Объемная гидромашина Бельковца Советский патент 1992 года по МПК F01C1/30 F04C2/344 

и

СО

I

IK

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к объемным роторным гидромашинам и может быть использовано в станкостроении, судостроении, в химической промышленности, в дви- гателестроении, в компрессоростроении, в дорожных, горных, строительных, сельско- хозяйственных машинах, в средствах автоматизации.

Известны аксиальные роторно-поршне- вые гидромашины, содержащие вал, совершающий вращательное движение, и несколько поршней, совершающих возвратно-поступательное движение с помощью наклонной шайбы и других промежуточных звеньев: шатунов, карданов, совершающих сложное движение.

Работа гидромашин с такой сложной кинематической связью приводит к возникновению инерционных нагрузок, к пульсационной подаче жидкости, к зависимому от положения вала крутящему моменту. Кроме того, они имеют сложное распределение рабочей жидкости.

Известна объемная гидромашина, содержащая корпус и ротор с участками торо- образной поверхности, образующими торообразный рабочий цилиндр с сопряжением корпуса и ротора по одной цилиндри- ческой поверхности, поршень с уплотнениями и участками кулачка подьема и опускания, размещенный неподвижно в выемке корпуса с расположением оси поршня перпендикулярно оси вращения ротора и с размещением профилированных частей поршня и участков кулачка в рабочем цилиндре, подпружиненные поршни-замыкатели, расположенные в выполненных полостях ротора перпендикулярно оси вращения ротора, распределительное устройство жидкости, включающее выполненный в корпусе и участке опускания кулачка канал входа рабочей жидкости высокого давления в рабочую камеру высокого давления и выполненный в корпусе и участке подъема кулачка канал выхо/ia рабочей жидкости из камеры низкого давления в замкнутую гидравлическую систему.

Недостатком указанной гидромашины является то, что полезная работа совершается постоянно только с помощью одной камеры высокого и одной камеры низкого давления, что ограничивает подачу гидрона- coca и мощность гидромотора определенных параметров.

Целью изобретения является увеличение в целое число раз подачи гидронасоса или мощности гидромотора, повышение объемного КПД гидромашины, регулирова- ние подачи и напора гидронасоса или мощности гидромотора и числа оборотов вала гидромотора, уменьшение потерь напора в нереверсивных гидромашинах.

Поставленная цель достигается тем, что

известная объемная гидромашина, содержащая корпус и ротор с участками торооб- разной поверхности, образующими торообразный рабочий цилиндр с сопряжением корпуса и ротора по одной цилиндри0 ческой поверхности, поршень с уплотнениями и участками кулачка подъема и опускания, размещенный неподвижно в выемке корпуса с расположением оси поршня перпендикулярно оси вращения ротора

5 и с размещением профилированных частей поршня и участков кулачка в рабочем цилиндре, подпружиненные поршни-замыкатели в выполненных полостях ротора перпендикулярно оси вращения ротора, распредели0 тельное устройство жидкости, включающее выполненный в корпусе и участке опус кания кулачка канал входа рабочей жидкости высокого давления в рабочую камеру высокого давления и выполненный в корпусе и участ5 хе подьема кулачка канал выхода рабочей жидкости из камеры низкого давления в замкнутую гидравлическую систему, она дополнительно снабжена по меньшей мере еще одним поршнем со всеми элементами и

0 двумя подпружиненными поршнями-замыкателями для каждого поршня с непрерывным образованием самостоятельных камер высокого и камер низкого давления с числом каждых, равным количеству поршней, в

5 ней распределительная система жидкости, включающая для каждого поршня канал входа и канал выхода рабочей жидкости, обеспечивает непрерывную подачу рабочей жидкости во все камеры высокого давления

0 и отвод рабочей жидкости из/всех камер низкого давления, в ней соотношение размеров между диаметрами подпружиненных поршней-замыкателей, расстоянием между уплотнениями поршней и расстоянием меж5 ду поршнями-замыкателями по оси рабочего цилиндра исключает сообщение между собой каждых двух соседних рабочих камер, в ней уплотнения: горообразной поверхности корпуса, сопряжения по цилиндриче0 ской поверхности корпуса с ротором, . горообразной поверхности ротора и замыкателей - выполнены в виде сплошного покрытия из уплотняющего полотна, она снабжена устройством, регулирующим ко5 личество камер высокого и низкого давления одновременно находящихся в работе, путем отключения подачи рабочей жидкости в часть камер рабочего цилиндра, в ней, в нереверсивных гидромашинах, ось канала входа рабочей жидкости в камеру высокого

давления и ось канала выхода рабочей жидкости из камеры низкого давления выполнены по касательной к оси рабочего цилиндра в направлении движений рабочей жидкости.

Нафиг.1 изображена предлагаемая гидромашина, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг. 1.

Объемная гидромашина содержит корпус 1, ротор 2, торообраэный рабочий цилиндр 3. Для образования торообразного рабочего цилиндра 3 корпус 1 и ротор 2 снабжены участками торообразной поверхности 4 и 5 соответственно и сопряжены между собой по цилиндрической поверхности 6. Корпус 1 снабжен расположенными каждый в выемке поршнями 7, 8 и 9, снабженными уплотнениями 10. Поршень 7 выполнен с участками кулачка подъема 11 и опускания 12, поршень 8 - с участками кулачка подъема 13 и опускания 14, поршень 9 - с участками кулачка подъема 15 и опускания 16. Поршень 7 снабжен каналом 17 входа рабочей жидкости высокого давления в камеру 18 высокого давления и каналом 19 выхода рабочей жидкости низкого давления из камеры 20 низкого давления, поршень 8 снабжен каналом 21 входа рабочей жидкости высокого давления в камеру 22 высокого давления и каналом 23 выхода рабочей жидкости низкого давления из камеры 24 низкого давления, поршень 9 снабжен каналом 25 входа рабочей жидкости высокого давления в камеру 26 высокого давления и каналом 27 выхода рабочей жидкости низкого давления из камеры 28 низкого давления. Профилированные части поршней 7, 8 и 9 и участков 11, 12, 13. 14, 15 и 16 кулачков расположены в рабочем цилиндре 3. Оси поршней 7, 8 и 9 перпендикулярны оси ротора. Ротор 2 снабжен размещенными в его полостях 29 и подпружиненных пружинами 30 поршнями-замыкателями 31, 32, 33, 34, 35 и 36 с продольными осями, перпендикулярными оси вращения ротора и установленными с возможностью запирания рабочего цилиндра 3. Поршни-замыкатели

31,32,33,34,35 и 36 непрерывно образуют последовательно с каждым поршнем 7, 8 и 9 указанные камеры высокого и низкого давления. Поршни-замыкатели 31, 32, 33, 34,35 и 36 снабжены каналами 37 для сообщения полостей 29 с одной из камер рабочего цилиндре. Для предотвращения проворачивания поршней-замыкателей 31,

32,33, 34. 35 и 36 вокруг своей продольной оси они снабжены продольными пазами 38, в которых все время располагаются штифты 39. закрепленные в роторе 2. Ротор 2 при

помощи шпонки 40 соединен с валом 41, установленным на подшипниках 42 в корпусе 1. Поршни-замыкатели 31. 32, 33, 34,35 и 36 снабжены уплотнениями 43, торообраз- 5 ная поверхность 4 корпуса 1 и цилиндрическая поверхность 6 сопряжения корпуса с ротором снабжены уплотнением 44. торооб- разная поверхность 5 ротора 2 снабжена уплотнением 45. Для облегчения гидрома0 шины в корпусе 1 выполнены окна 46. Для крепления гидромашины в крышке 47 корпуса 1 выполнены отверстия 48. Чтобы соседние рабочей камеры не сообщались между собой, диаметры поршней-замыкате5 лей 31, 32, 33, 34 и 36 должны быть меньше расстояния между уппотйениями 10 поршней 7, 8 и 9, расстояние по оси рабочего цилиндра 3 между каждыми двумя соседними поршнями-замыкателями должно быть

0 достаточным, чтобы исключить одновременное нахождение двух соседних поршней-замыкателей на участках подъема и опускания как одного и того же поршня, так и двух соседних поршней. Для нормальной работы

5 гидромашины необходимо, чтобы в промежутках между каждыми двумя соседними поршнями постоянного находился по меньшей мере один поршень-замыкатель. Уплотнения поршней 7, 8 и 9 могут быть

0 выполнены в виде сплошного покрытия из уплотняющего полотна. Гидромашины снабжена устройством, перекрывающим каждый канал в отдельности или группы каналов подачи рабочей жидкости в соответ5 ствующие камеры рабочего цилиндра. Устройство включает запорную арматуру или другие известные технические решения, поэтому они на чертежах не показаны. Рассмотрим работу гидромашины при

0 использовании ее в качестве гидромотора.

Рабочая жидкость под давлением одно-, временно и непрерывно подается через каналы 17, 21 и 25 в рабочие камеры высокого давления 18, 22 и 26 соответственно, а из

5 рабочих камер низкого давления 20, 24 и 28 одновременно и непрерывно отводится из гид рома шины. Воздействуя (для положения ротора, показанного на фиг.1), на поршни- замыкатели 32, 34 и 36, рабочая жидкость

0 перемещает ротор 2, а вместе с ним и жестко связанный с ротором вал 41, на котором создается полезный вращающийся момент. При подходе поршней-замыкателей 32,34 и 36 к поршням 8,9 и 7 соответственно порш5 ни-замыкатели 32.34 и 36, скользя последовательно по участкам подъема 13, 15 и 11 соответственно приподнимаются, утапливая при этом пружины 30 в полости 29. при скольжении по поршням 8, 9 и 7 соответственно находятся в приподнятом положении.

при скольжении по участкам опускания 14, 16 и 12 с помощью пружин 30 плавно опускаются, запирая рабочий цилиндр с другой стороны поршней 8, 9 и 7. Уже к моменту подхода поршней-замыкателей 32, 34 и 36 к участкам подъема 13, 15 и 11, отсеки между поршнями 8, 9 и 7 разделяют на камеры высокого и низкого давления поршни-замыкатели 31, 33 и 35, следующие за поршнями- замыкателями 32,34 и 36. Рабочая жидкость высокого давления будет действовать на поршни-замыкатели 31, 33 и 35.. Как только поршни-замыкатели 32,34 и 36 запрут рабочий цилиндр с другой стороны поршней 8, 9 и 7, рабочая жидкость высокого давления снова будет действовать на поршни-замыкатели 32, 34 и 36, и циклы повторяются. Поршни-замыкатели 31, 33 и 35 проходят поршни 8, 9 и 7 аналогично поршням-замыкателям 32, 34 и 36. При необходимости реверсирования гидромашины рабочая жидкость высокого давления подается через каналы 19. 23 и 27 в рабочие камеры 20, 24 и 28, а из рабочих камер 18, 22 и 26 выводится из гидромашины в замкнутую гидравлическую систему.

Предложенная гидромашина позволяет увеличить подачу гидронасосов и мощность гидромоторов в целое число раз, зависящее от числа поршней. Для больших по размерам гидромоторов можно разместить в рабочем цилиндре, например, 30 поршней и соответственно 60 поршней-замыкателей, значит мощность гидромотора увеличится в 30 раз.

Предложенный новый тип уплотнений в виде сплошного полотна, который является наиболее приемлемым для такого типа машин, позволит получить объемный КПД гидромашины, близкий к единице. Что касается материала и состава уплотнения в виде сплошного полотна, то это самостоятельная задача, которая требует разрешения специалистами. Ясно, что уплотнения в виде сплошного полотна должны быть работоспособными при высоком давлении и высокой температуре, которая имеет место в компрессорах и двигателях внутреннего сгорания подобных роторных машин. Пока не будут разработаны уплотнения в виде полотна, гидромашина сможет работать вполне удовлетворительно с традиционными уплотнениями, описанными в прототипе. Гидропередача, составленная из насоса и гидромотора предложенной конструкции, может служить коробкой скоростей, для этого путем перекрытия соответствующих -каналов подвода, определенная часть камер высокого и низкого давления выключаются из работы. Предложенная гидромашина при

работе ее в качестве гидронасоса также путем выключения из работы части камер высокого и низкого давления может служить гидронасосом переменной подачи и переменного напора.

Достоинством предложенной гидромашины является и то, что один насос может служить приводом для нескольких гидромоторов, для этого одна или несколько рабочих

0 камер высокого давления и соответственно одна или несколько рабочих камер низкого давления насоса сообщаются трубопроводами с рабочими камерами высокого и низкого давления гидромотора, образуя

5 замкнутую гидравлическую систему, другие камеры насоса сообщаются с рабочими камерами следующего гидромотора, образуя замкнутую гидравлическую систему и т.д. Подключая разное количество камер насоса

0 к камере гидромотора, будем иметь разную скорость вращения вала гидромотора, подключая разное количество камер насоса к разному количеству камер гидромотора, будем иметь разную мощность гидромотора.

5 Такая работа гидромашина найдет применение, к примеру, в сельскохозяйственных уборочных машинах, где с помощью одного насоса будут приводиться в движение несколько валиков с рабочими органами, на

0 валиках которых располагаются индивидуальные гидромотора. В этом случае необходимость в ременных и цепных передачах отпадает. Долговечность передач резко увеличится. Применение в машинах гидропере5 дач, составленных из предложенных гидромашин, позволяющих как угодно располагать оси валов насосов и гидромоторов в пространстве, упрощает компоновочные решения машин, сокращая габариты машин

0 по сравнению с машинами с применением ременных и цепных передач и всех типов редукторов (кроме дифференциальных).

Достоинством гидропередач, составленных из предложенных гидромашин, яв5 ляется плавность в работе, что требуется, например, при производстве кинофотоматериалов и магнитных лент как при отливе основы, так и при поливе различных слоев на ленту. Пульсация скоростей насосов и

0 механических приводов в указанной области является проблемой, так как не позволяет получить качественные кинофотоматериалы и магнитные ленты.

Предложенная гидромашина (гидромо5 тор} может быть использована в качестве двигателя внутреннего сгорания при снабжении ее всеми необходимыми остальными элементами двигателя, причем такой двигатель будет одновременно выполнять и функции коробки скоростей.

Достоинством предложенных гидромашин является простая система распределения рабочей жидкости, включающая только каналы входа и выхода рабочей жидкости, выполненные или только в корпусе (в зоне расположения участков подъема и опускания кулачков) или в корпусе и на участках подъема и опускания кулачков. Эти отверстия можно выполнить достаточно большими. Применив соответствующих размеров и трубопроводы, можно перекачивать рабочие жидкости большой вязкости, причем при малых потерях напора, так как при такой конструкции распределительного устройства сопротивления будут незначительные.

Для еще большего уменьшения местных сопротивлений в нереверсивных гидро- машинах ось канала входа рабочей

Формула изобретения 1. Объемная гидромашина по авт. св. № 1566058, отличающаяся тем. что, с целью увеличения КПД, производительности и мощности гидромашины, она снабжена по меньшей мере одним дополнительным поршнем с профилированными кулачками, расположенными по обе стороны поршня, и двумя замыкателями, равномерно расположенными по окружности цилиндра, с образованием герметичных рабочих камер, число которых равно числу

жидкости в камеру высокого давления и ось канала выхода рабочей жидкости из камеры низкого давления (при работе в качестве гидромотора) выполнены по касательной к

оси рабочего цилиндра в направлении движений жидкости. При использовании гидромашины в качестве гидронасоса аналогично выполняются канал входа рабочей жидкости в камеру низкого давления и канал выхода рабочей жидкости из камеры высокого давления.

Следует отметить, что при одинаковой мощности стоимость предложенных гидромашин (при их серийном производстве)

практически будет в пределах стоимости ременных и цепных передач.

0

(56) Авторское свидетельство СССР № 1566058. кл. F01 С 1/30. 1986.

замыкателей и вдвое превышает, количество поршней.

2.Гидромашина по п. 1,отличающа- я с я тем, что. с целью обеспечения возможности регулирования производительности и мощности гидромашины, она снабжена устройством отключения подачи рабочей среды в часть камер.

3.Гидромашина по пп. 1 или 2, о т л и - чающаяся тем, что каналы подвода и отвода рабочей среды выполнены по касательной к рабочему цилиндру.

Использование: в станкостроении, судостроении, двигателестроении. Сущность изобретения: профилированные кулачки поршня расположены по обе стороны поршня. Два замыкателя равномерно расположены по окружности цилиндра с образованием герметичных камер, число которых равно числу замыкателей и вдвое превышает количество поршней. Гидромашина снабжена устройством для отключения подачи рабочей среды в часть камер. Каналы подвода и отвода рабочей среды выполнены по касательной к рабочему цилиндру. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

13

V

i

П

J

л т

п

п

Фиг)