CZ282882B6 - Mechanismus s pracovními válci na tlakovou tekutinu, jako je motor nebo čerpadlo - Google Patents

Abstract

Mechanismus obsahuje pevně uložený blok (10) válců (14), vačku (9), uloženou otáčivě vůči tomuto bloku (10) válců (14), a vnitřní rozdělovač (20) tekutiny, spojený pro společné otáčení s vačkou (9) a opatřený středovým vybráním (21). Mezi vnitřním rozdělovačem (20) tekutiny a středovým jádrem (23) jsou v jednom z těchto dvou prvků vytvořeny drážky (26, 27). Na každé straně každé drážky (26, 27) jsou uloženy těsnicí prstence (37) z plastické hmoty, které jsou v těsném dotyku s vnitřním rozdělovačem (20) tekutiny.ŕ

Description

Vynález se týká mechanismů s tlakovou tekutinou, jako jsou motory a čerpadla typu s otáčivou vačkou.

Dosavadní stav techniky

Je znám mechanismus s tlakovou tekutinou, motor nebo čerpadlo, typu s otáčivou vačkou, obsahující blok válců, pevně uložený vzhledem k vnějšímu nosiči mechanismu, vačku, uloženou otáčivě vzhledem k uvedenému bloku válců okolo osy otáčení, vnitřní rozdělovač tekutiny, spojený pro společné otáčení s uvedenou vačkou, opatřený středovým vybráním tvaru doplňkového ke středovému jádru, fixovanému proti otáčení vůči uvedenému bloku válců, přičemž mezi uvedeným vnitřním rozdělovačem tekutiny a středovým jádrem jsou vytvořeny rozdělovači drážky tlakové tekutiny, napojené na přívodní a výstupní kanály tekutiny, a mezi vnitřním rozdělovačem tekutiny a středovým jádrem jsou uloženy po každé straně každé rozdělovači drážky těsnicí prvky, umístěné každý ve své úložné drážce, vytvořené v prvním z prvků dvojice, tvořené vnitřním rozdělovačem a středovým jádrem, přičemž maximální hodnota tlaků v uvedených rozdělovačích drážkách je rovná 45 MPa a maximální hodnota rychlosti otáčení vačky vzhledem k bloku válců a tedy i vnitřního rozdělovače tekutiny vzhledem ke středovému jádru je rovná 200 otáček za minutu.

Jak jev oboru obvyklé, jsou těsnicí prvky dle známého stavu techniky tvořeny kovovými segmenty, které jsou známy svou schopností vytvářet uspokojivé těsnění mezi dvěma prvky, které se vůči sobě vzájemně pohybují, zejména mezi dvěma prvky, uloženými vzájemně otáčivě, jako je vnitřní rozdělovač, otáčivě uložený vůči středovému jádru. Navíc jsou segmenty, současně pro tento účel používané, relativně málo křehké. Jejich ukládání, dnes dobře zvládnuté, však vyžaduje určitou dovednost a znalost. Kromě toho přináší značné prostorové nároky, neboť často je každý těsnicí prvek tvořen dvěma segmenty, uloženými do dvou sousedních uložení, a to pro dosažení těsnosti, kterou by jediný prvek nemohl zajistit vzhledem k rozříznutí, dovolujícímu montáž segmentu a jeho malou deformovatelnost.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol řešit tento problém novou volbou těsnicích prvků, která by umožnila menší nároky na prostor a lepší těsnost, než jaká se dosahuje podle známého stavu techniky při použití kovových segmentů.

Podle vynálezu obsahuje každý těsnicí prvek těsnicí prstenec, vytvořený z polyamidu 6 nebo 6,6 a uložený v těsném dotyku s druhým z dvojice prvků, tvořené vnitřním rozdělovačem a středovým jádrem.

Podle výhodného provedení vynálezu je mezi dnem úložné drážky těsnicího prvku a uvedeným těsnicím prstencem vložena pružina, tlačící prstenec ve směru jeho přitlačování na protilehlou plochu druhého z těsněných prvků. Pružina může být s výhodou tvořena O-kroužkem, vytvořeným z elastomeru, nebo pružně deformovatelným kovovým prstencem, obvodově přerušeným rozříznutím.

Podle dalšího znaku vynálezu jsou úložné drážky těsnicích prvků vytvořeny ve středovém jádře.

- 1 CZ 282882 B6

Vynález umožňuje zvýšit volumetrický výkon motoru a především zmenšit nároky na prostor v axiálním směru pro těsnicí prvky, protože dosažené těsnění je lepší, než podle známého stavu techniky. Kromě toho lze konstatovat zvýšení mechanického výkonu motoru, protože třecí síly mezi těsnicími prstenci a středovým vybráním vnitřního rozdělovače jsou rovné pouze polovině třecích sil, zjišťovaných dle známého stavu techniky mezi kovovými prstenci a uvedeným vybráním. Snížení tření při všech rychlostech otáčení, zejména při rychlosti otáčení, rovné téměř nule, dovoluje dále zmenšit rozměry unášecích prvků, zajišťujících spojení vnitřního rozdělovače a skříně motoru.

Podle vynálezu dochází také ke zmenšení délky montážních úkosů těsnicích prstenců vůči délce montážních úkosů kovových segmentů, což vyplývá z toho, že segment, přirozeně otevřený, uložený do drážky na místě určení, má před montáží do příslušného dílu mechanismu průměr, který je větší než je průměr plastového prstence ve stejných podmínkách, přičemž toto zmenšení délky přispívá ke zlepšení axiální kompaktnosti odpovídajícího motoru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popise na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 axiální řez hydraulickým motorem podle vynálezu, obr. 2A detail D z obr. 1 ve zvětšeném měřítku, obr. 2B pohled na jeden z těsnicích prvků, použitý v motoru z obr. 1, zobrazený v příčném řezu motorem, obr. 3A, 3B a obr. 4A, 4B analogická znázornění jako na obr. 2A, 2B, ukazující dvě varianty provedení těsnicích prvků podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Motor, znázorněný na obr. 1, obsahuje hřídel 1, jehož konec je opatřen přírubou 2, která dovoluje upevnění motoru na nosič 3, uložený vně motoru, pomocí šroubů 4. Nosič 3 je například tvořen rámem vozidla.

Motor obsahuje skříň, sestávající ze tří částí 5 A, 5B, 5C, které jsou vzájemně sestaveny šrouby 6. Otáčivé uložení skříně z částí 5 A, 5B, 5C vzhledem ke hřídeli 1 okolo osy 8 otáčení je zajištěno pomocí kuželovitých valivých ložisek 7. Tato valivá ložiska 7 jsou uložena mezi částí 5C skříně a hřídelem. Dále je část 5B skříně na své vnitřní obvodové ploše opatřena zvlněnou vačkou 9.

Motor dále obsahuje blok 10 válců, mající středové vybrání opatřené drážkami 11, které spolupůsobí s drážkami 12, jimiž je opatřen hřídel 1, za účelem zajištění osazení bloku 10 válců na hřídeli 1 a vzájemného spojení těchto dvou dílů pro otáčení okolo osy 8 otáčení. Blok 10 válců má spojovací plochu 13, kolmou na osu 8 otáčení. Dále je opatřen skupinou válců 14, které jsou vněm vytvořeny a jsou uspořádány radiálně vzhledem kose 8 otáčení a jsou rozmístěny s pravidelnými úhlovými rozestupy. V každém válci 14 je kluzně uložen píst 15, vymezující uvnitř válce pracovní komoru 16 na pracovní tekutinu. Na konci pístů jsou umístěny kladky 17, uzpůsobené pro otáčení okolo osy 18, rovnoběžné s osou 8 otáčení, a pro zajištění opření každého pístu 15 o vačku 9.

Pracovní komory 16 každého válce 14 jsou spojeny kanálky 19, jedním na každý válec, se spojovací plochou 13. do které ústí v otvorech se středy, umístěnými na jedné kružnici, souosé s osou 8 otáčení, na níž jsou rovnoměrně úhlově rozmístěny. O spojovací plochu 13 bloku 10 válců je opřena rovinná rozdělovači plocha 22, tvořící součást vnitřního rozdělovače 20 tekutiny, obsahujícího dále středové vybrání 21. Vůči středovému vybrání 21 je doplňková axiální plocha 25 středového jádra 23, upevněného na vnitřním konci hřídele 1 pomocí šroubu 24. Mezi

-2CZ 282882 B6 uvedeným středovým vybráním 21 a axiální plochou 25 jsou vytvořeny tři drážky 26, 27 a 28, v daném příkladě vytvořené ve středovém jádře 23. Ve vnitřním rozdělovači 20 jsou vytvořeny kanálky 29, 30, které spojují odpovídající drážky 26, 27 s rozdělovači plochou 22, do níž ústí otvory se středy, uloženými na kružnici, souosé s osou 8 otáčení a se stejným průměrem, jako je průměr kružnice otvorů kanálků 19 válců 4 do spojovací plochy 13.

V části 5A skříně a ve vnitřním rozdělovači jsou upevněny dva kolíky 31, spojené pákou 32, přičemž tato sestava zajišťuje znehybnění z hlediska otáčení vnitřního rozdělovače 20 vzhledem k vačce 9 prostřednictvím skříně 5A, 5B, 5C. Ve středovém jádře 23 a v hřídeli 1 jsou dále vytvořeny dva vnitřní kanálky 33, 34, spojující drážky 26, 27 se dvěma odpovídajícími vnějšími kanálky 35, 36 pro napájení motoru tlakovou tekutinou a pro vypouštění tekutiny, která pracovala v motoru, do vypouštěcí nádrže. Na každé straně každé drážky 26, 27, 28 jsou konečně uloženy těsnicí prvky 50, obsahující těsnicí prstenec 37 mezi středovým jádrem 23 a vnitřním rozdělovačem 20, zajišťující těsnění mezi těmito částmi.

Je samozřejmě podstatné, aby opření rozdělovači plochy 22 vnitřního rozdělovače 20 na spojovací ploše 13 bloku 10 válců bylo těsné. Pro tento účel je vytvořena vůle J ve směru průměru mezi axiální plochou 21 vnitřního rozdělovače a axiální plochou 25 středového jádra 23, dovolující určité vychýlení vnitřního rozdělovače vzhledem kose 8 otáčení. Vnitřní rozdělovač 20 je uložen jako plovoucí, takže je účinně zajištěno těsné opření jeho rozdělovači plochy 22 na spojovací ploše 13 bloku 10 válců. Mezi vnitřním rozdělovačem 20 a středovým jádrem 13, které jsou uloženy vzájemně otáčivě, jsou uloženy těsnicí prvky 50, obsahující těsnicí prstence 37, které mají za úkol zajistit dynamickou těsnost mezi těmito dvěma díly, kterou nemůže zajistit existence vůle J mezi těmito díly. Je třeba poznamenat, že vůle J je malá, takže osové vychýlení vnitřního rozdělovače vůči ose otáčení zůstává rovněž malé, a v důsledku toho rozdělovači plocha 22 je trvale v podstatě kolmá na osu 8 otáčení.

Vzhledem k tomu, že vnitřní rozdělovač 20 a středové jádro 23 jsou uloženy se vzájemným otáčením, byly před vynálezem vytvářeny těsnicí prstence, analogické těsnicím prstencům 37, kovovými segmenty, tvořícími jediné známé prostředky pro zajištění dynamického těsnění.

Novým způsobem podle vynálezu, zejména v každém ze tří provedení podle obr. 2A-2B, 3A-3B a4A-4B jsou těsnicí prstence 37 vytvořeny z plastické hmoty, přičemž se s výhodou volí polyamid 6 (PA 6) a polyamid 6,6 (PA 6,6) z důvodu celkového souboru jejich vlastností. Ve znázorněných provedeních jsou těsnicí prstence 37 částečně uloženy do úložných drážek 38, vytvořených ve středovém jádře 23 a vyúsťujících na jeho obvod.

Podle provedení z obr. 2A, 2B je mezi dno úložné drážky 38 těsnicího prvku 50 a uvedený těsnicí prstenec 37 vložena pružina, tlačící těsnicí prstenec 37 ve směru jeho přitlačování na protilehlou plochu druhého z těsněných prvků. Pružina je tvořena O-kroužkem 39 kruhového průřezu z elastomeru, například z nitrilbutadienu, známého pod označením NBR, který má za úkol pevně přitlačovat těsnicí prstenec 37 na protilehlou plochu vybrání 21. O-Kroužek 39 je souvislý, bez přerušení.

Podle provedení z obr. 3A, 3B je mezi dno úložné drážky 38 a těsnicí prstenec 37 uložen pružně deformovatelný kovový prstenec 40, obvodově opatřený rozříznutím 41, a to se stejným cílem, jako kroužek 39 z obr. 2A, 2B, tj. kovový prstenec 40 tvoří pružinu, tlačící těsnicí prstenec 37 ve směru jeho přitlačování na protilehlou plochu druhého z těsněných prvků. V provedení z obr. 4A, 4B je konečně těsnicí prstenec 37 dostatečně odolný a pružný pro to, aby sám zajistil těsnost v dotyku s protilehlou plochou vybrání 21. Samostatně tak tvoří těsnicí prvek 50.

Těsnicí funkce mezi dvěma prvky, které se vůči sobě navzájem otáčejí, realizovaná těsnicím prstencem 37, není nová. Až dosud bylo toto těsnění vytvářeno, jak již bylo uvedeno, kovovými segmenty. Co je nové, to je skutečnost, že toto těsnění mezi dvěma otáčivými prvky je zajištěno -3 CZ 282882 B6 z plastické hmoty. Pokusy, provedené se zvolenými plastickými hmotami (polyamid 6 a 6,6) pro vytvoření těsnicích prstenců 37, ukazují, že tato těsnění se deformují pod účinkem tlaků tekutin, ale vzdorují těmto tlakům a namáháním, vyvolávaným rychlostí otáčení.

Před vynálezem byly plastické hmoty považovány za nevhodné pro použití pro vytváření těsnění mezi dvěma prvky, uloženými vzájemně otáčivě. Předpokládalo se, že takové vložky by byly příliš křehké. Vynález spočívá v překonání tohoto technologického nedostatku a při vhodném využití těsnění z plastických hmot umožňuje konstatovat, že nové těsnicí vložky vzhledem kjejich schopnosti se deformovat pod účinkem tlaku tekutiny jsou účinnější ajsou schopné io zajistit lepší těsnost, než kovové segmenty, a to dokonce s menšími nároky na prostor.

Volumetrický výkon mechanismu tak může být zvýšen. Použití vynálezu rovněž umožňuje konstatovat dobrou pracovní odolnost těsnicích prstenců 37 z plastické hmoty.

Kromě toho se konstatuje zvýšení mechanického výkonu motoru, protože třecí síly mezi 15 těsnicími prstenci 37 a vybráním 21 jsou rovné pouze polovině třecích sil, zjišťovaných dle známého stavu techniky mezi kovovými prstenci a uvedeným vybráním. Snížení tření při všech rychlostech otáčení, zejména při rychlosti otáčení rovné téměř nule, dovoluje dále zmenšit rozměry unášecích prvků, jako jsou kolíky 31 a páka 32. Podle vynálezu dochází dále ke zmenšení délky montážních úkosů těsnicích prstenců 37 vzhledem k délce montážních úkosů 20 kovových segmentů, což vyplývá z toho, že segment, přirozeně otevřený, uložený do drážky 28 na středovém jádře 23, má před montáží do vnitřního rozdělovače 20 průměr, který je větší než je průměr plastového těsnicího prstence 37 ve stejných podmínkách, přičemž toto zmenšení délky přispívá ke zlepšení axiální kompaktnosti odpovídajícího motoru.

Konečně je třeba poznamenat, že vynález je rovněž použitelný pro realizaci čerpadel s otáčivou vačkou, u nichž je napájení a odvádění tekutiny realizováno axiální částí mechanismu.

Pro doplnění bylo ověřeno, že vynález přináší obzvláště uspokojivé výsledky u motorů a čerpadel, majících následující vlastnosti:

- průměry až 200 mm,

- tlaky v drážkách 26, 27, 28 až 45 MPa,

- rychlost otáčení skříně 5A-5B-5C vzhledem k bloku 10 válců a tedy i vnitřního rozdělovače 20 vzhledem ke středovému jádru 23 až 200 otáček za minutu,

- vůle J až 0,40 mm.

Vynález se neomezuje na popsaná provedení, ale pokrývá rovněž všechny varianty, kterým může být podroben, aniž by se opustil jeho rámec nebo myšlenka.

Claims (5)

1. Mechanismus s tlakovou tekutinou, motor nebo čerpadlo typu s otáčivou vačkou, obsahující blok (10) válců, pevně uložený vzhledem k vnějšímu nosiči (3) mechanismu, vačku (9), uloženou otáčivě vzhledem k uvedenému bloku (10) válců okolo osy (8) otáčení, vnitřní rozdělovač (20) tekutiny, spojený pro společné otáčení s uvedenou vačkou (9), opatřený středovým vybráním

-4CZ 282882 B6 (21) tvaru doplňkového ke středovému jádru (23), fixovanému proti otáčení vůči uvedenému bloku (10) válců, přičemž mezi uvedeným vnitřním rozdělovačem (20) tekutiny a středovým jádrem (23) jsou vytvořeny rozdělovači drážky (26, 27, 28) tlakové tekutiny, napojené na přívodní a výstupní kanály tekutiny, a mezi vnitřním rozdělovačem (20) tekutiny a středovým jádrem (23) jsou uloženy po každé straně každé rozdělovači drážky těsnicí prvky (50), umístěné každý ve své úložné drážce (38), vytvořené v prvním z prvků dvojice, tvořené vnitřním rozdělovačem (20) a středovým jádrem (23), přičemž maximální hodnota tlaků v uvedených rozdělovačích drážkách (26, 27, 28) je rovná 45 MPa a maximální hodnota rychlosti otáčení vačky (9) vzhledem k bloku (10) válců a tedy i vnitřního rozdělovače (20) tekutiny vzhledem ke středovému jádru (23) je rovná 200 otáček za minutu, vyznačený tím, že každý těsnicí prvek (50) obsahuje těsnicí prstenec (37), vytvořený z polyamidu 6 (PA 6) nebo polyamidu 6,6 (PA 6,6) a uložený v těsném dotyku s druhým z dvojice prvků, tvořené vnitřním rozdělovačem (20) a středovým jádrem (23).

2. Mechanismus podle nároku 1, vyznačený tím, že mezi dnem úložné drážky (38) těsnicího prvku (50) a těsnicím prstencem (37) je vložena pružina, pro těsnicí prstenec (37) ve směru jeho přitlačování na protilehlou plochu druhého z těsněných prvků.

3. Mechanismus podle nároku 2, vyznačený tím, že pružina je tvořena O-kroužkem (39), vytvořeným z elastomeru.

4. Mechanismus podle nároku 2, vyznačený tím, že pružina je tvořena pružně deformovatelným kovovým prstencem (40), obvodově přerušeným rozříznutím (41).

5. Mechanismus podle kteréhokoli z nároků laž4, vyznačený tím, že úložné drážky (38) těsnicích prvků (50) jsou vytvořeny ve středovém jádře (23).