МОДУЛЬНАЯ ДОЗИРУЮЩАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в объемном гидроприводе машин для синхронизации перемещения исполнительных органов.
Известна гидромашина, содержащая корпус, шестерни, закрепленные на валах, установленных в подшипниках скольжения корпуса, образующие полости, низкого давления, связанную с баком гидросистемы через канал в корпусе, и высокого, связанную с напорными магистралями потребителей [1].
Известная гидромашина обеспечивает работу в режиме объемного делителя потоков, реализуя возможности использования в многомоторных приводах при синхронном перемещении рабочих органов.
Недостатком известной гидромашины являются ограниченные функциональные возможности и низкая надежность работы. Ограниченные функциональные возможности обусловлены тем, что гидромашина может работать только с двумя, и не более, потребителями. Низкая надежность работы объясняется тем, что в предложенной конструктивной схеме полости низкого и высокого давления соединены каналами в шестернях. Это приведет к снижению объемного КПД гидромашины и гидравлической мощности.
Известна дозирующая система, содержащая корпус с ротором, установленным в подшипнике скольжения корпуса, приводимым во вращение, оснащенным полостью, связанной с подводящей магистралью, и, последовательно, с каналами подключения потребителей в подшипнике скольжения и корпусе дозирующей системы [2].
Известная дозирующая система обеспечивает надежную работу в режиме деления потока рабочей жидкости с контурами нескольких потребителей за счет периодического подключения контура каждого потребителя к полости высокого давления гидромашины и разделения полостей низкого и высокого
давления. Конструктивная схема дозирующей системы позволяет создавать модели с различным числом контуров потребителей, с различными параметрами расхода рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей.
Недостатком дозирующей системы являются ограниченные функциональные возможности и низкая надежность работы.
Ограниченные функциональные возможности объясняются тем, что основные параметры дозирующей системы (количество контуров потребителей, параметры расхода рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей) закладываются при производстве дозирующей системы и не изменяются при использовании дозирующей системы. Данная дозирующая система не универсальна по основным параметрам. Низкая надежность работы объясняется тем, что гидромашина, работая в контурах нескольких потребителей, не обеспечивает необходимой степени равномерности подачи рабочей жидкости. Так, гидромашина подает порцию рабочей жидкости в контур данного потребителя один раз за оборот. Объем порции пропорционален расходу рабочей жидкости, подаваемой насосом. Для выравнивания подачи рабочей жидкости в контуре каждого потребителя должен быть применен гидропневматический аккумулятор. Параметры пульсации расхода рабочей жидкости при данных параметрах гидропневматического аккумулятора определяют степень неравномерности подачи рабочей жидкости, и, соответственно, надежность работы гидромашины.
Задачей, решаемой полезной моделью, являются расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы модульной дозирующей системы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что модульная дозирующая система содержит корпус, ротор, установленный в подшипнике скольжения корпуса, имеющий возможность вращения и оснащенный
полостью, связанной с подводящей магистралью, и, последовательно, с каналами подключения потребителей в подшипнике скольжения и корпусе. На наружной поверхности ротора выполнена группа продольных пазов, равномерно расположенных по окружности ротора, и кольцевая канавка, полости которых связаны между собой, и посредством каналов в подшипнике скольжения и корпусе связаны с подводящей магистралью дозирующего модуля. В подшипнике скольжения выполнены группы каналов, с числом групп, равным числу потребителей, причем каналы в пределах каждой группы равномерно расположены по окружности подшипника скольжения и их число соответствует числу продольных пазов ротора. А группы смещены друг относительно друга по длине подшипника скольжения и углу, при этом полости каналов каждой группы связаны между собой кольцевой канавкой, образованной на наружной поверхности подшипника скольжения, и с каналом подключения соответствующего потребителя. В подшипнике скольжения могут быть выполнены дополнительные группы каналов, при этом каналы каждой дополнительной группы связаны между собой дополнительной кольцевой канавкой, выполненной на наружной поверхности подшипника скольжения, а группа каналов подключения дополнительных потребителей в корпусе дозирующего модуля заперта. Основной дозирующий модуль может быть оснащен дополнительным дозирующим модулем, корпус которого крепится на корпусе основного дозирующего модуля, а ротор приводится от ротора основного дозирующего модуля, подводящий канал дополнительного дозирующего модуля связан с источником давления, либо баком гидросистемы, а отводящие каналы связаны с напорными магистралями потребителей. На наружной поверхности подшипника скольжения могут быть выполнены калиброванные каналы, соединяющие между собой полости кольцевых канавок.
Новым является то, что на наружной поверхности ротора выполнена группа продольных пазов, равномерно расположенных по окружности ротора, и
кольцевая канавка, полости которых связаны между собой, и посредством каналов в подшипнике скольжения и корпусе связаны с подводящей магистралью дозирующего модуля. В подшипнике скольжения выполнены группы каналов, с числом групп, равным числу потребителей, причем каналы в пределах каждой группы равномерно расположены по окружности подшипника скольжения и их число соответствует числу продольных пазов ротора. А группы смещены друг относительно друга по длине подшипника скольжения и углу, при этом полости каналов каждой группы связаны между собой кольцевой канавкой, образованной на наружной поверхности подшипника скольжения, и с каналом подключения соответствующего потребителя. В подшипнике скольжения могут быть выполнены дополнительные группы каналов, при этом каналы каждой дополнительной группы связаны между собой дополнительной кольцевой канавкой, выполненной на наружной поверхности подшипника скольжения, а группа каналов подключения дополнительных потребителей в корпусе дозирующего модуля заперта. Основной дозирующий модуль может быть оснащен дополнительным дозирующим модулем, корпус которого крепится на корпусе основного дозирующего модуля, а ротор приводится от ротора основного дозирующего модуля, подводящий канал дополнительного дозирующего модуля связан с источником давления, либо баком гидросистемы, а отводящие каналы связаны с напорными магистралями потребителей. На наружной поверхности подшипника скольжения могут быть выполнены калиброванные каналы, соединяющие между собой полости кольцевых канавок.
Технический результат от расширения функциональных возможностей и повышения надежности работы модульной дозирующей системы заключается в том, что обеспечивается возможность подключения насоса в напорные магистрали двух, трех и более потребителей, с различными параметрами расхода рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей в данной конкретной гидросистеме с незначительной переналадкой. Модульное
построение дозирующей системы позволяет наращивать число дозирующих модулей с возможностью деления и суммирования потоков рабочей жидкости любого числа насосов с заданным распределением параметров расхода по напорным магистралям потребителей. Уменьшается неравномерность подачи рабочей жидкости по контурам потребителей за счет постоянного питания контуров всех потребителей потоками с ограниченными расходными характеристиками, и увеличения количества порций рабочей жидкости, подаваемой в напорную магистраль каждого потребителя за один оборот ротора гидрораспределителя, при одновременном уменьшении объема каждой порции. Уменьшение пульсации расхода рабочей жидкости при данных параметрах гидропневматического аккумулятора снижает степень неравномерности подачи рабочей жидкости, и, соответственно, увеличивает надежность работы модульной дозирующей системы. Кроме того, подача рабочей жидкости из полостей групп продольных пазов, равномерно расположенных по наружной поверхности ротора, обеспечивает уравновешивание гидродинамических реакций потока рабочей жидкости, действующих на ротор. Это снижает износ рабочих поверхностей ротора и подшипника скольжения, увеличивает надежность работы модульной дозирующей системы.
На фиг.1 представлен продольный разрез модульной дозирующей системы с ротором, приводимым во вращение от внешнего источника энергии; на фиг.2 - гидравлическая схема включения модульной дозирующей системы с ротором, приводимым во вращение от внешнего источника энергии; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.1; на фиг.8 - разрез Е-Е на фиг.1; на фиг.9 - продольный разрез модульной дозирующей системы с ротором, приводимым во вращение шестеренной гидромашиной; на фиг.10 - гидравлическая схема включения модульной дозирующей системы с ротором, приводимым во вращение шестеренной гидромашиной; на фиг.11 -
разрез Ж-Ж на фиг.9; на фиг.12 - разрез 3-3 на фиг.9; на фиг.13 - разрез И-И на фиг.9; на фиг.14 - разрез К-К на фиг.9; на фиг.15 - разрез Л-Л на фиг.9; на фиг.16 - продольный разрез модульной дозирующей системы со ступенчатым регулированием параметров расхода рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей, и ротором, приводимым во вращение от внешнего источника энергии; на фиг.17 представлена гидравлическая схема включения модульной дозирующей системы со ступенчатым регулированием параметров расхода рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей, и ротором, приводимым во вращение от внешнего источника энергии; на фиг.18 - разрез М-М на фиг.16; на фиг.19 - разрез Н-Н на фиг.16; на фиг.20 - разрез О-О на фиг.16; на фиг.21 - разрез П-П на фиг.16; на фиг.22 - разрез Р-Р на фиг.16; на фиг.23 - разрез С-С на фиг.16; на фиг.24 - продольный разрез двухмодульной дозирующей системы с ротором, приводимым во вращение от внешнего источника энергии; на фиг.25 представлена гидравлическая схема включения двухмодульной дозирующей системы с работой модулей в потоках двух насосов, и ротором, приводимым во вращение от внешнего источника энергии; на фиг.26 - гидравлическая схема включения двухмодульной дозирующей системы с работой модулей в потоке одного насоса, и ротором, приводимым во вращение от внешнего источника энергии; на фиг.27 - разрез Т-Т на фиг.24; на фиг.28 - разрез У-У на фиг.24.
Модульная дозирующая система включает основной 1 (условно) (см. фиг.1, фиг.9, фиг.16, фиг.24) и дополнительный 2 (фиг.24) дозирующие модули.
Дозирующий модуль 1, 2 модульной дозирующей системы содержит корпус 3, ротор 4, установленный в подшипнике скольжения 5 корпуса 3. Ротор 4 оснащен шлицем 6, вставляемым в паз полумуфты вала привода. Корпус 3 модульной дозирующей системы с приводом от внешнего источника энергии 7 оснащен одним, либо двумя фланцами 8 для крепления на посадочную поверхность механизма привода, либо основного дозирующего модуля 1.
При формировании модульной дозирующей системы, включающей дополнительный дозирующий модуль 2 (см. фиг.24), ротор 4 дозирующего модуля 2 приводится от ротора 4 дозирующего модуля 1.
Корпус 3 дозирующего модуля с ротором 4, приводимым во вращение шестеренной гидромашиной 9 (см. фиг.9), крепится посредством резьбового соединения на корпусе 10 шестеренной гидромашины 9.
Шестеренная гидромашина 9 содержит валы-шестерни 11, 12. Валы-шестерни 11, 12 установлены в подшипниках скольжения корпуса 10. Шестерни 11, 12 образуют подводящую и отводящую полости. Отводящая полость гидромашины 9 связана внешним трубопроводом (не показан) через штуцер крышки корпуса 3 с полостью осевого канала 14 ротора 4. Вал 11 оснащен каналом, разгружающим его от осевой нагрузки. Шлиц 6 ротора 4 входит в паз вала 11.
Модульная дозирующая система установлена в напорных магистралях насосов 15, 16, связанных с баком 17 гидросистемы.
Подводящая полость шестеренной гидромашины 9 связана с напорной магистралью насоса 15.
Ротор 4 (см. фиг.1, фиг.16, фиг.24) оснащен на наружной образующей поверхности кольцевой канавкой 18, полость которой связана с насосом 15, 16 гидросистемы через канал 19 корпуса 3 дозирующего модуля 1, 2, кольцевую канавку 20 и каналы 21, выполненные в подшипнике скольжения 5.
На наружной поверхности ротора 4 выполнена группа равномерно расположенных по окружности ротора продольных пазов 22, полости которых связаны с полостью кольцевой канавки 18, и последовательно соединяются с полостями групп каналов 23, 24, 25, 26, 27, 28, образованных в подшипнике скольжения 5. Полости групп каналов 23, 24, 25, 26, 27, 28 связаны с полостями кольцевых канавок 29, 30, 31, 32, 33, 34, выполненных на наружной поверхности подшипника скольжения 5, и каналами 35, 36, 37, 38, 39, 40 подключения потребителей, выполненных в корпусе 3 дозирующего модуля.
Полость осевого канала 14 (см. фиг.9) связана с полостями потребителей посредством группы радиальных каналов 41 в роторе 4, взаимодействующих последовательно с полостями групп каналов 23, 24, 25, 26, 27, образованных в подшипнике скольжения 5. Полости групп каналов 23, 24, 25, 26, 27 связаны с полостями кольцевых канавок 29, 30, 31, 32, 33, связанных с каналами 35, 36, 37, 38, 39 подключения потребителей, выполненных в корпусе 3.
Продольные пазы 22, каналы 41, 23, 24, 25, 26, 27, 28 в группах равномерно распределены по окружностям. Каналы 23, 24, 25, 26, 27, 28 групп смещены относительно друг друга на расчетный угол.
Для обеспечения постоянного питания контуров всех потребителей потоками с ограниченными расходными характеристиками на образующей внешней поверхности подшипника скольжения 5 образованы калиброванные каналы 42, соединяющие полости кольцевых канавок 29, 30, 31, 32, 33, 34.
Дозирующие модули (см. фиг.1, фиг.16, фиг.24) оснащены системой дренажа 43 утечек рабочей жидкости из полостей кольцевой канавки 18 в бак 17 гидросистемы.
При последовательном подключении дозирующих модулей (см. фиг.26) в структуру модульной дозирующей системы включается гидропневматический аккумулятор 44, с дросселем 45, выравнивающий поток рабочей жидкости, поступающей из основного дозирующего модуля 1 в дополнительный 2.
Для расширения функциональных возможностей модульной дозирующей системы в подшипнике скольжения 5 могут быть выполнены дополнительные группы каналов, при этом каналы каждой дополнительной группы связаны между собой дополнительной кольцевой канавкой, выполненной на наружной поверхности подшипника скольжения 5, а группа каналов подключения дополнительных потребителей в корпусе дозирующего модуля заперта.
Модульная дозирующая система работает следующим образом.
При работе модульной дозирующей системы в режиме деления потока рабочей жидкости насосы 15, 16 вращаются от двигателей (на показаны) и
подают потоки рабочей жидкости из бака 17 гидросистемы к дозирующим модулям 1, 2 модульной дозирующей системы. Роторы 4 дозирующих модулей 1, 2 вращаются от внешнего источника 7. Рабочая жидкость подается через каналы 19 дозирующих модулей 1, 2 в полости кольцевых канавок 20, и далее, через каналы 21 в полости кольцевых канавок 18 и продольных пазов 22 роторов 4.
При конструктивном исполнении модульной дозирующей системы в едином агрегате с шестеренной гидромашиной 9 привода (см. фиг.9), рабочая жидкость насоса 15 подается в подводящий канал шестеренной гидромашины 9. При работе гидромашины в режиме гидромотора шестерни 11,12 вращаются, приводя во вращение ротор 4 от вала-шестерни 11. Из отводящей полости шестеренной гидромашины 9 жидкость через наружный трубопровод (не показан) поступает в полость осевого канала 14, и далее, в полости радиальных каналов 41. Осевой канал вала-шестерни 11 выравнивает давление рабочей жидкости по торцам вала-шестерни 11.
Рабочая жидкость насосов 15, 16 из полостей продольных пазов 22, радиальных каналов 41 периодически поступает к группам каналов 23, 24, 25, 26, 27, 28, образованных в подшипниках скольжения 5 дозирующих модулей 1, 2 модульной дозирующей системы. Из полостей каналов групп 23, 24, 25, 26, 27, 28 рабочая жидкость поступает в кольцевые канавки 29, 30, 31, 32, 33, 34, образованные на наружной поверхности подшипника скольжения 5, и далее, в каналы 35, 36, 37, 38, 39, 40 подключения потребителей, образованные в корпусах 3 дозирующих модулей.
Дозирующие модули обеспечивают возможность подключения насоса в напорные магистрали двух, трех и более потребителей, с различными параметрами расхода рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей в данной конкретной гидросистеме с незначительной переналадкой.
При подключении универсального модуля в напорные магистрали двух
потребителей (см. фиг.1, фиг.2, фиг.9) каналы 35, 36 подключаются к напорным магистралям двух потребителей, каналы 37, 38, 39 закрываются заглушками (не показаны). При подключении универсального модуля в напорные магистрали трех потребителей (см. фиг.1, фиг.2, фиг.9) каналы 37, 38, 39 подключаются к напорным магистралям трех потребителей, каналы 35, 36 закрываются заглушками (не показаны).
Могут создаваться модульные дозирующие системы, включаемые в напорные магистрали трех и четырех потребителей, при соответствующей конструктивной проработке дозирующего модуля.
При подключении универсального модуля в напорные магистрали двух потребителей (см. фиг.16) с максимальным расходом рабочей жидкости в канал 35 и минимальным расходом в канал 36, эти каналы подключаются в напорные магистрали потребителей, а каналы 37, 38, 39, 40 закрываются заглушками (не показаны). Разность расходов достигается различными значениями ширины каналов 23, 24.
Для получения потоков с одинаковыми параметрами расходов рабочей жидкости по напорным магистралям двух потребителей, каналы 39, 40 включаются в напорные магистрали двух потребителей, каналы 35, 36, 37, 38 закрываются заглушками. Ширина каналов 27, 28 одинаковая.
Промежуточные значения параметров расходов достигаются при включении каналов 37, 38 в напорные магистрали двух потребителей. Каналы 35, 36, 39, 40 закрываются заглушками.
Модульное построение дозирующей системы позволяет наращивать число модулей (см. фиг.24). Так, модуль 1 крепится на фланец 8 модуля 2, закрепленного фланцем 8 на посадочной поверхности механизма привода (не показан). Такое построение позволяет, например, дозировать потоки двух 15, 16 и более насосов (см. фиг.25). Возможно также дополнительное деление потока одного из двух потоков (см. фиг.26). При реализации данного алгоритма рациональным будет включение в напорную магистраль
гидропневматического аккумулятора 44 и дросселя 45, уменьшающих пульсацию расхода рабочей жидкости.
При повороте ротора 4 на один оборот в напорную магистраль каждого потребителя подается по три порции рабочей жидкости, в очередности, заданной алгоритмом работы дозирующего модуля. При увеличении числа порций объем каждой порции пропорционально уменьшается. Уменьшение пульсации расхода рабочей жидкости при данных параметрах гидропневматического аккумулятора снижает степень неравномерности подачи рабочей жидкости, и, соответственно, увеличивает надежность работы гидромашины. Кроме того, подача рабочей жидкости из полостей групп пазов 22 и радиальных каналов 41, равномерно расположенных по образующей ротора 4, обеспечивает уравновешивание гидродинамических реакций потока рабочей жидкости, действующих на ротор 4. Это снижает износ рабочих поверхностей ротора 4 и подшипника скольжения 5, увеличивает надежность работы модульной дозирующей системы.
Для уменьшения пульсации рабочей жидкости, на наружной образующей поверхности подшипника скольжения 5 образованы калиброванные каналы 42, обеспечивающие минимальный расход при цикле запирания канала подключения данного потребителя. При малых проходных сечениях каналов 42 различие нагрузочных режимов в напорных магистралях потребителей не оказывает существенного влияния на параметры расхода рабочей жидкости по напорным магистралям.
Модульная дозирующая система обеспечивает возможность работы в режиме сумматора потоков рабочей жидкости из различных гидравлических контуров.
Существенные отличительные признаки предлагаемого технического решения обеспечивают возможность подключения насоса в напорные магистрали двух, трех и более потребителей, с различными параметрами расхода рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей в данной
конкретной гидросистеме с незначительной переналадкой. Модульное построение дозирующей системы позволяет наращивать число дозирующих модулей с возможностью деления и суммирования потоков рабочей жидкости любого числа насосов с заданным распределением параметров расхода по напорным магистралям потребителей.
Существенные отличительные признаки предлагаемого технического решения уменьшают неравномерность подачи рабочей жидкости по контурам потребителей за счет постоянного питания контуров всех потребителей потоками с ограниченными расходными характеристиками, и увеличения количества порций рабочей жидкости, подаваемой в напорную магистраль каждого потребителя за один оборот ротора гидрораспределителя, при одновременном уменьшении объема каждой порции. Уменьшение пульсации расхода рабочей жидкости при данных параметрах гидропневматического аккумулятора снижает степень неравномерности подачи рабочей жидкости, и, соответственно, увеличивает надежность работы модульной дозирующей системы. Кроме того, подача рабочей жидкости из полостей групп продольных пазов, равномерно расположенных по образующей ротора, обеспечивает уравновешивание гидродинамических реакций потока рабочей жидкости, действующих на ротор. Это снижает износ рабочих поверхностей ротора и подшипника скольжения, увеличивает надежность работы модульной дозирующей системы.
Таким образом, предлагаемое техническое решение расширяет функциональные возможности за счет подключения насоса в напорные магистрали двух, трех и более потребителей, с различными параметрами расхода рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей. Модульное построение дозирующей системы позволяет наращивать число дозирующих модулей с возможностью деления и суммирования потоков рабочей жидкости любого числа насосов с заданным распределением параметров расхода по напорным магистралям потребителей. Увеличивается надежность работы
дозирующего модуля благодаря уменьшению пульсации расхода рабочей жидкости при данных параметрах гидропневматического аккумулятора, и равномерного нагружения ротора гидродинамическими реакциями потока рабочей жидкости.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмомашины и передачи: Учеб. 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, стр.149, рис.7.11.
2. Патент Республики Беларусь №1982U «Насос шестеренный», кл. F15B 11/22. Опубликовано «Афiцыйны бюлетэнь» Республики Беларусь №2 (45) 2005 г.