BG1739U1 - Хидравлична зъбна помпа - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до хидравлична зъбна помпа, предназначена за подаване на масло под налягане към управляващите и изпълнителни органи на машини и съоръжения, които работят в среда с особено повишени изисквания към звуковото замърсяване. Зъбната помпа включва две външно назъбени вал-зъбни колела, чиято дебелина на зъбите, съответно широчина на междузъбието, осигуряват дроселираща хлабина (9) между неактивните странични повърхнини, която разделя получаващото се в зоната на двойно зъбно зацепване пространство на две камери. Използвана е конструкция на лагерни тела, при което в челото на предното лагерно тяло (4), като част от нагнетателната камера (изхода), е оформен уравновесяващ канал, чрез който се уравновесява осовата сила, а в челото на задното лагерно тяло (5) са оформени два разтоварващи канала, чрез които се използва инерцията на потока към изхода за изсмукване на флуида от затворения обем.

Description

Полезният модел се отнася до хидравлична зъбна помпа, която може да намери приложение за захранване на управляващите механизми и изпълнителни органи на машини и съоръжения, които изискват колебание на хидравличния поток до 1,5% от работното налягане и се използват в среда с особено завишени изисквания към звуковото замърсяване.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са хидравлични зъбни помпи, производство на фирма David Brown Hydraulics Deutschland GmbH, които включват корпусно тяло (фиг. 1), изработено от алуминиева сплав, в което са разположени с хлабина две външно назъбени вал-зъбни колела, изпълнени с винтови еволвентни зъби, при което тялото затваря радиално междузъбията на споменатите две вал-зъбни колела, които се използват за пренасяне на маслото. Последните лагеруват в два хидродинамични радиално-осови плъзгащи лагери, които затварят челно междузъбните пространства. Челната повърхнина на задното лагерно тяло поема възникващото в предавката осово натоварване. Описаната хидравлична помпа работи с ниско ниво на шум.

Описаната конструкция на хидравлични зъбни помпи, включващи вал-зъбни колела с винтови зъби имат следните недостатъци: от конструктивна гледна точка се изисква посочената широчина на зъбния венец, респективно дължината на помпата да е двойно по-голяма от тази на равностойната зъбна предавка, изработена с прави зъби, поради използването в тези зъбни помпи на зъбни двойки с винтови зъби, сдружени със странична хлабина, съгласно (фиг. 2); освен това при винтовото зацепване възниква осова сила, по отношение на която не са предвидени възможности и технически средства за уравновесяването й, в резултат на което се наблюдава интензивно износване на челото на задното лагерно тяло, респективно намаляване на жизнения цикъл на помпата.

Известни са хидравлични помпи, производство на “Jihostroj” A. S. - Czech Republic, които се отличават с диагонално зацепване на зъбните колела, при което се намалява страничната хлабина в зъбната предавка. По такъв начин се реализира конструкция на зъбна помпа, която се отличава с намалено ниво на шума спрямо класическите типове помпи. Понижението е с около 6 dB(A), в целия диапазон на въртене - от 500 до 4000 об./min и работно налягане от 200 до 280 bar.

Характерно за известната помпа е обстоятелството, че при използваното диагонално зацепване, с което страничната хлабина в предавката се намалява до минимум, големината на затворения в зоната на двойно зацепване обем (фиг. 2) не намалява значително, защото не зависи само от страничната хлабина, а и от радиалната хлабина, която е като на класическите типове помпи 0,25 т₍. В резултат на това конструктивно решение постигането на по-ниско ниво на шума е за сметка на други конструктивни и технологични усложнения.

Известна е балансирана хидравлична зъбна помпа ПМ 1499 U1 - Р.Б., която включва две външно назъбени, сдружени с хлабина вал-зъбни колела, изпълнени с прави еволвентни зъби, като в зависимост от дебелината на зъбите и широчина на междузъбието се осигурява дроселиращо разстояние между неактивните странични повърхнини, което разделя формираното затворено пространство в зоната на двойно зацепване на две камери. В описаната конструкция на зъбна помпа са предвидени лагерни тела, по челните части на които са изработени разтоварващи канали, които разрешават да се използва инерцията на потока към изхода за изсмукване на маслото от затворения обем.

Възможностите на известните конструкции зъбни помпи, изработени с вал-зъбни колела с прави еволвентни зъби се ограничават от невъзможността да се осигури плавно зацепване по дължината на зъба. Последното може да се постигне, ако за преносители на флуида в помпите се използват предавки със зъбни колела с винтови зъби, чиято надлъжна линия на зацапване е под ъгъл спрямо оста им на въртене.

Техническа същност на полезния модел

Задача на полезния модел е да се предложи хидравлична зъбна помпа, която да се отличава с технологична, сигурна и ефективна конструкция, повишен общ коефициент на полезно действие η > 86%, при колебания на наля

1739 Ul гането и дебита до 1,5%, и намалено ниво на шума спрямо известните хидравлични зъбни помпи.

Задачата на полезния модел се решава със зъбна помпа (фиг. 3), включваща тяло, с разположени в него зъбно-лагерен пакет, включващ две срещуположно разположени лагерни тела, при което в корпусното тяло е поместена двойка вал-зъбни колела с външно оформени винтови зъби.

Съгласно полезният модел дебелината на зъбите на зъбните колела е определена така, че зъбните колела са сдружени с дроселираща хлабина между неактивните странични повърхнини, по челната повърхнина на задното лагерно тяло, при което в част от камерата за високо налягане е оформен уравновесяващ канал, а по челната повърхнина на предното лагерно тяло са оформени разтоварващи канали с полуцилиндрична форма, разположени симетрично на хоризонталната му ос, а между тях има преградна стена, симетрично разположена спрямо вертикалната ос.

Зъбната двойка е изпълнена от зъбни колела с външно оформени винтови зъби, контактуващи по активните странични повърхнини и с оформената дроселираща хлабина между неактивните странични повърхнини, при което ъгълът на наклона на винтовите зъби, по делителния цилиндър е определен от диаметъра на делителния цилиндър d, челния коефициент на припокриване епсилон_а, броя на зъбите z и дължината им Ь.

Винтовите зъбни венци са изпълнени с дебелина на зъбите, респективно широчина на междузъбията, подходящи за получаване на дроселираща хлабина между неактивните странични зъбни повърхнини, която разделя полученото в зоната на двойно зъбно зацепване пространство на две камери.

Широчината на зъбните венци е определена така, че да се получи дефазиране на челата на зъбите на вал-зъбните колела на една ъглова стъпка, широчината им е:

Ь = Рх, мм където:

- Ρ_χ - осова стъпка на винтовите зъби

По челото на задното лагерно тяло е оформен уравновесяващ канал, представляващ част от камерата за високо налягане (изход), чието предназначение е създаване на разпределен товар, уравновесяващ възникващата от винтовото зацепване осова сила, породена от двигателния въртящ момент. Площта от задното чело на водящото вал-зъбно колело, върху която действа разпределения товар е равна на площта на уравновесяващия канал и е:

A _зк= q.tgp / π.ά , мм² където:

- q - геометричен обем, количеството масло пренесено от входа до изхода за едно завъртане на вал-зъбните колела, при налягане до 10 bar.

От съпротивителния момент възниква осова сила, която се уравновесява от реакцията, действаща на водимото вал-зъбно колело в зоната на зъбното зацепване.

На задните повърхнини на лагерните тела е оформен канал, в който се монтират уплътнители, разделящи камерата на помпата на смукателно (вход) и нагнетателно (изход) пространства.

Съгласно полезният модел в челото на предното лагерно тяло (фиг. 4) са оформени два разтоварващи канала с полуцилиндрична форма, разположени симетрично спрямо хоризонталната му ос, съответно единият в нагнетателното, а другият в смукателното пространство, при което между споменатите разтоварващи канали се формира преграда, представляваща преградна стена. Местоположението на преградната стена се определя от момента на свързване на затворения обем, съответно с входа или изхода, като е разположена симетрично спрямо вертикалната ос на лагерното тяло, а широчината й е:

L - 0,85.n.m_t.cos²cx_wt, мм където

- СХ _wt - действителен челен ъгъл на зацепване

- m_t - челен модул на предавката

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, въпреки че са изработени само в единия лагер.

Описаната зъбна помпа, обект на полез

1739 Ul ния 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 силно понижени нива на колебания на налягането и шума. Подходящото оформяне и разполагане на разтоварващите канали в предното лагерно тяло, 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. Уравновесяването на осовата сила чрез изработения в задното лагерно тяло уравновесяващ канал, спомага за запазване дълготрайността на помпата.

Описание на приложените фигури

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

фигура 1 представя частично зъбна машина с две външно назъбени вал-зъбни колела с винтови еволвентни зъби, сдружени с хлабина, известна от нивото на техниката;

фигура 2 представя зона на двойно зъбно зацепване в челно сечение и местоположението на страничната и радиална хлабина;

фигура 3 представя схематично зъбна помпа с две външно назъбени вал-зъбни колела, с винтови еволвентни зъби, сдружени с дроселираща странична хлабина;

фигура 4 представя предно лагерно тяло съгласно полезния модел;

фигура 5 представя в аксонометрия едно предпочитано примерно изпълнение на зъбна помпа съгласно полезния модел;

фигура 6 представя напречно сечение на зъбната помпа с успоредна равнина, на разстояние 0,01 mm от лагерно тяло;

фигура 7 - поглед на помпата откъм предния капак, с показване местоположението на предните чела на зъбите.

Пример за изпълнение на полезния модел

По-нататък в описанието е представено едно примерно изпълнение на хидравлична зъбна помпа съгласно полезния модел, като използва ните конструктивни елементи не ограничават използването и на други равностойни елементи или материали със същите качества и функционално предназначение.

Зъбната помпа се състои от тяло 1, с разположен в него зъбно-лагерен пакет, включващ водящо вал-зъбно колело 2 с външни винтови еволвентни зъби, водимо вал-зъбно колело 3, с външни винтови еволвентни зъби, лагерувани съответно в предно лагерно тяло 4 и задно лагерно тяло 5 (фиг. 5), определени по отношение ориентирането на водещия вал-зъбно колело 2. При оформянето на зъбите на зъбните колела са взети предвид някои задължителни зависимости между параметрите на зъбната предавка, гарантиращи качествената й работа.

Широчината 6 на зъбните венци е равна на осовата стъпка на винтовите зъби, при което се получава необходимото дефазиране на челата на зъбните венци на вал-зъбните колела на една ъглова стъпка.

Допълнително ъгълът на наклона 7 на винтовите зъби по делителния цилиндър е:

β < arctg[n;.d(e„-0,5) / z.b],° където:

- b - широчина на зъбния венец

- d - диаметър на делителния цилиндър

- епсилон_а - коефициент на челно припокриване

- ζ - брой зъби на зъбното колело, при което така определеният ъгъл на наклона позволява да се отделят всмукателното и нагнетателното пространство чрез осигуряване непрекъснатост на надлъжната линия на зацепване.

- най-голямата радиална хлабина 8 в предавката е:

С = 0,08.m_t, мм където:

- m_t - челен модул на предавката.

Това обстоятелство води до значително намаляване големината на затворения обем, респективно на пулсациите на хидравличния поток.

Зъбите на вал-зъбните колела са с дебелина, която в момента на зацепване на двете зъбни колела създава дроселираща хлабина 9 (фиг. 3) между неактивните странични зъбни

1739 Ul повърхнини, c което разделя формираното в зоната на двойно зъбно зацепване пространство на две камери. Предното лагерно тяло 4 и задното лагерно тяло 5 са разположени огледално едно спрямо друго, като по челото на предното лагерно тяло 4 е оформен уравновесяващ канал 10, чрез който се уравновесява осовата сила 11, възникваща във винтовата предавка. Площта на основата на уравновесяващия канал 10 се определя в зависимост от геометричния обем на помпата q, ъгълът на наклона на винтовите зъби по делители ия цилиндър бета и диаметърът на делителния цилиндър d.

Освен това от съпротивителния момент възниква осова сила, която се уравновесява от реакцията, действаща на водимото вал-зъбно колело в зоната на зъбното зацепване. В челото на задното лагерно тяло 5 (фиг. 4), симетрично на хоризонталната му ос са оформени разтоварващи канали 12 и 13. Между тях, симетрично разположена спрямо вертикалната ос на лагерното тяло е оформена преградна стена 14. Широчината 15 на преградната стена 14 се определя в зависимост от челния модул “ш” и челния ъгъл на зацепване алфа_м, като:

L = 0,85.я.ш _t.cos²a_wt, мм където: - (1 _wt - действителен челен ъгъл назацепване 16.

На задните повърхнини на лагерните тела 4 и 5 са оформени канали 17, в които са монтирани уплътнител 18 и упор 19, разделящи смукателното от нагнетателното пространство. Между тялото и затварящите го от двете му страни, съответно преден капак 21 и заден капак 22 са разположени уплътнители 23. Капаците 21 и 22 са ориентирани спрямо тялото 1 посредством щифтове 24 и са закрепени неподвижно с помощта на свързващи елементи, например винтове 25, под главите на които са поставени пружинни шайби 26. В предния капак 21 са монтирани последователно уплътнител 27, който ограничава преминаването на течност между него и оформената за целта шийка на водещото валзъбно 2 колело, пружинен пръстен 28 и гумени уплътнителни пръстени 29 и 30, разположени от страната на изхода 31, а входа 32 е оформен в задния капак 22.

Действие на зъбната помпа

Хидравличната зъбна помпа съгласно полезният модел работи по следният начин: с помощта 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 й отвор, който е оформен на предния капак 21 съвпада със захранващия отвор на задвижваното съоръжение, непоказано на фигурите. Зъбната помпа получава въртеливо движение от бодящото вал-зъбно 2 колело чрез оформено в предния му край двустенно тяло. Между валовете на двигателя и помпата е монтиран съединител, непоказан на фигурите. Входът 32 на помпата, който е оформен на задния капак 22 е свързан през подходящ филтър с резервоара за масло, непоказан на фигурите.

При завъртане на бодящото вал-зъбно колело 2, спрямо корпусното тяло 1, в посока “обратна на въртенето на часовата стрелка”, както е показано на фиг. 6, водимото вал-зъбно колело 3 се завърта обратно, при което зъбите, намиращи се в смукателното пространство продължават да излизат от междузъбията. Площта на смукателното пространство, затворено между тялото 1, челата на предното лагерно тяло 4 и задното лагерно тяло 5 (фиг. 7), страничните повърхнини на сдружените зъби до дроселиращата хлабина 9, уплътнителите поставени в канали 17, намиращо се от страната на входа, нараства, което се изразява практически, в увеличаване обема на смукателната камера, резултиращо в запълването й с флуид - масло. Засмуканото в междузъбното пространство масло, затворено от челата на двата лагера и тялото 1 се придвижва от вал-зъбните колела 2 и 3 към нагнетателното пространство. Същевременно зъбите, намиращи се в нагнетателната камера продължават да навлизат в междузъбието. При това положение площта на пространството, намиращо се от страна на изхода 31 и определено между тялото 1, челата на лагерните тела 4 и 5, страничните повърхнини на сдружените зъби до дроселиращата хлабина 9, стените на уравновесяващия канал 10 и уплътнителите поставени в каналите 18 намалява, което се изразява практически в намаляване обема на нагнетателната камера, в ре

1739 Ul зултат на което намиращия се в нея флуид - масло се изтласква. На фиг. 3 е показано, че при завъртане в указаната посока, винтовите зъби изтласкват маслото освен радиално и осово, в посока предното лагерно тяло 5. В описания момент челните повърхнини на разглежданите зъби, допиращи се в челото на задното лагерно тяло 4 (фиг. 6) са изместени на една ъглова стъпка, което е видимо от разположението на дроселиращата хлабина 9. Изтласкването на маслото от нагнетателната камера и затворените обеми се облекчава от разтоварващия канал 12 (фиг. 7), разположен в предното лагерно тяло от страната на изхода 31. Засмукването на масло в смукателната камера се облекчава от разтоварващия канал 13, оформен в предното лагерно тяло 4 от страната на входа, като то започва след преминаването на контактната точка над преградната стена 14. При описаното завъртане на зъбните колела, контактните точки между активните профили на сдружените зъби и дроселиращата хлабина 9, формирана между неактивните профили се преместват в посоката на въртене, в резултат на което последното не допуска протичане на масло от камерата за високо налягане към камерата за ниско налягане на затворения обем. Вследствие на наклона на винтовите зъби, подходящо оформените и разположени разтоварващи канали и дроселираща хлабина 9 между неактивните странични повърхнини, флуида, съдържащ се в затворените обеми се извежда към изхода само през задното лагерно тяло 5. Предното лагерно тяло 4, в което е оформен уравновесяващия канал 10 неутрализира действието на възникващата във винтовите предавки осова сила.

Посочените високи параметри на зъбната помпа, обект на полезния модел, позволяват масово приложение в конструкциите на металорежещи и текстилни машини, подемно-транспортна и битова техника, работещи в затворени помещения. Все по-често се използват помпи с понижено ниво на шума и в производството на железопътни, въздухоплавателни, водоплавателни и автомобилни превозни средства, към които има изключително високи изисквания по отношение на нивото на шума и колебание на потока. С тях се задвижват както силовите системи, така и тези, служещи за управление на съоръжението.

Претенции

Claims (3)

1. Хидравлична зъбна помпа, включваща тяло с разположени в него зъбно-лагерен пакет, включващ две срещуположно разположени лагерни тела, съответно предно и задно лагерно тяло, при което в корпуса е поместена двойка вал-зъбни колела с външно оформени винтови зъби, характеризираща се с това, че дебелината на зъбите на зъбните колела е определена така, че зъбните колела са сдружени с дроселираща хлабина (9) между неактивните странични повърхнини, по челната повърхнина на предното лагерно тяло (4), като по челото му е оформен уравновесяващ канал (10), а по челната повърхнина на задното лагерно тяло (5) са оформени разтоварващи канали (12, 13) с полуцилиндрична форма, разположени симетрично на хоризонталната му ос, при което между каналите (12, 13) е формирана преградна стена (14), симетрично разположена спрямо вертикалната ос на споменатото лагерно тяло.

2. Зъбна помпа съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че зъбната двойка е изпълнена от зъбни колела с външно оформени винтови зъби, като ъгълът на наклона (7) на зъбите по делителния цилиндър е определен от диаметъра на делителния цилиндър d, челния коефициент на припокриване епсилон_а, броят на зъбите z и широчината на зъбните им венци b, а големината на радиалната хлабина (8) представлява 8% от челния модул ш₍.

3. Зъбна помпа съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че преградната стена (14) е с широчина (15), която се определя в зависимост от челния модул “mt” и челния ъгъл на зацепване алфа^.