными, либо они вместе могут образовывать кольцо.

В случае когда требуется точный расход или точная производительность (например, для дозировочного насоса и т.п.), необходимо во время перемещения насоса и, таким образом, во время изменения потока компенсировать на выходе насоса с плавно изменяемым выходным расходом объем жидкой среды, возникающий при изменении объема в рабочей части пространств между зубьями в том месте, где ведущее и ведомое зубчатые колеса катятся друг по другу.

Такая компенсационная система называется внешней, так как она связана с выходной частью насоса и может подавать или удалять такой объем жидкой среды, который равен или пропорционален изменению внутреннего объема, происходящему во время перемещения из-за изменения длины области качения зубчатых колес в рабочей части этих колес.

Внутренняя и внешняя компенсационные системы могут содержать цилиндры со штоками, компенсационные насосы или резервуары с жидкой средой, работа которых (если они используются в данном насосе) будет функционально связана с его перемещающим механизмом или с его подвижными частями. При этом внутренняя компенсационная система, в некоторых простых случаях применения насоса, также может быть заменена каналами, ведущими из этих закрытых пространств между зубьями в место с высоким или низким давлением, создаваемым насосом, либо комбинацией таких мест, что связано с требованием обеспечить максимально легкое поступательное перемещение колец с каналами и зубчатых колес в одном или другом направлении.

Внутренняя и внешняя компенсационные системы работают только во время перемещения, то есть во время изменения расхода насоса.

Данное устройство в целом может быть установлено, например, на кожухе насоса, с которым в точном положении закреплены некоторые части соответствующих уплотнений, без возможности перемещаться и поворачиваться, таковыми являются оба уплотнения на ведущем валу. Ведущий вал с зубчатым колесом и дополнительное ведущее зубчатое колесо выполнены с возможностью только перемещения вдоль своих осей и соединены без возможности перемещения друг относительно друга. Кольцо ведомого зубчатого колеса также не имеет возможности перемещаться вдоль оси ведомого вала, но имеет возможность вращаться вместе с ведомым зубчатым колесом. Ведомый вал с зубчатым колесом, обоими уплотнениями, кольцом ведущего зубчатого колеса, установленным с возможностью скольжения в подвижной уплотнительной гильзе, можно перемещать в направлении оси ведомого вала в диапазоне ограничителей, определяющих максимальный и минимальный поток, при помощи перемещающего механизма, соединенного с кожухом насоса, при этом вал с ведомым зубчатым колесом и дополнительное зубчатое колесо также можно вращать вокруг их оси одновременно с приводным механизмом.

Перемещающий механизм может включать различные известные исполнительные механизмы на основе механической, электрической, гидравлической или пневматической энергии и т.п. либо их комбинаций с использованием автоматического управления на основе требуемых характеристик. Этот механизм позволяет постоянно регулировать поток насоса от ″нулевого″ потока до ″максимального″ потока и обратно. Он также позволяет перемещать подвижные части насоса при максимальных предусмотренных конструкцией потока или давлении или фиксировать их в заданном состоянии потока. Таким образом, насос можно ″блокировать″ в заданном состоянии. Этот механизм также можно считать средством защиты от неправильного использования оборудования или машин, которые будут содержать такие насосы.

Дополнительные ведущее и ведомое зубчатые колеса либо другая аналогичная система обеспечивают синхронизацию. Эта система синхронизации обеспечивает правильную работу насоса в режиме так называемого ″нулевого потока″ и служит для поддержания одинакового числа оборотов обоих зубчатых колес в момент, когда эти зубчатые колеса больше не катятся друг по другу, но кольца зубчатых колес со своих боковых сторон находятся в скользящем контакте, а также обеспечения правильной работы компенсационной системы при подаче жидкой среды в закрытое пространство между зубьями или удалении из этого пространства.

Зубчатые насосы с плавно изменяемым выходным расходом, которые не начинают работу от нулевого расхода, т.е. из режима нулевого потока, не должны обязательно содержать систему синхронизации.

При этом система синхронизации также обеспечивает правильную работу внутренней компенсационной системы насоса в режиме нулевого потока, если она используется в этом насосе.

Система синхронизации также может представлять собой цепную передачу, передачу с зубчатым ремнем, а также рычажную передачу, либо может содержать существующие средства синхронизации.

Нулевой выход насоса получают также при том, что ведущее и ведомое зубчатые колеса катятся друг по другу при заданной минимальной длине качения, что сохраняет синхронное число оборотов этих колес без повреждения зубьев также при максимальном выходном давлении (например, 1 мм). В результате возникает минимальный поток. Этот минимальный поток возвращается из выпуска насоса в его впуск через перепускной канал, в котором установлена заслонка. Выходной поток в этом случае напрямую связан с сопротивлением в выпуске насоса и сопротивлением заслонки в перепускном канале. За счет этого получают регулируемый выходной поток насоса от нулевого расхода до минимального расхода. При полностью закрытой заслонке в перепускном канале насос беспрепятственно работает начиная от минимального расхода. Именно за счет этого обеспечивается ситуация, когда для этой группы насосов необязательно использование системы синхронизации.

Этот зубчатый насос может работать отдельно, но также он может работать совместно с различными гидравлическими системами или устройствами.

При соединении двух таких зубчатых насосов с плавно изменяемым выходным расходом, когда один из них будет предназначен также для работы в качестве гидравлического двигателя, можно получить передачу с теоретическим отношением от 1:0 до 1:бесконечность (от ″один к нулю″ до ″один к бесконечности″).

С учетом того очевидного факта, что каждый из валов может быть как ведомым, так и ведущим, валы и соответствующие элементы далее указаны как ″первый″ и ″второй″, т.е. первый вал, второй вал и т.д.

Задачей, которую решает заявленное изобретение по сравнению с GB 1539515 А, является разделение зубчатых колес с помощью колец (или сегментов колец) с каналами на рабочую и нерабочую часть, при этом форма и расположение каналов в кольцах (сегментах) позволяют обеспечить однонаправленный и двунаправленный режим. Также эта конструкция может работать при нулевом поточном режиме.

Задачей также является создание насоса с плавно изменяемым выходным расходом, который мог бы работать в качестве гидравлического двигателя с изменяемой скоростью (число оборотов) и вместе они могли бы образовывать функциональную непрерывную трансмиссию (коробку передач), работающую от нулевой скорости (выходное число оборотов).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение станет более понятным из чертежей, где:

на Фиг. 1 приведен вид спереди узла зубчатых колес с кольцами;

на Фиг. 2 показано кольцо с каналами;

на Фиг. 3 приведен вид спереди узла зубчатых колес с кольцами и уплотнениями зубчатых колес;

на Фиг. 4 приведен вид слева узла, показанного на Фиг.3;

на Фиг. 5 приведен вид справа узла, показанного на Фиг.3;

на Фиг. 6 показана уплотнительная гильза;

на Фиг. 7 приведен вид сбоку насоса;

на Фиг. 8 приведен вид справа узла, показанного на Фиг.1;

на Фиг. 9 приведен вид слева узла, показанного на Фиг.1, с уплотнительной гильзой, показанной на Фиг.6;

на Фиг. 10 приведен аксонометрический вид насоса с сечением;

на Фиг. 11 приведен аксонометрический вид насоса с пространственным разделением деталей в направлении осей валов;

на Фиг. 12 приведен вид спереди насоса с сечением;

на Фиг. 13 показано взаимное положение зубчатых колес и колец с каналами в трех состояниях потока: максимальный (поток-максимум), минимальный поток, в этом случае нулевой (поток минимум) и полупоток (50% потока);

на Фиг. 14 показано соединение и закрепление при помощи штифтов уплотнительной гильзы и уплотнений второго зубчатого колеса;

на Фиг. 15 показаны кольца с каналами, изображенные на Фиг.10-Фиг.13;

на Фиг. 16 показан кожух насоса;

на Фиг. 17 показана скользящая уплотнительная гильза;

на Фиг. 18 показано первое уплотнение второго зубчатого колеса с канавкой для кольца, отверстиями для стабилизационных штифтов и резьбового смещающего стержня;

на Фиг. 19 показано второе уплотнение первого зубчатого колеса с канавкой для кольца;

на Фиг. 20 показано первое уплотнение первого зубчатого колеса с компенсационным цилиндром; и

на Фиг. 21 показано второе уплотнение второго зубчатого колеса с компенсационным цилиндром и отверстиями для стабилизационных штифтов.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вариант реализации изобретения, соответствующий Фиг.1-9

Зубчатые колеса, а именно первое зубчатое колесо 3 и второе зубчатое колесо 4, выполнены с возможностью совместной работы, как и в случае обычного зубчатого насоса (они будут катиться друг по другу, при этом, по меньшей мере, один зуб каждого зубчатого колеса всегда будет в состоянии качения), имеют достаточную длину и достаточное число зубьев. Зубчатые колеса 3,4 вращаются на осях X, Y, расстояние между которыми обеспечивает максимальную точность качения зубчатых колес 3, 4.

Кольца выполнены дополнением к этим зубчатым колесам, а именно первое кольцо 5 первого зубчатого колеса 3 и второе кольцо 6 второго зубчатого колеса 4 выполнены с максимально близким соответствием (следованием) форме зубьев, но при этом они выполнены с возможностью перемещения по всей длине этих зубчатых колес 3, 4. Если зубчатые колеса 3, 4 идентичны, то идентичны будут и кольца 5 и 6. Кольца 5, 6 содержат каналы 50.

Кольца 5, 6 с возможностью скольжения установлены на зубчатых колесах 3 и 4, одно из которых смещено вбок относительно другого приблизительно на ширину кольца 5, 6, начиная с этого положения они всегда с обеспечением максимально возможной точности будут находиться бок о бок, причем зубчатое колесо 3 будет контактировать с боковой стороной кольца 6, а зубчатое колесо 4 будет контактировать с боковой стороной кольца 5, но будет оставаться возможность их раздельного перемещения вдоль своих осей. Кроме того уплотнения 7, 8, 9, 10 выполнены достаточной длины, при этом первое уплотнение 7 первого зубчатого колеса 3, второе уплотнение 9 первого зубчатого колеса 3, первое уплотнение 10 второго зубчатого колеса 4 и второе уплотнение 8 второго зубчатого колеса 4 имеют диаметр, равный диаметру зубчатых колес 3, 4. Они изготовлены с максимально возможной точностью, уплотнения 9 и 10 имеют продольную канавку на всей длине с диаметром зубчатых колес 3, 4, которая путем фрезерования выполнена такой глубины, чтобы оси катящихся зубчатых колес 3, 4 оставались на одинаковом расстоянии также и при скольжении этих уплотнений 9, 10 вдоль соответствующих осей. Кроме того, в уплотнениях 9, 10 путем фрезерования выполнена канавка, обеспечивающая свободное перемещение кольца, установленного на другой оси, и служащая для него направляющей. Таким образом, образуется часть насоса, формирующая блок на оси X, состоящий из уплотнения 7 зубчатого колеса 3, по которому будет скользить кольцо 5, с другой стороны зубчатого колеса 3 находится уплотнение 10. На оси Y установлено уплотнение 9, зубчатое колесо 4, по которому будет скользить кольцо 6, и с другой стороны зубчатого колеса 4 находится уплотнение 8. Все эти элементы соединены таким образом, что не будет возникать их разъединения, и при этом будет обеспечена возможность их независимого вращения вокруг соответствующих осей X, Y, за исключением соответствующих колец 5, 6, которые будут вращаться вместе со ″своим″ зубчатым колесом 3, 4. При соблюдении во время изготовления расстояния между осями X, Y, а также допусков и определенных зазоров, будет обеспечена возможность приведения во вращение зубчатых колес 3, 4, которые будут катиться друг по другу, и одновременная возможность перемещения зубчатых колес вдоль осей Х и Y и изменения длины контактной области качения. Наименьшая длина области качения близка к нулю, а наибольшая длина области качения равна длине зубчатого колеса 3, 4 (при их идентичности) минус ширина кольца 5, 6 (при одинаковой ширине колец). Зубчатое колесо 3 не имеет возможности перемещаться вдоль оси X, а зубчатое колесо 4 может перемещаться вдоль оси Y в диапазоне от минимальной до максимальной длины области качения (при этом оси Х и Y параллельны). Кроме того, имеется уплотнительная гильза 18, которая охватывает уплотнение 7, зубчатое колесо 3 и уплотнение 9 на части их внешнего диаметра и имеет канавку 181 на внутренней стороне, позволяющую кольцу 5 свободно вращаться вокруг оси X, и которая в то же время позволяет подводить среду к зубчатым колесам 3, 4, а также отводить среду от них. Это уплотнение будет перемещаться вдоль оси Х вместе с кольцом 5, всегда аналогично перемещению блока, перемещающегося вдоль оси Y, но при этом кольцо 6 всегда будет оставаться на одном и том же месте. И, наконец, устройство в целом помещено в корпус, который образует внешний кожух 17 насоса в целом и имеет канавку 171 для кольца 6 и который имеет впуск 19 и выпуск 20 для жидкой среды, а также все средства, обеспечивающие перемещение и фиксацию соответствующих частей.

Вариант реализации изобретения, соответствующий Фиг. 10-21.

Зубчатый насос 30 с плавно изменяемым выходным расходом, соответствующий настоящему изобретению, имеет кожух 17 насоса с впускным отверстием 19 и выпускным отверстием 20, в этом кожухе путем фрезерования созданы отверстия для отдельных частей этого насоса 30 и отверстия для закрепления неподвижных и подвижных частей. Насосная часть состоит из двух зубчатых колес, первого зубчатого колеса 3 и второго зубчатого колеса 4, которые фиксированно установлены на соответствующих валах, первом валу 1 и втором валу 2, и которые сцеплены друг с другом и катятся друг по другу с вращением вокруг соответствующих осей Х и Y, а именно одно ведущее, первое зубчатое колесо 3, на котором плотно и с возможностью перемещения посажено первое кольцо 5, имеющее каналы 50 и расположенное в скользящем контакте с боковой стороной ведомого, второго зубчатого колеса 4, на котором плотно и с возможностью перемещения посажено второе кольцо 6, имеющее каналы 50 и также расположенное в скользящем контакте с боковой стороной ведущего, первого зубчатого колеса 3. Эти зубчатые колеса 3, 4 выполнены с возможностью относительного перемещения, при этом только ведомое, второе зубчатое колесо 4 может перемещаться вдоль оси Y, а ведущее, первое зубчатое колесо 3 не может перемещаться в направлении оси X. В результате обеспечиваются два крайних рабочих положения зубчатых колес 3 и 4. В одном из этих положений кольца 5 и 6 с каналами 50 расположены бок о бок, и зубчатые колеса 3 и 4 не катятся друг по другу. В этом положении дополнительные зубчатые колеса, а именно, первое дополнительное зубчатое колесо 15 и второе дополнительное зубчатое колесо 16 сцеплены, и поэтому зубчатые колеса 3 и 4 будут вращаться с одинаковым числом оборотов, что существенно для правильной работы насоса 30 в целом, главным образом, в этом крайнем положении. В первом крайнем положении рабочая длина зубчатых колес 3 и 4 равна нулю, поэтому жидкая среда не будет транспортироваться зубьями от впускного отверстия 19 к выпускному отверстию 20, но при этом в нерабочей части зубчатых колес 3 и 4, которая теперь имеет максимально возможную длину, постоянно циркулирует та же среда, которая поступила туда через каналы в кольцах 5 и 6 из рабочей части зубчатых колес 3 и 4 и отчасти подается из компенсационных цилиндров 111 и 112 при помощи компенсационных штоков, а именно первого компенсационного штока 11 и второго компенсационного штока 12. Эти компенсационные штоки 11 и 12 подают в пространство между зубьями или удаляют из этого пространства в нерабочей части N зубчатых колес 3 и 4, ограниченного зубом, который в этот момент катится и закрывает канал 50 в кольце 5 или в кольце 6, именно такой объем жидкой среды, чтобы в этом закрытом пространстве между зубьями не возникало давления или разрежения, и кольца 5 и 6 с каналами 50 можно без проблем перемещать вдоль зубчатых колес 3 и 4. Их перемещают при помощи уплотнений 9 и 10, а именно второго уплотнения 9 первого зубчатого колеса 3 и первого уплотнения 10 второго зубчатого колеса, которые имеют направляющую канавку для этих колец 5 и 6 и установлены на соответствующих валах 1 и 2 без возможности вращения вокруг своих осей. Во втором крайнем положении кольца 5 и 6 с каналами 50 расположены на максимальном расстоянии друг от друга, но по-прежнему полностью на зубчатых колесах 3 и 4, имеющих теперь максимальную предусмотренную конструкцией длину рабочей части. Нерабочая часть зубчатых колес 3 и 4 теперь равна нулю, и компенсационные цилиндры 111 и 121 с компенсационными штоками 11 и 12 содержат максимальный объем жидкой среды. В результате из впускного отверстия 19 в выпускное отверстие 20 зубчатого насоса 30 транспортируется максимальный предусмотренный конструкцией объем жидкой среды, любая другая длина рабочей части зубчатых колес 3 и 4 дает соответствующий объем транспортируемой жидкой среды, при этом обеспечивается возможность постоянного регулирования. Чтобы предотвратить утечку жидкой среды также и с другой стороны зубчатых колес 3 и 4, предусмотрены первое уплотнение 7 первого зубчатого колеса 3 и второе уплотнение 8 второго зубчатого колеса 4 с компенсационным цилиндром 111 в уплотнении 7 и компенсационным цилиндром 121 в уплотнении 8, которые скользят по соответствующим валам 1 и 2, при этом располагаясь с другой стороны относительно уплотнений 9 и 10 с канавкой. Перемещение компенсационных штоков 11 и 12 в компенсационных цилиндрах 111 и 121, созданных в уплотнениях 7 и 8, непосредственно связано с перемещением всей подвижной системы, созданной на валу 2, за исключением кольца 6 с каналами 50, и эти штоки 11 и 12 неподвижно установлены на уплотнениях 9 и 10, служащих в качестве направляющих, при помощи держателей, а именно первого держателя 13 первого штока 11 и второго держателя 14 второго штока 12. Выпускное отверстие компенсационных цилиндров 111 и 121, созданных в уплотнениях 7 и 8, имеет такие форму и размер, чтобы оно никогда не закрывалось полностью проходящим зубом зубчатого колеса 3 или 4.

Второе кольцо 6 с каналами 50 может только вращаться вместе со вторым зубчатым колесом 4 вокруг своей оси и в канавке 171, созданной путем фрезерования в кожухе 17 насоса 30, в которой оно установлено с возможностью скольжения. Ведущий первый вал 1 с возможностью только вращения вокруг своей оси установлен с использованием подшипников на фиксаторах 24 и 25, которые неподвижно закреплены на кожухе 17 насоса 30. Фиксатор 24 определяет минимальный расход зубчатого насоса 30 и служит также в качестве фиксатора и направляющей для второго уплотнения 9 первого зубчатого колеса 3, не допуская перемещения относительно кожуха 17 насоса 30. Фиксатор 25 ведущего первого вала 1 определяет максимальный расход насоса 30, а также фиксирует при помощи удлиненного фиксатора 29 первое уплотнение 7 первого зубчатого колеса 3 с компенсационным цилиндром 111, не допуская перемещения относительно кожуха 17 насоса 30. Вокруг этих зафиксированных уплотнений 7 и 9 ведущего, первого зубчатого колеса 3 и первого кольца 5 с канавками 50 установлена подвижная уплотнительная гильза 18, имеющая канавку 181, созданную путем фрезерования для первого кольца 5, эта гильза 18 при помощи фиксирующих штифтов 26, вставленных в отверстия 261, соединена со вторым уплотнением 8 второго зубчатого колеса 4 и первым уплотнением 10 второго зубчатого колеса 4. Эту гильзу перемещают вместе с ними при помощи смещающего механизма, неподвижно установленного на кожухе 17 насоса 30, который состоит из смещающего колесика 23, смещающего резьбового стержня 28 с разрезным стопорным кольцом 28 и обеспечивающей смещение резьбы 211, созданной в первом уплотнении 10 второго зубчатого колеса 4, и который позволяет устанавливать первое кольцо 5 в диапазоне ограничителей, определяющих минимальный и максимальный расход зубчатого насоса 30.

Каналы 50 в кольцах 5 и 6 имеют достаточные размеры для того, чтобы обеспечить максимально легкое протекание жидкой среды из рабочей части С зубчатых колес 3 и 4 в нерабочую часть N и наоборот.

Эти каналы 50 имеют такую форму и расположены в кольцах 5 и 6 таким образом, чтобы предотвратить протекание жидкой среды из области более высокого давления в область более низкого давления по боковой стороне катящегося зуба, проходящего в этот момент мимо канала 50 первого кольца 5 или второго кольца 6, именно через этот канал 50.

Рассмотренные выше примеры, в основном, представляют собой самые простые варианты насоса, соответствующего настоящему изобретению, обеспечивающие понимание принципа этого изобретения. Что касается представленного описания, то очевидно, что насос также может быть реализован в других вариантах, все из которых не будут выходить за пределы объема, определенного в пунктах Формулы изобретения. Рассмотренные примеры, таким образом, являются всего лишь иллюстративными, и при этом не накладывают каких-либо ограничений на пункты Формулы изобретения.

Пример 3

Зубчатый насос согласно предыдущему примеру, в котором кольцо 5 состоит из сегментов.

Пример 4

Зубчатый насос согласно предыдущему примеру, в котором кольцо 6 состоит из сегментов.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Насос, соответствующий настоящему изобретению, может быть использован как самостоятельное устройство везде, где необходимо постоянно регулировать дозирование, расход и давление жидких веществ во время работы. Предполагается его использование практически в любой области, например дозировочные насосы в здравоохранении, пищевой промышленности, химической промышленности, предполагается его широкое применение в машиностроении и на транспорте. Однако наиболее широкое применение этого устройства предполагается вместе с гидравлическим двигателем или с таким же насосом, предназначенным для работы в качестве гидравлического двигателя, что позволяет получить бесступенчатую трансмиссию, способную работать, начиная с нулевого числа оборотов на выходе. На транспорте возможно использование в велосипедах, мотоциклах, автомобилях, а также в экскаваторах, землечерпалках, кранах, лифтах, кроме того, в авиации, военном машиностроении и т.п.

Изобретение относится к зубчатым насосам с постоянно изменяемым выходным расходом. Зубчатый насос с плавно изменяемым выходным расходом, в котором, по меньшей мере, одно первое зубчатое колесо (3) установлено на первом валу (1), по меньшей мере, одно второе зубчатое колесо (4) установлено на втором валу (2). Колеса (3, 4) установлены с возможностью перемещения друг относительно друга в осевом направлении. Колесо (3) уплотнено с одного конца первым уплотнением (7), а с другого конца - вторым уплотнением (9). Уплотнения (7, 9) расположены на валу (1). Колесо (4) уплотнено с одного конца первым уплотнением (10), а с другого конца - вторым уплотнением (8). Уплотнения (10, 8) расположены на валу (2). Колесо (3) содержит первое кольцо (5) с каналами или сегменты с каналами, плотно и соосно посаженное(ые) на колесо (3). Колесо (4) содержит второе кольцо (6) с каналами или сегменты с каналами, плотно и соосно посаженное(ые) на колесо (4). Кольцо (5) или сегменты выполнены с возможностью перемещения с колесом (4). Кольцо (6) или сегменты выполнено(ы) с возможностью перемещения с колесом (3). Изобретение направлено на обеспечение постоянного изменения выходных характеристик от 0 до максимальных предусмотренных конструкцией значений расхода и давления. 13 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Зубчатый насос с плавно изменяемым выходным расходом, в котором по меньшей мере, одно первое зубчатое колесо (3) установлено на первом валу (1), по меньшей мере, одно второе зубчатое колесо (4) установлено на втором валу (2), первое зубчатое колесо (3) и второе зубчатое колесо (4) установлены с возможностью перемещения друг относительно друга в осевом направлении, причем первое зубчатое колесо (3) уплотнено с одного конца первым уплотнением (7) первого зубчатого колеса (3), а с другого конца - вторым уплотнением (9) первого зубчатого колеса (3), причем уплотнения (7, 9) первого зубчатого колеса (3) расположены на первом валу (1), второе зубчатое колесо (4) уплотнено с одного конца первым уплотнением (10) второго зубчатого колеса (4), а с другого конца - вторым уплотнением (8) второго зубчатого колеса (4), причем уплотнения (10, 8) второго зубчатого колеса (4) расположены на втором валу (2), отличающийся тем, что первое зубчатое колесо (3) содержит первое кольцо (5) с каналами (50) или сегменты с каналами (50), плотно и соосно посаженное(ые) на это зубчатое колесо (3), второе зубчатое колесо (4) содержит второе кольцо (6) с каналами (50) или сегменты с каналами (50), плотно и соосно посаженное(ые) на это зубчатое колесо (4), причем первое кольцо (5) или сегменты выполнены с возможностью перемещения со вторым зубчатым колесом (4), а второе кольцо (6) или сегменты выполнено(ы) с возможностью перемещения с первым зубчатым колесом (3).

2. Зубчатый насос по п. 1, отличающийся тем, что первое кольцо (5) или сегменты выполнены с возможностью перемещения со вторым зубчатым колесом (4) при помощи уплотнительной гильзы (18), имеющей канавку (181) для первого кольца (5) или сегментов, причем уплотнительная гильза (18) соединена с уплотнениями (10, 8) второго зубчатого колеса (4).

3. Зубчатый насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен перемещающим механизмом.

4. Зубчатый насос по п. 3, отличающийся тем, что перемещающий механизм прочно соединен с кожухом (17) насоса (30) и содержит смещающее колесико (23), смещающий резьбовой стержень (21) со стопорным кольцом (28), соответствующий обеспечивающей смещение резьбе (211) в первом уплотнении (10) второго зубчатого колеса (4).

5. Зубчатый насос по п. 3, отличающийся тем, что перемещающий механизм снабжен ограничителем.

6. Зубчатый насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен внутренней компенсационной системой.

7. Зубчатый насос по п. 6, отличающийся тем, что внутренняя компенсационная система содержит компенсационный цилиндр (111), проходящий через первое уплотнение (7) первого зубчатого колеса (3) к упомянутому зубчатому колесу (3), с компенсационным штоком (11), который закреплен в держателе (13), расположенном на первом уплотнении (10) второго зубчатого колеса (4), и компенсационный цилиндр (121), проходящий через второе уплотнение (8) второго зубчатого колеса (4) к упомянутому зубчатому колесу (4), с компенсационным штоком (12), который закреплен в держателе (14), расположенном на втором уплотнении (9) первого зубчатого колеса (3).

8. Зубчатый насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен внешней компенсационной системой, соединенной с его выпускной частью.

9. Зубчатый насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он содержит синхронизационную систему для зубчатых колес (3, 4).

10. Зубчатый насос по п. 9, отличающийся тем, что синхронизационная система содержит, по меньшей мере, одно первое дополнительное зубчатое колесо (15) на первом валу (1) и, по меньшей мере, одно второе дополнительное зубчатое колесо (16) на втором валу (2).

11. Зубчатый насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первый вал (1) представляет собой ведущий вал, а второй вал (2) представляет собой ведомый вал.

12. Зубчатый насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первый вал (1) представляет собой ведомый вал, а второй вал (2) представляет собой ведущий вал.

13. Зубчатый насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первый вал (1) и второй вал (2) являются ведомыми валами, приводимыми в действие давлением гидравлической текучей среды в гидравлическом двигателе.

14. Зубчатый насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он является частью бесступенчатой трансмиссии.