ГИДРОДВИГАТЕЛЬ

F01 С1
ГИДРОДВИГАТЕЛЬ
Решение относится к гидравлическим машинам объёмного вытеснения, а именно к планетарным гидромоторам, и направлено на создание гидродвигателя простой и технологичной конструкции с высокими мощностью, крутящим моментом и ресурсом.
Известен планетарный гидромотор, содержащий статор с внутренним зубчатым венцом, внутри которого эксцентрично с образованием рабочих камер установлен ротор с наружным зубчатым венцом, и крышки, в одной из которых выполнены каналы подвода-отвода рабочей жидкости и распределительные каналы (Бирюков Б.Н. Роторно-поршневые гидравлические машины - М., Машиностроение, 1972 г., С.23, рис.13).
К недостаткам данного гидромотора следует отнести большие потери мощности и крутящего момента, а также повышенный износ контактирующих торцовых поверхностей крышки и ротора, противоположных относительно крышки с распределительными каналами вследствие бокового поджатия ротора к крышке давлением рабочей жидкости.
Гидромотор, описание которого дано в заявке PCT/SU 81/00047 (международная публикация WO 82/00173, F01 С1/10 1982 г.), содержит статорную шестерню с внутренними цилиндрическими зубьями, внутри которой эксцентрично расположен ротор с наружными зубьями, и крышки, прилегающие к торцовым поверхностям ротора и статорной шестерни, которые имеют каналы подвода-отвода рабочей жидкости и распределительные каналы.
Однако и этот гидромотор имеет аналогичные недостатки: потери мощности и повышенный износ торцовых поверхностей ротора и крышки в местах его контакта, обусловленные поджатием ротора к поверхности крышки со стороны противоположной направлению подачи рабочей жидкости.
Наиболее близкими к изобретению являются планетарные гидромоторы, описание которых дано к патентам на изобретение RU 2055219 С1 1996г. и RU 02117767 С1 1998г.
Гидродвигатель по патенту на изобретение RU 2055219 содержит статор с внутренним зубчатым венцом, установленный внутри статора с образованием рабочих камер ротор с наружным зубчатым венцом, и крышки, контаю-ирующие с торцами статора и ротора и имеющие распределительные каналы и каналы подвода-отвода рабочей жидкости. В статоре выполнены перепускные каналы, соединяющие между собой расположенные соосно распределительные каналы.
к недостаткам прототипа следует отнести технологическую сложность и большую трудоёмкость изготовления крышек и статора с глубокими отверстиями малого диаметра, увод свёрл при глубоком сверлении и их поломки, большая сложность с их удалением из каналов.
Гидродвигатель по патенту на изобретение RU 02117767 содержит статор с внутренним зубчатым венцом, установленный внутри статора с образованием рабочих камер ротор с наружным зубчатым венцом и крышки, контактирующие с торцами статора и имеющие каналы подводаотвода рабочей среды и систему распределительных каналов, сообщающую рабочие камеры с каналами подвода-отвода рабочей среды, система распределительных каналов выполнена в подпружиненных дисках, соосно установленных в крышках с возможностью осевого перемещения и контактирующих с торцовыми поверхностями ротора.
У этого прототипа имеется ряд недостатков. Изготовление распределительных дисков с пружинящими деталями не оправдано.
С одной стороны, это усложняет технологический процесс изготовления гидродвигателя, требует дополнительных расходов материалов, трудовых и энергетических затрат. К поверхности распределительных дисков, контактирующих с ротором, предъявляются очень высокие требования по плоскостности (это снижает гидравлические потери) и твёрдости (это повышает износостойкость). При малой толщине распределительных дисков и относительно больших диаметрах при их закалке будет большое коробление. Это произойдёт как при закалке диска, изготовленного из
высокоуглеродистой стали, так и при закалке диска из низкоуглеродистой стали с цементацией. Это потребует рихтовки диска и большого припуска на шлифовку его торцов.
С другой стороны, пружинящие свойства дисков с пружинящими элементами не могут быть использованы, т.к. торцы дисков упираются не только в торцы ротора, но и в торцы зубьев статора. И если даже предположить, что износ торцов ротора и зубьев статора (когда они представляют собой цилиндрические ролики) одинаков, то гидравлическое давление, например 10 МПа (100 кг/см), действующее на торцы распределительных дисков со стороны рабочих камер, воспрепятствует компенсирующему осевому перемещению дисков, т.к. оно будет в десятки раз больше усилия пружин, которые могли бы разместиться в крышке. А если пружины смогли бы сдвинуть распределительные диски в осевом направлении при торцовом износе ротора, цилиндрических зубьев статора и распределительных дисков, то это происходило бы с перекосом, т.к. противодействующая сила гидравлического давления действует на диски не симметрично. Половина рабочих камер, расположенных по одну сторону оси симметрии гидродвигателя и распределительных дисков, находятся под высоким давлением, а вторая половина рабочих камер под низким давлением в зоне слива. И все они находятся по периферии дисков. Это привело бы к повышенному износу торцов вершин зубьев ротора, повышенным утечкам (гидропотерям), ускоренному выходу из строя гидродвигателя.
Сущность предлагаемого решения заключается в создании гидродвигателя с гидростатически уравновешенным ротором и минимальными потерями на трение, высоким ресурсом и технологичной конструкции.
Технический результат достигается за счёт особенности конструкции крышек и ротора гидродвигателя.
На фиг.1 изображён гидродвигатель со снятой крышкой, на фиг.2 разрез А-А.
Гидродвигатель состоит из статора 1 с внутренним венцом, зубья которого выполнены в виде цилидрических роликов 2, установленных с возможностью вращения, эксцентрично расположенного внутри статора с образованием рабочих камер 3 ротора 4 с наружным зубчатым венцом, число зубьев которого на один меньше, чем у статора, и крышек 5 и 6, контактирующих с рабочими поверхностями статора 1 и ротора 4 и служащих для подвода рабочей жидкости к рабочим камерам 3 посредством каналов 7 и 8, кольцевых каналов 9, 10, 11, 12, каналов 13, 14, 15, 16 и распределительных каналов 17, 18, 19 и 20. Крышки выполняют функцию распределителя. Количество каждого распределительного канала 17,18, 19 и 20 равно количеству зубьев статора.
Крышка 5 имеет две группы распределительных каналов: коротких 19, соединённых с кольцевым каналом 12, и длинных 20, соединённых с кольцевым каналом 11. Также крышка 6 имеет короткие распределительные каналы 17 и длинные 18. В каждой группе все распределительные каналы равно расположены между собой по окружности.
Распределительные каналы 17 и 18, расположенные на крышке 6, смещены по окружности одни относительно других на расчётную величину - шаг. Также и каналы 19 и 20, расположенные на крышке 5. Ось симметрии, по которой совмещаются крышки 5 и 6 с осью симметрии статора О-О фиг.1 при сборке гидродвигателя, проходит посредине между соседними распределительными каналами 17 и 18 у крышки 6 и каналами 19 и 20 у крышки 5, деля вышеуказанный шаг пополам.
Так как обе крышки-распределители 5 и 6 изготавливаются одинаковыми, по одному чертежу, то при установке их на статоре 1 с совмещением осей симметрии получаем соосное расположение распределительных каналов 17 и 20, 18 и 19.
Ротор 4 дополнительно выполняет функцию золотника. На торцах ротора имеются соосно расположенные каналы 21 и 22, сообщающие распределительные каналы крышек с рабочими камерами 3 и кольцевые каналы 10 с 11, 9 с 12. Каналы 21 и 22 равно расположены на оси симметрии впадин зубчатого венца ротора 4 на расчётном диаметре, количество их равно количеству зубьев ротора. В середине впадин зубчатого венца ротора 4 выполнены пазы длиной 1/3 длины паза и шириной 2,5 радиуса зуба ротора, эта величина расчётная и зависит от количества зубьев венца ротора. Улучшается доступ рабочей жидкости в рабочие камеры, увеличивается мощность двигателя.
Гидродвигатель работает следующим образом.
Рабочая жидкость подаётся через каналы 7 (фиг.2) в кольцевой канал 9, из которого она через каналы 14, распределительные каналы 18 и 21 подаётся в одну половину рабочих камер 3 (фиг.1), расположенных с одной стороны плоскости симметрии О-О. Под действием давления рабочей жидкости в этих камерах ротору 4 передаётся вращение, а статор 1 обкатывается по нему, совершая колебательные движения.
Слив рабочей жидкости из другой половины рабочих камер 3, расположенных по другую сторону плоскости симметрии О-О, происходит через каналы 22 и 20, 16, кольцевой канал 11 и канал 8.
Реверс гидродвигателя производиться изменением направления подачи рабочей жидкости: подачей - в канал 8, а сливом - из канала 7.
Так как кольцевые каналы обоих крышек через ротор 4 постоянно соединены 10с11,а9с12, то оба рабочих торца ротора 4 (и крышек 5 и 6) испытывают одинаковое давление, на одной половине относительно плоскости симметрии О-О - высокое, на другой - низкое. Гидродвигатель с гидростатически уравновешенным ротором относительно крышек 5 и 6 имеет минимальные потери на трение в торцах, максимальный ресурс, КПД и крутящий момент.
Обе крышки 5 и 6 изготавливаются по одному чертежу из обычной конструкционной стали 20 ГОСТ 1050-88, проходят нитроцементацию с закалкой для придания необходимой твёрдости и износостойкости рабочим торцам при относительно мягкой сердцевине. Поводка крышки при её
закалке, при довольно большой толщине по сравнению с распределительным диском не велика, не требует рихтовки и легко шлифуется, сохраняется слой нитроцементации и заданная твёрдость поверхности.
Изготовление и испытание опытных образцов гидродвигателей, проведённые предприятием по различным конструктивным схемам, подтвердили все преимущества предлагаемой конструкции.
Предложенный планетарный гидродвигатель может использоваться в различных отраслях машиностроения, судостроения для привода рабочих органов машин, требующих высокого крутящего момента и малых оборотов приводного вала, например, в транспортёрах, лебёдках, манипуляторах, мультилифтах, механизмах поворота или опрокидывания.