Радиально-поршневой эксцентриковый гидромотор Советский патент 1992 года по МПК F03C1/04 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к радиальным пя- типоршневым (в одном ряду) эксцентриковым гидромоторам, и может найти применение в термопластавтоматах, ковочных манипуляторах, литейных машинах, листогибах, экскаваторах и других машинах, где требуется вращательное движение рабочих о рТано в.

Известен радиальнб-поршневой эксцентриковый гидромотор, содержащий корпус с пятью радиальными расточными, в одном ряду, в каждой из которых установлены поршни, шарнирно соединенные с шатунами, имеющими утолщенные основания с опорной поверхностью, опирающейся на цилиндрическую поверхность эксцентрикового кулачка приводного вала и содержащей полость гидростатической разгрузки, соединенную (через жиклер или непосредственно) каналами в шатуне и поршне с рабочей камерой. Наличие полости гидростатической разгрузки приводит к резкому уменьшению потери энергии на преодоление сил трения по сопряженным поверхностям шатуна и эксцентрикового кулачка при вращении вала.

Недостатками известного гидромотора являются большие радиальные размеры, низкие надежность и КПД, обусловленные неоптимальными соотношениями геометрических размеров шатунно-поршневой группы, что приводит к большим объемным потерям в виде утечек по зазорам уллотни- тельного пояска опорной поверхности шатуна в результате его перекоса под действием сил трения по сферической головке и опорной поверхности шатуна. Для уменьшения утечек конструкция усложнена установкой в канале шатуна специального жиклера с отверстием малого сечения, который ограничивает поступление в полость гидростатической разгрузки рабочей жидкости из рабочей камеры. Однако отверстие малого сечения жиклера чувствительно к загрязнению и для повышения надежности требует дополнительного усложнения конструкции установкой перед жиклером специального фильтра, который зачастую устанавливается на жиклере.

Известен также гидромотор, содержащий корпус с радиальными расточками, в каждой из которых установлены поршни, шарнирно соединенные с шатунами, имеющими утолщенное основание с опорной по- верхностью, опирающейся на цилиндрическую поверхность эксцентрикового кулачка приводного вала и содержащей полость гидростатической разгрузки, соединенную каналами в шатуне и поршне

с рабочей камерой. Для стабилизации шатуна полость гидростатической разгрузки выполнена двухкамерной, причем обе камеры лежат симметрично относительно продольной оси шатуна и соединены с рабочей камерой каналами в шатуне и поршне через жиклеры. Такиэ гидромоторы позволяют улучшить стабилизацию шатуна, следствием чего является уменьшение объемных по0 терь.

Недостатками известного гидромотора являются недостаточно высокие КПД, надежность и большие радиальные размеры, обусловленные теми же факторами, что и у

5 упомянутого выше гидромоторэ, а большая ширина опорной поверхности шатуна приводит к увеличению диаметра эксцентрикового кулачка, т.е. к усложнению конструкции и еще большему повышению радиальных

0 размеров гидромотора.

Наиболее близким к предлагаемому является радиально-поршневой эксцентриковый гидромотор, содержащий корпус с радиальными расточками, в каждой из кото5 рых установлены поршни, шарнирно соеди- ненные с шатунами, которые имеют утолщенное основание с опорной поверхностью, опирающейся на цилиндрическую поверхность эксцентрикового кулачка

0 приводного вала и содержащей полость гидростатической разгрузки, соединенную каналами в шатуне и поршне с рабочей камерой. Полость гидростатической разгрузки на опорной поверхности шатуна от5 личается от вышеприведенных тем, что в каналах, соединяющих полость гидростатической разгрузки с рабочей камерой, отсутствует жиклер.

Недостач ками известного гидромотора

0 являются низкие КПД и надежность, обусловленные повышенными объемными потерями в виде утечек рабочей жидкости по уплотнительным пояскам полости гидростатической разгрузки шатуна в результате пе5 рекоса шатуна под действием сил трения в шарнирном соединении поршень-шатун и по опорной поверхности, взаимодействующей с эксцентриковым кулачком, установленные без учета оптимизации

0 геометрических размеров шатунно-поршневой группы.

Цель изобретения - повышение КПД, надежности и уменьшение радиальных размеров гидромотора.

5 Поставленная цель достигается тем, что в радиально-поршневом эксцентриковом гидромоторе, содержащем корпус с пятью радиально расположенными расточками в одном ряду, в каждой из которых с образо- jeaHHeM рабочей камеры установлены поршень и шатун, соединенные с образованием сферического шарнира, причем шатун снабжен опорной поверхностью с камерой гидростатической разгрузки, ограниченной уплотнительным пояском и соединенной каналами в шатуне и поршне с рабочей камерой для взаимодействия с цилиндрической поверхностью эксцентрикового кулачка приводного вала, геометрические размеры элементов шатуна и поршня выбирают из следующих соотношений:

0,7 ±0,05Dn,

LnP 2 ±0,1 Dn,

A 1,15 ±0,05Dn,

В 0,9 ±0,05Dn,

rf-0,125±0.05Dn.

где - диаметр сферы шарнирного соединения поршень - шатун;

Dn - диаметр поршня;

Lnp - приведенная длина шатуна;

А и В - соответственно длина и ширина опорной поверхности шатуна;

с/ - суммарная ширина уплотнительно- го пояска камеры гидростатической разгрузки опорной поверхности шатуна, при этом диаметр эксцентрикового кулачка и величину эксцентриситета выбирают из условия

D3 2 + 0,1Dn,

е 0,4 + 0,025Dn где Оэ -диаметр эксцентрикового кулачка,

е - эксцентриситет.

На фиг.1 изображен продольный пяти- поршневой эксцентриковый гидромотор, поперечный разрез; на фиг.2 - шатун в перекошенном под действием сил трения состоянии, показана образовавшаяся по уплотнительным пояскам опорной поверх- ности шатуна щель, способствующая повышенным утечкам через нее, и приведены обозначения геометрических параметров поршневой группы.

Гидромотор состоит из корпуса 1 с пятью радиальными расточками, в которых расположены поршни 2, шарнирно соединенные со сферической головкой шатуна 3. имеющего утолщенное основание а (фиг.2) с опорной поверхностью, на которой выполнена полость гидростатической разгрузки Ь, соединенная каналами в шатуне с и поршне d с рабочей камерой К и опирающаяся на цилиндрическую поверхность эксцентрикового кулачка А приводного вала с осью вращения 0.

Каждая полость гидростатической разгрузки b по периметру имеет уплотнитель- ный поясок шириной J3 , который может быть выполнен сплошным (фиг.2), так и составным, состоящим из двух продольных

поясков, разделенных канавкой, соединенной с полостью гидростатической разгрузки b любым из известных способов.

Цилиндрические расточки под поршни

закрыты крышками 5.

Гидромотор работает следующим образом.

Подводимая под давлением рабочая жидкость через раепрёДе литёЖ W каналы

0 (не показаны) поступает в рабочие камеры К. Под действием усилия давления рабочей жидкости поршень 2 перемещается к центру гидромоторз О, воздействует на шатун 3, который передает усилие и движение порш5 ня через опорную поверхность на эксцентриковый кулачок 4, Эксцентриковый кулачок вращается вокруг оси О. При этом опорная поверхность шатуна скользит по наружной цилиндрический поверхности эксцентрико0 вого кулачка. Силы трения, возникающие на опорной поверхности шатуна и в сферическом шарнире поршень - шатун, препятствуют перемещению шатуна, в результате чего нарушается равновесное его состоя5 ние, возникает перекос и открытие щели д. Рабочая жидкость из рабочей камеры К по каналам d и с поступает в полость гидростатической разгрузки Ь, а затем через образовавшуюся щель g по уплотнительному

0 пояску rf сливается в картер гидромотора в виде утечек (потерь).

В процессе экспериментальных испытаний установлено, что существуют такие геометрические соотношения элементов

5 гидромотора, при которых происходит наименьшее открытие щели g (наименьшие объемные потери) и достигаются наименьшие радиальные размеры гидромоторов.

Оптимизация геометрических парамет0 ров шатунно-поршневой группы основывается на следующих положениях.

Уменьшение диаметра сферического соединения поршень - шатун приводит к уменьшению радиального размера гидро5 мотора. Однако существенное уменьшение dccj) способствует снижению надежности в результате увеличения.удельного давления-, между сопряженными сферическими поверхностями, выдавливанию масляного слоя и

0 образованию задиров по этим поверхностям.

Увеличение размера уменьшает удельные давления и улучшает условия (надежность) работы. Недостаток в данном слу5 чае заключается в том, что при этом увеличиваются радиальные размеры гидромотора и уменьшается прочность поршня в связи с уменьшением размера m (фиг.2).

Оптимальным соотношением является (0,7 + 0,05)dn.

Улучшение стабилизации положения шатуна при вращении и выбор оптимальной ширины В основывается на следующих предпосылках.

При вращении эксцентрикового кулачка 4 относительно оси вращения О шатун 3 (фиг.2) совершает колебательное движение относительно оси Y (вокруг центра Оа). Во время рабочего хода при подаче рабочей жидкости под давлением в рабочую камеру К поршень 2 перемещается вниз, а ось шатуна отклоняется от оси Y на угол ft . В сферическом шарнире возникает сила трения FI, направленная против часовой стрелки. На опорной поверхности шатуна возникает сила трения Г2, которая направлена по часовой стрелке относительно центра сферы или центра колебания шатуна 02. В этом случае уравнение моментов имеет следующий вид:

FI - F2L 0 или Fi F2L , (1)

где FI и F2 - силы трения, действующие на шатун;

L - Длина шатуна;

Lnp приведенная длина шатуна.

Соотношение (1) является условием равновесного состояния шатуна, которое сохраняется вплоть до максимального угла наклона, равного

tg/3max -r -.(2)

Lpp

Затем движение оси шатуна меняет направление в сторону уменьшения угла /. При этом вектор силы трения FI в сферическом шарнире, оставаясь по величине равным FI, направлен в противоположную сторону. В этом случае уравнение моментов отличается от (1) и имеет вид

FI +F IL MP ,

О)

где Мр - реактивный момент, равный

Мр R-h,(4)

где R - реактивная сила, действующая вдоль правого (по чертежу) уплотнительного пояска опорной поверхности шатуна;

h - плечо действия силы R относительно центра сферы.

Перекос шатуна и образование щели g имеет место, когда сумма моментов в левой части уравнения (3) больше реактивного момента Мр. Увеличение реактивного момента можно достичь увеличением плеча h, т.е. увеличением ширины В опорной поверхности шатуна. Однако это приводит к увеличе- нию Оэ - диаметра эксцентрикового кулачка. Оптимальным соотношением размера В является

0

5

0

5

0

5

0

5

В (0,9 + 0,05)Dn.(5)

Уменьшение потерь энергии на преодоление сил трения и выбор оптимальных размеров шатунно-поршневой группы основывается на следующих предпосылках. Момент силы трения между опорной поверхностью шатуна и эксцентрикового кулачка определяются из выражения

МТр F2 .(6)

Из равенства (6) следует, что с увеличением диаметра Оэ увеличивается момент трения Мтр, а с уменьшением Оэ момент трения уменьшается. Минимальный предел 5 Оэ лимитируется зазором А 0, когда устройство работоспособно. При соотношении А 0 устройство неработоспособно.

Оптимальным соотношением размера Оэ является Оэ 2 + 0,10П при сохранении условия (5).

Оптимальный размер эксцентриситета е и приведенной длины шатуна Пр установлен в процессе конструктивных проработок. Установлено, что оптимальным соотношением является

для эксцентриситета

е (0,4 + 0,025рп,

для приведенной длины шатуна

Up 2 ±0,1 Оп.

Такое соотношение размеров и е обеспечивает угол наклона Длах , равный 10...11°.

Увеличение эксцентриситета е приводит к уменьшению диаметра поршня Оп и к увеличению радиальных размеров гидромотора, а уменьшение - к увеличению Оп, увеличению ширины опорной поверхности В и увеличению диаметра эксцентрикового кулачка Оэ.

Увеличение приведенной длины шатуна Lnp приводит к увеличению радиальных размеров гидромотора.

Допуская эпюру распределения давления в полости гидростатической разгрузки шатуна в виде усеченной пирамиды исходя из равенства усилий, действующих со стороны поршня и камеры гидростатической разгрузки при максимальном угле / наклона шатуна, длина А опорной поверхности шатуна при заданной ширине В устанавливается из соотношения

А 1,15 + 0,050п.

Приведенные соотношения размеров диаметра сферического шарнирного соединения поршень - шатун, диаметра эксцентрикового кулачка, эксцентриситета, приведенной длины шатуна, ширина и длины опорной поверхности шатуна, ширины уплотнительного пояска для принятого диаметра поршня в радиальном пятипоршне- вом (в одном ряду) эксцентриковом гидромоторе позволяют повысить КПД гидромотора за счет стабилизации положения шатуна и уменьшения объемных потерь по уплотнительным пояскам камеры гидростатической разгрузки шатунов, увеличения надежности и уменьшения механических потерь на преодоление сил трения по сферической поверхности поршень - шатун и по поверхностям скольжения опорная поверхность шатуна - эксцентриковый кулачок, а также уменьшить радиальные размеры гидромотора.

Таким образом, использование предла- гаемого технического решения обеспечивает по сравнению с существующими решениями снижение потребляемой энергии за счет повышения КПД, увеличение эксплуатационной надежности и расширение сферы применения, а также снижение материалоемкости за счет сокращения радиальных размеров.

Формула изобретения Радиально-поршневой эксцентриковый гидромотор, содержащий корпус с пятью радиально расположенными расточками в одном ряду, в каждой из которых с образованием рабочей камеры установлены пор1- шень и шатун, соединенные с образованием сферического шарнира, причем шатун снабжен опорной поверхностью с камерой гидростатической разгрузки, ограниченной уплотнительным пояском и соединенной каналами в шатуне и поршне с рабочей камерой для взаимодействия с цилиндрической поверхностью эксцентрикового кулачка приводного вала,отличающийся тем,что, с целью повышения КПД, надежности и уменьшения радиальных размеров, геометрические размеры элементов шатуна и поршня выбирают из следующих соотношений:

бсф 0,7 + О.ОБОп,

Lnp 2±0,1Dn,

.15±0.05Dn.

В - 0,9 + 0,05Dn,

.125±0.05Dn,

где - диаметр сферы шарнирного соединения поршень-шатун; /

Dn - диаметр поршня;

Lnp - приведенная длина шатуна;

А и В - соответственно ширина и длина опорной поверхности шатуна;

if- суммарная ширина уплотнительно- го пояска камеры гидростатической разгрузки опорной поверхности шатуна, при этом диаметр эксцентрикового кулачка и величину эксцентриситета выбирают из условия

D3 2 + 0,1Dn,

e 0.4 + 0,025Dn. где Оэ - диаметр эксцентрикового кулачка;

е - эксцентриситет. У

Использование: в машинах, где требуется вращательное движение рабочих органов. Сущность изобретения: в каждой из пяти радиально расположенных в одном ряду расточек корпуса 1 с образованием рабочей камеры установлены поршень 2 и шатун 3. Поршень 2 и шатун 3 при соединении образуют сферический шарнир. Шатун 3 снабжен опорной поверхностью с камерой гидростатической разгрузки, ограниченной уплотнительным пояском и соединенной каналами в шатуне 3 и поршне 2 с рабочей камерой для взаимодействия с цилиндрической поверхностью эксцентрикового кулачка 4 приводного вала. Геометрические размеры элементов шатуна 3 и поршня 2 выбирают из определенных заданных соотношений. 2 ил. ч Ј VI сл CJ о сЈ