Аксиально-поршневая гидромашина Советский патент 1992 года по МПК F01B3/04 F04B1/00 

Изобретение относится к поршневым гидромашинам преимущественно большой мощности, предназначенным, например, для преобразования вращательного движения в ветроагрегатах и бесплотинных гидроагрегатах мегаваттного класса, а также для использования их в качестве двигателей энергоемких приводов, в особенности судовых движителей..

Известна поршневая машина, предназначенная для преобразования вращения в возвратно-поступательные движения, содержащая Корпус, в торцах которого расположены впускные и выпускные окна, блоки цилиндров, в которых размещены поршни, попарно соединенные между собой, приводной вал и механизм преобразования движений в виде роликов, закрепленных на

штоках с возможностью взаимодействия с криволинейной направляющей.

Однако из-за конструктивных особенностей машины удельное давление в ее роликовом узле чрезмерно высокое и направлено в одной плоскости, что приводит к перегрузке роликового узла, уменьшает его ресурс и снижает общую эффективность машины.

Известен способ разделения трущихся поверхностей путем подачи смазывающей жидкости в зазор между этими поверхностями под высоким давлением.

При большом одностороннем давлении, которое возникает между трущимися поверхностями роликового узла, такой способ разделения поверхностей малоэффективный.

00

XI го о

Cs)

Известна конструкция гидроуправляе- мого клапана (задвижки Джонсона) в виде расположенного в расширенной части трубопровода неподвижного цилиндра, в полость которого телескопически встроен подвижный цилиндр. При подаче жидкости во внутреннюю полость цилиндров подвижная часть выдвигается и закрывает канал трубопровода, а при подаче жидкости в межцилиндровое кольцевое пространство цилиндры складываются.

Однако из-за преобладания в габаритах такого клапана второстепенных частей, омывающая его жидкость излишне турбули- зируется, что ведет к потере напора и снижает КПД всей системы.

Цель изобретения - повышение мощности и ресурса поршневой машины, обеспечение высокого КПД и возможности функциональной обратимости.

В предлагаемой гидромашине возможно увеличение габаритов роликов и их числа, которые теперь могут быть составлены в виде двубалансирных тележек двустороннего действия. Для большей прочности они закрепляются на относительно большой площади рабочего цилиндра, а для защиты поршневой пары от возникающего бокового давления цилиндр укладывается между направляющими роликами, а поршневой шток дополнительно упрочняется давлением находящейся в его осевой полости рабочей жидкости и усиливается растяжкой путем завинчивания его концов в клапанные коробки.

Давлением жидкости разгружаются также односторонне сдавленные поверхности цапф роликового узла. Для этого на той или иной невращающейся сдавливаемой поверхности выполняются канавки, соединенные через каналы и трубопроводы с той или иной рабочей полостью цилиндра. Причем полная разгрузка площадей происходит при равенстве площадей канавок с рабочей площадью поршня.

Предлагаемый гидроуправляемый клапан должен решить проблему обратимости машины и повышения ее КПД. Он отличается формой хорошо обтекаемого тела, где непосредственно рабочий орган клапана шаровидный и составляет интенсивно ваемую жидкостью его переднюю часть. В теле шара имеется цилиндрическая выемка, которая в паре с цилиндрическим штоком образует единую гидроуправляемую полость клапана. Через кана л в штоке и через выводной канал эта полость может поочередно под- клЮчаться к трубопроводам высокого и низкого давления и к гидроаккумулдтору, что обеспечивает клапан как упругой подушкой,

необходимой в режиме насоса, так и его жесткую коммутацию по циклограмме гидромотора.

На фиг.1 показана многоцилиндровая

гидромашина в комплексе с кольцевой ступицей ветроколеса; на фиг.2 - балансирный узел, с частичным вырезом мест подачи рабочей жидкости к поверхностям цапфы и осей; на фиг.З - фрагмент клапанной короб0 ки, разрез (режим Насос).

Между двумя половинами 1 корпуса, соединенными анкерными связями 2, через тела качения уложена средняя кольцевая часть 3 корпуса, имеющая криволинейную

5 направляющую 4. На каждой из половин 1 корпуса закреплены клапанные коробки 5 и направляющие ролики 6. Две противолежащие коробки 5 попарно соединены двусторонним полым штоком 7 с поршнем 8

0 посередине. Обе полости штока 7 проложены в теле поршня 8 с винтовым наклоном и в виде изолированных выходов 9 сквозь противолежащие стенки поршня 8. Находящийся в паре с поршнем 8 цилиндр 10 уло5 жен между направляющими роликами б, и на нем закреплена цапфа .11, а на цапфе - подшипниковый корпус 12. На одной из боковых крышек корпуса 12 закреплены консольные оси 13 с роликами 14, с

0 возможностью их контакта в пазу с криволинейной направляющей 4. Рабочие поверхности цапфы 11 и консольных осей 13 снабжены двумя изолированными системами радиальных канавок-пазух 15, соединен5 ных каналами и трубопроводами 16с той или иной полостью цилиндра 10. Каждая из клапанных коробок 5 содержит буферный пневмогидроаккумулятор17, впускной и выпускной шариковые клапаны 18, которые

0 удерживаются на штоках 19 и образуют с ними полости 20 гидроуправления. Шток 19 с помощью радиальных кронштейнов симметрично закреплен на конусном обтекателе 21, а полость 20 гидроуправления имеет

5 возможность соединения с гидроаккумуляторами высокого и низкого давления с помощью канала 22. Непосредственно к клапанным коробкам 5 одной половины 1 корпуса подключены трубопроводы высоко0 го 23 и низкого 24 давления, которые через каналы в болтах анкерных связей 2 соединены с соответствующими трубопроводами другой половины 1 корпуса.

Аксиально-поршневая гидромашина

5 работает следующим образом.

При вращении средней кольцевой части 3 корпуса криволинейная направляющая 4 начинает совершать поперечные колебательные движения, увлекая находящиеся в ее пазу ролики 14 и связанный с ними цилиндр 10. Так как свобода перемещения цилиндра 10 ограничена роликами 6 и величиной наклона криволинейной направляющей 4, то цилиндр 10 совершает периодические возвратно-поступательные движения по циклограмме поршня, связанного, например, с кривошипно-шатунным механизмом, но с переносом силы углового давления с поршневой пары на оси роликов 6. Кроме того, с учетом расположение узла направляющих роликов 14 и цилиндра 10 в пространстве, ограниченном роликами 6, создаются предпосылки значительного увеличения габаритов цилиндра 10 и соответствующего повышения его мощности при существенном замедлении производимых им рабочих циклов, что позволяет эксплуатацию гидромашины в режимах, сохраняющих ламинарное движение жидкости, и, следовательно, с наивысшим КПД и-увеличенным ресурсом. Это обеспечивается винтовым вводом жидкости в цилиндр 10, гидравлическим сервоприводом клапанов 18, их хоро.шо обтекаемой формой, а также наличием в системе буферного гидроаккумулятора 17. Так, например, при появлении разрежения всасывания в цилиндре 10 и раепространё- ния его через выход 9 и канал штока 7 в клапанную коробку 5, то на поверхность подключенного к трубопроводу 24 клапана 18 начинает действовать сила разрежения, превышающая давление в системе гидроуп- равляемой полости 20, Вследствие этого шар клапана 18, двигаясь по направляющей .штока 19, составляет с вогнутым основанием обтекателя 21 единое тело, аэродинамически хорошо обтекаемое по отношению к омывающему его потоку, Но так как при такте нагнетания разница давлений в клапанной коробке 5 и трубопроводе 23 относительно небольшая, давление потока, проходящего клапанную полость, чрезмерно высоко, а его скорость чрезмерно замедленна. Для увеличения пропускной способности клапана нагнетания его рабочий цикл расширяется за счет запасания части прокачиваемой жидкости гидроакку мулятором 17 и последующей отдачи ее в трубопровод 23 в момент паузы при прохождении цилиндром 10 мертвой точки - смены направления криволинейной направляющей 4. Следует отметить, что для получения от расширенного цикла нагнетания наибольшего эффекта необходимо давление в газовой полости гмдроаккумудятора 17 поддерживать на уровне, несколько превышающем давление в трубопроводе 23,

Наиболее важной составляющей устройства является ведущий узел цилиндра 10 в виде цапфы 11 и направляющих роликов

14. Он призван с минимальными потерями передавать (действующую под некоторым углом и смещенную от оси) силу давления направляющей 4 на цилиндр 10, которая 5 составляет значительную величину. Поэтому для удерживания удельной нагрузки в пределах приемлемых величин рабочая поверхность цапфы 11 и консольных осей 13 имеет большие площади. Кроме того, при

0 рабочем цикле в места контакта вращающихся пар в канавки 15 подается жидкость под давлением из цилиндра 10 по трубопроводу 16, которая обеспечивает гидростати- ческ ую разгрузку и смазку трущихся

5 поверхностей роликового узла. В этом слу чае при повторении кривизны направляющей А спаренными роликами 14 требуется минимальное усилие для периодического покачивания подшипникового корпуса 12

0 на цапфе 11.

Наличие дистанционного сервопривода клапанов 18 облегчает функциональную об- ратимость.данной гидромашины, например, при необходимости начальной раскрутки

5 вётроколеса или при его торможении. Неособенно перспективно применение поде бной машины в качестве универсального привода транспортных средств, споссблп- го, к примеру, в значительной мере рекупе0 рировать энергию торможения, утилизировать толчки и вибрации, а если ее встроить в кольцевой насадок судового винта, то это существенно повысит пропульсип- ные и мореходные качества судна.

5 Формула изобретения

1. Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая вал, корпус, цилиндры с поршнями и штоками, а на внутренней поверхности средней части корпуса выполнена

0 криволинейная направляющая, в которой установлены ролики с консольными осями, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности и ресурса, она снабжена направляющими роликами, цапфами с

5 отверстием, перпендикулярным оси, и гмд- роуправляемыми клапанами, установленными в клапанных коробках, вал выполнен в виде средней части корпуса с криволинейной направляющей, а цилиндры расположе0 ны внутри отверстий цапф и установлены между направляющими роликами, на каждой из цапф шарнирно установлен корпус, на круглой боковой крышке которого закреплены консольные оси роликов, причем

5 штоки поршней выполнены двухсторонними и закреплены в клапанных коробках, расположенных по обе стороны от средней части корпуса, внутри них выполнены винтовые пересекающиеся каналы, связанные с внутренними полостями цилиндров и с

гидроуправляемыми клапанами, а клапаны и их клапанные полости выполнены шаровидной формы, клапаны установлены на штоках с образованием полости гидроуправления, штоки выполнены с вогнутой поверхностью, сопряженной с клапаном, и с конусным обтекателем на конце и снабжены радиальными кронштейнами, в одном из которых выполнен канал, связанный с полостью гидроуправления, а в цилиндрах имеются уплотнения для выхода штока.

2. Гидромашина по п.1, о т л и ч а ю ща я- с я тем, что, с целью улучшения смазки кон0

сольных осей и цапф, на поверхности цапфы и консольных осей, обращенных к стенкам криволинейной направляющей, выполнены радиальные канавки-пазухи, соединенные через каналы и трубопроводы с полостями цилиндра.

3. Гидромашина по п.1, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что к гидроуправляемым каналам непосредственно подключены трубопроводы высокого и низкого давления и гидроаккумулятор.

Изобретение может быть использовано в гидроприводах ветроагрегатов и плотин и в качестве двигателей энергоемких приводов. Аксиально-поршневая гидромашина содержит корпус, среднюю часть, имеющую криволинейную направляющую. На каждой из половин корпуса закреплены клапанные коробки и направляющие ролики. Две противоположные клапанные коробки попарно соединены двухсторонним полым штоком с поршнем. Обе полости полого штока расположены в теле поршня с винтовым наклоном. Цилиндр расположен между направляющими роликами и на нем закреплена цапфа, а на цапфе - подшипниковый корпус (ПК). На одной из боковых крышек ПК закреплены консольные оси с роликами. Рабочие поверхности цапфы и консольных осей снабжены двумя изолированными системами радиальных канавок-пазух. Каждая из клапанных коробок содержит гидроаккумулятор, впускной и выпускной шариковые клапаны, которые образуют со штоками полости гидроуправления. Шток с помощью радиальных кронштейнов симметрично закреплен на конусном обтекателе. Непосредственно к клапанным коробкам подключены трубопроводы высокого и низкого давления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

г

гэ

Фиг.1

8

п 810

Фиг. 2

1$ tS Ј 15 1$

18