Аксиально-поршневая гидромашина

Полезная модель относится к роторным гидромашинам объемного действия, предназначенным для работы в качестве насоса или гидромотора в гидроприводах машин и оборудования.
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, поршни, размещенные в цилиндрах, опирающиеся на наклонный диск через гидростатические опоры со сферическими шарнирами и распределительную шайбу с глухими 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, поршни, размещенные в его цилиндрах, гидростатические опоры, соединенные сферическими шарнирами с поршнями, опирающимися на наклонный диск и распределительная шайба с глухими (не сквозными) серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающая к торцу блока цилиндров.
Недостаток аналога состоит в том, что аксиально-поршневой насос содержит один унифицированный качающий узел, образованный блоком цилиндров, поршнями, наклонным диском и распределительной шайбой, тогда как размещение второго унифицированного качающего узла симметрично первому относительно общей распределительной шайбы в едином корпусе с общим валом, привело бы к удвоению рабочего объема, подачи и мощности насоса при незначительном увеличении продольного габарита насоса.
Известна 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. 103–104, рис. 5.4] содержащая наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с приводным валом шлицами 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 глухими (не сквозными) 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 валом шлицами с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах блока, опирающиеся на наклонную шайбу башмаками, завальцованными на сферических головках поршней и распределительный диск с глухими серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блоку цилиндров с другой его стороны.
Недостаток второго аналога тот же: он содержит один унифицированный качающий узел, состоящий из блока цилиндров, поршней, наклонной шайбы и распределительного диска, тогда как размещение второго унифицированного качающего узла симметрично первому относительно общего распределительного диска в общем корпусе с общим валом, позволило бы удвоить рабочий объем, подачу гидромашины и ее мощность при незначительном увеличении продольного габарита.
В качестве прототипа принята аксиально-поршневая гидромашина           (RU № 190213, МПК F04В 1/20, опубликовано 24.06.2019), содержащая наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с валом шлицами с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах, опирающиеся на наклонную шайбу башмаками, завальцованными на сферических головках поршней и распределительный диск с глухими (не сквозными) серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блока с другой его стороны, при этом в блоке выполнены дополнительные цилиндры меньшего диаметра в межцилиндровых зонах его основных цилиндров, а размещенные в них дополнительные поршни своими башмаками опираются на ту же наклонную шайбу; дополнительные глухие серповидные окна, прорезанные в распределительном диске с перемычками между ними, сообщены с основными серповидными окнами, а отводные каналы, просверленные в блоке цилиндров, ведут от дополнительных цилиндров к дополнительным серповидным окнам.
В прототипе за счет дополнительных цилиндров и поршней, рабочий объем (подача, мощность) увеличены на 33 % по сравнению с рассмотренными аналогами, однако и он имеет недостаток. А именно: он содержит только один качающий узел, состоящий из блока цилиндров, основных и дополнительных поршней, наклонной шайбы и распределительного диска, тогда как размещение второго такого же качающего узла симметрично первому относительно общего распределительного диска в общем корпусе с общим валом, позволило бы дополнительно увеличить рабочий объем (подачу, мощность) вдвое при незначительном увеличении продольного габарита.
Заявляемая полезная модель направлена на увеличение рабочего объема гидромашины вдвое, и как следствие, увеличение вдвое ее подачи и мощности при незначительном увеличении продольного габарита.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в увеличении вдвое рабочего объема аксиально-поршневой гидромашины при незначительном увеличении ее продольного габарита.
Указанный технический результат достигается тем, что аксиально-поршневая гидромашина, содержит наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с валом шлицами, поршни, размещенные в цилиндрах блока и дополнительные поршни меньшего диаметра, размещенные в дополнительных цилиндрах блока, выполненных в межцилиндровых зонах его основных цилиндров; при этом все поршни блока опираются на наклонную шайбу башмаками, завальцованными на их сферических головках, а распределительный диск с серповидными окнами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блока, имеет дополнительные серповидные окна с перемычками между ними. Дополнительные серповидные окна сообщены с основными, а просверленные в блоке отводные каналы, ведут от дополнительных цилиндров к дополнительным серповидным окнам.
Упомянутые элементы гидромашины, а именно: наклонная шайба, блок цилиндров, основные и дополнительные поршни, размещенные в цилиндрах блока и опирающиеся на наклонную шайбу башмаками, распределительный диск с основными и дополнительными серповидными окнами и перемычками между ними, образуют один унифицированный качающий узел.
При этом гидромашина содержит второй блок цилиндров с таким же комплектом поршней и своей наклонной шайбой, образующие точно такой же качающий узел, но без своего распределительного диска, размещенный в корпусе гидромашины симметрично первому качающему узлу относительно одного общего распределительного диска. Оба качающих узла размещены в едином корпусе и соединены с общим валом шлицами блоков. Общий распределительный диск выполнен со сквозными основными и дополнительными серповидными окнами, а наклонные шайбы качающих узлов соединены механической связью, включающей регулятор их наклона, выполненный в виде одностороннего гидроцилиндра и обеспечивающий одинаковое изменение угла наклона упомянутых шайб для регулирования рабочего объема гидромашины в процессе вращения блоков цилиндров обоих качающих узлов.
Наличие двух одинаковых (а потому – унифицированных) качающих узлов, выполненных из унифицированных деталей, обеспечивает удвоение рабочего объема (подачи, мощности) аксиально-поршневой гидромашины. При этом, благодаря общему распределительному диску и общему валу, продольный габарит гидромашины увеличивается незначительно, что существенно увеличивает и удельную мощность гидромашины (мощность, отнесенную к массе).
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа являются второй качающий узел, размещенный симметрично первому относительно общего распределительного диска, выполненного со сквозными основными и дополнительными серповидными окнами, общий вал, соединенный с блоками цилиндров шлицами, и механическая связь с регулятором наклонных шайб обоих качающих узлов, выполненным в виде одностороннего гидроцилиндра.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 схематично показана аксиально-поршневая гидромашина в продольном разрезе.
На фиг. 2 показан вид на блок цилиндров аксиально-поршневой гидромашины со стороны наклонной шайбы.
На фиг. 3 показано наложение контуров серповидных окон распределительного диска на каналы в блоке цилиндров, ведущие к основным и дополнительным цилиндрам.
На фиг. 4 показан разрез А-А распределительного диска аксиально-поршневой гидромашины по фиг. 1.
На фиг. 5 показан разрез Б-Б распределительного диска.
Аксиально-поршневая гидромашина, фиг. 1, содержит корпус 1, приводной вал 2 со шлицами 3, установленный в подшипниках 4. Блок цилиндров 5 первого качающего узла соединен с валом 2 через свои шлицы 3, а своим левым сферическим торцом плотно прижат к сферической поверхности общего распределительного диска 6 пружиной 7 через упорное кольцо 8, что дает возможность блоку цилиндров 5 самоустанавливаться в процессе вращения с угловой скоростью щ.
Блок цилиндров 9 второго качающего узла, размещенного симметрично первому относительно общего распределительного диска 6, соединен с валом 2 через свои шлицы 3, а своим правым сферическим торцом плотно прижат к другой (противоположной) сферической поверхности общего распределительного диска 6 своей пружиной 7 через свое упорное кольцо 8, что так же обеспечивает возможность блоку цилиндров 9 самоустанавливаться в процессе вращения с угловой скоростью щ.
На фиг. 2 показан вид на блоки цилиндров 5 и 9 со стороны своих наклонных шайб 10 и 11. В них выполнены основные цилиндры 12 и дополнительные цилиндры 13 меньшего диаметра, расположенные в межцилиндровых зонах основных цилиндров 12 (шлицы в центральном отверстии блока условно не показаны).
В блоках цилиндров 5 и 9, фиг. 1, просверлены отводные каналы 14 и 15, идущие от основных 12 и дополнительных 13 цилиндров соответственно.
На фиг. 3 показано наложение контуров основных 16 и дополнительных 17 серповидных окон (см. так же фиг. 4 и 5) на каналы 14 и 15 блоков цилиндров 5 и 9, ведущие к рабочим камерам, образованным основными 12 и дополнительными 13 цилиндрами и их поршнями 18 и 19 соответственно, фиг. 1. Здесь хорошо видно, фиг. 3, что отводные каналы 14 и 15, просверленные в блоках цилиндров 5 и 9, имеют диаметры, примерно равные ширине соответствующих сквозных серповидных окон.
В распределительном диске 6, фиг. 4 и 5 (см. так же фиг. 3), кроме основных 16 и дополнительных 17 сквозных серповидных окон выполнены прорези 20 и 21, сообщающие основные 16 и дополнительные 17 серповидные окна между собой. Упомянутые серповидные сквозные окна 16 и 17 разделены основными 22 и дополнительными 23 перемычками, прорези 20 и 21 сообщены с отверстиями 24 и 25 для подвода и отвода рабочей жидкости к гидромашине.
В корпусе 1 аксиально-поршневой гидромашины размещены наклонные шайбы 10 и 11 первого и второго качающих узлов гидромашины соответственно, которые способны изменять угол наклона φ (одинаковый для каждой из них). Для этого наклонные шайбы 10 и 11 имеют механическую связь 26 между собой через регулятор 27 угла наклона φ, выполненный в виде одностороннего гидроцилиндра с возвратной пружиной.
Для снижения контактных усилий основные 18 и дополнительные 19 поршни имеют завальцованные на их сферических головках башмаки 28 и 29, опирающиеся на поверхности наклонных шайб 10 и 11.
Аксиально-поршневая гидромашина работает следующим образом.
При вращении вала 2 и блоков цилиндров 5 и 9, вращение которым передают шлицы 3, основные и дополнительные поршни 18 и 19 совершают возвратно-поступательное движение.
На первом полуобороте каждого из блока цилиндров 5 и 9 упомянутые поршни, выдвигаясь из своих рабочих камер под действием пружин, всасывают рабочую жидкость из линии всасывания через отверстие 25 и прорезь 21 общего распределительного диска 6, через сквозные серповидные окна 16 и 17, выполненные в общем распределительном диске 6 и через отводные каналы 14 и 15 в свои рабочие камеры, заполняя их.
На втором полуобороте каждого из блоков 5 и 9 упомянутые поршни, пройдя через верхние перемычки 22 и 23, фиг. 3 и 4, отсекающие линию всасывания от линии нагнетания, вытесняют рабочую жидкость из своих рабочих камер в линию нагнетания через упомянутые отводные каналы 14 и 15, через сквозные серповидные окна 16 и 17 в прорезь 20 и отверстие 24 общего распределительного диска 6.
Далее, основные и дополнительные поршни 18 и 19, пройдя через нижние перемычки 22 и 23, фиг. 3 и 4, отсекающие линию нагнетания от линии всасывания, снова всасывают рабочую жидкость в свои рабочие камеры.
В процессе работы гидромашины башмаки 28 и 29 основных и дополнительных поршней 18 и 19 скользят по поверхностям наклонных шайб 10 и 11. Обладая значительными опорными поверхностями указанные башмаки распределяют усилие со стороны упомянутых поршней на наклонные шайбы по этим поверхностям и одновременно смазывают их рабочей жидкостью, поступающей по каналам внутри поршней 18 и 19 и каналам в самих башмаках 28 и 29.
Регулирование гидромашины осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость из гидросистемы подводится к штоковой полости регулятора 27. Если давление в гидросистеме возрастает, поршень регулятора 27 смещается влево, сжимая пружину. При этом угол φ наклона шайб 10 и 11 уменьшается, а вслед за ним уменьшается рабочий объем, подача и мощность гидромашины.
Дополнительные рабочие камеры, размещение в межцилиндровых зонах основных цилиндров 12, как и в прототипе, увеличивают рабочий объем одного качающего узла на 33 % (RU № 190213, МПК F 04 В 1/20, опубликовано 24.06.2019, бюлл. 18).
Наличие двух качающих узлов, выполненных из унифицированных деталей, размещенных в едином корпусе 1 симметрично относительно общего распределительного диска 6 и соединенных общим валом шлицами 3 блоков цилиндров 5 и 9, выполнение общего распределительного диска 6 со сквозными основными и дополнительными серповидными окнами 16 и 17, а так же наличие наклонных шайб 10 и 11, соединенных механической связью 26, включающей регулятор их наклона 27, выполненный в виде одностороннего гидроцилиндра и обеспечивающий регулирования рабочего объема гидромашины, позволяет дополнительно удвоить рабочий объем (подачу, мощность) гидромашины. При этом, благодаря общему распределительному диску 6 и общему валу 2, продольный габарит гидромашины и ее масса увеличивается незначительно, что существенно увеличивает и удельную мощность гидромашины (мощность, отнесенную к массе).
Таким образом достигается технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в увеличении вдвое рабочего объема аксиально-поршневой гидромашины при незначительном увеличении продольного габарита.