Аксиально-поршневая гидромашина Советский патент 1992 года по МПК F04B1/26 

vj О VI ГО

го

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к аксиально-поршневым гидромашинам, которые могут быть использованы в гидроприводах в качестве насоса или гидромотора. Целью изобретения является упрощение конструкции за счет упрощения распределительного узла. Цель изобретения достигается тем, что в гидромашине, имеющей приводной фланцевый вал со сферическими гнездами под шаровые головки цилиндров и обойму, в сферических гнездах которой закреплены поршни, а оси вращения вала и обоймы пересекаются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры их сферических гнезд, каждое сферическое гнездо приводного фланцевого вала снабжено окнами нагнетания и всасывания, которые каналами связаны первое - с полостью корпуса, а второе - с кольцевой полостью высокого давления. Окна всасывания и нагнетания каждого сферического гнезда вала выполнены симметрично относительно друг друга внутри двух участков его поверхности в местах контакта с поверхностью шаровой головки цилиндра в положениях, соответствующих верхней и нижней мертвым точкам поршней. Внутренняя полость гидромашины связана с магистралью низкого давления. 6 ил. е

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к аксиально-поршневым гидромашинам, и может быть использовано в гидроприводах в качестве насоса или гидромотора.

Известна аксиально поршневая гидро- машинас клапанным распределением рабочей жидкости, содержащая корпус с размещенным в нем приводным валом, выполненным за одно целое с наклонным диском и неподвижный блок цилиндров, в отверстиях которого установлены плунжеры, снабженные осевыми каналами с установленными в них всасывающими обратными клапанами, связывающими рабочие камеры с внутренней полостью гидромашины и нагнетательные обратные клапаны, сообщающиеся с кольцевым коллектором.

Недостатком данной гидромашины является повышенная сложность, обусловленная наличием двух обратных клапанов на каждый цилиндр. Ограниченные надежность и долговечность пружин и гнезд обратных клапанов снижают аналогичные показатели гидромашины в целом, а незначительная эффективная площадь проходивго сечения каналов клапанов ограничивает частоту вращения приводного еала и производительность гидромашины.

Известна аксиально-поршневая гидромашина с цапфовым распределением рабочей жидкости, содержащая установленный в корпусе приводной фланцевый вал с шар- нирно закрепленными на нем шаг/нами, поршни которых размещены в отверстиях блока цилиндров, установленного на распределительной цапфе, закрепленной в корпусе и снабженной двумя окнами для подвода и отвода рабочей жидкости в рабочие камеры. 8 сравнении с другими пидами распределения цэпфовое отличается компактностью элементов и простотой их изготовления.

Недостатками этой гидромашины являются значительные радиальные нагрузки на цапфу и пониженная герметичность распределительного узла, обусловленная значительной величиной радиальных зазоров.

Известна аксиально-поршневая гидро- машина, содержащая установленные в корпусе приоодной фланцевый вал со сферическими гнездами с шарнирно закрепленными в них шаровым; юловками цилиндров м OvC i n.iy, i3 сферических гнездах которой шарпирчо закреплены поршни, размещенные г, отверстиях цилиндров, причем каждое сфеоическое гнездо привсдного фланцевого я имг--:г окно г.сасыопния с каналом для сообщо -,-.ц рабочей камеры ци- линдрл через торт-ч- ; распределитель с полостями выс Л . О -о - низкого давлений, выполненными з корпусе, а оси нрзщения приводи.го флзнцегюго паля и обоймы пересекается но биссектрисе угля, образованного : -лоскост г.--:, проходящими через центры и/ c /opti4 :r.t Hx гнез/;.

Недостатком изпестной п-дромашины является по; ы иеннг : сложности, обусловлены. :ю-тор:зь.л. MViw.ieM дополнитопь- ной детз.1.. тооunco г- определительного золотника. II, ьо-ат(,;;ь х повышенной технологической слс. сиг.олью изготовления распределит --ль.:ого узла.

Целыэ изобретенаi является упрощение конструкции гидромашины за счет упрощения распределительного узла.

Поставленная цель достигается тем, что в аксиа-г.ьно-поршнезой гидромашине, содержащей установленные и корпусе приводной фланцевый вал со сферическими гнездами с шарнирнс закрепленными з них шаровыми головками цилиндров и обойду, в сферических гнездах которой шарнирио закреплены поршни, размещенные в отверстиях циличдрои, причем каждое сферическое гнездо приводное фланцевого вала

имеет окно всасывания с каналом для сообщения рабочей камеры цилиндра с полостью высокого давления, выполненной в корпусе, а оси вращения приводного фланцевого вала и обоймы пересекаются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры их сферических гнезд, каждое сферическое гнездо приводного фланцевого вала снабжено окном на0 гнетания с каналом отвода для сообщения рабочей камеры с полостью корпуса, при этом окна всасывания и нагнетания каждого сферического гнезда выполнены внутри двух участков его поверхности, симметрич5 ных относительно оси, соединяющей центры приводного фланцевого вала и сферического гнезда, с асзможностью перекрытия поверхностью шаровой головки цилиндра в положениях, соответствующих

0 верхней и нижней мертвым точкам поршней, а полость корпуса сообщена с каналом отвода рабочей жидкости.

На фюг.1 представлена аксиально-поршневая гидромашина, продольный разрез;

5 на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг. - разрез В-В к а фиг.1; на фиг.5 - схема для иллюстрации Формы участков поверхности сферического гнезда, внутри которых выполняются окна

и всасывания и нагнетания; на фиг.6 - взаимное расположение окон в сферическом гнезде и отверстия в цилиндре при различных углах поворота приводного вала.

Ак иально-псршневая гидромашина со5 держит корпус 1, в полости 2 которого установлен приводной фланцевый вал 3. В сферических гнездах 4 приводного фланцевого вало 3 посредством стопорной пластины 5 шарнирно закреплены шаровые

0 головки 6 цилиндров 7. С приводным фланцевым валом 3 посредством двух зубчатых венцов 8 и 9 кинематически связана обойма 10. В сферических гнездах 11 обоймы 10 посредством стопорной пластины 12 шар5 нирно закреплены поршни 13, установленные а сквозные отверстия 14, выполненные в цилиндрах 7 и их шаровых головках 6. Каждое сферическое гнездо 4 приводного фланцевого вала 3 снабжено окном 15 всаU оывания с каналом 16, связывающим рабочую камеру, образованную торцом поршня 13, отверстием 14 и поверхностью сферического гнезда 4 с кольцевой полостью 17 высокого давления, выполненной в донной

5 части корпуса 1, Оси вращения приводного фланцевого вала 3 и обоймы 10 пересекаются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры сферических гнезд 4 и 11. Каждое сферическое гнездо 4 приводного фланцевого вала

3 снабжено дополнительным окном 18 нагнетания, которое посредством канала 19 отвода, выполненного в приводном фланцевом валу 3 и зубчатом венце 8, сообщает рабочую камеру в отверстии 14 цилиндра 7 с полостью 2 корпуса 1 гидромашины, Окна всасывания 15 и нагнетания 18 каждого сферического гнезда 4 выполнены внутри двух участков 20 и 21 его поверхности соответственно, симметричных друг другу отно- сительно оси, соединяющей центры приводного фланцевого вала 3 и сферического гнезда 4 и контактирующих с поверхностью шаровой головки б цилиндра 7 в положениях, соответствующих верхней и нижней мертвым точкам (ВМТ и НМТ) поршней 13. В результате в ВМТ и НМТ поршней 13 окна 15 и 18 перекрываются поверхностью шаровой головки 6 цилиндра 7 и, следовательно, полости высокого 17 и низкого 2 давлений изолированы от рабочих камер в отверстиях 14. На фиг.2-6 представлен вариант исполнения гидромашины с окнами всасывания 15 и нагнетания 18, наиболее простыми с технологической iочки зрения. Каналы для подвода 16 и ствола 19 в приводном фланцевом валу 3 выполнены сверлением, при этом окна 15 и 18 образованы при пересечении поверхности упомянутых каналов с поверхностью каждого сферического гнезда 4 и имеют форму эллипса. Для уменьшения компрессии рабочей жидкости в цилиндрах 7, находящихся в областях, близких к ВМТ и НМТ поршней 13, кромка окон 15 и 18 должна располагаться на возможно меньшем расстоянии от гра- ниц участков 20 и 21 поверхности сферических гнезд 4, обеспечивающем при этом герметичность рабочих камер. Окна всасывания 15 и нагнетания 18 могут иметь любую другую форму, при этом они не должны выходить за пределы заштрихованных на фиг.5 участков 20 и 21 поверхности с.фе рического гнезда 4. В корпусе 1 гидромашины выполнено отверстие 22, через которое полость 2 сообщается с каналом отвода рабочей жидкости (не показан). С каналом всасывания кольцевая полость 17 корпуса 1 связана через отверстие 23.

Гидромашина в режиме гидромоторэ работает следующим образом.

Рабочая жидкость из магистрали всасывания через впускное отверстие 23 подводится в кольцевую полость 17 корпуса i. Из полости 17 рабочая жидкость поступает в каналы 16, сообщающиеся с окнами 15 всасывания сферических гнезд 4. Окна 15 BCU сывания в тех сферических гнездах 4, которые охватывают шаровые головки 6 цилиндров 7, находящихся в положениях соответствующих ВМТ и НМТ поршней 13. а так же слева от оси, соединяющей центры упомянутых сферических гнезд 4 (фиг.6), перекрыты поверхностями шаровых головок 6. 5 При этом рабочие камеры в этих цилиндрах 7 отсоединены от полости 17 всасывания. Окна 15 всасывания в тех сферических гнездах 4, которые расположены справа от оси, соединяющей центры шаровых головок ци0 линдроа 7, находящихся в ВМТ и НМТ, сообщаются с отверстиями 14 цилиндров 7, закрепленных в этих сферических гнездах4. При этом на поверхности шаровых головок 6, сферических гнезд 4 и торцах поршней 13

5 возникают силы от давления рабочей жидкости. Тангенциальная составляющая этих сил на шаровых голошсах 6 и охватывающих их сферических гнездах 4 создает на при- аодном фланцевом валу 3 крутящий момент.

Г Осеэые силы, действующие на поршни 13, передаются их шаровыми головками на сферические гнезда 11. В результате на обойме 10 возникает крутящий момент, равный по величине и направленный в ту же сторону,

5 что и момент на приводном фланцевом валу 3. Оба крутящих момента суммируются посреди вом зубчатых венцов 8 и 9. Если суммарный крутящий момент больше момента сопротивления со стороны полезной на0 грузки на приводном фланцевом валу 3, последний начинает вращаться. Синхронное вращение приводного фланцевого вала 3 и обоймы 10 обеспечивается равенством чисел зубьев обоих венцов 8 и 9. При совмест5 ном вращении приводного фланцевого вала 3, обоймы 10 и связанных с ними поршневых групп оси цилиндров 7 описывают относительно сферических гнезд 4 и 11 конусы, вершины которых совпадают с центрами

0 этих сферических гнезд. При этом отверстия 14 в шаровых головках 6 цилиндров 7 совершают относительно центров своих сферических гнезд 4 орбитальное движение. Начало рабочего цикла для каждой поршневой груп5 пы соответствует ВМТ поршня 13. в которой отверстие 14 располагается между окном всасывания 15 и нагнетания 18 сферического гнезда 4. При этом рабочие камеры изо- л г;юэаны от полости 17 всасывания и

0 полости 2 корпуса 1. При повороте приводного фланцевого вала 3, например, против часовой стрелки, отверстие 14 цилиндра 7 смещается в направлении окна 15 всасывания и открывает доступ рабочей жидкости к

5 торцу поршня 13. Открытая в отверстии 14 площадь окна 15 всасывания постепенно увеличивается от нуля в ВМТ до максимального значения, равного полной площади окна 15 всасывания при повороте приводного фланцевого вала 3 на 90 градусов. При повороте на следующие 90 градусов упомянутая площадь постепенно уменьшается до полного перекрытия окна 15 в НМТ поршня 13. В течение описанного цикла окно нагнетания 18 перекрыто поверхностью шаровой головки 6 цилиндра 7. Дальнейшее вращение приводного фланцевого вала 3 сопровождается уменьшением обьемэ рабочей камеры и смещением отверстия 14 цилиндра 7 в сторону окна 18 нагнетания. Рабочая жидкость вытесняется торцом поршня 13 в канал 19 и далее в полость 2 корпуса 1. В течение цикла вытеснения рабочей жидкости окно 15 всасывания перекрыто поверхностью шаровой головки 6. При достижении поршнем 13 ВМТ никл повторяется. Из полости 2 корпуса 1 рабочая жидкость отводится через отверстие 22. Герметичность рабочих камер обеспечивает стопорная пластина 5, которая воспринимает осевые нагрузки на цилиндрах 7 и предотвращает отрыв их шаровых головок б от сферических гнезд 4. Стопорная пластина 12 предотвращает отрыв поршней 13 от обоймы 10 npt работе гидромашины в режиме насосч (ни самовсасывании). При вращении приводного фланцевого вала 3 скорость возвратно- поступательного перемещения порш;:ей 13 в отверстиях 14 цилиндров 7 изменяется по синусоидальному зг.кому. При этом степень перекрытия окон всасывания 15 и нагнетания 18 также не постГ - г иэ по углу поворота приводно о пала 3 i может изменяться по синусоидальному злкону, что достигается выбором формы ок.:ы 14 и 18, В результате сопротир.чг Н ,10 потоку рабочей жидкости в окнах 15 и 18 постоянно в течение всего цикла работы порп;и ;аой группы, что уменьшает пульсация потока в линии нагнетания при работе г- рохиме насоса, либо уменьшает неравномерность вращения езпа гидро- моторз по сраг ноиио с гидромашинами, имеющими тр.яиционные распределитель ные узлы. В отличии от торцовых распреде- лителей г1 описанной гидромашине допускается некоторое осе«ое перемещение приводного фланцевого вала 3 относительно длиной корпуса 1. При этом увеличение зазора между контактирующими плоскостями приводного фланцевого вала 3 и корпуса 1 не сопровождается снижением оС ьемного КПД, так как полос ь всасывания может быть надежно изолирована от псюсти нагнетания, например, посредством уплотнительною кольца (фиг.1) , либо путем установки с минимальным радиальным зазором наружной цилиндрической поверхности фланца приводного вала 3 в расточку корпус ч 1. Подвод рэСичей жидкости в рабочие камеры можно осуществить

так же любым известным способом, например посредством цапфы, устанавливаемой в отверстие приводного фланцевого вала 3 и снабженной только одним кольцевым кана- лом всасывания (что обеспечит меньшие утечки по сравнению с традиционным цап- фовым распределением).

Выполнение в каждом сферическом

гнезде приводного фланцевого вала дополнительного окна нагнетания с каналом отвода для сообщения рабочей камеры с полостью корпуса, размещение окон всасы- аания и нагнетания каждого сферического

гнезда внутри двух участков его поверхности, симметричных относительно оси, соединяющей центры приводного фланцевого вала и сферического гнезда с возможностью перекрытия поверхностью шаровой головки

цилиндра в положениях, соответствующих верхней и нижней мертвым точкам поршней, а также соединение полости корпуса с каналом отвода рабочей жидкости позволит упростить конструкцию Гидромашины, сни31 ть ее технологическую сложность за счет уменьшения количества дет лей и упрощения технологии их изготовления.

30

Формула изобретения

Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая установленные в полости корпуса приводной фланцевый вал со сфериче- скими гнездами с шарнирно

5 зэкоепленныии в них шаровыми головками цилиндров и обойму, в сферических гнездах которой шарнирно закреплены поршни, размещенные в отверстиях цилиндров, причем каждое сферическое гнездо приводного

0 фланцевого вала имеет окно всасывания с каналом для сообщения рабочей камеры цилиндра с полостью высокого давления, выполненной в корпусе, а оси вращения приводного фланцевого вала и обоймы пе5 ресекэются на биссектрисе угла, образованного плоскостями, проходящими через центры их сферических гнезд, отличающаяся тем. что, с целью упрощения конструкции за счет упрощения распределитель0 ною узла, каждое сферическое гнездо приводного фланцевого пала снабжено окном нагнетания с каналом отвода для сообщения рабочей камеры с полостью корпуса, при этом окна всасывания и нагнетания

5 каждого сферического гнезда выполнены внутри двух участков его поверхности, симметричных относительно оси, соединяющей центры триаодного фланцевого вала и сферического гнезда, с возможностью перекрытия поверхностью шаровой головки

цилиндра в положениях, соответствующих ней, а полость корпуса сообщена с каналом верхней и нижней мертвым точкам порш- отвода рабочей жидкости.

25

д/ А/

22

Фиг. /

ел

Oi

15

Фиг.Ь

1

Фи..5

78

Фиг. 6