РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС С ФАЗОВЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПОДАЧИ

Полезная модель относится к гидромашинам объемного действия, предназначенным для преобразования механической энергии в гидравлическую энергию постоянного, переменного или знакопеременного потока жидкости.
Известен кулачковый (эксцентриковый) насос [Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для вузов / Т.М. Башта, С.С. Руденко, Б.Б. Некрасов и др. - М: «Издательский дом Альянс», 2011. - 423 с: ил. С. 277-278, рис. 3.3-а и 3.3-б], содержащий корпус, эксцентриковый вал, поршни, размещенные в цилиндрах радиально к оси эксцентрикового вала и опирающиеся на эксцентрик, всасывающие и нагнетательные клапаны.
Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью являются корпус, эксцентриковый вал, поршни, размещенные в цилиндрах радиально к оси эксцентрикового вала, опирающиеся на эксцентрик.
Недостатком аналога является то, что при постоянной частоте вращения эксцентрикового вала регулирование подачи эксцентрикового насоса возможно только перепусканием части жидкости из напорной линии обратно во всасывающую, например, через напорный клапан. Такой способ относится к дроссельному регулированию и характеризуется потерями энергии из-за снижения объемного к.п.д. насоса. Кроме того, при постоянной частоте вращения невозможно реверсировать и создавать знакопеременные потоки жидкости в напорной и всасывающей гидролиниях, соединенных с насосом.
Известна радиально-поршневая гидромашина [Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмомашины и передачи: Учебное пособие для вузов / А.Ф. Андреев, Л.В. Барташевич, Н.В. Богдан и др.; Под. ред. В.В. Гуськова. - Мн.: Выш. шк., 1987. - 310 с.: ил. С. 90-91, рис. 4.7], содержащая статор, расположенный в корпусе насоса, ротор с радиально размещенными в его цилиндрах поршнями и питательными окнами цилиндров, выполненными в роторе и выведенными на его торцевую поверхность, распределительный диск, поджатый к торцевой поверхности ротора цилиндрами, которые соединены с нагнетательной магистралью. При этом рабочие окна распределительного диска с магистралями всасывания и нагнетания сообщаются подпружиненными втулками, а поршни, размещенные в роторе, находятся в контакте с поверхностью статора.
Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью являются статор, расположенный в корпусе и ротор с радиально размещенными в его цилиндрах поршнями.
Недостаток второго аналога состоит в том, что регулирование подачи упомянутой гидромашины возможно путем изменения скорости вращения ротора, а реверсирование потоков жидкости в магистралях, соединенных с радиально-поршневой гидромашинной, и создание знакопеременных потоков жидкости в упомянутых магистралях возможно только путем реверсирования приводного двигателя. При таком реверсировании двигатель должен работать в режиме постоянного циклического преодоления значительного инерционного момента вращающихся масс гидромашины. А при создании знакопеременных потоков, например, с частотой f=5…20 Гц, режим постоянного циклического преодоления инерционного момента может оказаться столь жестким, что может привести к чрезвычайно высоким забросам давления жидкости и возможности разрушения упомянутой гидромашины, ее отдельных частей или отказу приводного двигателя.
В качестве прототипа принят радиально-поршневой регулируемый насос [Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для вузов / Т.М. Башта, С.С. Руденко, Б.Б. Некрасов и др. - М: «Издательский дом Альянс», 2011. - 423 с: ил. С. 308-311, рис. 3.3-а и 3.3-б], который содержит основной корпус и установленный в нем внутренний корпус, выполненный скользящим в направляющих основного корпуса. Внутри внутреннего корпуса на подшипниках помещен статор с кольцами. Внутри статора располагается ротор с валом и радиальными цилиндрами и поршнями, одновременно участвующими во вращении с ротором и возвратно-поступательном движении в цилиндрах, так как они опираются на поверхность колец статора, установленного относительно ротора с эксцентриситетом.
Цапфовый распределитель, расположенный внутри ротора соосно ему, благодаря перемычке обеспечивает соединение цилиндров, находящихся в такте всасывания жидкости, со всасывающей гидролинией, и соединение цилиндров, находящихся в такте вытеснения жидкости, с напорной гидролинией. Изменение подачи осуществляется путем смещения внутреннего корпуса в упомянутых направляющих в пределах эксцентриситета между ротором и статором. При этом ход поршней в цилиндрах ротора изменяется, что приводит к изменению подачи жидкости в гидролиниях, соединенных с насосом. Реверсирование подачи производится при изменении знака эксцентриситета (статор смещается относительно ротора в другую сторону). При этом радиально-поршневой насос подает жидкость в ту гидролинию, которая была до реверсирования всасывающей, а всасывание осуществляется из гидролинии, которая до реверсирования была напорной.
Общими признаками прототипа с заявляемой полезной моделью являются корпус со статором, внутри которого расположен ротор с валом и радиальными цилиндрами и поршнями, одновременно участвующими во вращении с ротором и возвратно-поступательном движении в цилиндрах, гидролиниии, соединенные с насосом и перемычки, обеспечивающие соединение цилиндров, находящихся в такте всасывания жидкости, со всасывающей гидролинией, и соединение цилиндров, находящихся в такте вытеснения жидкости, с напорной гидролинией.
Недостатком прототипа является то, в нем невозможно создать знакопеременные потоки жидкости в гидролиниях, соединенных с насосом, без применения устройств, способных обеспечить режим циклического изменения эксцентриситета, а применение таких устройств привело бы к значительным инерционным нагрузкам из-за колебаний (например, с частотой f=5…20 Гц) внутреннего корпуса с подшипниковыми узлами, статором и его кольцами, и возможности разрушения насоса или его частей.
Заявляемая полезная модель направлена на обеспечение возможности создания циклических (знакопеременных) потоков жидкости в гидролиниях, соединенных с насосом, при сохранении способности регулирования и реверсирования подачи без возникновения инерционных нагрузок.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении возможности создания циклических (знакопеременных) потоков жидкости в гидролиниях, соединенных с насосом, при сохранении способности регулирования и реверсирования подачи за счет изменения положения фазового регулятора подачи (далее - регулятора).
Указанный технический результат достигается тем, что радиально-поршневой насос с фазовым регулированием подачи (далее - насос), содержащий корпус, размещенный в нем статор, ротор с валом и радиальными цилиндрами с поршнями, расположенный внутри статора, и перемычки, обеспечивающие соединение цилиндров ротора, с гидролиниями, соединенными с насосом, согласно полезной модели, отличается тем, что ротор установлен соосно статору с минимальным зазором в сопряжении их цилиндрических поверхностей, внутри ротора соосно с ним установлен с возможностью вращения регулятор, который выполнен в виде вала с эксцентриком и эксцентричным кольцом, имеющими одинаковый эксцентриситет, а поршни своими торцами сопряжены с поверхностью эксцентрика. В поршнях выполнены поперечные прорези, которые нижней поверхностью с закругленной формой, сопрягаются с внутренней поверхностью эксцентричного кольца. В статоре прорезаны полукольцевые проточные каналы, между которыми в корпусе диаметрально выполнены проточки с установленными в них перемычками, сопряженными и прижатыми к поверхности ротора пружинами, причем в зоне сопряжения поверхности перемычек выполнены с радиусом, равным радиусу ротора. В перемычках расположены обратные клапаны, причем подклапанные радиальные отверстия сообщаются с цилиндрами ротора, когда они находятся под перемычками, а надклапанное пространство через отверстия в перемычках и каналы в корпусе постоянно сообщено, у первой перемычки с первым полукольцевым проточным каналом, у второй перемычки - со вторым. Полости в проточках над торцами перемычек сообщены через другие обратные клапаны с обеими гидролиниями насоса. С каждой стороны ротора соосно ему установлены неподвижные уплотнительные диски, плотно прилегающие к торцам ротора и поверхности статора, с уплотнением сопряженных цилиндрических поверхностей неподвижных дисков и статора.
Благодаря соосности ротора и статора с минимальным зазором в сопряжении их цилиндрических поверхностей и внутри ротора-регулятора, выполненного в виде вала с эксцентриком и эксцентричным кольцом, имеющими одинаковый эксцентриситет, и сопряжению торцов поршней с поверхностью эксцентрика, при вращении ротора поршни в его радиальных цилиндрах за один оборот ротора совершают один прямой ход, вытесняя жидкость в первый полукольцевой проточный канал, прорезанный в статоре, и соответствующую ему гидролинию, и один возвратный ход, всасывая жидкость из другого полукольцевого проточного канала, прорезанного в статоре, и соответствующей ему гидролинии. Прямой ход поршней обеспечивается эксцентриком регулятора, с которым сопряжены их торцы. Благодаря прорезям в поршнях и эксцентричному кольцу, которое своей внутренней поверхностью сопряжено с нижними закругленными поверхностями поперечных прорезей, обеспечивается возвратный ход поршней.
Благодаря перемычкам, установленным в диаметральных проточках корпуса между полукольцевыми проточными каналами, сопряженным и прижатым к поверхности ротора пружинами и давлением, подводимым от обеих гидролиний в полости проточек над торцами перемычек через обратные клапаны, достигается плотный контакт перемычек, выполненных в зоне сопряжения с ротором по радиусу, равному радиусу ротора, чем достигается герметичное отделение полукольцевых проточных каналов и гидролиний насоса друг от друга.
В первом фазовом положении регулятора (фазовый угол φ=0), когда поршни, совершающие вытеснение жидкости, своими цилиндрами сообщены с первым полукольцевым проточным каналом, а поршни, совершающие всасывание, своими цилиндрами сообщены со вторым полукольцевым проточным каналом, насос работает с постоянной максимальной подачей, вытесняя жидкость в одну гидролинию и всасывая из другой.
Во втором фазовом положении регулятора (фазовый угол φ=π/2), с первым полукольцевым проточным каналом сообщены цилиндры, в которых часть поршней находится в стадии начала вытеснения жидкости, а другая часть поршней - в стадии завершения всасывания. При четном количестве поршней ротора, объемы всосанной и вытесненной в первом полукольцевом канале жидкости компенсируют друг друга. Со вторым полукольцевым проточным каналом сообщены цилиндры, в которых часть поршней находится в стадии завершения вытеснения жидкости, а другая часть поршней - в стадии начала всасывания, поэтому и здесь объемы всосанной и вытесненной жидкости так же компенсируют друг друга. Насос работает в холостом режиме при отсутствии всасывания и подачи. Второе фазовое положение регулятора соответствует моменту реверсирования подачи насоса.
При текущем фазовом положении регулятора, когда фазовый угол φ увеличивается от 0 до π/2, подача насоса уменьшается от своего максимального значения при φ=0 до нуля при φ=π/2.
Благодаря обратным клапанам перемычек, подклапанные радиальные отверстия которых сообщаются с цилиндрами ротора, когда они находятся под перемычками, а надклапанное пространство через отверстия в перемычках и каналы в корпусе постоянно сообщено, у первой перемычки с первым полукольцевым проточным каналом, а у второй перемычки - со вторым, в моменты прохождения цилиндров ротора через перемычки, запертый объем жидкости, образующийся в пространстве между торцом поршня, стенками цилиндра и поверхностью перемычки, сопряженной с поверхностью ротора, сбрасывается через обратный клапан, чем исключается компрессия жидкости в этих объемах. Сброс запертого объема происходит через радиальное отверстие в перемычке, обратный клапан, далее через отверстие в перемычке и канал в корпусе в соответствующий полукольцевой проточный канал. Причем, в первом фазовом положении регулятора объем сбрасываемой через обратный клапан жидкости имеет минимальное значение, так как поршень, находящийся под перемычкой завершает ход вытеснения и переходит на ход всасывания, то есть проходит через положение, называемое «мертвой точкой», когда скорость поршня, изменяя направление, кратковременно обращается в ноль. Во втором фазовом положении регулятора объем сбрасываемой через обратный клапан жидкости имеет наибольшее значение, так как поршень, находящийся под перемычкой проходит через промежуточное положение между своими «мертвыми точками» и имеет в данный момент максимальную скорость вытеснения жидкости.
В третьем фазовом положении регулятора (фазовый угол φ=π), в котором поршни ротора, совершающие вытеснения жидкости, своими цилиндрами сообщены со вторым полукольцевым проточным каналом, а поршни ротора, совершающие всасывания жидкости, своими цилиндрами сообщены с первым полукольцевым проточным каналом, насос работает при постоянной максимальной подаче, но теперь он находится в реверсном режиме, когда жидкость подается в ту гидролинию, которая была всасывающей, и всасывается из той гидролинии, в которую она подавалась.
Четвертое фазовое положение регулятора (фазовый угол φ=3π/2), полностью соответствует второму фазовому положению (при φ=π/2) и насос работает в холостом режиме при отсутствии всасывания и подачи жидкости. Четвертое фазовое положение регулятора так же соответствует моменту реверсирования подачи. В интервале между третьим и четвертым фазовыми положениями регулятора, когда фазовый угол φ увеличивается от π до 3π/2, подача насоса уменьшается от своего максимального значения при φ=π до нуля при φ=3π/2.
Пятое фазовое положение регулятора (φ=2π) полностью соответствует первому фазовому положению.
ф
ф
ф
Благодаря установке регулятора внутри ротора с возможностью вращения его фазовое положение может изменяться непрерывно (φ=ωt) с угловой скоростью вращения ω (t - время). При этом за один оборот регулятора реверсирование и изменение направления потоков жидкости в гидролиниях насоса произойдет один раз. При увеличении угловой скорости вращения регулятора, например, до пяти оборотов в секунду, реверсирование и изменение направления потоков жидкости в гидролиниях насоса произойдет пять раз и т.д. Таким образом, управление скоростью вращения регулятора позволяет создавать циклические (знакопеременные) потоки жидкости в гидролиниях насоса с требуемой частотой f, равной ω/2π, при этом приводной двигатель регулятора не испытывает циклических инерционных нагрузок и работает в режиме установившегося вращения.
Благодаря установке неподвижных дисков с каждой стороны ротора, прилегающих к торцам ротора и уплотнению сопряженных цилиндрических поверхностей неподвижных дисков и статора, устраняются утечки жидкости по торцам ротора и обеспечивается высокая герметичность насоса.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является наличие регулятора, полукольцевых проточных каналов в статоре, поперечных прорезей в поршнях, диаметральных проточек в корпусе, установленных в них перемычек, обратных клапанов, расположенных в перемычках и неподвижных уплотнительных дисков, при этом регулятор, статор и ротор насоса установлены соосно, внутри ротора с возможностью вращения установлен регулятор, выполненный в виде вала с эксцентриком и эксцентричным кольцом, имеющими одинаковый эксцентриситет, поршни, сопряженные торцами с поверхностью эксцентрика, имеют поперечные прорези, нижней поверхностью с закругленной формой сопряженные с внутренней поверхностью эксцентричного кольца. В статоре прорезаны полукольцевые проточные каналы, между ними в корпусе диаметрально выполнены проточки с установленными в них перемычками, сопряженными и прижатыми к поверхности ротора пружинами, в зоне сопряжения поверхности перемычек выполнены с радиусом, равным радиусу ротора. В перемычках расположены обратные клапаны, подклапанные радиальные отверстия которых сообщаются с цилиндрами ротора, когда они находятся под перемычками, а надклапанное пространство через отверстия в перемычках и каналы в корпусе постоянно сообщено, у первой перемычки с первым полукольцевым проточным каналом, у второй перемычки - со вторым полукольцевым проточным каналом. Полости в проточках над торцами перемычек сообщены через другие обратные клапаны с обеими гидролиниями насоса, а с каждой стороны ротора соосно ему установлены неподвижные уплотнительные диски, плотно прилегающие к торцам ротора и поверхности статора.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана схема радиально-поршневого насоса с фазовым регулированием подачи в поперечном разрезе.
На фиг. 2 показана схема радиально-поршневого насоса с фазовым регулированием подачи в продольном разрезе.
На фиг. 3 показано сечение а - а корпуса радиально-поршневого насоса с фазовым регулированием подачи по фиг. 1.
На фиг. 4 показана схема радиально-поршневого насоса с фазовым регулированием подачи в поперечном разрезе при повернутом на угол π/2 регуляторе подачи.
На фиг. 5 показаны сопряжения поперечных прорезей поршней с эксцентричным кольцом регулятора радиально-поршневого насоса с фазовым регулированием подачи.
На фиг. 6 показано сечение перемычки радиально-поршневого насоса с фазовым регулированием подачи в момент прохождения цилиндра ротора с поршнем под перемычкой.
Радиально-поршневой насос, фиг. 1, содержит статор 1, выполненный в виде цилиндрической поверхности в корпусе, ротор 2, установленный в корпусе соосно статору 1 и регулятор, установленный соосно статору 1 и ротору 2, с эксцентриком 3 и эксцентричным кольцом 4, выполненными как одно целое с валом 5 и консолью 6 регулятора (фиг. 2) и имеют одинаковый эксцентриситет e. Вал 5 установлен в подшипниках 7, размещенных в корпусе насоса, а консоль 6 установлена в подшипнике 8, размещенном в цилиндрической полости 9 ротора 2. Вал ротора 2 установлен в подшипниках 10, размещенных в противоположной части корпуса насоса, фиг. 2.
В роторе 2 проточены цилиндры 11, оси которых расположены радиально к ротору и пересекаются с общей осью статора 1 и ротора 2, фиг. 1 и 2. В цилиндрах 11 установлены поршни 12, торцы которых сопряжены с поверхностью эксцентрика 3.
В поршнях 12 выполнены прорези 13 (фиг. 2 и фиг. 5). Верхняя поверхность прорези 13 (фиг. 5) плоская, а нижняя имеет закругленную форму. Нижней криволинейной поверхностью прорезь 13 каждого из поршней 12 сопрягается с внутренней поверхностью эксцентричного кольца 4, а верхняя плоская поверхность прорези 13 имеет зазор с наружной поверхностью эксцентричного кольца 4.
В корпусе насоса выполнены полукольцевые проточные каналы 14 и 15 шириной s и глубиной k (фиг. 1 и фиг. 3), при этом ширина 5 полукольцевых проточных каналов 14 меньше ширины в ротора 2, но больше диаметра поршня d (фиг. 3). Площадь сечения полукольцевых проточных каналов 14, равная:
п
S=k·s,
больше суммарной площади цилиндров 11, равной:
ц
2
S=n·π·d/4,
где n - количество цилиндров 11, одновременно сообщающихся с кольцевыми проточными каналами 14.
В верхней и нижней частях корпуса насоса диаметрально противоположно (фиг. 1, 2 и 4) в проточках 16 с прямоугольной или иной формой сечения установлены перемычки 17, прижатые пружинами 18 к поверхности ротора 2. Поверхности перемычек 17 в зоне их сопряжения с цилиндрической поверхностью ротора 2 так же имеют цилиндрическую поверхность, выполненную с радиусом, равным радиусу ротора 2. Этим достигается плотный контакт в зоне сопряжения перемычек 17 с поверхностью ротора 2 и герметичность полукольцевых проточных каналов 14 и 15 относительно друг друга.
Внутри каждой перемычки 17 размещен обратный клапан с запорным элементом 19 и пружиной 20, прижимающей запорный элемент 19 к своему седлу (фиг. 1, 4 и 6). Радиальное отверстие 22 (фиг. 6) сообщает подклапанное пространство обратного клапана с цилиндрами 11, когда цилиндры 11 находятся под перемычками 17. Надклапанное пространство обратного клапана через отверстие 23 в перемычке 17 и канал 24, выполненный в корпусе насоса, сообщено с полукольцевым проточным каналом 15.
Полости, образованные поверхностями проточек 16 и торцевой поверхностью перемычек 17, с размещенными в них пружинами 18, сообщены через обратные клапаны 25 и 26 с полостями 27 и 28 (фиг. 1 и 4) и гидролиниями А и Б.
С обеих сторон ротора 2 соосно его оси и статора 1 установлены неподвижные уплотнительные диски 29 и 30 (фиг. 2), плотно прилегающие к торцевым поверхностям ротора 2 и к цилиндрической поверхности статора 1. По сопрягаемым цилиндрическим поверхностям статора 1 и неподвижных уплотнительных дисков 29 и 30 установлены уплотнения 31. В зонах сопряжения неподвижных уплотнительных дисков 29 и 30 с валом 5 и с выступающей цилиндрической частью ротора 2 установлены уплотнения 32.
Неподвижные уплотнительные диски 29 и 30 зафиксированы от вращения штифтами 33, вставленные в свои отверстия в корпусе с зазором.
Кольцевые проточки 34, выполненные внутри корпуса насоса сообщены тонкими дроссельными каналами 35 и 36 с гидролиниями А и Б.
На поверхностях торцевых дисков 29 и 30, сопряженных с торцевыми поверхностями ротора 2 для удержания смазки (рабочей жидкости) выполнены радиальные проточки 37.
Между валом ротора 2, корпусом радиально-поршневого насоса и крышкой корпуса 38 установлены уплотнения 39.
Между валом 5 фазового регулятора, корпусом радиально-поршневого насоса и крышкой корпуса 40 так же установлены уплотнения 41.
В нижней части корпуса насоса просверлены отверстия 43 для отвода внешних утечек жидкости в дренаж (в бак гидросистемы).
Насос работает следующим образом.
В первом фазовом положении регулятора (фазовый угол φ=0), когда поршни ротора, совершающие вытеснение жидкости, своими цилиндрами сообщены с первым полукольцевым проточным каналом, а поршни ротора, совершающие всасывание жидкости, своими цилиндрами сообщены со вторым полукольцевым проточным каналом, насос работает в режиме постоянной максимальной подачи, подавая жидкость в одну (напорную) гидролинию и всасывая ее из другой.
p
а
а
В первом фазовом положении регулятора (фазовый угол φ=0) при положении эксцентрика 3, показанном на фиг. 1, при вращении ротора 2 по часовой стрелке с угловой скоростью ω, поршни 12, совершают возвратный ход в цилиндрах 11 из положения , проходя стадии б, в и г, в положение д, совершают всасывание жидкости через полукольцевой проточный канал 14, полость 28 и гидролинию Б. Возвратный ход поршней 12 на всасывание обеспечивает эксцентричное кольцо 4, которое своей внутренней поверхностью (фиг 5), воздействуя на криволинейную поверхность прорези 13 каждого из поршней 12, заставляет их втягиваться в цилиндры 11 из положения , (фиг. 1), проходя стадии б, в и г, в положение д.
а
Одновременно с этим поршни 12 цилиндров 11, сообщенные с полукольцевым проточным каналом 15, полостью 27 и гидролинией А, совершают прямой ход из положения д, проходя стадии е, ж и з, в положение  и вытесняют жидкость через полукольцевой проточный канал 15, полость 27 и гидролинию А. Прямой ход поршней 12 на вытеснение жидкости обеспечивает эксцентрик 3, по которому поршни 12 при вращении с ротором 2 скользят, опираясь на него своими внутренними торцами.
max
п
p
п
p
3
В первом фазовом положении регулятора (в фазе максимальной подачи Q) при прохождении цилиндром 11 через перемычку 17 (фиг. 6), поршень 12, заканчивая свой ход вытеснения и двигаясь с минимальной скоростью, переходит из положения I (показано пунктиром) в положение II («мертвая точка»), в котором скорость поршня 12 становится равной нулю. При этом он продолжает вытеснять жидкость из цилиндра 11 в полукольцевой проточный канал 15 до тех пор, пока точка м на кромке цилиндра 11 не совместится с точкой н на кромке перемычки 17. В этот момент произойдет отсечка цилиндра 11 от полукольцевого проточного канала 15 и в надпоршневой полости цилиндра 11 возникнет компрессия жидкости, так как образуется замкнутый объем, образованный стенками цилиндра 11, верхним торцом поршня 12 и перемычкой 17. Когда давление в указанном замкнутом объеме превысит максимальное рабочее давление насоса на 4…5%, откроется обратный клапан: запорный элемент 19, преодолевая усилие пружины 20 и давление в полукольцевом проточном канале 15, поднимется и перепустит небольшой объем жидкости из запертого объема через отверстия 22 и 23 в перемычке 17 и канал 24 в корпусе насоса в полукольцевой проточный канал 15. При таком режиме работы насос создает постоянную максимальную теоретическую подачу (без учета утечек) равную (м/с): Q=2e·z·s·f=e·z·s·ω/π,
п
p
р
2
где e - эксцентриситет эксцентрика 3, определяющий полный ход поршня за один оборот ротора 2 (м), z - общее количество поршней в роторе 2, s - площадь одного поршня (м), f - частота вращения ротора 2 (об/с), ω - угловая скорость вращения ротора 2 (рад/с).
p
Во втором фазовом положении регулятора (фазовый угол φ=π/2), при положении эксцентрика 3, показанном на фиг. 4, при продолжающемся вращении ротора 2 по часовой стрелке с угловой скоростью ω, поршни 12, совершают возвратный ход в цилиндрах 11, переходя из положения в, проходя стадию г в положение д, всасывают жидкость из полукольцевого проточного канала 14. А поршни 12 цилиндров 11, переходя из положения д, проходя стадию е в положение ж, вытесняют жидкость в полукольцевой проточный канал 14. Таким образом, при втором фазовом положении регулятора (в фазе нулевой подачи), фиг. 4, объем жидкости, всасываемый поршнями 12 при их переходе из положения в положение д, компенсируется объемом жидкости, вытесняемым поршнями 12 при их переходе из положения д положение ж, поэтому ни подачи ни всасывания в кольцевом проточном канале 14, полости 28 гидролинии Б не происходит.
а
Аналогичный процесс взаимной компенсации объемов жидкости всасываемой поршнями 12 при их переходе из положения а через стадию 6 в положение в и вытесняемой поршнями 12 при их переходе из положения ж через стадию з в положение , происходит в полукольцевом проточном канале 15. Поэтому ни подачи ни всасывания в кольцевом проточном канале 15, полости 27 и гидролинии А так же не происходит.
Таким образом, положение эксцентрика 3 при фазовом угле φ=π/2, фиг. 4, соответствует моменту реверсирования насоса.
0
В этот момент реверсирования для прижатия уплотнительных дисков 29 и 30 к ротору 2 по дроссельными каналами 35 и 36 из гидросистемы, к которой подключен насос, подводится небольшое статическое давление P=2…2,5 кг/см, создаваемое подпиточным насосом и поддерживаемое гидроаккумулятором с дросселем (на фиг. не показаны).
В момент реверсирования в фазе нулевой подачи при прохождении цилиндром 11 через перемычку 17, фиг. 4, поршень 12 (фиг. 6) переходит из положения I с большей скоростью, чем в фазе с максимальной подачей (при φ=0), в положение II, в котором он достигает максимальной скорости. При этом, когда точка м на кромке цилиндра 11 совместится с точкой н на кромке перемычки 17, он вытеснит больший объем жидкости из замкнутого объема через отверстие 22, обратный клапан, отверстие 23 и канал 24 в полукольцевой проточный канал 15. Таким образом, компрессия жидкости будет устранена.
max
При таком режиме работы подача насоса равна нулю, а в интервале фазового угла от 0 до π/2, то есть при повороте эксцентрика 3 из положения, показанного на фиг. 1 в положение, показанное на фиг. 4, подача насоса будет уменьшаться от Q до нуля.
max
При переводе эксцентрика 3 в третье фазовое положение регулятора, при котором фазовый угол φ=π, фиг. 1, подача насоса вновь становится максимальной Q, но поршни 12 вытесняют жидкость из цилиндров 11 в полукольцевой проточный канал 14 и всасывают ее из полукольцевого проточного канала 15. Таким образом подача насоса реверсируется и подача жидкости из насоса идет через полость 28 в гидролинию Б, а всасывание происходит через полость 27 из гидролинии А.
Четвертое фазовое положение регулятора (фазовый угол φ=3π/2), полностью соответствует второму фазовому положению (при φ=π/2) и насос работает в холостом режиме при отсутствии всасывания и подачи жидкости из своих гидролиний А и Б. Четвертое фазовое положение регулятора так же соответствует моменту реверсирования насоса.
max
Между третьим и четвертым фазовыми положениями регулятора, когда фазовый угол φ увеличивается от π до 3π/2, подача насоса уменьшается от своего максимального значения Q при φ=π до нуля при φ=3π/2.
Пятое фазовое положение регулятора (φ=2π) полностью соответствует первому фазовому положению, когда фазовый угол φ равен нулю.
ф
ф
ф
При вращении регулятора с постоянной угловой скоростью ω в сторону вращения ротора 2, фазовое положение эксцентрика 3 и эксцентричного кольца 4 будет изменяться непрерывно (φ=ωt, где t - время), а реверсирование подачи насоса будет происходить за один полный оборот вала 5 регулятора, фиг. 2. При этом в гидролиниях насоса А и Б, будет возникать циклическое (знакопеременное) движение жидкости с частотой f, определяемой угловой скоростью соф вращения регулятора: f=ω/2π.
Приводной двигатель регулятора не будет испытывает циклических инерционных нагрузок, но будет преодолевать силы трения, возникающие при скользящем контакте торцов поршней 12 с поверхностью эксцентрика 3. Учитывая, что эксцентрик 3, эксцентричное кольцо 4 и торцы поршней 12 с поперечными прорезями 13 находятся в условиях смазки, то указанные силы будут не значительными, как и момент сопротивления на валу 5 регулятора. Поэтому приводной двигатель регулятора выполняет функцию управляющего двигателя и потребляет незначительную мощность.
ф
п
p
ф
п
p
ф
ф
max
ф
ф
При постоянном вращении эксцентрика 3 с постоянной угловой скоростью ω подача насоса в каждую из гидролиний А и Б будет определяться выражением: Q=[e·z·s·(ω-ω)/π)]·Sinφ=[e·z·s·(ω-ω)/π)]·Sinω·t, то есть будет попеременно, то увеличиваться до максимума Q при Sinω·t=1 (в фазах φ=0 и φ=π), то уменьшаться до нуля при Sinω·t=0 (в фазах φ=π/2 и φ=3π/2).
п
p
ф
амп
Выражение в квадратных скобках [e·z·s·(ω-ω)/π)] представляет собой амплитуду колебаний подачи Q.
p
ф
Значение амплитуды подачи насоса зависит от разности угловой скорости ω вращения ротора 2 и угловой скорости ω регулятора:
p
Δω=(ω-ωф).
амп
амп
п
p
ф
Амплитуда подачи насоса Q будет уменьшаться при увеличении угловой скорости вращения регулятора, если ротор 2 и регулятор вращаются в одном направлении: Q=[e·z·s·(ω-ω)/π)],
амп
п
p
ф
и увеличиваться, если ротор 2 и регулятор вращаются в противоположных направлениях: Q=[e·z·s·(ω+ω)/π)].
Работа насоса в режиме циклической (знакопеременной) подачи может быть использована, например, для приведения штока двухстороннего гидроцилиндра в возвратно-поступательное движение при необходимости возбуждении колебаний, например, испытательных машин.
Таким образом, достигается технический результат полезной модели, заключающийся в обеспечении возможности создания циклических (знакопеременных) потоков жидкости в гидролиниях, соединенных с насосом, при сохранении способности регулирования и реверсирования подачи за счет изменения положения регулятора.