RU104645U1

RU104645U1 - GEAR HYDRAULIC MACHINE

Info

Publication number: RU104645U1
Application number: RU2010144722/06U
Authority: RU
Inventors: Глеб Юрьевич Волков; Владимир Викторович Смирнов
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2011-05-20

Abstract

1. Шестеренная гидромашина, содержащая корпус, ведущий кривошип, эпициклическое центральное колесо с внутренними зубьями, солнечное центральное колесо с внешними зубьями, два плавающих сателлита, оси которых в начальном положении гидромашины расположены на одной прямой с совпадающими осями эпициклического и солнечного колес, торцовые крышки, закрепленные на корпусе, каналы подвода и отвода рабочей среды, снабженные клапанами, отличающаяся тем, что солнечное центральное колесо жестко закреплено на корпусе, а эпициклическое центральное колесо связано с кривошипом шарниром, ось которого расположена вне начальной окружности эпициклического центрального колеса. ! 2. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что каналы подвода и отвода рабочей среды выполнены в солнечном колесе. ! 3. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что содержит связанный с корпусом картер, в который погружены ее подвижные части. ! 4. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что содержит заполнители остаточного объема, закрепленные на эпициклическом колесе. ! 5. Шестеренная гидромашина по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что содержит однотипные секции, имеющие совпадающую ось солнечных центральных колес и общий ведущий коленчатый вал. 1. A gear hydraulic machine comprising a housing, a leading crank, an epicyclic central wheel with internal teeth, a solar central wheel with external teeth, two floating satellites, the axes of which in the initial position of the hydraulic machine are located on a straight line with the coincident axes of the epicyclic and solar wheels, end caps, fixed on the housing, channels for supplying and discharging the working medium, equipped with valves, characterized in that the solar central wheel is rigidly fixed to the housing, and the epicyclic central the wheel is connected to the crank by a hinge, the axis of which is located outside the initial circumference of the epicyclic central wheel. ! 2. Gear hydraulic machine according to claim 1, characterized in that the channels for supplying and discharging the working medium are made in the sun wheel. ! 3. Gear hydraulic machine according to claim 1, characterized in that it contains a housing connected with the housing, in which its moving parts are immersed. ! 4. Gear hydraulic machine according to claim 1, characterized in that it contains residual volume aggregates mounted on an epicyclic wheel. ! 5. Gear hydraulic machine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it contains sections of the same type having the same axis of the solar central wheels and a common driving crankshaft.

Description

Полезная модель относится к гидромашинам объемного вытеснения. Она может найти применение в насосах и компрессорах.The utility model relates to volumetric displacement hydraulic machines. It can find application in pumps and compressors.

В настоящее время широко распространенны поршневые гидромашины, в том числе, насосы и компрессоры [Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. - М.: Машиностроение, 1974. - 606 с (стр.53, рис.11)]. Эти машины содержат корпус с неподвижно закрепленным в нем цилиндром, поршень, совершающий возвратно-поступательное перемещение внутри цилиндра, а также кривошип и шатун.At present, reciprocating hydraulic machines are widespread, including pumps and compressors [T. Bashta Volumetric pumps and hydraulic motors of hydraulic systems. - M.: Mechanical Engineering, 1974. - 606 s (p. 53, Fig. 11)]. These machines include a housing with a cylinder fixed in it, a piston reciprocating inside the cylinder, and a crank and connecting rod.

Недостатком такой конструкции гидромашины является большая сила реакции в низшей кинематической паре скольжения, образованной поршнем и цилиндром, которая вызывает нагрев и ускоряет износ деталей.The disadvantage of this design of the hydraulic machine is the high reaction force in the lower kinematic slip pair formed by the piston and cylinder, which causes heating and accelerates the wear of parts.

Существуют кулисные насосы [Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. - М.: Машиностроение, 1974. - 606 с (стр.108, рис.27)], содержащие: цилиндр, шарнирно закрепленный на корпусе; кривошип; шатун, шарнирно связанный с поршнем. Преимуществом этой конструкции является меньшая величина силы реакции в паре поршень-цилиндр, а недостатки обусловлены наличием качающегося цилиндра: затруднен отвод тепла, а также подвод и отвод среды.There are rocker pumps [Bashta T.M. Volumetric pumps and hydraulic motors of hydraulic systems. - M .: Mechanical Engineering, 1974. - 606 s (p. 108, Fig. 27)], containing: a cylinder pivotally mounted on the housing; crank; a connecting rod pivotally connected to the piston. The advantage of this design is the smaller reaction force in the piston-cylinder pair, and the disadvantages are due to the presence of a swinging cylinder: heat dissipation is difficult, as well as medium inlet and outlet.

Существуют насосы, в которых нет поступательной пары скольжения. В частности, известен насос объемного вытеснения (Патент СССР 1783147 кл. F04В 19/20, опублик. 23.12.92). Он содержит корпус, в котором между двух торцовых крышек установлен вытеснитель, выполненный в виде двух цилиндрических роликов, связанных со штоком с образованием рабочей камеры. Шток установлен между роликами и взаимодействует с направляющей, выполненной заодно с корпусом. На внутренней поверхности корпуса, наружной поверхности роликов и на половине длины штока выполнены зубья. Ширина штока равна длине ролика.There are pumps in which there is no progressive slip pair. In particular, a volume displacement pump is known (USSR Patent 1783147 class F04B 19/20, published. 23.12.92). It contains a housing in which a displacer is installed between two end caps, made in the form of two cylindrical rollers connected with the rod to form a working chamber. The rod is installed between the rollers and interacts with a guide made integrally with the body. The teeth are made on the inner surface of the housing, the outer surface of the rollers and half the length of the stem. The rod width is equal to the length of the roller.

Достоинство этого насоса состоит в том, что в кинематических парах шток-ролик и ролик-корпус при ограниченном износе сопрягаемых поверхностей, нарушения герметичности не происходит, т.е. износ компенсируется зубчатыми зацеплениями.The advantage of this pump is that in kinematic pairs the rod-roller and roller-housing with limited wear of the mating surfaces, leakage does not occur, i.e. wear is compensated by gears.

Недостатком данной конструкции является наличие нетехнологичных деталей - зубчатых реек, а также то, что работа насоса производится за счет ручной физической силы.The disadvantage of this design is the presence of non-technological parts - gear racks, as well as the fact that the pump is operated due to manual physical force.

Наиболее близким к предлагаемой шестеренной гидромашине по конструктивным признакам (прототип) является роторный насос (Патент Великобритании №1158638 кл F1F, опублик. 1966), содержащий корпус, ведущий кривошип, эпициклическое центральное колесо с внутренними зубьями, солнечное центральное колесо с внешними зубьями, два плавающих сателлита, оси которых в начальном положении гидромашины расположены на одной прямой с совпадающими осями эпициклического и солнечного колес, торцовые крышки, закрепленные на корпусе, каналы подвода и отвода рабочей среды, снабженные клапанами.Closest to the proposed gear hydraulic machine by design features (prototype) is a rotary pump (UK Patent No. 1158638 CL F1F, published. 1966), comprising a housing, a leading crank, an epicyclic central wheel with internal teeth, a solar central wheel with external teeth, two floating satellite, the axes of which in the initial position of the hydraulic machine are located on a straight line with the coincident axes of the epicyclic and solar wheels, end caps mounted on the housing, supply and exhaust channels environment, fitted with valves.

Недостаток приведенной гидромашины заключается в том, что в определенных положениях ротора, сателлит не может «самостоятельно» выйти из «мертвого» положения. Дополнительные устройства с системой гидравлического управления или второй механизм, работающий в противофазе, обеспечивают, выход из «мертвых» положений, но это делает конструкцию сложной и ненадежной. Другой ее недостаток - это ненадежное уплотнение по торцам, т.к. технологически сложно обеспечить точное сопряжение подвижных звеньев с корпусом по трем поверхностям (двум торцовым и одной цилиндрической) с каждой стороны устройства.The disadvantage of this hydraulic machine is that in certain positions of the rotor, the satellite cannot "independently" get out of the "dead" position. Additional devices with a hydraulic control system or a second mechanism operating in antiphase provide a way out of the "dead" positions, but this makes the design complex and unreliable. Its other drawback is an unreliable seal on the ends, because it is technologically difficult to ensure the exact coupling of the moving links with the housing along three surfaces (two end and one cylindrical) on each side of the device.

Для устранения указанных недостатков прототипа предлагается конструкция шестеренной гидромашины, которая подобно прототипу содержит корпус, ведущий кривошип, эпициклическое центральное колесо с внутренними зубьями, солнечное центральное колесо с внешними зубьями, два плавающих сателлита, оси которых в начальном положении гидромашины расположены на одной прямой с совпадающими осями эпициклического и солнечного колес, торцовые крышки, закрепленные на корпусе, каналы подвода и отвода рабочей среды, снабженные клапанами. В отличие от прототипа солнечное центральное колесо жестко закреплено на корпусе, а эпициклическое центральное колесо связано с кривошипом шарниром, ось которого расположена вне начальной окружности эпициклического центрального колеса.To eliminate these disadvantages of the prototype, a gear hydraulic machine design is proposed, which, like the prototype, contains a housing, a crank, an epicyclic central wheel with internal teeth, a solar central wheel with external teeth, two floating satellites, the axes of which in the initial position of the hydraulic machine are located on one straight line with coincident axes epicyclic and solar wheels, end caps mounted on the body, channels for supplying and discharging the working medium, equipped with valves. Unlike the prototype, the solar central wheel is rigidly fixed to the body, and the epicyclic central wheel is connected to the crank by a hinge whose axis is located outside the initial circumference of the epicyclic central wheel.

В такой конструкции шестеренной гидромашины не возникает проблем по выходу системы из мертвых положений, т.к. данный механизм имеет одну степень свободы. Кроме того, в предлагаемой конструкции может быть обеспечено более точное сопряжение уплотняющих поверхностей, т.к. подвижное звено (эпицикл) сопрягается с корпусом лишь по одной (с каждой стороны) торцовой плоскости.In this design of a gear hydraulic machine, there are no problems in exiting the system from the dead positions, because this mechanism has one degree of freedom. In addition, in the proposed design can be provided more accurate mating sealing surfaces, because the movable link (epicyclic) mates with the body only one (on each side) of the end plane.

В наиболее рациональном конструктивном варианте гидромашина имеет каналы подвода и отвода рабочей среды, выполненные в солнечном центральном колесе.In the most rational constructive embodiment, the hydraulic machine has channels for supplying and discharging the working medium, made in the solar central wheel.

Работа машины улучшается, если она содержит связанный с корпусом картер, в который погружены движущиеся звенья. Картер защищает детали механизма от внешней среды, в нем находится масло для смазки внутренних частей механизма.The operation of the machine is improved if it contains a crankcase connected to the housing, into which moving links are immersed. The crankcase protects the details of the mechanism from the external environment, it contains oil for lubricating the internal parts of the mechanism.

Для уменьшения остаточных (паразитных) объемов рабочих полостей гидромашина содержит заполнители остаточного объема, закрепленные на эпициклическом колесе.To reduce the residual (parasitic) volumes of the working cavities, the hydraulic machine contains residual volume aggregates fixed to the epicyclic wheel.

Для увеличения производительности, равномерности подачи рабочей среды и лучшего динамического уравновешивания шестеренная гидромашина содержит несколько однотипных секций, имеющих совпадающую ось солнечных центральных колес и ведущие кривошипы, объединенные в общий коленчатый вал.To increase productivity, uniformity of supply of the working medium and better dynamic balancing, the gear hydraulic machine contains several sections of the same type, having the same axis of the solar central wheels and leading cranks combined in a common crankshaft.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 поперечный разрез шестеренной гидромашины (по А-А); на фиг.2 ее осевой разрез (по Б-Б); на фиг.3 представлен рабочий цикл гидромашины; на фиг.4 отдельно показана работа клапанов в одном из положений кривошипа; на фиг.5 изображена гидромашина с тремя однотипными секциями (поперечный разрез по В-В); на фиг.6 ее осевой разрез (по Г-Г).The invention is illustrated by drawings, which depict: in Fig.1 a cross section of a gear hydraulic machine (aa); figure 2 its axial section (BB); figure 3 presents the duty cycle of the hydraulic machine; figure 4 separately shows the operation of the valves in one of the positions of the crank; figure 5 shows a hydraulic machine with three sections of the same type (transverse section along BB); Fig.6 its axial section (G-G).

Шестеренная гидромашина, показанная на фиг.1, 2, содержит: корпус 1, ведущий кривошип 2, эпициклическое центральное колесо 3 с внутренними зубьями, солнечное центральное колесо 4 с внешними зубьями, два плавающих сателлита 5 и 6. Солнечное центральное колесо 4 жестко закреплено на корпусе 1. На эпициклическом центральном колесе 3 жестко закреплен рычаг 7, связанный с кривошипом 2 шарниром, ось D которого расположена вне начальной окружности эпициклического центрального колеса. По характеру своего движения звено, несущее эпициклический венец 3 и рычаг 7, является шатуном. Торцовые крышки 8 закреплены на корпусе 1. Две рабочие полости (верхняя V и нижняя N, см. фиг.1) заключены между эпициклическим венцом 3, солнечным колесом 4, сателлитами 5, 6 и торцовыми крышками 8. Корпус 1 выполнен герметичным, а в его картерную полость залито масло 9.The gear hydraulic machine shown in figures 1, 2, contains: a housing 1, a driving crank 2, an epicyclic central wheel 3 with internal teeth, a solar central wheel 4 with external teeth, two floating satellites 5 and 6. The solar central wheel 4 is rigidly fixed to case 1. On the epicyclic central wheel 3, a lever 7 is rigidly fixed, connected to the crank 2 by a hinge, the D axis of which is located outside the initial circumference of the epicyclic central wheel. By the nature of its movement, the link carrying the epicyclic crown 3 and the lever 7 is a connecting rod. End caps 8 are mounted on the housing 1. Two working cavities (upper V and lower N, see FIG. 1) are enclosed between the epicyclic crown 3, the sun wheel 4, satellites 5, 6 and the end caps 8. The housing 1 is sealed, and its crankcase is filled with oil 9.

Гидромашина содержит заполнители 10 остаточных объемов рабочих полостей, закрепленные на эпицикличеком центральном колесе 3.The hydraulic machine contains fillers 10 residual volumes of working cavities, mounted on an epicyclic central wheel 3.

В конструкции, показанной на фиг.1, 2, каналы подвода 11 и отвода 12 рабочей среды выполнены в солнечном центральном колесе 4 гидромашины, разделены перегородкой 13 и снабжены клапанами подвода 14, отвода 15 для верхней полости V, а также клапанами подвода 16, отвода 17 для нижней полости N. В других конструкциях (на фигурах не показано) соответствующие каналы с клапанами могут быть выполнены в торцовых крышках гидромашины.In the design shown in figures 1, 2, the channels for supplying 11 and outlet 12 of the working medium are made in the solar central wheel 4 of the hydraulic machine, separated by a partition 13 and equipped with valves for supply 14, outlet 15 for the upper cavity V, as well as inlet valves 16, outlet 17 for the lower cavity N. In other designs (not shown in the figures), the corresponding channels with valves can be made in the end caps of the hydraulic machine.

Числа зубьев Z₃ эпициклического 3 и Z₄, солнечного 4 центральных колес соответствуют условию сборки планетарного механизма: (Z₃+Z₄)/2=С, где С - целое число. Сборка механизма осуществляется в исходном положении, когда кривошип 3, несущий ось D шарнира, образуемого им с солнечным колесом 4, повернут относительно своего «мертвого» вертикального положения на угол несколько меньший 90°. В процессе сборки механизма в исходном положении оси F и Н сателлитов 5, 6 расположены на одной прямой с совпадающими (в исходном положении) осями С эпициклического и В солнечного колес.The numbers of teeth Z _{3 of} epicyclic 3 and Z ₄ , of the sun 4 of the central wheels correspond to the condition for assembling the planetary mechanism: (Z ₃ + Z ₄ ) / 2 = C, where C is an integer. The assembly of the mechanism is carried out in the initial position when the crank 3, bearing the axis D of the hinge formed by it with the sun wheel 4, is rotated relative to its "dead" vertical position by an angle slightly less than 90 °. In the process of assembly of the mechanism in the initial position, the axes F and H of the satellites 5, 6 are located on one straight line with the coinciding (in the initial position) axes C of the epicyclic and B solar wheels.

Работа гидромашины показана на фиг.3.The operation of the hydraulic machine is shown in figure 3.

При вращении ведущего кривошипа 2 (по часовой стрелке) рычаг 7 вместе с эпициклическим колесом 3 совершает сложное движение. Сателлиты 5, 6 обкатываются по внешнему венцу солнечного колеса 4 и по внутреннему венцу эпициклического колеса 3. Это приводит к изменению объемов рабочих полостей V и N.When the driving crank 2 rotates (clockwise), the lever 7 together with the epicyclic wheel 3 makes a complex movement. Satellites 5, 6 run around the outer rim of the sun wheel 4 and the inner rim of the epicyclic wheel 3. This leads to a change in the volume of the working cavities V and N.

В верхнем «мертвом» положении механизма при угле поворота кривошипа φ=0° верхняя рабочая полость V имеет минимальный объем, а нижняя полость N - максимальный. Клапаны 14, 15, 16, 17 не работают.In the upper “dead” position of the mechanism with a crank angle of φ = 0 °, the upper working cavity V has a minimum volume, and the lower cavity N has a maximum volume. Valves 14, 15, 16, 17 do not work.

При повороте кривошипа 3 (по ч.с.) на угол φ от 0° до 180° (на фиг.3 см. φ=90°) верхняя рабочая полость V увеличивает свой объем, а нижняя N - уменьшает. Если гидромашина работает в режиме насоса, то в этой фазе движения в полости V происходит всасывание (на фиг.3 заштриховано «-»), а в полости N - нагнетание (на фиг.3 заштриховано «+»). При этом клапаны работают следующим образом (см. фиг.4): клапан подвода для верхней полости 14 открыт и через канал подвода 11 рабочая среда попадает в верхнюю полость V, клапан отвода для нижней полости 17 открыт и из нижней полости N рабочая среда выходит в канал отвода 12.When the crank 3 is rotated (clockwise) by an angle φ from 0 ° to 180 ° (in Fig. 3, see φ = 90 °), the upper working cavity V increases its volume, and the lower N - decreases. If the hydraulic machine operates in pump mode, then in this phase of movement in the cavity V there is a suction (“-” is shaded in FIG. 3), and forcing is in the cavity N (“+” is shaded in FIG. 3). In this case, the valves operate as follows (see Fig. 4): the inlet valve for the upper cavity 14 is open and through the inlet channel 11 the working medium enters the upper cavity V, the exhaust valve for the lower cavity 17 is open and the working medium leaves the lower cavity N tap channel 12.

Нижнее «мертвое» положение механизма будет при φ=180° (см. фиг.3). При этом нижняя рабочая полость N имеет минимальный объем, а верхняя полость V - максимальный. Клапаны 14, 15, 16, 17 не работают.The lower "dead" position of the mechanism will be at φ = 180 ° (see figure 3). In this case, the lower working cavity N has a minimum volume, and the upper cavity V has a maximum. Valves 14, 15, 16, 17 do not work.

При дальнейшем повороте кривошипа 3 на угол φ от 180° до 270° нижняя рабочая полость N увеличивает свой объем, а верхняя V - уменьшает. Если гидромашина работает в режиме насоса, то в этой фазе движения в полости N происходит всасывание (на фиг.3 заштриховано «-»), а в полости V - нагнетание (на фиг.3 заштриховано «+»).With further rotation of the crank 3 through an angle φ from 180 ° to 270 °, the lower working cavity N increases its volume, and the upper V - decreases. If the hydraulic machine operates in pump mode, then in this phase of movement in the cavity N absorption occurs (“-” is shaded in FIG. 3), and forcing in the cavity V (“+” is shaded in FIG. 3).

Т.к. гидромашина имеет одну степень свободы, неопределенности движения сателлитов в верхней и нижней «мертвых» точках не возникает. Уплотнение рабочих полостей по торцам осуществляется сопряжением торцовых поверхностей эпициклического колеса 3 с торцовыми крышками 8 корпуса. Необходимый зазор в этих сопряжениях легко обеспечить и контролировать.Because the hydraulic machine has one degree of freedom, the uncertainty of the movement of satellites in the upper and lower "dead" points does not arise. The sealing of the working cavities at the ends is carried out by pairing the end surfaces of the epicyclic wheel 3 with the end caps 8 of the housing. The required clearance in these mates is easy to provide and control.

Гидромашина, представленная на фиг.5, 6, имеет три однотипные секции, повернутые друг относительно друга на угол 120°. Солнечное центральное колесо 4, канал подвода 11 и отвода 12 являются общими для всех секций. Ведущие кривошипы, для этих секций объединены в общий коленчатый вал 18. Секции разделены между собой перегородками 19. Канал подвода 11 выполнен в виде осевого отверстия в солнечной шестерне 4 и имеет разветвления 20 в каждую из рабочих полостей всех секций. Канал отвода 12 выполнен в виде трубки, расположенной внутри отверстия канала подвода 11 и также имеет разветвления 21 в каждую рабочую полость гидромашины. Каналы 11 и 12 заглушены с нерабочих сторон пробками 22 и 23.The hydraulic machine shown in Fig.5, 6 has three sections of the same type, rotated relative to each other by an angle of 120 °. The solar central wheel 4, the supply channel 11 and the exhaust 12 are common to all sections. The leading cranks for these sections are combined into a common crankshaft 18. The sections are separated by partitions 19. The feed channel 11 is made in the form of an axial hole in the sun gear 4 and has branches 20 in each of the working cavities of all sections. The outlet channel 12 is made in the form of a tube located inside the opening of the inlet channel 11 and also has branches 21 in each working cavity of the hydraulic machine. Channels 11 and 12 are muffled from non-working sides by plugs 22 and 23.

При работе гидромашины с несколькими однотипными секциями увеличивается производительность, равномерность подачи рабочей среды и улучшается динамическая уравновешенность.When operating a hydraulic machine with several sections of the same type, productivity increases, the uniformity of the flow of the working medium, and dynamic balance is improved.

Предлагаемая шестеренная гидромашина имеет большой полезный объем, что делает эффективным ее использование даже при малых скоростях вращения ротора. Машина способна работать в засоренных средах, т.к. в зубчатых зацеплениях износ сопряженных поверхностей компенсируется, а негерметичность торцовых поверхностей можно устранять их периодической перешлифовкой. Применение этой машины позволит повысить производительность шестеренных насосов, предназначенных для перекачки жидкостей. Машина также с успехом может использоваться на газообразных средах в режиме компрессора и вакуумного насоса.The proposed gear hydraulic machine has a large usable volume, which makes its use effective even at low rotor speeds. The machine is capable of operating in clogged environments, as in gears, wear of the mating surfaces is compensated, and the leakage of the end surfaces can be eliminated by periodic grinding. The use of this machine will improve the performance of gear pumps designed for pumping liquids. The machine can also be successfully used on gaseous media in the compressor and vacuum pump mode.

Claims

1. A gear hydraulic machine comprising a housing, a leading crank, an epicyclic central wheel with internal teeth, a solar central wheel with external teeth, two floating satellites, the axes of which in the initial position of the hydraulic machine are located on a straight line with the coincident axes of the epicyclic and solar wheels, end caps, fixed on the housing, channels for supplying and discharging the working medium, equipped with valves, characterized in that the solar central wheel is rigidly fixed to the housing, and the epicyclic central the wheel is connected to the crank by a hinge, the axis of which is located outside the initial circumference of the epicyclic central wheel.

2. Gear hydraulic machine according to claim 1, characterized in that the channels for supplying and discharging the working medium are made in the sun wheel.

3. Gear hydraulic machine according to claim 1, characterized in that it contains a housing connected with the housing, in which its moving parts are immersed.

4. Gear hydraulic machine according to claim 1, characterized in that it contains residual volume aggregates mounted on an epicyclic wheel.

5. Gear hydraulic machine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it contains sections of the same type having the same axis of the solar central wheels and a common driving crankshaft.