BG1499U1 - Балансирана хидравлична зъбна помпа - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до балансирана хидравлична зъбна помпа, предназначена за подаване на масло под налягане към управляващите и изпълнителните органи на машини и съоръжения, които работят в среда с повишени изисквания към звуковото замърсяване. Зъбната помпа включва две външно назъбени, сдружени с хлабина зъбни колела (2, 3), чиято дебелина на зъбите, съответно широчина на междузъбието, осигуряват дроселиращо разстояние (7) между неактивните странични повърхнини, което разделя получаващото се в зоната на двойно зацепване пространство на две камери. Разработена е нова конструкция лагерни тела (4) (фиг. 5), на чиито чела са изработени разтоварващи канали (8, 9), които разрешават да се използва инерцията на потока към изхода за изсмукване на флуида от мъртвия обем. Същевременно налягането в него рязко се намалява, което води до притискане на допирните повърхнини на зъбните колела.

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до балансирана хидравлична зъбна помпа, която може да намери приложение за захранване на управляващите механизми и изпълнителните органи на машини и съоръжения, които работят в среда с повишени изисквания към звуковото замърсяване.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са зъбни помпи, които се състоят от най-малко една двойка зъбни колела, състояща се от две външно назъбени или едно външно и едно вътрешно назъбено зъбни колела, като обикновено функцията на задвижващо колело изпълнява зъбното колело с външни зъби. Принципът на действие на зъбните помпи е подчинен на движението на нагнетяваната среда, която се пренася в междузъбните пространства от смукателната към нагнетателната камера, като изтласкването на флуида от тях става чрез потапяне на сдружения зъб. Контактуващите при зацепването странични повърхнини на сдружаваните зъби, наричани активни, предотвратяват протичане на флуида в обратна посока.

Известните конструкции стандартни зъбни помпи се свързват с невъзможността да се осигури параметъра плавност на налягането и дебита, които се получават на изхода им. Възникват колебания, които се предават по хидравличната верига, в която участва посочената зъбна помпа. Анализът на режимът на работа на такава зъбна помпа показва следното: тъй като спрямо неподвижното корпусно тяло 1 /фиг. 1/, положението на точката на зацепване, определена от допирната линия между активните странични повърхнини на двата сдружени зъба, от вал-зъбните колела 2 и 3 по време на едно зацепване, непрекъснато се променя, настъпват изменения в протичащия поток и вследствие на това в нагнетателното пространство се получават колебания на налягането и дебита с ритъм, определен от честотата на зъбното зацепване.

Такъв вид предавателни механизми, периодично формират в зоната на двойно зъбно зацепване /фиг. 2/, един затворен обем, представ ляващ пространство, на работа на изпълнителния орган периодично налягането на флуида в споменатия затворен обем рязко се увеличава, което води до отделяне на активни повърхнини 5 и 6 на зъбните колела. В резултат от това отделяне, се наблюдава прекъсване на процеса на нагнетяване, изразяващ се в колебание на налягането и дебита.

В зависимост от големината на обема на затвореното пространство е възможно, амплитудите на колебанията да достигнат до 20% спрямо най-голямото налягане в натисковото пространство. Тези колебания на обема и налягането на флуида, предизвикват съответните смущения по хидравличната верига, в която участва зъбната помпа и водят до високи нива на шума, резултиращо в увеличено шумово натоварване на околната среда.

Известни са множество технически решения, в чиято конструкция взаимното разполагане на съществените елементи - зъбни колела, води до намаляване амплитудата на колебанието на дебита, налягането, включително и шума на зъбните машини.

Известни са хидравлични зъбни помпи, съдържащи едно външно и едно вътрешно назъбено зъбно колело, характеризиращи се с разнообразни геометричен обеми (WO 2011039128). Конструктивното решение на тези помпи позволява постигането на параметри като например:

- ниво на звуковото налягане - 54-56 dB(A);

- колебание на дебита и налягането - 34%;

- общ коефициент на полезно действие ета = 78-81,5%, който не удовлетворява изискванията за нормална и ефективна работа на изпълнителните органи на машините.

Известна е конструкция на хидравлична зъбна помпа (ЕР 1760315), състояща се от две външно назъбени колела, зацепени по страничните повърхнини, без хлабина. Конструкцията на хидравличната зъбна помпа е усъвършенствана чрез подобряване на точността и вида на сдружаваните елементи /зъбни колела/ на предавателния механизъм. В известните зъбни помпи със зацепване на зъбните колела без странична хлабина и между неактивните странични повърхнини, затворения обем е разделен надве камери, в резултат на което той намалява и се удължава времето за изтласкване на флуида от междузъбието. Практически това известно техническо решение представлява класически метод за предотвратяване на отделянето на допиращите се зъбни повърхнини, резултиращо в прекъсването на потока. По този начин е възможно да се намали колебанието на дебита, респективно на налягането, включително и понижаване на звуковото налягане на тази конструкция помпи, спрямо стандартните конструкции на зъбни помпи.

Постигнатите стойности за нивото на звука се отнасят изключително за работата на помпата. При работа на машините в неблагоприятни условия е възможно шумовото налягане да се увеличи с 5-10 dB(A) над нормално постигнатите параметри.

Двата вида зъбни машини имат по-малък общ коефициент на полезно действие в сравнение със стандартно произвежданите хидравлични зъбни помпи с две външно назъбени зъбни колела зацепени с хлабина, между неактивните странични повърхнини. В зависимост от конструкцията и типоразмера на помпите, енергоемкостта им се увеличава от десет до двадесет процента. Общият им коефициентът на полезно действие намалява до - ета = 70%.

Характерно за известните конструкции на зъбни помпи е сравнително по-сложната от технологична гледна точка конструкция на зъбните помпи с едно външно и едно вътрешно назъбено зъбно колело. Увеличаването на броя на детайлите, води до необходимост от повишаване на точността им, с оглед на необходимостта да се запази надеждността на изделието. Този фактор има особено важно значение при използването на помпите в самолетостроенето, корабостроенето, подемно-транспортната и минна техника.

Техническа същност на полезния модел

Като се имат предвид изложените недостатъци на известното ниво на техниката в областта на конструкциите на зъбните машини, задача на полезния модел е да се предложи балансирана хидравлична зъбна помпа, която да се отличава с технологична, сигурна и ефективна конструкция, повишен общ коефициент на полезно действие ета> 85%, при минимални коле бания на налягането и дебита, и намалено ниво на шума, спрямо стандартните зъбни помпи.

Задачата на полезния модел се решава със зъбна помпа /фиг. 3/, състояща се от тяло, с разположен в него зъбно-лагерен пакет, включващ две външно назъбени вал-зъбни колела, като зъбите са изпълнени с дебелина на зъба, съответно широчина на междузъбието, формиращи дроселираща странична хлабина, определена между неактивните странични зъбни повърхнини, съответно разделяща формираното в зоната на двойно зъбно зацепване пространство на две камери.

Съгласно полезният модел, в челата на лагерните тела са оформени два разтоварващи канала, съответно разположени единият разтоварващ канал - в нагнетателното пространство, а другият разтоварващ канал - в смукателното, при което между споменатите разтоварващи канали е оформена преградна стена, чийто лица определят момента на свързване на затворения обем, съответно с камерата за високо налягане и камерата за ниско налягане. Каналите имат чашковидна форма и са разположени на разстояние L8, определено чрез L_g = 0,125а_1л51палфа_1|С08алфа_ж, мм, където:

- а - действително междуосово разстояние;

- алфа_ж - действителен ъгъл на зацепване;

- разстояние, което определя разположението на лицето на разтоварващия канал (преградната стена), намиращ се откъм високото налягане;

съответно на разстояние Ц, което определя разположението на лицето на разтоварващия канал (преградната стена) по отношение на камерата за ниско налягане. Разстоянието е определено чрез L₉ = 0,25а_и51палфа_исо5алфа_ж, мм. Съгласно полезния модел за предпочитане е разтоварващият канал да е изпълнен с радиус, определен по формулата:

R_k = 0,98d_p мм, където:

- d_f- диаметър на петовата окръжност на зъбното колело.

Изпълнените с описаните форма, размери и разположение разтоварващи канали, създават възможности и условия да се използва инерцията на потока за извеждане на флуида от затворения обем.

1499 Ul

Описаната зъбна помпа, обект на полезния модел се отличава с опростена и технологична конструкция, осигуряваща повишен общ коефициент на полезно действие, като едновременно с това поддържа в различни режими на работа необходимия дебит; при понижени нива на колебания на налягането и шума. Подходящото оформяне и разполагане на разтоварващите канали, подпомага ефективната работа на зъбната помпа. Благодарение на тях се използва инерцията на потока към изходния отвор, което осигурява бързото и ефективно изсмукване на флуида от затворения обем. В резултат на това налягането на флуида в затворения обем рязко намалява, което води до притискане на допирните повърхнини на зъбните колела.

Пояснение на приложените фигури

По-нататък в описанието е представено предпочитано изпълнение на хидравлична зъбна помпа, обект на полезния модел, онагледено поподробно с помощта на придружаващите описанието фигури, където:

фигура 1 представлява схематично зъбна машина с две външно назъбени зъбни колела, известна от нивото на техниката;

фигура 2 - пространството в зоната на двойно зъбно зацепване, ограничено от страничните профили на четири зъба, наречено затворен обем;

фигура 3 представя схематично зъбна машина с две външно назъбени зъбни колела, предпочитана схема на полезния модел;

фигура 4 представя лагерно тяло, предпочитана форма на полезния модел;

фигура 5 - аксинометрично начертано примерно изпълнение, предпочитана конструкция на полезния модел.

Пример за изпълнение на полезния модел

Представено е едно примерно изпълнение на хидравлична зъбна помпа съгласно полезния модел, като използваните конструктивни елементи не ограничават използването и на други еквивалентни елементи или материали със същите качества и функционално предназначение.

Зъбната помпа се състои от тяло 1, с разположени в него зъбно-лагерен пакет, включващ водящо вал-зъбно колело 2, водимо вал-зъбно колело 3, лагерувани в лагерни тела 4 /фиг. 5/, характеризиращи се с активни повърхнини 5 и 6 на зъбните колела 2 и 3. Зъбите на вал-зъбните колела 2 и 3 са оформени с профил, дебелина на зъбите и широчина на междузъбието, при което в момента на зацепване на двете зъбни колела между неактивните странични зъбни повърхнини се формира дроселираща странична хлабина 7. Лагерните тела 4 са разположени огледално едно спрямо друго, като по челата им са оформени разтоварващи канали 8 и 9, които оформят преградна стена 10 /фиг. 4/. Споменатата дроселираща странична хлабина 7 разделя формираното пространство в зоната на двойно зъбно зацепване надве отделни камери, съответно за високо 11 и ниско 12 налягане, като образувания затворен обем се разделя между двата разтоварващи канала 8 и 9.

За предпочитане е каналите да са изпълнени с чашковидна форма, която благоприятства движението на флуидния поток, без при това да допуска създаване на условия за завихряне на потока и възникване на кавитация. Каналите имат чашковидна форма и са разположени един спрямо друг така, че да е изпълнено съотношението L_g - 0,125a_wsmi^a_wcosaj^a_w, мм, където:

- a_w - действително междуосово разстояние 13;

- алфа,^ - действителен ъгъл на зацепване

14.

За предпочитане е разтоварващият канал да е изпълнен с радиус 15, определен по формулата:

R_k = 0,98dp мм, където:

- d_f - диаметър на петовата окръжност на зъбното колело 16.

Подходящо е каналите да са разположени един спрямо друг така, че да е изпълнено съотношението L₉ - 0,25а_ж81палфа_жсо8алфа_и, мм, при което се оформят съответно разстояние 17, което определя разположението на лицето на разтоварващия канал (преградната стена), намиращ се откъм високото налягане и разстояние 18, определя разположението на лицето на разтоварващия канал (преградната стена), намиращ се към ниското налягане.

По задната повърхнина на лагерното тяло 4 е оформен канал, в който са монтирани уп1499 U1 лътнителен 19 и защитен 20 пръстен, които разделят високото от ниското налягане. Тялото 1 е затворено от двете си страни с капаци, съответно преден 21 и заден 22. Капаците са ориентирани спрямо тялото 1 посредством щифтове 23, и 5 са закрепени неподвижно с помощта на свързващи елементи, например винтове 24. В предния капак 21 е предвиден уплътнител 25, който осигурява уплътняването по оформена за целта шийка на входящото вал-зъбно колело 2. 10

Действие на зъбната помпа

Хидравлична зъбна помпа, съгласно полезния модел работи по следния начин. С по- 15 мощта на присъединителни елементи, най-малко два винта, помпата се присъединява към работната машина, непоказана на фигурата, като се разполага на специално предвидена за целта площадка, непоказана на фигурите. Изходящият 20 й отвор, който е на предния капак съвпада със захранващия отвор на задвижваното съоръжение, непоказано на фигурите. Зъбната помпа получава въртеливо движение от водящото валзъбно колело 2, оформено в предния си край ка- 25 то призматично тяло. Между валовете на двигателя и помпата е монтиран съединител, непоказан на фигурите. Входът на помпата, който е оформен странично в тялото, е свързан през подходящ филтър с резервоара за масло, непоказан 30 на фигурите.

При завъртане на водящото вал-зъбно колело 2 на помпата, в посока обратна на посоката на въртене на часовниковата стрелка, както е показано на фиг. 3, валът завърта водимото вал- 35 зъбно колело 3 обратно, при което зъбите, намиращи се в камерата за високо налягане 11, продължават да навлизат в междузъбията. Площта на затвореното от страничните повърхнини на сдружените зъби пространство намалява, което 40 се изразява практически, в намаляване на обема на нагнетателната камера, резултиращо в изтласкване на намиращия се в камерата за високо налягане 11 флуид - масло. Изтласкването на маслото от споменатата камера 11 продължава 45 до излизането на контактната точка от зоната на разтоварващия канал 8, оформен в лагерното тяло 4 от страната на високото налягане. В момента на излизане от зоната, камерата се затваря от преградната стена 10. Същевременно зъбите, на- 50 миращи се в камерата за ниско налягане 12, излизат от зацепване. Площта на затвореното от страничните повърхнини на сдружените зъби пространство се увеличава, което се изразява практически в увеличаване на обема на всмукателната камера, резултиращо в запълване на камерата за ниско налягане 12 с флуид - масло. Засмукването на масло в споменатата камера 11 започва след преминаването на контактната точка над преградата 10 и навлизането й в зоната на разтоварващия канал 9, оформен в лагерното тяло 4 от страната на ниското налягане. При описаното завъртане на зъбните колела 2 и 3, контактните линии (точки) между активните профили на сдружените зъби и дроселиращата хлабина 7 се преместват в посоката на въртене, в резултат на което дроселиращата хлабина 7, формирана между неактивните профили на сдружените зъби 2 и 3 не допуска протичане на масло от камерата за високо налягане 11 към камерата за ниско налягане 12 на затворения обем. Засмуканото в междузъбното пространство масло, затворено от челата на двата лагера и тялото 1 се пренася от зъбните колела 2 и 3 до камерата за високо налягане 11. В резултат на подходящо оформените и разположени разтоварващи канали 8 и 9 и дроселиращата хлабина 7 между неактивните странични повърхнини, флуида съдържащ се в затворения обем се извежда. Именно по този начин се намалява ефекта на колебание на налягането, което зъбната помпа осигурява на изхода. Посочените високи параметри на зъбната помпа, обект на полезния модел, позволяват масово приложение в конструкциите на металорежещи машини, подемно-транспортна техника, железопътни, въздухоплавателни, водоплавателни и автомобилни превозни средства, към които има повишени изисквания по отношение на нивото на шума. С тях се задвижват както силовите системи, така и тези, служещи за управление на съоръжението. Те предават енергията, получена от двигателя, на хидравличния поток и чрез него на изпълнителните органи. Все по-често се използват помпи с понижено ниво на шума и в производството на текстилни машини, строителна и селскостопанска техника.

Claims (2)

1. Претенции

   1. Балансирана хидравлична зъбна помпа,

   1499 Ul включваща тяло с разположен в него зъбно-лагерен пакет, включващ две огледално разположени лагерни тела, при което в тялото е поместена двойка вал-зъбни колела с външно оформени зъби, разположени без хлабина между активни- 5 те странични повърхнини, характеризираща се с това, че дебелината на зъбите на зъбните колела е определена така, че зъбните колела са сдружени с дроселираща странична хлабина (7) между неактивните странични повърхнини, а по челните повърхнини на лагерните тела (4) са оформени разтоварващи канали (8, 9) с чашковидна форма, ориентирани напречно на оста на зъбната помпа, като лицето на разтоварващия канал (8) на камерата за високо налягане (11) е разположено на разстояние (17), а лицето на разтоварващия канал (9) на камерата за ниско налягане (12) е на разстояние (18).
2. 2. Зъбна помпа съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че размерът и разположението на разтоварващите канали (8, 9) се определят като отношение от действителното между осово разстояние (13), действителният ъгъл на зацепване (14) и диаметъра на петовата окръжност на зъбните колела (16).