Аксиально-поршневая гидромашина

Полезная модель относится к роторным гидромашинам объемного действия, предназначенным для преобразования механической энергии в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости и использования в гидроприводах машин и оборудования.
Известен блок цилиндров аксиально-поршневой гидромашины (SU № 1393924, F 04 B 1/20, опубл. 07.05.1988), в котором выполнены разгрузочные цилиндрические полости, проходящие через середины межцилиндровых зон соосно оси блока, содержащие упругие элементы для демпфирования колебаний давления.
Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью являются блок цилиндров с цилиндрическими полостями, расположенными в межцилиндровых зонах соосно оси блока.
Недостатком аналога является то, что указанные цилиндрические полости не используются для увеличения рабочего объема и подачи рабочей жидкости.
Известен аксиально-поршневой насос с наклонным диском [Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – М: Машиностроение, 1982. – 423 с, С. 319–320, рис. 3.31], содержащий блок цилиндров, соединенный с валом шлицами с одной стороны, плунжеры, размещенные в цилиндрах блока, опирающиеся на наклонный диск через гидростатические опоры со сферическими шарнирами и распределительную шайбу с серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающую к блоку цилиндров с другой его стороны.
Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью являются блок цилиндров, вал, соединенный шлицами с блоком, плунжеры, размещенные в его цилиндрах, гидростатические опоры, соединенные сферическими шарнирами с плунжерами и распределительная шайба с серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающую к торцу блока цилиндров.
Недостаток второго аналога состоит в том, что в блоке цилиндров выполнен по окружности только один ряд цилиндров, совместно с плунжерами, наклонным диском и распределительной шайбой, образующий один качающий узел; в блоке цилиндров отсутствуют меньшие по диаметрам цилиндрические полости в межцилиндровых зонах и плунжеры в них, которые могли бы образовать второй качающий узел, что могло бы увеличить рабочий объем насоса, его подачу и мощность при почти неизменных габаритах блока цилиндров и насоса в целом.
В качестве прототипа принята аксиально-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. С. 103–1041, рис. 5.4] содержащая наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с приводным валом шлицевым соединением с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах блока, опирающиеся на наклонную шайбу своими гидростатическими опорами (башмаками), завальцованными на сферических головках поршней и самоустанавливающийся распределительный диск с серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блоку цилиндров с другой его стороны.
Общими признаками прототипа с заявляемой полезной моделью являются наклонная шайба, блок цилиндров, соединенный с приводным валом шлицами с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах блока, опирающиеся на наклонную шайбу башмаками, завальцованными на сферических головках поршней и распределительный диск с серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блоку цилиндров с другой его стороны.
Недостаток прототипа тот же: в блоке цилиндров выполнен по окружности только один ряд цилиндров, совместно с поршнями, наклонной шайбой и распределительным диском, образующий один качающий узел. В блоке цилиндров отсутствуют дополнительные с меньшими диаметрами цилиндрические полости (цилиндры) в межцилиндровых зонах основных цилиндров и поршни в них, которые могли бы образовать второй качающий узел, что могло бы увеличить рабочий объем гидромашины, ее подачу, мощность и удельную мощность (мощность отнесенную к массе) при почти неизменных габаритах и массе блока цилиндров и гидромашины в целом.
Заявляемая полезная модель направлена на увеличение рабочего объема гидромашины, как следствие, увеличение ее подачи, мощности и удельной мощности при почти неизменных габаритах и массе блока цилиндров и гидромашины в целом.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в увеличении рабочего объема аксиально-поршневой гидромашины.
Указанный технический результат достигается тем, что аксиально-поршневая гидромашина содержит установленную под наклоном с углом φ шайбу, блок цилиндров, соединенный с приводным валом шлицами с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах блока, опирающиеся на наклонную шайбу башмаками, завальцованными на сферических головках поршней и распределительный диск с серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блоку цилиндров с другой его стороны. В блоке цилиндров при увеличении его наружного диаметра на 10 % (а площади поперечного сечения и объема на 21 %) в межцилиндровых зонах основных цилиндров выполнены соосно оси блока дополнительные цилиндры меньшего диаметра, в них размещены дополнительные поршни, опирающиеся на наклонную шайбу своими башмаками, завальцованными на их сферических головках, а в распределительном диске прорезаны дополнительные серповидные окна с перемычками между ними, равными шириной диаметрам отводных каналов, просверленных в блоке цилиндров, идущих из дополнительных цилиндров, при этом серповидные окна распределительного диска сообщены прорезями с дополнительными серповидными окнами.
доп
Диаметры дополнительных цилиндров в два раза меньше диаметров основных цилиндров, а их площади меньше в четыре раза. При этом ход h дополнительных поршней, определяемый по формуле:
доп
доп
h = D tg φ,
доп
осн
осн
(где D – диаметр по осям дополнительных цилиндров) больше хода h основных поршней с их диаметрами по осям D, определяемого по той же формуле:
осн
осн
h = D tg φ.
При увеличенном на 10 % наружном диаметре блока цилиндров диаметр D<sub>доп </sub>в 1,32 раза больше, чем D<sub>осн</sub>, поэтому при одном и том же угле φ отношение ходов дополнительного h<sub>доп</sub> и основного h<sub>осн</sub> поршней будет равно отношению указанных диаметров – 1,32.
Рабочий объем, определяемый по формуле V<sub>0</sub> = f·z·h (f – площадь поршня, z – число поршней), для рассматриваемой аксиально-поршневой гидромашины будет определяться суммой:
0
0осн
0доп
осн
осн
осн
осн
V= V+V= f·h·z+ 0,25f·1,32h·z
и составит:
0
осн
осн
0осн
V= f·h·z·(1 + 0,25·1,32) = 1,33 V,
т. е. увеличится на 33 %.
Таким образом, размещение в межцилиндровых зонах основных цилиндров дополнительных цилиндров меньшего диаметра с поршнями, опирающимися на общую наклонную шайбу своими башмаками, приводит при незначительном увеличении наружного диаметра блока цилиндров (на 10 %) к увеличению рабочего объема аксиально-поршневой гидромашины, увеличению ее теоретической подачи, мощности и удельной мощности на 33 %.
Диаметры дополнительных цилиндров не обязательно должны быть
точно в два раза меньше диаметров основных цилиндров, но их отношение желательно должно быть близким к 0,5. Тогда увеличение рабочего объема аксиально-поршневой гидромашины составит 30…35 %.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа
являются дополнительные цилиндры меньшего диаметра, выполненные соосно оси блока цилиндров в межцилиндровых зонах основных цилиндров с размещенными в них дополнительными поршнями со своими башмаками, дополнительные серповидные окна, прорезанные в распределительном диске с перемычками между ними, сообщенные прорезями с основными серповидными окнами, отводные каналы, просверленные в блоке цилиндров и ведущие к дополнительным цилиндрам, диаметры которых равны ширине дополнительных серповидных окон и перемычек между ними.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 схематично показана аксиально-поршневая гидромашина в поперечном разрезе.
и
у
На фиг. 2 показан вид на блок цилиндров аксиально-поршневой гидромашины со стороны правого торца по фиг. 1 (D – наружный диаметр исходного блока цилиндров, D – увеличенный на 10% наружный диаметр блока цилиндров).
На фиг. 3 показан вид на блок цилиндров аксиально-поршневой гидромашины со стороны левого торца по фиг. 1.
На фиг. 4 показано наложение контуров серповидных окон распределительного диска на каналы в блоке цилиндров, ведущие к основным и дополнительным цилиндрам.
На фиг. 5 показан разрез А-А распределительного диска аксиально-поршневой гидромашины по фиг. 1.
Аксиально-поршневая гидромашина, фиг. 1, содержит корпус 1, приводной вал 2 со шлицами 3, установленный в подшипниках 4. Блок цилиндров 5 соединен с приводным валом 2 через шлицевое соединение и своим левым сферическим торцом плотно прижат к сферической поверхности распределительного диска 6 пружиной 7 через упорное кольцо 8, что дает возможность блоку цилиндров 5 самоустанавливаться в процессе вращения с угловой скоростью ω.
В блоке цилиндров 5, фиг. 2, с увеличенным на 10 % наружным диаметром
осн
доп
по сравнению с исходным диаметром, выполнены основные цилиндры 9 с осями по диаметру Dи дополнительные цилиндры 10 с осями по диаметру D (шлицы в центральном отверстии блока условно не показаны).
В блоке цилиндров 5, фиг. 1 и 3, просверлены отводные каналы 11 и 12, идущие от основных 9 и дополнительных 10 цилиндров соответственно.
На фиг. 4 показано наложение контуров основных 13 и дополнительных 14 серповидных окон (см. так же фиг. 5) на каналы 11 и 12 в блоке цилиндров 5, ведущие к рабочим камерам, образованным основными 9 и дополнительными 10 цилиндрами и их поршнями 15 и 16 соответственно, фиг. 1. Здесь хорошо видно, фиг. 4, что отводные каналы 11 и 12, просверленные в блоке цилиндров 5, имеют диаметры, равные ширине соответствующих серповидных окон и перемычек между ними.
В распределительном диске 6, фиг. 5, кроме основных 13 и дополнительных 14 серповидных окон выполнены прорези 17 и 18, сообщающие основные и дополнительные серповидные окна между собой с каждой стороны слева и справа от перемычек 19 и выполнены так же отверстия 20 и 21, сообщающиеся со штуцерами, которыми гидромашина присоединяется к линиям гидросистемы (один из них виден на фиг. 1, поз. 23).
В корпусе 1 аксиально-поршневой гидромашины размещена наклонная шайба 24, которая в нерегулируемом варианте гидромашины является неподвижной, а в регулируемом варианте – подвижной и способной изменять угол наклона φ, например, в зависимости от уровня давления в гидросисиеме.
Для снижения контактных усилий основные 15 и дополнительные 16  поршни имеют завальцованные на их сферических головках башмаки 25 и 26, опирающиеся на поверхность наклонной шайбы 24.
Аксиально-поршневая гидромашина работает следующим образом.
При вращении вала 2 и блока цилиндров 5, вращение которому передают шлицы 3, основные и дополнительные поршни 15 и 16 совершают возвратно-поступательное движение. На первом полуобороте блока цилиндров 5 и те и другие упомянутые поршни 15 и 16, выдвигаясь из своих рабочих камер под действием пружин, всасывают рабочую жидкость из линии всасывания через отводные каналы 11 и 12 и серповидные окна 13 и 14, выполненные на распределительном диске 6 справа, фиг. 5. На втором полуобороте блока цилиндров 5 и те и другие выше упомянутые поршни 15 и 16, пройдя через верхнюю перемычку 19, фиг. 5, отсекающую линию всасывания от линии нагнетания, вытесняют рабочую жидкость в линию нагнетания через упомянутые отводные каналы 11 и 12 и серповидные окна 13 и 14, выполненные на распределительном диске 6 слева, фиг. 5.
Далее, основные 15 и дополнительные 16 поршни, пройдя через нижнюю перемычку 19, фиг. 5, отсекающую линию нагнетания от линии всасывания, снова всасывают рабочую жидкость в свои рабочие камеры.
В процессе работы гидромашины башмаки 25 и 26 основных 15 и дополнительных 16 поршней скользят по поверхности наклонной шайбы 24. Обладая значительными опорными поверхностями указанные башмаки 25 и 26 распределяют усилие со стороны упомянутых поршней 15 и 16 на наклонную шайбу по этим поверхностям и одновременно смазывают наклонную шайбу 24 рабочей жидкостью, поступающей по каналам внутри поршней 15 и 16 и каналам в самих башмаках 25 и 26.
Благодаря выполнению в блоке цилиндров 5 в межцилиндровых зонах основных цилиндров 9 дополнительных цилиндров 10, фиг. 2, с размещенными в них поршнями 16, фиг. 1, рабочий объем заявляемой аксиально-поршневой гидромашины увеличивается на 30…35 %, а вместе с ним увеличивается ее подача, мощность и удельная мощность.
Таким образом достигается технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в увеличении рабочего объема аксиально-поршневой гидромашины на 30…35 % при том, что наружный диаметр исходного блока цилиндров увеличивается всего на 10 %.