ДЕЛИТЕЛЬ ПОТОКА

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в объемном гидроприводе машин для синхронизации перемещения исполнительных органов.
Известен делитель потока шестеренный, содержащий 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].
Известный делитель потока шестеренный обеспечивает работу в режиме объемного делителя потоков, реализуя возможности использования в многомоторных приводах при синхронном перемещении рабочих органов.
Недостатком известного делителя потока шестеренного являются ограниченные функциональные возможности и низкая надежность работы, обусловленные тем, что известный делитель потока шестеренный 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.
Известен делитель потока, содержащий корпус с ротором, имеющим возможность вращения, установленным в подшипнике скольжения корпуса и оснащенным полостью, гидравлически связанной с подводящей магистралью делителя потока, и, последовательно, с каналами подключения потребителей в подшипнике скольжения и корпусе делителя потока [2]. Причем делитель потока установлен в корпусе шестеренного насоса, а ротор выполнен в ведущем валу шестеренного насоса.
Известный делитель потока обеспечивает надежную работу в режиме деления потока рабочей жидкости с контурами нескольких потребителей за
счет периодического подключения контура каждого потребителя к полости высокого давления шестеренного насоса, и разделения полостей низкого и высокого давления.
Недостатком делителя потока являются ограниченные функциональные возможности. Это объясняется тем, что делитель потока установлен в корпусе шестеренного насоса, и не обеспечивает деление потока любого насоса, в соответствии с гидравлической схемой гидропривода. Также, известный делитель потока невозможно установить в рациональном, с точки зрения компоновочных решений, месте машины с отбором мощности силовой передачи на привод ротора делителя потока.
Задачей, решаемой полезной моделью, является расширение функциональных возможностей делителя потока. Техническим результатом, получаемым от расширения функциональных возможностей, являются: повышение технологичности изготовления делителя потока, снижение вероятности заклинивания, возможность деления потока рабочей жидкости любого насоса гидросистемы без изменения его конструктивной схемы, возможность осуществлять привод ротора от внешнего источника энергии без увязки с параметрами насоса, поток которого делится, возможность установки делителя потока на фланец крепления насоса и механизма привода, большое количество компоновочных решений с отбором мощности на привод ротора от внешнего источника энергии.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в делитель потока содержит корпус с ротором, имеющим возможность вращения, установленным в подшипнике скольжения корпуса и оснащенным полостью, гидравлически связанной с подводящей магистралью делителя потока, и, последовательно, с каналами подключения потребителей в подшипнике скольжения и корпусе делителя потока. Причем корпус выполнен в виде втулки и оснащен посадочными поверхностями для присоединения механизма привода и насоса. Ротор оснащен на наружной образующей
поверхности кольцевой канавкой и сегментным пазом, полости которых связаны между собой и, через каналы в подшипнике скольжения и корпусе, с подводящей магистралью делителя потока, и каналами подключения потребителей. Ротор может быть выполнен в виде силовой втулки со шлицами, взаимодействующими с валом насоса и валом привода. Ротор может быть выполнен в виде вала с полумуфтой, кинематически связанной с валом привода, а со стороны поверхности для присоединения насоса при этом установлена крышка. В варианте, когда ротор выполнен в виде вала с полумуфтой, осевой канал вала может быть связан с подводящей магистралью делителя потока через осевой канал крышки корпуса, а ротор может опираться на упорный подшипник качения.
Делитель потока отличается от известного тем, что корпус выполнен в виде втулки и оснащен посадочными поверхностями для присоединения механизма привода и насоса. Ротор оснащен на наружной образующей поверхности кольцевой канавкой и сегментным пазом, полости которых связаны между собой и, через каналы в подшипнике скольжения и корпусе, с подводящей магистралью делителя потока, и каналами подключения потребителей. Ротор может быть выполнен в виде силовой втулки со шлицами, взаимодействующими с валом насоса и валом привода. Ротор может быть выполнен в виде вала с полумуфтой, кинематически связанной с валом привода, а со стороны поверхности для присоединения насоса при этом установлена крышка. В варианте, когда ротор выполнен в виде вала с полумуфтой, осевой канал вала может быть связан с подводящей магистралью делителя потока через осевой канал крышки корпуса, а ротор может опираться на упорный подшипник качения.
На фиг.1 представлен разрез делителя потока с ротором, выполненным в виде силовой втулки, и первым вариантом конструктивного исполнения сегментного паза ротора и каналов подключения потребителей, выполненных в подшипнике скольжения;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 делителя потока на четыре напорных магистрали потребителей;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1 делителя потока на три напорных магистрали потребителей;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1;
на фиг.5 - разрез делителя потока с ротором, выполненным в виде силовой втулки, со вторым вариантом конструктивного исполнения сегментного паза ротора и каналов подключения потребителей, выполненных в подшипнике скольжения;
на фиг.6 - разрез В-В на фиг.5 делителя потока на четыре напорных магистрали потребителей;
на фиг.7 - разрез В-В на фиг.5 делителя потока на три напорных магистрали потребителе;
на фиг.8 - разрез делителя потока с ротором, выполненным в виде вала, с сегментным пазом ротора и каналами подключения потребителей, выполненными в подшипнике скольжения;
на фиг.9 - разрез Г-Г на фиг.8 делителя потока на четыре напорных магистрали потребителей;
на фиг.10 - разрез Г-Г на фиг.8 делителя потока на три напорных магистрали потребителей;
на фиг.11 - разрез Д-Д на фиг.8;
на фиг.12 - разрез делителя потока с ротором, выполненным в виде вала, с осевым и радиальным каналами, и каналами подключения потребителей, выполненными в подшипнике скольжения;
на фиг.13 - разрез Ж-Ж на фиг.12 делителя потока на четыре напорных магистрали потребителей, и первым вариантом исполнения каналов, образованных в подшипнике скольжения;
на фиг.14 - разрез Ж-Ж на фиг.12 делителя потока на четыре напорных магистрали потребителей, и вторым вариантом исполнения
каналов, образованных в подшипнике скольжения;
на фиг.15 - разрез Ж-Ж на фиг.12 делителя потока на три напорных магистрали потребителей, и первым вариантом исполнения каналов, образованных в подшипнике скольжения;
на фиг.16 - разрез Ж-Ж на фиг.12 делителя потока на три напорных магистрали потребителей, и вторым вариантом исполнения каналов, образованных в подшипнике скольжения.
Делитель потока содержит корпус 1, ротор 2, установленный в подшипнике скольжения 3 корпуса 1. Корпус 1 делителя потока выполнен в виде втулки и оснащен посадочными поверхностями 4 и 5 для присоединения соответственно насоса и механизма привода (не показаны), что улучшает технологичность изготовления делителя потока, позволяет устанавливать делитель потока на фланец крепления насоса и механизма привода, а также улучшает компоновочные возможности.
В первом варианте ротор 2 (фиг.1, 5) выполнен в виде силовой втулки и оснащен шлицами 6. Ротор 2 в данной конструкции осуществляет связь валов механизма привода и насоса (не показаны), и шлицы 6 рассчитаны на передачу расчетной нагрузки, что позволяет приводить насос и делитель потока от одного механизма привода, при этом, по сравнению с прототипом, возможно изменять параметры деления потока заменой делителя потока. Кроме того, выполнение ротора в виде втулки снижает вероятность заклинивания делителя потока.
Во втором варианте ротор 2 делителя потока устанавливается вне связи с насосом (фиг.8, 12) и оснащен полумуфтой, выполненной в виде шлица 7, вставляемого в паз полумуфты вала привода (не показан). Ротор 2 в данной конструкции не передает силовую нагрузку, реализуемую на валу насоса. Преимуществом такой конструкции являются возможность осуществлять привод ротора от внешнего источника энергии без увязки с параметрами насоса, большое количество компоновочных решений с отбором мощности
на привод ротора от внешнего источника энергии.
Ротор 2 (фиг.1, 5, 8) оснащен на наружной образующей поверхности кольцевой канавкой 8 и сегментным пазом 9, полости, которых связаны между собой, и через каналы 10, 11 в подшипнике скольжения 3 и корпусе 1 с подводящей магистралью делителя потока.
Ротор 2 (фиг.13, 15) по второму варианту оснащен осевым 12 и радиальным 13 каналами, полости, которых связаны между собой и подводящей магистралью делителя потока, через канал в крышке 14 корпуса 1, установленной со стороны поверхности для присоединения насоса. На наружной поверхности ротора 2 в данной конструкции (фиг.14, 16) может быть образован сегментный паз 9, полость которого связана с полостью радиального канала 13.
Ротор 2 (фиг.12) опирается на торцевую поверхность подшипника скольжения 3 через подшипник качения 15, воспринимающий осевую нагрузку на ротор 2 при подаче рабочей жидкости в полость осевого канала 12 через канал крышки 14 корпуса 1.
Полости сегментного паза 9 (фиг.1, 5, 8, 14, 16) и радиального канала 13 (фиг.13, 15) последовательно (при вращении) связаны с магистралями подключения потребителей через каналы 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, выполненные в подшипнике скольжения 3 и корпусе 1.
В первом варианте исполнения (фиг 2, 3, 13, 15) каналы 16, 17, 18, 19 в подшипнике скольжения 3 имеют развитые по центральному углу параметры проходных сечений при минимальном центральном угле сегментного паза 8, и радиального канала 13.
Во втором варианте исполнения делителя потока (фиг 6, 7, 9, 10, 14, 16) каналы 16, 17, 18, 19 в подшипнике скольжения 3 выполнены цилиндрическими при необходимом центральном угле сегментного паза 8.
Делитель потока оснащен системой дренажа 24 утечек рабочей жидкости из полостей кольцевой канавки 8 и сегментного паза 9 в бак
гидросистемы. Для дренажа жидкости из торцевой полости ротор 2 (фиг.8) оснащен осевым каналом 25, связанным с системой дренажа 24.
Делитель потока работает следующим образом.
Делитель потока устанавливается своей посадочной поверхностью 5 на механизм привода (не показан). Вал механизма привода взаимодействует своими шлицами со шлицами 6, либо 7 ротора 2.
На посадочную поверхность 4 (фиг.1, 5) устанавливается насос (не показан). При данном компоновочном решении ротор 2 выполняет роль муфты, и передает силовую нагрузку, реализуемую на валу насоса.
При выполнении делителя потока по конструктивным схемам, представленным на фиг.8, фиг.12 делитель потока устанавливается на фланец механизма привода без увязки с местом положения насоса. В этом случае ротор 2 не передает силовой нагрузки, момент на валу ротора равен моменту трения вала в подшипнике скольжения.
При включении привода ротор 2 вращается. Рабочая жидкость от насоса (не показан) поступает в канал 11 корпуса 1, и через канал 10 подшипника скольжения 3 в полости кольцевой канавки 8 и сегментного паза 9 (фиг.1, 5, 8).
В конструктивном исполнении делителя потока (фиг.12) рабочая жидкость от насоса (не показан) поступает через канал крышки 14 корпуса 1 в полости осевого 12 и радиального 13 каналов. При подаче в канал 12 жидкости с рабочим давлением на ротор 2 действует осевая нагрузка, воспринимаемая упорным подшипником качения 15.
Из полостей сегментного паза 8 и радиального канала 13 рабочая жидкость насоса периодически поступает к каналам 16, 17, 18, 19 и 20, 21, 22, 23 подключения потребителей, образованных в подшипнике скольжения 3 и в корпусе 1 делителя потока.
Рабочая жидкость насоса дискретными порциями поступает соответственно в каналы 20, 21, 22, 23 напорных магистралей четырех
(фиг.2, 6, 9, 13, 14), трех (фиг.3, 7, 10, 15, 16) потребителей. Параметры расходов рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей не зависят от нагрузочных режимов работы отдельных потребителей.
Параметры расходов рабочей жидкости, подаваемой насосом по напорным магистралям потребителей, определяются геометрическими параметрами сегментного паза 8, радиального канала 13, и проходных сечений каналов 16, 17, 18, 19, образованных в подшипнике скольжения 3. Для изменения параметров расхода рабочей жидкости по напорным магистралям различных потребителей при заданном значении расхода насоса, изменяются центральные углы каналов 16, 17, 18, 19 подшипника скольжения 3. Это приводит к изменению времени взаимодействия полостей сегментного паза 8, радиального канала 13 и данного канала 16, 17, 18, 19. Так, для увеличения расхода рабочей жидкости в напорную магистраль данного потребителя, увеличивается центральный угол соответствующего канала, для уменьшения - уменьшается.
Конструктивная схема делителя потока с развитым сегментным пазом 8 и цилиндрическими каналами 16, 17, 18, 19 (фиг.6, 7, 9, 10, 14, 16) технологически проще в изготовлении. Делитель потока, реализованный по данной схеме, может быть выполнен без подшипника скольжения 3. Однако, возможности изменения параметров расхода рабочей жидкости по напорным магистралям различных потребителей ограничены. Данная конструктивная схема предполагает равенство расходов рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей.
Подвод рабочей жидкости насоса в полость осевого канала 12 делителя потока через канал крышки 14 корпуса 1 приводит к появлению неуравновешенной осевой нагрузки ротора 2. Для обеспечения работоспособности делителя потока требуется введение в конструкцию упорного подшипника качения 15, усложняющего конструкцию делителя потока и увеличивающего его габариты.
Частота вращения ротора 2 задается частотой вращения насоса при креплении делителя потока на фланце насоса. При приводе ротора 2 от постороннего источника, параметры расходов рабочей жидкости по напорным магистралям потребителей не зависят от частоты вращения ротора 2. Делитель потока позволяет делить поток рабочей жидкости любого насоса, и устанавливается в любом, рациональном по компоновочным решениям, месте машины.
Предлагаемая конструктивная схема делителя потока позволяет увеличение числа насосов, потоки рабочей жидкости которых необходимо разделить. Для этого конструктивная схема тиражируется на одном роторе и в данном корпусе.
Делитель потока обеспечивает возможность работы в режиме сумматора потоков рабочей жидкости из различных гидравлических контуров. Рабочая жидкость подается в каналы 20, 21, 22, 23 со стабильными расходными характеристиками, определенными параметрами каналов 16, 17, 18, 19, а на выходе из гидромашины образуется один поток рабочей жидкости, подаваемой из канала 11, либо канала крышки 14.
Таким образом, предлагаемое техническое решение, по сравнению с прототипом, расширяет функциональные возможности делителя потока за счет обеспечения возможности деления потока рабочей жидкости любого насоса гидросистемы без изменения его конструктивной схемы. Снижается вероятность заклинивания делителя потока и повышается технологичность его изготовления. Привод ротора может осуществляться от внешнего источника энергии без увязки с параметрами насоса, поток которого делится. Делитель потока может устанавливаться на фланец крепления насоса и механизма привода. Также, делитель потока может устанавливаться в любом, рациональном с точки зрения компоновочных решений, месте трансмиссии, с отбором мощности на привод ротора от внешнего источника энергии.
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 на полезную модель №1982U «Насос шестеренный», кл. F15В 11/22, опубликован: Официальный бюллетень №2 (45) 2005 г.