Регулируемая аксиально-поршневая гидромашина
CONTROLLED AXIAL-PISTON HYDRAULIC MACHINE

Предлагаемое изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в объемном гидроприводе ходового и технологического оборудования технологических машин.
Известна аксиально-поршневая гидромашина, патент РФ №2031241, содержащая корпус с размещенными в нем наклонным опорным диском и блоком цилиндров, в цилиндрических расточках которого расположены поршни с образованием подпоршневых полостей, каждый их которых имеет шарнир, центр которого расположен на наклонной оси, направленной по нормали к поверхности наклонного диска, пересекающей ось поршня и проходящей через опорную поверхность цилиндровых расточек блока цилиндров при любом положении поршня относительно блока цилиндров, и на котором установлен башмак, опертый на поверхность наклонного диска, с гидростатической камерой на опорной поверхности, при этом в поршне и в башмаке имеются каналы для гидравлической связи гидростатической камеры с подпоршневой полостью, отличающаяся тем, что шарнир выполнен цилиндрическим с осью, расположенной перпендикулярно плоскости наклона опорного диска, а на поверхности поршня в плоскостях, параллельных опорной плоскости наклонного диска, выполнены две кольцевые наклонные канавки, при этом первая канавка гидравлически связана с подпоршневой полостью, вторая канавка расположена перед первой со стороны наклонного диска и гидравлически связана с корпусом, при этом точка пересечения оси поршня и наклонной оси расположена в середине промежутка между канавками по оси поршня, причем обе канавки расположены внутри цилиндрической расточки при любом положении поршня относительно цилиндрового блока.
Недостатком данной аксиально-поршневой гидромашины является отсутствие возможности ее регулирования с целью улучшения и расширения ее функциональных возможностей, обусловленных тем, что конструкция поршня не позволяет изменять угол наклона опорного наклонного диска (шайбы). Таким образом, возникает проблема изменения рабочего объема гидромашины и, как следствие, проблема управления угловой скоростью гидромашины (в моторном режиме) или расходом жидкости (в насосном режиме).
Для решения проблемы управления такой гидромашиной можно использовать техническое решение, описанное в патенте BS 14695 С1 2011.08.30, в котором описана аксиально-поршневая гидромашина, содержащая корпус, блок цилиндров, установленный с возможностью вращения на неподвижном валу, закрепленном в корпусе, две группы поршней в блоке цилиндров, взаимодействующих своими сферическими головками с башмаками двух наклонных шайб и образующих рабочие полости, соединенные попарно и связанные радиальными каналами в блоке цилиндров с полостями полукольцевых пазов, выполненных на образующей поверхности неподвижного вала и соединенных с подводящим и отводящим каналом, отличающаяся тем, что наклонные шайбы установлены в подшипниковых узлах с возможностью поворота в одной плоскости относительно оси гидромашины на угол от 0 до 180°, при этом каждая наклонная шайба оснащена зубчатым венцом червячного зацепления, взаимодействующим с червяком, установленным в подшипниковом узле в корпусе и приводимым во вращение от вала автономного двигателя, каждая наклонная шайба выполнена с возможностью поворота при крайнем фиксированном положении второй наклонной шайбы. Эта машина относится к регулируемым аксиально-поршневым гидромашинам, так как содержит механизм, предназначенный для обеспечения плавного управления угловой скоростью в моторном режиме или расходом рабочей жидкости в насосном режиме.
Недостатком известной аксиально-поршневой гидромашины является то, что «каждая наклонная шайба выполнена с возможностью поворота при крайнем фиксированном положении второй наклонной шайбы», что в свою очередь приводит к возникновению гидравлического удара, приводящего к ее неработоспособности при переходе отверстия, соединяющего подпоршневое пространство с распределителем, через уплотнительную перемычку распределителя. Это происходит потому, что в данный момент поршень со стороны установленного в «крайнее фиксированное положение» опорного диска имеет нулевую скорость, а поршень со стороны развернутого опорного диска совершает поступательное движение, и рабочая жидкость в момент перекрытия отверстия, гидравлически связывающего полость цилиндровой расточки с распределителем, вытесняется из этой полости.
Иначе говоря, если наклонные шайбы развернуты не на одинаковый угол относительно «крайнего фиксированного положения» (как описано в патенте BS 14695 С1 2011.08.30), то в этом случае, в момент перекрытия уплотнительными перемычками распределителя отверстий, соединяющих подпоршневые пространства с распределителем, поршневые механизмы совершают движение с разной скоростью. Это в свою очередь приводит к изменению объема подпоршневых пространств, и, как следствие, к возникновению гидравлических ударов и неработоспособности гидромашины.
Задачей заявляемого изобретения является разработка конструкции АПГ с механизмом регулирования, обеспечивающим плавное управление угловой скоростью гидромашины (в моторном режиме) или расходом жидкости (в насосном режиме).
Выполнение задачи достигается тем, аксиально-поршневая гидромашина, содержащая корпус, блок цилиндров, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе в подшипниковых опорах, две группы поршневых механизмов, опирающихся на наклонные шайбы и образующие в блоке цилиндров рабочие полости, соединенные попарно и связанные радиальными каналами с полостями полукольцевых пазов цапфенного распределителя, соединенными с подводящим и отводящим каналами гидромашины, наклонные шайбы, установленные в подшипниковых опорах с возможностью поворота в одной плоскости относительно оси гидромашины и оснащенные зубчатыми венцами, имеет установленный в корпусе управляющий валик. Валик кинематически связан с зубчатыми венцами наклонных шайб посредством зубчатого механизма. Зубчатый механизм, в свою очередь, обеспечивает синхронный поворот наклонных шайб друг относительно друга на один и тот же угол в противоположные стороны при повороте управляющего валика. Это приводит к тому, что в момент перехода отверстия, соединяющего подпоршневое пространство с распределителем, через уплотнительную перемычку распределителя объем подпоршевого пространства не изменяется, что в свою очередь не приводит к возникновению гидравлического удара.
Техническим результатом такой конструкции является расширение функциональных возможностей гидромашины за счет плавного управления угловой скоростью в моторном режиме или расходом жидкости в насосном режиме без возникновения гидравлических ударов в подпоршневых полостях.
Заявляемое техническое решение поясняется иллюстрациями. На фиг. 1 показано сечение гидромашины А-А при расположении наклонных шайб, обеспечивающем нулевую угловую скорость (в моторном режиме) или нулевой расход рабочей жидкости (в насосном режиме), на фиг. 2 показано сечение гидромашины Б-Б, на фиг. 3 показано сечение гидромашины А-А при расположении наклонных шайб, обеспечивающем максимальную угловую скорость (в моторном режиме) или максимальный расход рабочей жидкости (в насосном режиме). На фиг. 1 и 3 показан вариант конструктивного исполнения механизма регулирования гидромашины, при котором управляющее воздействие передается от управляющего валика через конические и цилиндрические зубчатые передачи к зубчатым венцам наклонных шайб. На фиг. 4 показаны возможные варианты исполнения механизма регулирования гидромашины, при которых воздействие от управляющего валика передается к зубчатым венцам наклонных шайб посредством цилиндрической зубчатой (фиг. 4а) или червячной передачи (фиг. 4б).
Регулируемая аксиально-поршневая гидромашина состоит из корпуса 1 (фиг. 1, 2, 3), в котором на подшипниках 2 и 3 (фиг. 2, 3) установлен блок цилиндров 4, жестко связанный с валом 5 посредством шлицевого соединения. В цилиндрических расточках блока цилиндров 4 расположены поршневые механизмы 6, образующие с расточками рабочие полости 7, которые через радиальные каналы 8 в блоке цилиндров 4 могут гидравлически сообщаются с полостями 9 распределителя 10, которые, в свою очередь, связаны с подводящими и отводящими каналами 11 гидромашины. Полости 9 распределителя 10 разделены перемычками 12. С другой стороны поршневые механизмы 6 опираются на наклонные шайбы 13 и 14. Установленные на наклонных шайбах одинаковые зубчатые венцы 15 и 16 через одинаковые передачи 17 и 18 кинематически связаны с установленным в корпусе гидромашины управляющим валиком 19. Расположение валика определяется компоновочными требованиями и конструкцией гидромашины.
Работа гидромашины в насосном режиме осуществляется следующим образом.
В случае если наклонные шайбы расположены таким образом, как показано на рис. 1, то есть плоскости наклонных шайб 13 и 14, на которые опираются поршневые механизмы 6, параллельны, то при вращении блока цилиндров 4, установленного с помощью шлицевого соединения на валу 5 гидромашины, поршневые механизмы 6, расположенные в одной и той же цилиндрической расточке, совершают движение в одну и ту же сторону с одинаковой скоростью при полном обороте блока цилиндров 4. При этом подпоршневое пространство сохраняет постоянный объем, и рабочая жидкость не перекачивается из одной полости распределителя 9 в другую. В моторном режиме вал гидромашины 5 имеет нулевую скорость, а в насосном - расход жидкости равен нулю. То есть реализуется «холостой» ход гидромашины.
В случае если наклонные шайбы 13 и 14 расположены таким образом, как показано на рис. 3, то есть по сравнению с рис. 1 развернуты друг относительно друга на угол 90 градусов в противоположном направлении, то при вращении блока цилиндров, поршневые механизмы 6, расположенные в одной и той же цилиндрической расточке, совершают встречное или расходящееся движение с одинаковой скоростью, осуществляя вытеснение или забор рабочей жидкости из полостей распределителя 9, тем самым обеспечивая либо максимальную угловую скорость вращения вала 5 (в моторном режиме), либо максимальный расход рабочей жидкости в насосном режиме. При этом в момент перекрытия перемычками 12 радиальных каналов 8 поршневые механизмы 6 имеют нулевую скорость, что предотвращает возникновение гидравлического удара в подпоршневом пространстве.
В случае если наклонные шайбы 13 и 14 синхронно развернуты в противоположные стороны на одинаковый угол в пределах от 0 до 90 градусов, то в момент перекрытия перемычками 12 радиальных каналов 8, поршневые механизмы 6 совершают движение в одном и том же направлении с одинаковой скоростью. При этом подпоршневое пространство сохраняет постоянный объем и гидравлический удар не возникает.
Таким образом, в данном случае регулирование скорости гидромотора или подачи гидронасоса можно осуществить с помощью установки управляющего валика 19, кинематически связанного с наклонными шайбами посредством одного из показанных в качестве возможных примеров на фиг. 1, 3 и 4 механизмов, обеспечивающих синхронный поворот наклонных шайб 13 и 14 друг относительно друга на один и тот же угол в противоположные стороны.
Предлагаемое техническое решение расширяет функциональные возможности аксиально-поршневой гидромашины за счет возможности плавного управления угловой скоростью в моторном режиме или расходом жидкости в насосном режиме без возникновения гидравлических ударов в подпоршневых полостях.