АКСИАЛЬНО-ПЛУНЖЕРНЫЙ ГИДРОМОТОР
AXIAL PLUNGER HYDRAULIC MOTOR

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в конструкциях гидромоторов, применяемых в гидроприводах объемного регулирования с повышенной точностью отработки управляющего сигнала.
Известна конструкция аксиально-плунжерной гидромашины (машина с наклонной шайбой), содержащая корпус и размещенный в нем, посредством подшипниковых узлов, вращающийся блок цилиндров, неподвижно соединенный с выходным валом гидромашины. Одной своей торцевой частью блок цилиндров подвижно сопрягается с неподвижным торцевым распределителем, а в другую торцевую часть блока цилиндров введены одним концом плунжеры, на каждом из которых с другого его конца, через сферическое сочленение, укреплен опорный башмак, упирающийся в поверхность скольжения наклонной шайбы или в накладку этой шайбы (Кондаков Л.А. и др. под общей ред. Прокофьева В.Н. Машиностроительный гидропривод М.: Машиностроение 1978 - 495 с., см. на стр.161. Ксерокопия источника прилагается). Основным недостатком данного аналога является значительная величина приведенного к выходному валу момента трения покоя подвижных частей машины, что определяется, главным образом, силами трения в подвижных сопряжениях опорных башмаков с поверхностью наклонной шайбы. Это вызывает потребность достаточно большого давления, необходимого для страгивания вала гидромотора, что приводит к недопустимо низкой точности управления, недопустимо большому гистерезису регулировочной характеристики и, несмотря на целый ряд преимуществ аксиально-плунжерных машин по сравнению с аксиально-поршневыми, не позволяет заменить последние в высокоточных следящих системах объемного гидропривода.
За ближайший аналог-прототип изобретения принимается аксиально-плунжерная гидромашина, снабженная устройством, которое сообщает наклонной шайбе возвратно-поворотные движения, с целью ее «оживления», т.е. придания непрерывного относительного движения сопрягающимся поверхностям трения опорных башмаков и поверхности наклонной шайбы. В этом техническом решении, возвратно-поворотные движения перпендикулярно опорной плоскости наклонной шайбы создаются поршнями-толкателями, установленными в крышке гидромашины. (Министерство высшего и среднего специального образования СССР. Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного знамени Механический институт (ЛМИ). Отчет о научно-исследовательской работе "разработка и исследование следящих приводов на базе гидравлических машин дроссельного регулирования". № темы. А 52-1126 шифр "Инфлбкс-МОП", Ленинград, 1984 г., 47 стр., УДК 621.225.7 № гос. рег. X08989. Руководитель НИР КТН, СНС Соколов Г.С. см. Раздел. 1.2 стр.11-14. Ксерокопия источника прилагается). По замыслу авторов, в прототипе возвратно-поворотные движения наклонной шайбы обеспечивают исключение трения покоя, в том числе в сопряжениях опорных башмаков с наклонной шайбой, что призвано обеспечить улучшение скоростной и регулировочной характеристик аксиально-плунжерного гидромотора. Следует заметить, что прототип является экспериментальной конструкцией, с использованием (по принципу обратимости) аксиально-плунжерного регулируемого гидронасоса, в качестве гидромотора, т.к. в этой машине имеется механизм с рычагом управления углом наклона наклонной шайбы, через который и осуществляется сообщение наклонной шайбе возвратно-поворотных движений поршнями-толкателями. Эти движения обеспечивают непрерывное относительное движение опорных башмаков и наклонной шайбы, что и требуется. Для практического применения такая конструкция малопригодна, поскольку обладает избыточным весом и избыточными конструктивными элементами, присущими гидронасосу, но являющимися функционально лишними для гидромотора. Кроме того, в прототипе возвратно-поворотные движения наклонной шайбы создаются перпендикулярно опорной плоскости наклонной шайбы через рычаг управления углом ее наклона, что приводит к колебаниям величины рабочего объема гидромашины. Вследствие этого, вал гидромашины вынужден осуществлять ненужные возвратно-поворотные движения, приводящие к дополнительному расходу энергии, даже при отсутствии управления, т.е. при отсутствии давления в напорной магистрали.
Задачей, поставленной в изобретении, является усовершенствование конструкции аксиально-плунжерного гидромотора, обеспечивающее достижение совокупности следующих важных для гидромотора функциональных технических результатов:
- снижение минимальной устойчивой скорости (оборотов) движения выходного вала гидромотора;
- обеспечение плавного (без рывков) движения выходного вала в области минимальных оборотов гидромотора;
- уменьшение зоны нечувствительности гидромотора при отработке гидрообъемного управляющего воздействия при работе гидромотора в составе следящего гидрообъемного привода;
- исключение возвратно-поворотных движений вала гидромотора при отсутствии управления (давления в напорной магистрали).
Задача и технический результат достигаются за счет того, что в аксиально-плунжерном гидромоторе, содержащем корпус и, размещенный в корпусе, посредством подшипниковых узлов, соединенный с выходным валом гидромотора блок цилиндров, который одной своей торцевой частью подвижно сопрягается с неподвижным торцевым распределителем, а в другую его торцевую часть в цилиндры блока цилиндров введены одним концом плунжеры, на каждом плунжере, с другого его конца через сферическое сочленение укреплен опорный башмак, упирающийся в поверхность скольжения накладки наклонной шайбы, согласно изобретению выполнены следующие конструктивные изменения:
- накладка наклонной шайбы выполнена с возможностью вращения относительно шайбы в плоскости, перпендикулярной оси этой шайбы,
- накладка наклонной шайбы соединена посредством механизма с встроенным в гидромотор двигателем.
Обозначенная сущность изобретения обеспечивает достижение всей совокупности заявленных функциональных технических результатов и связана с ними следующим образом:
Накладка наклонной шайбы, приводимая в движение через механизм двигателем, совершает непрерывное движение относительно опорной поверхности башмака, вследствие чего исключается трение покоя пары опорный башмак - накладка наклонной шайбы. Первым функциональным техническим результатом изобретения является снижение минимальной устойчивой скорости (оборотов) движения выходного вала. Вторым функциональным техническим результатом является обеспечение плавного (без рывков) движения выходного вала в области минимальных оборотов гидромотора. Третьим функциональным техническим результатом является уменьшение зоны нечувствительности гидромотора при отработке гидрообъемного управляющего воздействия при работе гидромотора в составе следящего гидрообъемного привода. Четвертый функциональный технический результат изобретения, т.е. исключение ненужных дополнительных возвратно-поворотных движений вала гидромотора при отсутствии управления (давления в напорной магистрали), обеспечивается тем, что в предлагаемом техническом решении накладка опорной шайбы совершает возвратно-поворотные движения в плоскости, перпендикулярной оси этой шайбы, а не перпендикулярно ее опорной плоскости (как в прототипе), что не приводит к колебаниям величины рабочего объема гидромашины.
На фиг.1 изображен схематичный разрез аксиально-плунжерного гидромотора по оси блока цилиндров, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1.
Аксиально-плунжерный гидромотор содержит корпус 1, и, размещенный в нем, посредством подшипниковых узлов 2 и 3, вращающийся блок цилиндров 4, соединенный с выходным валом 5 гидромотора, который одной своей торцевой частью с зазором сопрягается с неподвижным торцевым распределителем 6, а в другую его торцевую часть в цилиндры введены одним концом плунжеры 7, на каждом плунжере 7, с другого его конца через сферическое сочленение 8 укреплен опорный башмак 9, упирающийся в поверхность скольжения накладки 10 наклонной шайбы 11. При этом накладка 10 наклонной шайбы 11 выполнена с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оси этой шайбы, и соединена посредством рычажного механизма 12 с встроенным в гидромотор двигателем 13. В частности, это может быть двигатель возвратно-поступательного движения. Конструктивно накладка 10 может быть расположена в цилиндрической расточке наклонной шайбы 11. В качестве встроенного в гидромотор двигателя 13, с возвратно-поступательным движением выходного штока может быть использован гидроцилиндр с возвратной пружиной, как это изображено на Фиг.2, или иной тип двигателя, например пневмодвигатель, тяговый электромагнит, пьезоэлектрический двигатель и т.п. По сущности изобретения, в конструкции так же может быть применен двигатель непрерывного движения, например маломощный пластинчатый гидромотор или электродвигатель и соответствующий механизм передачи движения на накладку, например шестеренная передача.
Аксиально-плунжерный гидромотор работает следующим образом. Рабочая жидкость от вспомогательного источника энергии (не показан), в качестве которого может быть использован вспомогательный насос или гидроаккумулятор, через клапан-пульсатор (не показан) подается во встроенный двигатель-гидроцилиндр 13, шток которого совершает возвратно-поступательные движения под действием питающего давления и возвратной пружины. Через рычажный механизм 12 возвратно-поступательное движение штока преобразуется в возвратно-поворотное движение накладки 10 наклонной шайбы 11 относительно этой шайбы и сопрягающихся с накладкой 10 опорных башмаков 9. В результате этого между башмаками 9 и опорной поверхностью накладки 10 образуется масляный клин, чем исключается сухое трение покоя в указанных трущихся парах. Аналогичный эффект может быть достигнут так же непрерывным вращением накладки 10 относительно наклонной шайбы 11, если в конструкции использован двигатель непрерывного движения и соответствующий механизм передачи движения накладке 10.
Первым функциональным техническим результатом изобретения является снижение минимальной устойчивой скорости (оборотов) движения выходного вала. Вторым функциональным техническим результатом является обеспечение плавного (без рывков) движения выходного вала в области минимальных оборотов гидромотора. Третьим функциональным техническим результатом является уменьшение зоны нечувствительности гидромотора при отработке гидрообъемного управляющего воздействия при работе гидромотора в составе следящего гидрообъемного привода. В предлагаемом техническом решении накладка опорной шайбы совершает возвратно-поворотные движения в плоскости, перпендикулярной оси этой шайбы, а не перпендикулярно ее опорной плоскости (как в прототипе), что, в отличие от прототипа, не приводит к колебаниям величины рабочего объема гидромашины и не вызывает ненужных дополнительных возвратно-поворотных движений вала гидромотора при отсутствии управления (давления в напорной магистрали). Таким образом, обеспечивается четвертый функциональный технический результат изобретения.