RU194265U1 - Аксиально-поршневая гидромашина - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к роторным гидромашинам и предназначена для работы в качестве высокооборотистого гидромотора в гидроприводах скоростных шпинделей шлифовальных станков, гироскопов быстродвижущихся объектов и других высокотехнологических системах. Аксиально-поршневая гидромашина содержит вал, установленный в подшипниках, наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с валом шлицами, поршни, размещенные в цилиндрах, опирающиеся на наклонную шайбу и распределительный диск с серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блока, каналы, высверленные в цилиндрах блока, сообщенные с серповидными пазами, причем подшипники вала выполнены гидростатическими, снабжены камерами, связанными кольцевой проточкой и подводящим каналом с проточками и парными отверстиями в распределительном диске со стороны напорной линии гидросистемы, в блоке цилиндров высверлены дополнительные каналы, сообщенные с основными каналами цилиндров блока, в распределительном диске выполнены дополнительные внешние и внутренние серповидные пазы со своими перемычками, сообщенные между собой и основными серповидными пазами проточками с парными отверстиями в каждой из них со стороны напорной и сливной линий гидросистемы соответственно, при этом дополнительные внешние и внутренние серповидные пазы сообщены с упомянутыми дополнительными каналами. Технический результат: обеспечение возможности работы гидромашины в режиме высокооборотистого гидромотора. 4 ил.

Description

Полезная модель относится к роторным гидромашинам и предназначена для работы в качестве высокооборотистого гидромотора в гидроприводах скоростных шпинделей шлифовальных станков, гироскопов быстродвижущихся объектов и других высокотехнологических системах.

Известен аксиально-поршневой насос с наклонным диском, способный работать в режиме гидромотора [Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – М: Машиностроение, 1982. – 423 с, С. 319–320, рис. 3.31], содержащий блок цилиндров, соединенный с валом шлицами с одной стороны, вал установлен в подшипниках качения, поршни, размещенные в цилиндрах, опирающиеся на наклонный диск через гидростатические опоры со сферическими шарнирами и распределительную шайбу с серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающую к блоку цилиндров с другой его стороны, а цилиндры блока сообщены каналами, высверленными в блоке с упомянутыми серповидными пазами.

Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью являются блок цилиндров, вал, соединенный шлицами с блоком цилиндров, подшипники, в которых установлен вал, поршни, размещенные в цилиндрах блока, гидростатические опоры, соединенные сферическими шарнирами с поршнями, опирающимися на наклонный диск и распределительная шайба с серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающая к торцу блока цилиндров, каналы в блоке цилиндров, сообщенные с серповидными пазами.

Недостаток аналога состоит в том, что при работе в режиме гидромотора он является низкооборотистым, способным развивать скорость вращения вала, не выше 4000…6000 об/мин, а большинство гидромашин такого типа и того меньше. Это ограничение по скорости вращения обусловлено наличием подшипников качения, не способных работать при более высоких угловых скоростях без специальной смазывающей системы и системы их охлаждения. Кроме того, распределительная система рассматриваемого аналога, состоящая из распределительной шайбы с серповидными пазами и подводящими патрубками и каналов в блоке цилиндров, не способна пропускать соответствующий угловым скоростям вращения вала в 10000…20000 об/мин расход рабочей жидкости без очень больших гидравлических потерь (потерь давления), пропорциональных квадрату расхода (квадрату скорости течения) рабочей жидкости в соответствии с формулой Вейсбаха [Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – М: Машиностроение, 1982. – 423 с, С. 93].

Известна так же аксиально-поршневая гидромашина [Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмомашины и передачи: Учебное пособие для вузов / А.Ф. Андреев, Л.В. Барташевич, Н.В. Богдан и др.; Под. ред. В.В. Гуськова. – Мн.: Выш. шк., 1987. – 310 с. С. 103–104, рис. 5.4] содержащая наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с приводным валом шлицами с одной стороны (вал установлен в подшипниках качения), поршни, размещенные в цилиндрах блока, опирающиеся на наклонную шайбу своими гидростатическими опорами (башмаками), завальцованными на сферических головках поршней и самоустанавливающийся распределительный диск с серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блоку цилиндров с другой его стороны, а цилиндры блока сообщены каналами, просверленными в блоке с упомянутыми серповидными пазами.

Общими признаками второго аналога с заявляемой полезной моделью являются вал, установленный в подшипниках, наклонная шайба, блок цилиндров, соединенный с валом шлицами с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах блока, опирающиеся на наклонную шайбу башмаками, завальцованными на сферических головках поршней и распределительный диск с серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блоку цилиндров с другой его стороны и каналы в блоке цилиндров, сообщенные с серповидными пазами.

Недостаток второго аналога тот же.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является аксиально-поршневая гидромашина (RU № 190213, МПК F 04В1/20, опубликовано 24.06.2019), содержащая вал, установленный в подшипниках качения, наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с валом шлицами с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах, опирающиеся на наклонную шайбу башмаками, завальцованными на сферических головках поршней и распределительный диск с четырьмя серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блока с другой его стороны, а все цилиндры блока (основные и дополнительные) сообщены каналами, высверленными в блоке с упомянутыми серповидными пазами.

Недостаток тот же: при работе в режиме гидромотора гидромашина является низкооборотистой, не способной развивать скорость вращения вала выше 4000…6000 об/мин, так как она ограничена по скорости вращения самими подшипниками качения, не способными работать при более высоких угловых скоростях без специальной смазывающей системы и системы их охлаждения. Кроме того, распределительная система прототипа, состоящая из распределительного диска с серповидными пазами и каналов в блоке цилиндров, не способна пропускать соответствующий большим угловым скоростям вращения вала в 10000…20000 об/мин расход рабочей жидкости без очень больших гидравлических потерь (потерь давления), пропорциональных квадрату расхода (квадрату скорости течения) рабочей жидкости в соответствии с формулой Вейсбаха [Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – М: Машиностроение, 1982. – 423 с, С. 93].

Общими признаками прототипа с заявляемой полезной моделью являются вал, установленный в подшипниках, наклонная шайба, блок цилиндров, соединенный с валом шлицами с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах, опирающиеся на наклонную шайбу и распределительный диск с серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блока с другой его стороны и цилиндры блока, сообщенные каналами, высверленными в блоке с серповидными пазами.

Заявляемая полезная модель направлена на обеспечение возможности работы гидромашины в режиме высокооборотистого гидромотора.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении возможности работы гидромашины в режиме высокооборотистого гидромотора.

Указанный технический результат достигается тем, что аксиально-поршневая гидромашина содержит вал, установленный в подшипниках, наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с валом шлицами с одной стороны, поршни, размещенные в цилиндрах, опирающиеся на наклонную шайбу и распределительный диск с несколькими серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блока с другой его стороны, и каналы, высверленные в цилиндрах блока, сообщенные с серповидными пазами.

При этом вал установлен в гидростатических подшипниках, подвод рабочей жидкости к которым обеспечивается через подводящий канал, связанный через серповидные пазы с напорной линией гидросистемы, кольцевую проточку и камеры, а отвод – через зазор между валом и телом подшипника в дренаж. Этим обеспечиваются и хорошая смазка высокооборотистого вала, снижающая коэффициент трения на порядок по сравнению с подшипниками качения, и охлаждение подшипников за счет отвода тепла с рабочей жидкостью, отводимой через зазор между валом и телом подшипника в дренаж (в сливную линию гидросистемы).

В блоке цилиндров кроме основных каналов, идущих от цилиндров блока к основным серповидным пазам распределительного диска, высверлены дополнительные каналы, расположенные над и под основными каналами, сообщенные с основными каналами цилиндров блока и дополнительными внешними и внутренними серповидными пазами распределительного диска. Распределительный диск имеет перемычки между основными серповидными пазами и перемычки между дополнительными внешними и внутренними (относительно основных) серповидными пазами, причем основные и дополнительные пазы сообщены между собой проточкой с двумя отверстиями для подвода рабочей жидкости из напорной линии гидросистемы, так же как и основные и дополнительные пазы, связанные со сливной линией гидросистемы, которые тоже сообщены между собой проточкой с двумя отверстиями для отвода рабочей жидкости в сливную линию гидросистемы.

Наличие в блоке цилиндров основных и дополнительных каналов, сообщенных между собой и с основными и дополнительными серповидными пазами с проточками и парными отверстиями в распределительном диске для подвода и отвода рабочей жидкости позволяет пропускать соответствующий большим угловым скоростям вращения вала (10000…20000 об/мин) расход рабочей жидкости по упомянутым каналам и серповидным пазам со спаренными отверстиям с гораздо меньшими гидравлическими потерями (потерями давления) при протекании по ним рабочей жидкости, так как расход (и средняя скорость течения) здесь значительно меньше, а гидравлические потери, согласно формуле Вейсбаха, пропорциональны квадрату упомянутых расходу и скорости [Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – М: Машиностроение, 1982. – 423 с, С. 93].

Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются гидростатические подшипники вала с камерами, связанными кольцевой проточкой и подводящим каналом с проточками и парными отверстиями в распределительном диске, дополнительные каналы в блоке цилиндров, сообщенные с основными каналами цилиндров блока, дополнительные внешние и внутренние серповидные пазы в распределительном диске со своими перемычками, сообщенные между собой и основными серповидными пазами проточками с парными отверстиями со стороны напорной и сливной линий гидромашины соответственно, при этом дополнительные внешние и внутренние серповидные пазы сообщенные с упомянутыми дополнительными каналами.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».

На фиг. 1 схематично показана аксиально-поршневая гидромашина в продольном разрезе.

На фиг. 2 показан вид на торец блока цилиндров аксиально-поршневой гидромашины со стороны распределительного диска.

На фиг. 3 поперечный разрез А-А распределительного диска по фиг. 1.

На фиг. 4 показан увеличенный фрагмент I распределительного диска по фиг. 3.

Аксиально-поршневая гидромашина, фиг. 1, содержит корпус 1, приводной вал 2 со шлицами 3, установленный в гидростатических подшипниках 4. Блок цилиндров 5 соединен с валом 2 через шлицевое соединение и своим левым сферическим торцом плотно прижат к сферической поверхности распределительного диска 6 пружиной 7 через упорное кольцо 8, что дает возможность блоку цилиндров 5 самоустанавливаться в процессе своего вращения с валом 2 с угловой скоростью щ, плотно прилегая к распределительному диску 6.

В блоке цилиндров 5, фиг. 1 и 2, выполнены цилиндры 9 с каналами 10 и 11, ведущими к основным серповидным пазам 12 и 13 распределительного диска 6, фиг. 3.

В блоке цилиндров 5, фиг. 1, 2 и 3, просверлены дополнительные каналы 14 и 15, расположенные над и под основными каналами 10 и 11, сообщенные с ними, и дополнительными внешними и внутренними серповидными пазами 16 и 17 распределительного диска 6.

В распределительном диске 6, фиг. 3 в прорезях 18 и 19, просверлены парные отверстия 20, сообщенные с напорной линией гидросистемы, и другие парные отверстия 21, сообщенные со сливной линией гидросистемы.

Серповидные пазы 13 и 17, расположенные слева, фиг. 3, отделены от серповидных пазов 12 и 16, расположенных справа перемычками 22, отсекающими напорную линию гидросистемы от сливной.

В корпусе 1 аксиально-поршневой гидромашины размещена наклонная шайба 23, фиг. 1, на которую опираются поршни 24 гидромашины, в данном варианте, имеющие сферические головки.

Один из гидростатических подшипников 4, в которых установлен вал 2, показан на увеличенном фрагменте распределительного диска 6, фиг. 4. Он состоит из камер 25, сообщенных через кольцевую проточку 26 с подводящим каналом 27, сообщенным через прорезь 18 и парные отверстия 20 (фиг. 3) с напорной линией гидросистемы.

Аксиально-поршневая гидромашина работает следующим образом.

При подаче рабочей жидкости из напорной линии гидросистемы через парные отверстия 20, прорезь 18 и серповидные пазы 13 и 17 распределительного диска 6, расположенные слева, фиг. 3, она устремляется по каналам 10, 14 и 15, фиг. 1, в цилиндры блока 5, сообщенные в данный момент с серповидными пазами 13 и 17, фиг. 3. При этом поршни 24, в цилиндрах которых находится давление, воздействуют на наклонную шайбу 23, что приводит к вращению блока цилиндров 5 вместе с валом 2. При этом из цилиндров блока 5, которые сообщены в данный момент с серповидными пазами 12 и 16, рабочая жидкость вытесняется в сливную линию гидросистемы.

Давление из напорной линии гидросистемы передается так же и в камеры 25 гидростатических подшипников 4, поддерживая вал 2 в плавающем положении. Отвод рабочей жидкости из камер 25 подшипников 4 идет через гарантированный зазор между валом 2 и телом подшипников 4.

Благодаря установке вала 2 в гидростатических подшипниках 4 обеспечиваются хорошая смазка быстровращающегося вала 2 (10000…20000 об/мин), снижающая коэффициент трения примерно на порядок по сравнению с подшипниками качения. Кроме того, постоянный проток рабочей жидкости через гидростатические подшипники 4 обеспечивает еще и хорошее охлаждение упомянутых подшипников за счет отвода тепла вместе с рабочей жидкостью, отводимой через зазор между валом и телом подшипника 4 в дренаж и в сливную линию гидросистемы (на фиг. 1 отвод рабочей жидкости условно показан стрелками). Подвод давления в правый подшипник 4 осуществляется по внутреннему тонкому каналу 28 в корпусе гидромашины.

Благодаря наличию в блоке цилиндров 5 основных 10 и 11 и дополнительных 14 и 15 каналов, сообщенных между собой и с основными и дополнительными серповидными пазами 12, 13, 16 и 17 с проточками 18 и 19 с парными отверстиями 20 и 21 в распределительном диске 6, создаются условия для прохождения рабочей жидкости через упомянутые каналы, пазы, прорези и отверстия с существенно меньшими скоростями, при которых, согласно формуле Вейсбаха, гидравлические потери (потери давления) значительно меньше, а расход больше и соответствует скоростям вращения вала 10000…20000 об/мин.

Таким образом достигается технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в возможности обеспечения работы гидромашины в режиме высокооборотистого гидромотора.

Claims (1)

1. Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая вал, установленный в подшипниках, наклонную шайбу, блок цилиндров, соединенный с валом шлицами, поршни, размещенные в цилиндрах, опирающиеся на наклонную шайбу и распределительный диск с серповидными пазами и перемычками между ними, плотно прилегающий к торцу блока, каналы, высверленные в цилиндрах блока, сообщенные с серповидными пазами, отличающаяся тем, что подшипники вала выполнены гидростатическими, снабжены камерами, связанными кольцевой проточкой и подводящим каналом с проточками и парными отверстиями в распределительном диске со стороны напорной линии гидросистемы, в блоке цилиндров высверлены дополнительные каналы, сообщенные с основными каналами цилиндров блока, в распределительном диске выполнены дополнительные внешние и внутренние серповидные пазы со своими перемычками, сообщенные между собой и основными серповидными пазами проточками с парными отверстиями в каждой из них со стороны напорной и сливной линий гидросистемы, соответственно, при этом дополнительные внешние и внутренние серповидные пазы сообщены с упомянутыми дополнительными каналами.

Images