ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции и производству шестеренных насосов, предназначенных для нагнетания рабочей жидкости под высоким давлением в гидравлическую систему машин, например автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных, дорожно-строительных и другой транспортной техники, а также в маслосистему различных газоперекачивающих агрегатов. Кроме того, эти шестеренные насосы также могут применяться для перекачивания различных нефтепродуктов и других неагрессивных жидкостей.
Известен шестеренный насос под названием "шестеренная гидромашина", выбранный в качестве аналога, содержащий крышку, корпус с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости, ведущую и ведомую шестерни, компенсаторы с манжетами и подшипники, внутри отверстий которых размещены цапфы шестерен, кроме того ведущая шестерня имеет приводной конец после одной из ее цапф (см. патент на изобретение №2448272, МПК F04C 2/08, 2010 г.).
Однако известный шестеренный насос, при своем использовании, имеет следующие недостатки:
- большая длительность проведения его внеплановых ремонтов при эксплуатации, которые приходится производить после каждого непредвиденного внезапного отказа работы механизмов гидравлической системы машины. Каждый внеплановый ремонт состоит из снятия насоса с машины, его разборки, демонтажа специальным приспособлением подшипников из крышки и корпуса, промывки крышки, корпуса, шестерен, компенсаторов, манжет и подшипников для того, чтобы удалить с их поверхностей остатки рабочей жидкости. Далее проверяется степень износа расточек корпуса, торцов компенсаторов, отверстий подшипников, зубьев зубчатых венцов шестерен, и в зависимости от величины их износа определяется либо дальнейшее использование этих деталей в эксплуатации, либо эти детали должны быть заменены на новые. После этого, обратно производят установку специальным приспособлением подшипников в крышку и корпус, осуществляют сборку всего насоса и устанавливают его на машину. На каждый внеплановый ремонт уходит слишком много времени, в течение которого машина не используется в эксплуатации;
- не очень высокая эксплуатационная надежность из-за того, что зубчатые венцы ведущей и ведомой шестерен выполнены с прямозубыми зубьями, поэтому при этом типе зубьев во время работы всегда присутствует большая пульсация подачи и давления рабочей жидкости, от которой значительно увеличивается радиальная нагрузка на каждый подшипник, что приводит к интенсивному износу их отверстий, контактирующих с цапфами шестерен, а также от этой пульсации одновременно происходит интенсивный износ и торцов компенсаторов, которые контактируют с зубчатыми венцами шестерен. Интенсивный износ поверхностей отверстий подшипников и торцов компенсаторов, которые контактируют с поверхностями шестерен, приводит к увеличению зазора между этими поверхностями. С постепенным увеличением этого зазора начинают снижаться исходные параметры насоса, то есть подача и давление рабочей жидкости на выходе из него, а также объемный КПД, что приводит к уменьшению срока его службы. В основу полезной модели положена задача создание шестеренного насоса, не имеющего перечисленных недостатков известного шестеренного насоса.
Техническим результатом при использовании предложенного шестеренного насоса является уменьшение длительности проведения внеплановых ремонтов эксплуатации и повышение его эксплуатационной надежности.
Оба технических результата взаимосвязаны между собой и они обеспечивают в сумме достижение одного технического результата, а именно увеличение срока службы предложенного шестеренного насоса до его утилизации.
Технический результат достигается тем, что предложен шестеренный насос содержащий крышку, корпус с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости, ведущую и ведомую шестерни, компенсаторы с манжетами и подшипники, внутри отверстий которых размещены цапфы шестерен, кроме того ведущая шестерня имеет приводной конец после одной из ее цапф, обе шестерни выполнены составными из вала с двумя цапфами, между которыми размещен участок со шлицами, и установленного на этом участке вала зубчатого колеса, состоящего из двух косозубых венцов, жестко соединенных между собой, причем один косозубый венец исполнен с зубьями правого направления, а второй косозубый венец исполнен с зубьями левого направления, при этом зубья обоих косозубых венцов зубчатого колеса шестерен выполнены с одинаковым углом наклона от 15 до 30°.
Среди признаков, характеризующих предложенный шестеренный насос, существенными являются:
- выполнение обеих шестерен составными из вала с двумя цапфами, между которыми размещен участок со шлицами, и установленного на этом участке вала зубчатого колеса, состоящего из двух косозубых венцов, жестко соединенных между собой;
- исполнение одного косозубого венца с зубьями правого направления, а второго косозубого венца с зубьями левого направления, и выполнение зубьев обоих косозубых венцов зубчатого колеса шестерен с одинаковым углом наклона от 15 до 30°.
Выполнение обеих шестерен составными из вала с двумя цапфами, между которыми размещен участок со шлицами, и установленного на этом участке вала зубчатого колеса, состоящего из двух косозубых венцов, жестко соединенных между собой, обеспечивает предложенному шестеренному насосу по сравнению с известным шестеренным насосом уменьшение длительности проведения внеплановых ремонтов при эксплуатации, которые приходится производить после каждого непредвиденного внезапного отказа работы механизмов гидравлической системы машины за счет того, что во время проведения такого ремонта всего лишь нужно снять насос с машины, разобрать его, вынуть из корпуса шестерни, компенсаторы с манжетами, проверить степень износа эвольвентных поверхностей зубьев косозубых венцов зубчатых колес шестерен и торцов компенсаторов, а после этой проверки определить возможность дальнейшей эксплуатации этих деталей. Подшипники из крышки и корпуса насоса во время ремонта не демонтируются, а просто визуально осматривается состояние поверхностей их отверстий. После чего, насос собирается и устанавливается на машину. На такой ремонт насоса уходит очень немного времени, что увеличивает срок его службы до утилизации.
Исполнение одного косозубого венца зубчатого колеса обеих шестерен с зубьями правого направления, а его второго косозубого венца с зубьями левого направления, и выполнение зубьев обоих косозубых венцов с одинаковым углом наклона от 15 до 30° обеспечивает предложенному шестеренному насосу по сравнению с известным шестеренным насосом более высокую эксплуатационную надежность за счет того, что при этом техническом решении полностью отсутствует пульсация подачи и давления рабочей жидкости на выходе из насоса. Отсутствие пульсации позволяет в течение всей работы поддерживать постоянную исходную радиальную нагрузку на подшипники и практически исключить интенсивный износ их отверстий, а также интенсивный износ торцов компенсаторов. Кроме того, одинаковые углы наклона зубьев косозубых венцов зубчатых колес шестерен исключают воздействие осевых усилий на торцы компенсаторов, так как эти усилия взаимно уравновешиваются и поэтому торцы компенсаторов практически не изнашиваются. Все это позволяет предложенному шестеренному насосу иметь более высокий срок службы до утилизации.
При выполнении косозубых венцов с углом наклона зубьев ниже нижнего предела 15° эксплуатационная надежность работы предложенного насоса становится практически равной эксплуатационной надежности известного шестеренного насоса из-за того, что появляться пульсация подачи и давления рабочей жидкости на выходе из насоса.
При выполнении косозубых венцов с углом наклона зубьев выше верхнего предела 30° эксплуатационная надежность предложенного шестеренного насоса практически не увеличивается, а нарезать зубья на косозубых венцах с углом наклона больше 30° технологически очень трудно и экономически не целесообразно.
Изготовление деталей предложенного шестеренного насоса и его сборка не представляет собой особой сложности, так как для этого не требуется применения специального оборудования и специального инструмента, а используются обычные металлорежущие станки и универсальный инструмент. Однако выбор типа шлицов на участках валов ведущей и ведомой шестернях прямобочных, эвольвентных или трапецеидальных, их количество и размеры, определяется в каждом конкретном случае в зависимости от ширины зубчатого колеса шестерен, его наружного диаметра и величины передаваемого крутящего момента от привода машины на приводной конец вала ведущей шестерни.
Кроме того, какой конкретно будет выполняться угол наклона зубьев обоих косозубых венцов зубчатого колеса шестерен выбирается в зависимости от предназначения предложенного шестеренного насоса и его исполнения.
Изготовление косозубых венцов зубчатых колес шестерен, их жесткое соединение между собой, а также последовательность сборки предложенного шестеренного насоса являются предметом «НОУ-ХАУ» и в данной заявке не рассматривается.
Проведенный анализ технических решений, заложенных в конструкцию предложенного шестеренного насоса показал, что у него по сравнению с известным шестеренным насосом при одинаковых габаритных размерах и массе меньшая длительность проведения любого непредвиденного ремонта в полевых условиях и высокая эксплуатационная надежность, которые совместно обеспечивают ему значительно больший срок службы.
Кроме того выполнение зубчатого колеса обеих шестерен с одним косозубым венцом, имеющим зубья правого направления, а второго косозубого венца, имеющим зубья левого направления, позволяет предложенному шестеренному насосу по сравнению с известным шестеренным насосом значительно увеличить его производительность за счет того, что длина впадин между зубьями на каждом косозубом венце больше длины впадин зубчатого венца цельных шестерен с прямыми зубьями и в связи с этим вытесняется больший объем рабочей жидкости из каждой этой впадины.
Выполнение зубьев обоих косозубых венцов зубчатого колеса шестерен с одинаковым углом наклона также обеспечивает предложенному шестеренному насосу бесшумность его работы и отсутствие вибрации.
Высокая эксплуатационная надежность предложенного шестеренного насоса позволяет ему работать в течение всего срока службы без снижения его исходных параметров, подачи рабочей жидкости, ее давления на выходе из него и объемного КПД, а также обеспечивает стабильную работу гидравлической системы машины без всяких внезапных отказов ее механизмов.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез шестеренного насоса, а на фиг. 2 его поперечный разрез А-А.
Шестеренный насос состоит из крышки 1, корпуса 2, ведущей шестерни 3, ведомой шестерни 4, компенсаторов 5, манжет 6 и подшипников 7. Внутри корпуса 2 есть отверстие 8 подвода рабочей жидкости и отверстие 9 для ее отвода из насоса в гидравлическую систему машины. Ведущая шестерня 3 состоит из вала 10 и зубчатого колеса 11. Ведомая шестерня 4 состоит из вала 12 и зубчатого колеса 11. Вал 10 ведущей шестерни 3 имеет участок 13 со шлицами 14, цапфы 15 и приводной конец 16, а вал 12 ведомой шестерни 4 имеет участок 13 со шлицами 14 и цапфы 15. Зубчатое колесо 11 шестерен 3 и 4 состоит из косозубого венца 17 с зубьями правого направления и косозубого венца 18 с зубьями левого направления. В отверстиях 19 подшипников 7 размещены цапфы 15 шестерен 3 и 4.
Принцип работы предложенного шестеренного насоса.
По принципу действия насос является объемным. Насос присоединяется к приводу машины приводным концом 16 вала 10 ведущей шестерни 3. Рабочая жидкость поступает из гидравлической системы машины на вход отверстия 8 корпуса 1 насоса и далее из выхода этого отверстия рабочая жидкость направляется в межзубное пространство косозубых венцов 17 и 18 зубчатых колес 11 шестерен 3 и 4, в котором создается разряжение, за счет чего впадины между зубьями полностью заполняются рабочей жидкостью. Во впадинах между зубьями косозубых венцов 17 и 18 зубчатых колес 11 шестерен 3 и 4 рабочая жидкость перемещается в сторону входа отверстия 9 корпуса 1 и далее она под высоким давлением из этого отверстия поступает в механизмы гидравлической системы машины.
Эксплуатация предложенного шестеренного насоса является стандартной. У предложенного шестеренного насоса по сравнению с известным шестеренным насосом меньше длительность проведения каждого непредвиденного внепланового ремонта при эксплуатации в случае внезапного отказа работы механизмов гидравлической системы машины и более высокая эксплуатационная надежность, что обеспечивает ему очень длительный срок службы до утилизации. Кроме того, производительность предложенного шестеренного насоса значительно больше производительности известного шестеренного насоса при одинаковых габаритных размерах и массе. Все это позволяет предложенному шестеренному насосу по сравнению с известным шестеренным насосом быть более эффективным в эксплуатации.