ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Советский патент 1926 года по МПК F16H39/06 

Существует целый ряд конструкций гидравлических поршневых приводов с вращающимися цилиндрами, предназначенных для передачи энергии в самых разнообразных случаях, но почти все эти конструкции до сих не получили практического применения. Это объясняется отчасти тем, что для возможности уменьшения размеров гидравлического привода приходится пускать его под весьма большими давлениями, в 150 атм. и более. Вследствие этого и по причине несовершенства конструций известных до сих пор масляных приводов, масло, находясь под большим давлением, выступает в различных местах из привода, что влечет за собою его утечку и уменьшает степень полезного действия привода. Кроме того, проходя по узким трубам и каналам, масло сильно нагревается, что является новым источником неудобств и потерь. Эти недостатки усиливаются от невыгодного расположения отдельных частей.

Предлагаемая гидравлическая передача имеет целью устранение вышеозначенных недостатков.

Выяснилось, что из всех частей привода, который должен обладать возможною простотою конструкции, вращающиеся поршни весьма быстро становятся причиною возникающих неплотностей. В предлагаемом устройстве эти неплотности устраняются тем, что поршень снабжается направляющею в форме крейцкопфа. Ползуны, коими снабжены крейцкопфы, воспринимают поперечные усилия, возникающие при экцентрическом расположении направляющего кольца на поршне, благодаря чему устраняется истирание и одностороннее изнашивание поршней. Крейцкопфы можно соединять с поршнями, как наглухо, так и шарнирно; необходимо лишь, однако, чтобы соприкосновение обоих частей происходило в одной плоскости, ибо, под влиянием центробежной силы, поршни постоянно прижимаются к крейцкопфам. Так как для уменьшения размеров привода необходимо, чтобы он работал не только под большим давлением, но и с большим числом оборотов, то поршни или крейцкопфы снабжаются, как обыкновенно, направляющими роликами. Во избежание сообщения последним недопустимо большой скорости вращения, их располагают на направляющем кольце или барабане, совершающем вращение вместе с вращающеюся частью привода. В таком случае, роликам нет надобности находиться в постоянном вращении, а достаточно лишь совершать короткие качания около своих осей; совокупное же применение направляющего кольца и направляющих роликов позволяет достигать произвольной быстроты вращения. Следующим весьма важным элементом, устройство которого требует особой тщательности, является поддерживающая цафпа, на которой вращается привод. Существующие конструкции, для подведения рабочей жидкости в цилиндры через цапфу, не давали до сих пор удовлетворительных результатов, ибо на устройство поддерживающей цапфы до сих пор не обращалось достаточно внимания.

Согласно изобретению, поддерживающая цапфа устраивается таким образом, что она снабжается особыми поддерживающими поверхностями, к которым прилегает средняя, устроенная в виде ступицы, часть корпуса цилиндра. Благодаря этому, односторонне укрепленная цапфа получает длину, в несколько раз превышающую ее диаметр. Такое, возможно большее, удлинение цапфы способствует, по возможности, уменьшению удельного поверхностного давления. С другой стороны, необходимо, чтобы под давлением масла находилась не вся поддерживающая поверхность, ибо иначе цапфа будет подвержена действию слишком больших усилий, которые влекут за собою небольшие деформации поддерживающей цапфы. Эти небольшие деформации обнаружились бы затем разъеданиями привода, что, помимо больших потерь от трения, повлекло бы еще сильное изнашивание устройства в определенных местах. В рабочее масло стали бы попадать металлические частицы, что весьма быстро привело бы механизм к разрушению, Поэтому, для ограничения нагрузки поддерживающей цапфы, последняя снабжается на обоих сторонах распределительных поверхностей кольцевыми пазами, по которым рабочая жидкость, выступающая на поверхности цапфы, переходит с нагнетательной стороны на всасывающую и потому не может распространяться по всей длине цапфы. Для достижения независимости цапфы от влияний приводного и движимых валов, между блоком цилиндров и валом включается сцепление с двусторонним действием. Оно состоит, в главных частях, из шайбы, снабженной на обоих сторонах зубцами, кулаками и т.п. Зубцы одной стороны сцепляются с цилиндровым блоком, зубцы другой стороны, целесообразно расположенные перпендикулярно к первым, сцепляются с валом. Этим достигается везможность установки сцепной шайбы как относительно блока цилиндров, так и относительно вала, так что цапфа может располагаться под углом к валу, не вызывая действия на него вредных нагрузок.

Для устранения высоких температур масла, согласно изобретению, между насосом и двигателем располагается резервуар, через который должно проходить все находящееся в циркуляции количество масла. В этом резервуаре масло приходит в состояние покоя, в котором пребывает в течение некоторого времени. Таким образом, происходит постоянное охлаждение масла, благодаря чему температура циркулирующего рабочего вещества может быть поддерживаема на постоянном уровне.

Применение масляного резервуара представляет еще и то преимущество, что небольшие нечистоты в виде, например, осколков от истирания, получающихся в приводе с течением времени, тотчас же опускаются на дно и выделяются из циркулирующего масла. Масляный резервуар располагается таким образом, что осевшие частицы уже не попадают больше в циркулирующее масло. Это достигается проще всего тем, что масляный разервуар располагается совершенно отдельно как от насоса, так и от двигателя.

На приложенных чертежах изобретение показано в нескольких формах осуществления, при чем фиг. 1 изображает продольный разрез насоса или двигателя; фиг. 2 - поперечный разрез его; фиг. 3 - боковой вид другой формы осуществления привода, в которой поршни при каждом обороте совершают двойной розмах; фиг. 4 - продольный, а фиг. 5 - поперечный разрезы привода с двумя направляющими роликами, расположенными снаружи; фиг. 6 - видоизменение устройства, в котором ролики расположены на одинаковой высоте; фиг. 7 поясняет способ включения масляного резервуара на пути циркулирующей жидкости с расположением масляного резервуара в инструментальном станке; фиг. 8 - устройство принудительного распределения для насоса и двигателя; фиг. 9 - схема включения масляного резервуара между насосом и двигателем при раздельной установке; фиг. 10 - устройство автоматического переключающего приспособления; фиг. 11 - устройство ручного переключающего приспособления.

Двигатель и насос гидравлического поршневого привода имеют следующее устройство. В корпусе 1 укреплена цапфа 2, на которой вращается барабан 3 (фиг. 1 и 2) с каналом 15 и радиальными цилиндр, полостями 4, в которых двигаются поршни 5. На внешнем конце каждого поршня имеется крейцкопф 6, направляемый стенками гнезда в барабане 3. Через крейцкопф проходит ось 7, снабженная на концах направляющими роликами 8. Последние ходят по направляющему кольцу 9, которое вращается на шариковых подшипниках 12, расположенных на выступах рамы 10. Перестановка этого приспособления в его направляющей 10а, помощью винтового шпинделя 10b, производит изменение эксцентриситета направляющего кольца.9, а вместе с тем и розмаха рабочих поршней 5. Это устройство может быть, следовательно, применено и для уменьшения хода привода до нуля и последующего затем изменения направления вращения насоса или двигателя. Приведение и отведение рабочей жидкости происходит по отводным каналам 13 и 14 в неподвижной средней цапфе 2 и по радиальным каналам 15 и 16, которые, при вращении барабана 3, действуют как распределительные каналы. Для смазки цапфы 7 крейцкопфа и его направляющих 6, в поршне и в крейцкопфе устроены каналы 17 и 18. Эти каналы служат и для разгрузки этих частей от давления жидкости. Нет надобности устраивать крейцкопф и поршень в виде одного целого, как это показано на чертеже. Они могут составлять и две отдельные части, прижимаемые друг к другу действием центробежной силы или особым вспомогательным приспособлением. Для разгрузки цапфы 2 от давления и для устранения вредных в ней напряжений, необходимо, чтобы находящееся под давлением масло не могло распространиться по всей длине цапфы. С этой целью, близ распределительных каналов 15 и 16 в цапфе 2 устроены кольцевые пазы 19, по которым движущееся вдоль цапфы масло переходит с нагнетательной стороны на всасывающую. Таким путем можно, следовательно, строго ограничивать величину поверхности находящейся под давлением жидкости. Такие кольцевые пазы можно устраивать и в окружающих цапфу стенках канала в блоке цилиндров. Для дальнейшей разгрузки средней цапфы от кольцевых пазов 19 на всасывающей стороне ответвляются еще небольшие пазы или каналы 20, коими ограничиваются поверхности 21, на которые давление жидкости действует тогда в направлении, прямо противоположном рабочему давлению на распределительные пазы в средней цапфе и таким образом уравновешивает это последнее давление. Таким путем можно совершенно разгрузить цапфу. Для устранения заклинивания или заедания привода, а также небольших изменений в положении поддерживающей цапфы относительно ведущего наружу вала, которым может быть как движущий вал, так и приводимый в движение, в привод включено сцепное приспособление. Последнее состоит, в главных частях, из шайбы 23, снабженной на одной стороне кулаками или зубцами 23а, сцепляющимися с барабаном. На другой стороне, перпендикулярно к первым, устроены зубцы 23b, входящие в соответствующие выемки в вале 22. Сцепная шайба 23 может таким образом совершать небольшие перемещения как относительно цилиндрового блока, так и относительно вала.

Форма осуществления, показанная на фиг. 3, представляет привод, у которого каждый поршень делает два размаха при одном обороте барабана. Вследствие этого, направляющее кольцо состоит из двух половин 24 и 25, не вращающихся, но передвигаемых друг относительно друга помощью распределительного приспособления 26. На чертеже поршни показаны в положении наименьшего размаха. Последний возрастает при раздвигании обоих половин 24, 25 кольца. Число подводящих и отводящих каналов для рабочей жидкости должно быть в этом случае удвоено.

В форме осуществления, показанной на фиг. 4-6, гнездо для вращающегося направляющего кольца расположено снаружи этого последнего, так как направляющее кольцо или барабан опирается на несколько роликов. Фиг. 4 изображает насос, вращающийся лишь в одну сторону. Направляющее кольцо 27 покоится здесь на роликах 28 и 29. Эти ролики сидят на цапфах малого диаметра и потому могут покоиться на шариковых подшипниках нормальной конструкции, благодаря чему в приводе вовсе не имеется шариковых подшипников с выходящими из нормы размерами. Один из поддерживающих роликов-28-расположен в показанной форме осуществления почти на вертикали под осью. Его положение определяется таким образом, чтобы возникающее в приводе обратное давление нагружало его, сравнительно, равномерно. Другой ролик - 29 - смещен приблизительно на круга относительно первого. Он принимает на себя толчки, вызываемые включением и выключением отдельных цилиндров. Направляющему кольцу 27 придается, по преимуществу, V-образное поперечное сечение (фиг. 5) такого вида, что направляющие ролики 28 и 29 прилегают к направленной внутрь полке V-образного кольца, а ролики 8 крейцкопфа - к внутренней поверхности самого кольца: таким образом направляющая поверхность этих последних роликов имеет более значительный диаметр, чем поверхность прилегания направляющего кольца к поддерживающим роликам. Такое устройство дает более выгодные отношения для передачи энергии.

В форме осуществления, показанной на фиг. 6, имеются два ролика 30, расположенные в коробке 31, соединенной с переставным приспособлением (винтом) 32. Действием этого последнего производится передвигание направляющего кольца 33, а, следовательно, изменение розмаха насоса или двигателя. Роликам придается такое положение, чтобы сумма наибольших их нагрузок давала наименьшее значение. Угол, образуемый обоими роликами, зависит от числа цилиндров.

На фиг. 7 показан способ включения масляного резервуара в гидравлический привод. Последний состоит, в главных частях, из насосов 34, регулируемый шкиф которого 35 приводится во вращение каким-нибудь двигателем, и из масляного двигателя 36, который приводит в действие соответствующую ведомую часть, напр., рабочий станок. Между обоими названными частями включен масляный резервуар 37. Таким образом, насос 34 извлекает масло из этого резервуара, тогда как двигатель 36 отдает в него таковое. Вследствие этого, масляный резервуар в этом устройстве располагается на всасывающей стороне и не подвергается особенно большим давлениям. Могут, однако, случиться обстоятельства, заставляющие включать масляный резервуар между насосом и двигателем; в таком случае, ему, конечно, приходится придавать особую прочность. Масляный резервуар, как было сказано, выполняет различные назначения. Прежде всего он способствует получению равномерной, более низкой температуры масла. В этих видах ему придают достаточный объем для помещения масла и располагают таким образом, чтобы теплота могла свободно излучаться и уходить наружу. Для лучшего отведения теплоты полезно располагать масляный резервуар в месте нахождения более значительных масс железа, следовательно, например, в рабочем станке - в описываемой форме осуществления - в подошве его. Во всяком случае, этот резервуар устанавливается отдельно от насоса и двигателя. Для рабочих станков такое устройство представляется особенно важным в виду необходимости поддерживать в этом случае определенные скорости, в особенности, при медленном ходе, когда обрабатывается заготовка больших размеров. Возникающее при этом скольжение привода в предлагаемом устройстве почти совершенно устраняется, т.е. при неизменном числе оборотов насоса привод и под нагрузкою работает так, что двигатель и приводимый в движение вал вращаются равномерно при продолжительной работе, так как температура масла не повышается. Масляный резервуар снабжается фильтрами и другими общеизвестными приспособлениями для отделения из циркулирующего масла нечистот и мелких осколков.

Для переключения двигателя с правого хода на левый, оставляя масляный резервуар включенным на всасывающей стороне насоса, служит приспособление, показанное на фиг. 11. В коробке 38 ходит переключающий золотник 39. Рабочая жидкость поступает из насоса в двигатель по каналам 40, 41 и 42. Стекание этой жидкости в резервуар совершается по каналу 43. Золотник 39 снабжен распределительными каналами 44 и 45 и средним каналом 46. Действие приспособления состоит в следующем. Так как в показанном на чертеже среднем положении доступ в каналы 41 и 42 закрыт золотником 39, то рабочая жидкость может поступать в отводный канал 43 только через окно 47, т.е., следовательно, двигатель при этом стоит, между тем как насос работает. Этим устраняется образование в насосе недопустимо высокого давления. В то же время происходит и вентиляция насоса, что особенно важно для пуска двигателя в ход. При передвиганий затем золотника 39 кверху, рабочая жидкость получает возможность протекать из насоса по верхнему каналу 41 в направлении стрелки и, двигаясь по каналу 42 в направлении стрелки В, поступать по распределительному каналу 45 в отводный канал. Наоборот, при передвиганий золотника из среднего положения книзу, рабочая жидкость проходит из насоса по каналу 42 в направлении стрелки С - в двигатель, возвращается в направлении стрелки по каналу 41 и через распределительные каналы 44 и каналы 46 поступает в отводный канал 43. В канале, ведущем в двигатель, полезно располагать предохранительный клапан, действующий при протекании масла в двигатель по обоим направлениям. С этою целью предохранительный клапан составляется из запирающего приспособления 48, находящегося, как обыкновенно, под давлением пружины и имеющего две поверхности давления 49 и 50. Поверхность 50 запирает промежуточный канал 51 и подвергается давлению тогда, когда масло протекает по каналу 42 по направлению стрелки С. При движении масла по верхнему каналу, в направлении стрелки А, давлению подвергается поверхность 49. На фиг. 9 показана схема включения автоматического переключающего приспособления между насосом, двигателем и масляным резервуаром. Самое переключающее приспособление показано в продольном разрезе на фиг. 10. Оно состоит из коробки 52, к которой с одной стороны примыкают каналы 53 и 54, ведущие к насосу. С другой стороны к ней примыкают каналы 55 и 56, ведущие к двигателю. Коробка снабжена еще двумя сообщающимися между собою отверстиями 57, 59, от которых канал 58 ведет в резервуар для жидкости 60. Канал 59 присоединяется в точке 61. В коробке ходит золотник 62, находящийся под давлением пружины 63 и снабженный распределительными ребрами 62а, 62b, 62с и 62d. Ребра 62а и 62d имеют отверстия 63а и 63b, через которые масло поступает в лобовые пространства распределительного приспособления, которое подвергается, таким образом, одностороннему давлению жидкости. Действие приспособления состоит в том, что оно позволяет резервуару с жидкостью при переключении двигателя или насоса оставаться всегда на всасывающей стороне. В положении, показанном на фиг. 10, масло течет, например, из насоса по каналу 53 и затем по каналу 55 в двигатель, откуда по каналу 56 возвращается назад, поступая по каналу 61 в масляный резервуар, откуда насосом высасывается вновь по каналу 58. Сам по себе распределительный орган давлением масла из насоса оттесняется в свое нижнее положение, так как масло поступает по каналу 63а в пространство позади распределительного поршня. При переключении насоса канал 54 становится напорным. Рабочая жидкость отталкивает тогда распределительный орган кверху, притекая теперь через отверстие 63в под поршень и направляясь затем по каналу 56 в двигатель.

На фиг. 7 и 8 изображено приспособление для переключения привода, состоящего из насоса и двигателя и приводящего, например, в действие токарный станок. В случае токарных станков, приводимому в движение валу приходится сообщать определенные скорости соответствующею установкою привода. Поэтому регулирующее приспособление масляного привода устроено, в этом случае, таким образом, что перевод насоса и двигателя совершается принудительным образом, так что при небольших скоростях вращения регулирование производится сначала только установкою действия насоса, пока он не достигнет своей наибольшей производительности, после чего число оборотов изменяется уменьшением эксцентриситета двигателя, вследствие чего происходит дальнейшее увеличение скорости, между тем как насос по прежнему продолжает работать с наибольшею производительностью. Такое устройство, обладает еще тем преимуществом, что его можно снабжать указательным приспособлением, на котором сразу прочитывается всякое достигнутое число оборотов. Регуляторным приспособлением в этом случае служит барабан 86 с пазом 87, в который входят направляющие ролики 88 и 89 переводного приспособления для насоса и двигателя. Ролики укреплены к лапам 90, которые соединены с переводным приспособлением, имеющим, например, устройство, показанное на фиг. 1 и 2.

На оси барабана сидит стрелка 91, перемещающаяся по шкале 92 (фиг. 7 и 8), Перестановка барабана производится помощью ручного маховичка 93. Переводное приспособление устроено при этом так, что при вращении барабана ролики 88 передвигаются сначала по криволинейному концу паза 87, между тем как ролик 89 идет по прямолинейной части паза, не изменяя положения двигателя. Когда же производительность насоса достигает наибольшего предела, дальнейших же изменений в установке не происходит, то ролик 89 при последующем вращении барабана переходит в другую восходящую часть паза, производя этим перевод двигателя. Число оборотов насоса передается затем помощью зубчатых колес 94 шпинделя 95 станка.

1. Гидравлическая передача, характеризующаяся применением сообщающихся между собою реверсивных насоса и приемника или двигателя тождественных по устройству и состоящих каждый из барабана 3 (фиг. 1 и 2) с каналами 15 и радиальными цилиндрическими полостями 4 для поршней 5 с крейцкопфами 6, снабженных каналами 17, 18 для смазки и осями 7, соединенных с парными роликами 8, направляемыми кольцом 9, поворотно установленным при помощи шариковых подшипников 12 на выступах рамы 10, с целью изменения подачи насоса и числа оборотов приемника - перемещаемой по направляющим 10а винтом 10 и пропускающей с одной стороны - цапфу 2 для барабана 3, снабженную приводным и отводным каналами 13, 14 и кольцевыми пазами 19 и пазами 20 - для смазки, а с другой стороны пропускающей ведущий для насоса и ведомый для двигателя вал 22, сцепляемый с барабаном 3 посредством ребристой шайбы 23, по устройству подобной шайбе в известном соединении Ольдгама.

2. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 передачи (фиг. 3), отличающееся тем, что взамен вращающегося цельного направляющего кольца 9 - применяется кольцо, состоящее из двух невращающихся половинок 24, 25, раздвигаемых посредством приспособления 26, состоящего из винтов, соединенных зубчатым сцеплением, каковое устройство применяется с целью придать каждому поршню два размаха при одном обороте барабана, для чего необходимое число подводящих и отводящих каналов для рабочей жидкости удвоено.

3. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 передачи (фиг. 4 и 5), отличающееся тем, что взамен направляющего кольца 9 применяется направляющее кольцо 27, вращаемое лишь в одну сторону и установленное на двух парных роликах 28, 29.

4. Видоизменение охарактеризованной в п. 3 передачи (фиг. 6), отличающееся тем, что парные ролики 30, 30, заменяющие собою ролики 28, 29, закрепляются в коробке 31, перестанавливаемой винтом 32.

5. Применение охарактеризованных в п.п. 1-4 передач в качестве привода к токарному станку (фиг. 7-8), отличающееся тем, что к насосу 35 и приемнику или двигателю 36, располагаемым на общей геометрической оси, присоединяется отдельно от них установленный масляный резервуар 37, снабжаемый фильтрами и другими общеизвестными приспособлениями для очистки масла, причем для перемещения направляющих колец применяется вращаемый барабан 86 с пазами 87 для роликов 88, 89, закрепленных на лапах 90, присоединенных к направляющим кольцам.

6. Применение охарактеризованных в п.п. 1-4 передач в качестве привода к машинам с двумя параллельными или под углом располагаемыми рабочими валами (фиг. 9), отличающееся тем, что между насосом и приемником или двигателем помещается отдельно от них устанавливаемый масляный резервуар 60, снабжаемый фильтрами и другими общеизвестными приспособлениями для очистки масла.

7. Применение к охарактеризованным в п.п. 1-4 передачам и в п.п. 5, 6 машинам переключающего приспособления (фиг. 10), состоящего из пружинного, поршневого золотника 62, 62а, 62b, 62с, 62d с отверстиями 63а, 63b, перемещающегося в коробке 52 с каналами 53 и 54, ведущими к насосу, и каналами 55 и 56, ведущими к приемнику или двигателю.

8. Видоизменение охарактеризованного в п. 7 переключающего приспособления (фиг. 11), отличающееся применением поршневого золотника 39 с каналами 44, 45, 46, перемещающегося в коробке 38, снабженной пружинным предохранительным клапанном 48 и каналом 40, ведущим к насосу, и каналами 41, 42, ведущими к приемнику или двигателю.