НАСОС ПОРШНЕВОЙ ГИДРОПРИВОДНОЙ
PISTON-TYPE HYDRAULIC DRIVE PUMP

Изобретение относится к области машиностроения, а именно: к насосостроению и может быть использовано при разработке устройств для объемной напорной подачи различных жидкостей.
Известен пневмогидроприводной насос, содержащий приводной цилиндр, разделенный на две приводные полости поршнем, связанным с вытеснителем насосной камеры и взаимодействующим в крайних положениях с управляемыми клапанами, установленными в двух управляющих магистралях распределителя, подключенного выходами к приводным полостям. Каждая управляющая магистраль распределителя снабжена каналом, сообщенным с одной из приводных полостей цилиндра, а каждый управляемый клапан выполнен нормально закрытым и установлен в одном из каналов управляющей магистрали. (А.с. СССР №877114, заявка №2761922/25-06 от 30.10.1981, МПК: F04B 9/08 - прототип).
Приводной цилиндр привода пневмогидроприводного насоса разделен на две приводные полости поршнем, связанным с поршнем насоса и взаимодействующим с управляющими клапанами в своих крайних положениях. Управляющие клапаны выполнены нормально закрытыми с подпружиненными штоками и установлены в каналах приводного цилиндра, сообщающих управляющие магистрали распределителя с рабочими полостями приводного цилиндра. Распределитель выполнен в виде механизма золотникового типа с поршневым элементом привода, в котором выполнены каналы, сообщающие полость подачи рабочей среды привода с рабочими полостями приводного цилиндра, подключенными к управляющим магистралям. Распределитель снабжен каналом сброса рабочей среды привода в дренаж. В насосе установлены всасывающий и нагнетательный обратные клапаны. В зависимости от начального положения золотника распределителя, рабочая среда привода через распределитель подается в одну из рабочих полостей приводного цилиндра, вторая рабочая полость через распределитель сообщается с дренажом, в результате чего поршень приводного цилиндра приводится в движение. При достижении конечного положения поршень приводного цилиндра привода вступает во взаимодействие с упором управляющего нормально закрытого клапана, клапан открывается, при этом давление в одной из полостей распределителя падает, а в противоположной полости распределителя, сообщенной с рабочей полостью приводного цилиндра, остается неизменным, равным давлению подачи рабочей среды привода. Поршневой элемент распределителя переключается в противоположное положение и переключает золотник. Происходит перераспределение потоков рабочей среды привода в магистралях, питающих приводной цилиндр и, далее подача рабочей среды привода осуществляется в противоположную полость, а рабочая полость приводного цилиндра, в которую рабочая среда привода поступала изначально, через распределитель сообщается с дренажом. При возвратно-поступательном движении поршня приводного цилиндра, одновременно с ним перемещается поршень насоса, при этом происходит периодическое изменение объема рабочей полости насоса. Таким образом, приводной гидроцилиндр обеспечивает непрерывное возвратно-поступательное движение поршня насоса, а установленные в корпусе насоса всасывающий и нагнетательный обратные клапаны обеспечивают выполнение циклов всасывания и нагнетания насосом.
Недостатками данной конструкции являются значительные габаритные размеры из-за автономного расположения распределителя, наличие длинных перепускных магистралей, золотниковый механизм распределителя с поршневым элементом привода, который при возвратно-поступательном движении многократно проходит уплотнительными поверхностями через каналы-отверстия входа/выхода и сброса в дренаж рабочей среды привода, что вызывает быстрый износ элементов золотника и снижает надежность изделия в целом, контактные напряжения, возникающие в процессе работы в управляющих нормально закрытых клапанах от действия пружины, снижают долговечность и надежность работы клапанов и приводного цилиндра привода насоса в целом.
Задачей изобретения является разработка компактной моноблочной конструкции насоса, без дополнительной трубной обвязки, в которой распределитель выполнен в составе приводного цилиндра, повышение надежности и долговечности насоса с одновременным уменьшением габаритных размеров и массы насоса.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном насосе поршневом гидроприводном, содержащем корпус с двумя обратными клапанами со штуцерами входа и выхода рабочей среды насоса, установленный на гидроцилиндре гидропривода, состоящем из корпуса и установленного в корпусе полого поршня с полостями и каналами подвода и отвода рабочей жидкости гидроцилиндра, причем поршни и корпуса гидроцилиндра и насоса расположены коаксиально и находятся в непосредственной механической связи между собой, согласно изобретению, поршень гидроцилиндра и поршень насоса выполнены в виде ступенчатого поршня, при этом в поршне гидроцилиндра установлены гидрораспределительное и переключающее устройства, причем гидрораспределительное устройство выполнено в виде клапанного узла, внутри которого установлен подпружиненный поршень с каналами, выполненный с возможностью осевого перемещения и взаимодействия в крайнем положении с подвижным запорным элементом, и изменения при этом уплотнения запорного элемента между конусами, выполненными в упомянутом поршне, и конусом, выполненным в неподвижном седле с отверстиями, при этом переключающее устройство, управляющее работой гидрораспределительного устройства, выполнено в виде плунжера, перемещающегося в крайних положениях поршня гидроцилиндра, с установленным на нем золотниковым устройством, при этом поршень гидроцилиндра подпружинен при помощи пружины, установленной в дренажной полости гидроцилиндра гидропривода, а в поршне гидроцилиндра выполнены каналы для подачи рабочей среды гидропривода к гидрораспределительному и переключающему устройствам и сброса в дренаж.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид предложенного насоса поршневого гидроприводного; на фиг. 2 показан продольный разрез насоса поршневого гидроприводного; на фиг. 3 - выносной элемент А - разрез гидрораспределительного устройства при закрытом канале подачи рабочей жидкости гидропривода; на фиг. 4 выносной элемент Б - разрез переключающего устройства в положении подачи рабочей жидкости гидропривода; на фиг. 5 выносной элемент А - разрез гидрораспределительного устройства при открытом канале подачи рабочей жидкости гидропривода; на фиг. 6 выносной элемент Б - разрез переключающего устройства в положении сброса рабочей жидкости гидропривода.
Насос поршневой гидроприводной содержит насос поршневой 1 (фиг. 2), который включает в себя корпус 2 (фиг. 1) с установленными в нем клапаном обратным входа 3 (фиг. 2), выполненным в едином узле со штуцером входа 4, клапаном обратным выхода 5, выполненным в едином узле со штуцером выхода 6, поршень 7.
Насос поршневой 1 соосно установлен на гидроцилиндре 8 гидропривода (фиг. 1), в котором выполнены отверстия-каналы входа и дренажа рабочей жидкости гидропривода. Гидроцилиндр 8 состоит из корпуса 9 (фиг. 2) в виде цилиндра, поршня 10. В корпусе 9 имеются резьбовые отверстия для крепления насоса поршневого 1. Поршень 10 разделяет между собой рабочую полость 11 гидроцилиндра 8 и дренажную полость 12 гидроцилиндра. В дренажной полости гидроцилиндра установлена пружина 13. Поршень 7 насоса поршневого 1 и поршень 10 гидроцилиндра 8 выполнены в виде единой детали - ступенчатого поршня. Поршень 10 имеет перепускные каналы для входа и выхода рабочей жидкости гидропривода и места установки гидрораспределительного и переключающего устройств.
Гидрораспределительное устройство (фиг. 3) состоит из поршня 14, седла 15, пружины 16, шарика 17, пяты 18, пружины 19, кольца резьбового 20, фиксирующего указанные составные части в поршне 10 гидроцилиндра 8.
Переключающее устройство (фиг. 4) состоит из плунжера 21, гильзы 22, штока 23, толкателя 24, колпачка 25, втулок 26, 27, обоймы 28, кольца резьбового 29, фиксирующего указанные составные части в поршне 10 гидроцилиндра 8.
В конструкции насоса поршневого гидроприводного используются уплотнения (не обозначены) для исключения утечки рабочей жидкости гидропривода и рабочей жидкости насоса из области высокого давления в дренажные полости, что обеспечивает надежное функционирование насоса и гидроцилиндра с заданной производительностью.
Предложенный насос поршневой гидроприводной работает следующим образом.
Гидропривод подключается к системе подачи рабочей жидкости гидропривода с заданным давлением; на входе насос подключается к линии всасывания рабочей жидкости насоса, на выходе насос обеспечивает подачу рабочей жидкости насоса с высоким давлением в линию нагнетания.
Рабочая жидкость гидропривода под действием входного давления поступает на вход гидропривода (фиг. 2) в полость 30 и далее, через канал 31, выполненный в поршне 10 гидроцилиндра 8, поступает к переключающему устройству.
Переключающее устройство в этот момент находится в открытом положении (фиг. 4), при этом рабочая жидкость гидропривода из полости
31 через проходные каналы между плунжером 21 и штоком 23, отверстие
32 в плунжере 21, отверстия 33 в гильзе 22, отверстия 34 во втулке 26 поступает в управляющую полость 35 гидрораспределительного устройства.
Одновременно с этим рабочая жидкость гидропривода через проходные каналы между штоком 23 (фиг. 4), обоймой 28 и поршнем 10 гидроцилиндра 8, канал 36, поступает к гидрораспределительному устройству и под действием входного давления заполняет полость 37 гидрораспределительного устройства (фиг. 5).
Из-за разницы площадей поверхностей поршня 14 (фиг. 5), поршень 14 под действием давления рабочей жидкости гидропривода в управляющей полости 35 перемещается в нижнее положение и устанавливает уплотнение шарика 17 между поршнем 14 и пятой 18, тем самым, перекрывая сброс рабочей жидкости гидропривода в дренаж. Далее рабочая жидкость гидропривода из полости 37 через зазор 38 между поршнем 14 и седлом 15, отверстие 39, выполненное в седле 15, канал 40 и отверстие 41, выполненные в поршне 10 гидроцилиндра 8 поступает в рабочую полость 11 гидроцилиндра 8.
В результате действия входного давления рабочей жидкости гидропривода, находящейся в рабочей полости 11 (фиг. 2), за счет разницы диаметров поршня 10 гидроцилиндра 8 и поршня 7 насоса 1, поршень 10 начинает перемещаться и перемещает поршень 7. При этом происходит постоянное заполнение рабочей полости 11 рабочей жидкостью гидропривода, а полость 12 сообщена с дренажом. Поршень 7 насоса 1 начинает вытеснять рабочую жидкость насоса, находящуюся в рабочей полости 42 насоса 1 (фиг. 2). Под действием давления рабочей жидкости насоса клапан обратный выхода 5 открывается, клапан обратный входа 3 находится в закрытом положении. Таким образом, рабочая жидкость насоса поступает в гидравлическую магистраль нагнетания через штуцер выхода 6 - насос совершает цикл нагнетания.
В конце хода поршня 10 (фиг. 6) гидроцилиндра 8 шток 23 входит в зацепление с толкателем 24, зафиксированным в корпусе 9 гидроцилиндра 8, при этом поршень 10 продолжает поступательное движение, посредством чего плунжер 21, жестко зафиксированный на штоке 23, меняет свое положение относительно гильзы 22. При перемещении плунжера 21 происходит сброс давления рабочей жидкости гидропривода из управляющей полости 35 (фиг. 5) через отверстия 34 (фиг. 6) во втулке 26, отверстия 33 в гильзе 22, через проточку 43, выполненную в плунжере 21, отверстия 44 в гильзе 22, отверстия 45 в колпачке 25, зазор между колпачком 25 и поршнем 10 гидроцилиндра 8, канал 46 и отверстие 47, выполненные в поршне 10, в дренаж.
При этом поршень 14 (фиг. 3) гидрораспределительного устройства перемещается в верхнее положение и переводит уплотнение шарика 17 между седлом 15 и пятой 18, тем самым, перекрывая подачу рабочей жидкости гидропривода из полости 37 в рабочую полость 11 гидроцилиндра 8. При этом происходит сброс давления рабочей жидкости гидропривода из рабочей полости 11 через отверстие 41 и канал 40, выполненные в поршне 10 гидроцилиндра 8, отверстие 39, выполненное в седле 15, зазор 38 между поршнем 14 и седлом 15, отверстия 48 и 49, выполненные в поршне 14, отверстия 50, выполненные в седле 15, канал 51 и отверстие 52, выполненные в поршне 10 гидроцилиндра 8, в дренаж.
За счет действия силы от пружины 13 (фиг. 2) поршень 10 гидроцилиндра 8 перемещается в обратном направлении. Поршень 7 насоса 1 перемещаться в обратном направлении вместе за поршнем 10, увеличивая объем рабочей полости 42 насоса 1 (фиг. 2). В полости 42 создается разрежение, клапан обратный выхода 5 закрывается, клапан обратный входа 3 открывается, таким образом, рабочая жидкость насоса из гидравлической магистрали поступает в полость 42 насоса 1 через штуцер входа 4 - насос совершает цикл всасывания.
В конце цикла возвратно-поступательного движения поршня 10 гидроцилиндра 8 совместно с поршнем 7 насоса 1 происходит перемещение штока 23 до упора в толкатель 24 (фиг. 4). Посредством механической связи толкатель переводит плунжер 21 переключающего устройства, жестко зафиксированный на штоке 23, в исходное положение относительно гильзы 22, открывая подачу рабочей жидкости гидропривода под действием входного давления в управляющую полость 35 гидрораспределительного устройства. Далее происходит новый цикл работы.
Использование предложенного технического решения позволяет разработать конструкцию насоса без системы клапанов в переключающем устройстве, одновременно повысить надежность и долговечность насоса.