PL173937B1

PL173937B1 - Maszyna hydrostatyczna wielotłoczkowa osiowa

Info

Publication number: PL173937B1
Application number: PL94304281A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Osiecki; Leszek Osiecki
Original assignee: Andrzej Osiecki; Leszek Osiecki
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1998-05-29
Also published as: PL304281A1; DE69509070T2; EP0742870A1; DE69509070D1; EP0742870B1; WO1996001946A1; ATE178974T1

Abstract

1 . Maszyna hydrostatyczna wielotloczko- wa osiowa z walem, blokiem cylindrowym z tloczkami i przynajmniej jedna tarcza, zna- mienna tym, ze wal (2) zaopatrzony jest w krzywke osiowa (6) napedzajaca elementy sterujace przeplywem cieczy roboczej mie- dzy komorami roboczymi, a kanalami wysokocisnieniowym i niskocisnieniowym (12, 13) oraz w nieruchomo osadzona na wale (2) tarcze (3) majaca staly kat wychy- lenia, przy czym element sterujacy korzyst- nie ma postac tulei (9) z przynajmniej jednym otworem (10) i wystepem (11) opartym o bieznie krzyw ki (6), zas w ew netrzne powierzchnie tulei (9) i dno przynajmniej jed- nego tloczka (5) tworza komore robocza. Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest maszyna hydrostatyczna wielotłoczkowa osiowa.

Znana maszyna hydrostatyczna wielotłoczkowa osiowa posiada blok cylindrowy z osiowymi tłoczkami osadzony na wale i dociśnięty czołowo do nieruchomego kolektora doprowadzającego i odprowadzającego ciecz roboczą. Tłoczki są oparte poprzez podparte hydrostatycznie stopki o zamocowaną niezależnie od wału, pochyloną ku jego osi tarczę. Hydrostatyczne podparcie każdej ze stopek przy ich współpracy z tarczą jest zasilane cieczą roboczą przez kanalik w stopce i w tłoczku. Kąt nachylenia tarczy może być zmieniany o około 15 do 20° co pozwala na bezstopniowe sterowanie skokiem tłoczków i wynikającą z tego zmianę wydajności maszyny.

Zasadniczą niedogodnością takiego rozwiązania są wysokie straty energetyczne wynikające ze współpracy czołowego kolektora z wirującym blokiem cylindrowym. Na straty te składają się straty tarcia wywołane niezrównoważeniem hydrostatycznym, straty ciśnienia wywołane wynikającą z wirowania bloku cylindrowego gwałtowną zmianą kierunku przepływu strumieni w oknach wlotowych i wylotowych oraz przecieki. Łącznie powodują one około 50% strat energetycznych w maszynie.

Kolejną niedogodnością powyższego rozwiązania jest duża objętość martwa stanowiąca od 100 do 200% objętości skokowej cylindrów w przypadku wysterowania maszyny na pełną wydajność, a rosnąca przy wysterowaniu częściowym. Objętość martwa z uwagi na ściśliwość

173 937 cieczy roboczej jest źródłem dużych strat objętościowych oraz wysokiej hałaśliwości pracy maszyny. Zmiana wydajności przez zmianę kąta nachylenia tarczy, obciążonej dużymi siłami pochodzącymi od tłoczków wymaga zużycia znacznej ilości energii na przesterowanie. Konieczne jest zatem użycie serwomechanizmów hydraulicznych, których charakterystyki dynamiczne nie pozwalają na przesterowanie maszyny w czasie krótszym niż 0,2 sek.

Prostoosiowy kanalik zasilający cieczą roboczą podparcie hydrostatyczne stopki, z uwagi na ograniczoną długość, daje spadek ciśnienia nie większy niż 1 % ciśnienia w komorze roboczej, co powoduje małą sztywność podparcia i duże straty objętościowe cieczy na styku tarczy ze stopką.

Maszyna hydrostatyczna wielotłoczkowa osiowa z wałem, blokiem cylindrowym z tłoczkami i przynajmniej jedną tarczą według wynalazku charakteryzuje się tym, że wał zaopatrzony jest w krzywkę osiową napędzającą elementy sterujące przepływem cieczy roboczej między komorami roboczymi, a kanałami wysokociśnieniowym i niskociśnieniowym oraz w nieruchomo osadzoną na wale tarczę mającą stały kąt wychylenia, przy czym element sterujący korzystnie ma postać tulei z przynajmniej jednym otworem i występem opartym o bieżnię krzywki, zaś wewnętrzne powierzchnie tulei i dno przynajmniej jednego tłoczka tworzą komorę roboczą. Krzywka jest przesuwana poosiowa i/lub przemieszczana kątowo względem wału.

Elementem sterującym jest suwak dwupołożeniowy albo kurek zaopatrzone w występ oparty o bieżnię krzywki. Wewnątrz każdego tłoczka znajduje się dławik śrubowy usytuowany na dolocie do podparcia hydrostatycznego stopki.

W innym rozwiązaniu maszyna hydrostatyczna wielotłoczkowa osiowa z wałem, blokiem cylindrowym z tłoczkami i przynajmniej jedną tarczą według wynalazku charakteryzuje się tym, że wał zaopatrzony jest w krzywkę promieniową napędzającą elementy sterujące przepływem cieczy roboczej między komorami roboczymi, a kanałami wysokociśnieniowym i niskociśnieniowym oraz w nieruchomo osadzoną na wale tarczę mającą stały kąt wychylenia, przy czym element sterujący korzystnie ma postać dwupołożeniowego suwaka opartego o bieżnię krzywki. Krzywka przesuwana jest poosiowo i/lub przemieszczana kątowo względem wału. Elementem sterującym jest kurek z występem opartym o bieżnię krzywki.

Wewnątrz każdego tłoczka znajduje się dławik śrubowy usytuowany na dolocie do podparcia hydrostatycznego stopki. Jak potwierdziły przeprowadzone badania, całkowite odciążenie hydrostatyczne elementu sterującego i krzywki, ich mała masa oraz niewielkie siły tarcia pomiędzy tłoczkami i elementami sterującymi powodują, że zmiana wydajności maszyny poprzez przemieszczanie krzywki względem wału wymaga, czego nie można było z góry przewidzieć, od kilkunastu do kilkudziesięciu razy mniej energii w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, a przy tym ulega znacznej poprawie dynamika przesterowywania. Pozwala to sterować wydajnością maszyny prostymi mechanizmami wymagającymi napędu o małej mocy np. elektromagnesem proporcjonalnym.

Zmniejszenie objętości martwej do wartości około 8% objętości skokowej wskutek zastosowania tulei jako elementu sterującego wpływa na obniżenie strat objętościowych. Przy tym okazało się, że zmniejszanie wydajności maszyny pracującej jako pompa nie powoduje wzrostu objętości martwej, zatem zachowuje ona niską wartość w całym zakresie wydajności, co jest skutkiem stałego kąta wychylenia tarczy.

Wprowadzona zmiana konstrukcyjna polegaj ąca na unieruchomieniu bloku cylindrowego, co eliminuje konieczność stosowania kolektora, wyklucza zarówno straty mechaniczne na tarcie między blokiem, a kolektorem jak i straty ciśnienia spowodowane zmianą kierunku przepływu cieczy roboczej.

Z kolei zastosowanie dławików śrubowych, oprócz zmniejszenia objętości martwej pozwala uzyskać dławienie do 10-25%o ciśnienia w komorze roboczej, co poprawia charakterystykę pracy podparcia hydrostatycznego stopki, a także zmniejsza ilość przecieków.

W rezultacie wynalazek umożliwia uzyskanie zwartej konstrukcji o korzystnym stosunku mocy do masy własnej rzędu kilku kW na 1 kg, wysokiej sprawności całkowitej rzędu dziewięćdziesięciu kilku procent i bardzo zmniejszonej hałaśliwości, przy jednocześnie możliwej pracy w zakresie ciśnień powyżej 42 MPa, przy czym maszyna według wynalazku pracująca jako pompa jest samozasysająca.

173 937

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia maszynę z tulejami w przekroju osiowym, a fig. 2 - maszynę z suwakami również w przekroju osiowym.

Jak pokazano na fig. 1 w obudowie 1 ułożyskowany jest wał 2 z zamocowanymi na nim nieruchomo i symetrycznie do siebie tarczami 3 o stałym kącie wychylenia. Między tarczami 3 w obudowie 1 zamocowany jest nieruchomo blok cylindryczny 4 z podwójnymi tłoczkami 5. Na wale 2 osadzona jest krzywka osiowa 6. Każdy z tłoczków 5 od zewnątrz połączony jest przegubem kulistym 7 ze stopką 8 podpartą hydrostatycznie o tarczę 3 i znajduje się w tulei 9. Wewnętrzna powierzchnia tulei 9 i dna tłoczków 5 tworzą komorę roboczą. Tuleja 9 zaopatrzona w otwór 10 w postaci obwodowej, dzielonej szczeliny oraz występ 11 stanowi element sterujący przepływem cieczy roboczej między komorą roboczą, a kanałem wysokociśnieniowym 12 i niskociśnieniowym 13. Występ 11 oparty jest o bieżnię krzywki 6. We wzdłużnym wydrążeniu wału 2 znajduje się popychacz 14 współpracujący z proporcjonalnym elektromagnesem 15 do przemieszczania krzywki 6 poosiowo i/lub kątowo względem wału 2. Wewnątrz każdego tłoczka 5 umieszczony jest dławik śrubowy 16 usytuowany na dolocie do podparcia hydrostatycznego stopki 8 o tarczę 3.

W innym rozwiązaniu maszyny, pokazanym na fig. 2, znajduje się jedna, osadzona pod stałym kątem wychylenia tarcza 3 oraz promieniowa krzywka 6, o bieżnię której oparte są dwupołożeniowe suwaki 17, usytuowane między komorami roboczymi, a kanałem 12 i 13. Każdy z suwaków 17 współpracujące z jednym tłoczkiem 5.

Zasilanie energią w postaci momentu obracającego wał 2 powoduje, że maszyna pracuje jak pompa i przetłacza ciecz roboczą między kanałami 12 i 13 poprzez komorę roboczą w kierunku zależnym od kierunku obrotu wału 2. Natomiast dostarczenie energii w postaci strumienia cieczy do jednego z kanałów 12 lub 13 powoduje obrót wału 2 w kierunku zależnym od kierunku przepływu cieczy i sprawia, że maszyna pracuje jako silnik.

W rozwiązaniu z fig. 1 obracająca się z wałem 2 i tarczami 3 krzywka osiowa 6 nadaje tulei 9 ruch poosiowy, stosownie do kształtu bieżni krzywki 6, powodując tym samym przesuwanie otworu 10 od pełnego połączenia komory roboczej z kanałem 12 do pełnego połączenia tej komory z kanałem 13. Przemieszczanie krzywki 6 wzdłuż i/lub wokół osi wału 2 skraca tę część cyklu roboczego, w czasie której komora robocza połączonajest z kanałem . wysokociśnieniowym 12, przy jednoczesnym wydłużeniu czasu połączenia komory roboczej z kanałem niskociśnieniowym 13. W rezultacie część cieczy roboczej tłoczonej przez komorę roboczą trafia do kanału niskociśnieniowego 13 zamiast do wysokociśnieniowego 12, a to pozwala bezstopniowo zmniejszać wydajność maszyny aż do ciągłego połączenia komory roboczej wyłącznie z kanałem niskociśnieniowym 13.

W rozwiązaniu tym symetryczny układ dwóch tarcz 3 współpracujących z podwójnym układem tłoczków 5 pozwala na uzyskanie całkowitego odciążenia ułożyskowania wału 2 od sił osiowych działających na tłoczki 5.

173 937

Fig. 2

173 937

3 8 5 16 12 9 4 1 6 3 14 15

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Maszyna hydrostatyczna wielotłoczkowa osiowa z wałem, blokiem cylindrowym z tłoczkami i przynajmniej jedną tarczą, znamienna tym, że wał (2) zaopatrzony jest w krzywkę osiową (6) napędzającą elementy sterujące przepływem cieczy roboczej między komorami roboczymi, a kanałami wysokociśnieniowym i niskociśnieniowym (12,13) oraz w nieruchomo osadzoną na wale (2) tarczę (3) mającą stały kąt wychylenia, przy czym element sterujący korzystnie ma postać tulei (9) z przynajmniej jednym otworem (10) i występem (11) opartym o bieżnię krzywki (6), zaś wewnętrzne powierzchnie tulei (9) i dno przynajmniej jednego tłoczka (5) tworzą komorę roboczą.
2. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że krzywka (6) jest przesuwana poosiowo i/lub przemieszczana kątowo względem wału (2).
3. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że elementem sterującym jest suwak dwupołożeniowy albo kurek zaopatrzone w występ (11) oparty o bieżnię krzywki (6).
4. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że wewnątrz każdego tłoczka (5) znajduje się dławik śrubowy (16) usytuowany na dolocie do podparcia hydrostatycznego stopki (8).
5. Maszyna hydrostatyczna wielotłoczkowa osiowa z wałem, blokiem cylindrowym z tłoczkami i przynajmniej jedną tarczą, znamienna tym, że wał (2) zaopatrzony jest w krzywkę promieniową (6) napędzającą elementy sterujące przepływem cieczy roboczej między komorami roboczymi, a kanałami wysokociśnieniowym i niskociśnieniowym (12,13) oraz w nieruchomo osadzoną na wale (2) tarczę (3) mającą stały kąt wychylenia, przy czym element sterujący korzystnie ma postać dwupołożeniowego suwaka (17) opartego o bieżnię krzywki (6).
6. Maszyna według zastrz. 5, znamienna tym, że krzywka (6) przesuwana jest poosiowo i/lub przemieszczana kątowo względem wału (2).
7. Maszyna według zastrz. 5, znamienna tym, że elementem sterującym jest kurek z występem (11) opartym o bieżnię krzywki (6).
8. Maszyna według zastrz. 5, znamienna tym, że wewnątrz każdego tłoczka (5) znajduje się dławik śrubowy (16) usytuowany na dolocie do podparcia hydrostatycznego stopki (8).